本实用新型涉及固体颗粒分离技术领域，具体而言，涉及一种三旋分离器、直流单管及其排气管。
背景技术：
三旋分离器广泛用于催化剂的颗粒物分离，在内部设置有分离单管(简称“单管”)，单管是气固分离元件，包括逆流式分离单管和直流式分离单管。目前，直流式分离单管存在分离效率低、压降高等问题。
鉴于此，特提出本实用新型。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种三旋分离器、直流单管及其排气管以解决上述技术问题。提供一种分离效率高、压降低的直流式分离单管，具体方式是在直流单管的排气管上部设置旋流锥，并将此直流式分离单管应用于第三级旋风分离器中。
本实用新型是这样实现的：
一种直流单管的排气管，排气管的顶部设置有旋流锥，旋流锥的外侧壁设置有多个侧缝进气口，每个侧缝进气口与旋流锥的内部连通，旋流锥具有上口和下口，下口的内径大于或等于上口的内径，下口与排气管的顶端连通。
发明人发现，排气管的直径较大会导致分离单管的分离效率降低，排气管直径较小会导致分离单管的压降增大等问题。
在本实用新型中，发明人设计了一种排气管，在排气管的顶部设置旋流锥，旋流锥的外侧壁设置有多个侧缝进气口。设置侧缝进气口不仅实现气体分流的目的同时达到气体二次净化的作用。排气管上旋流锥的设置，极大程度上减少了固体催化剂颗粒进入排气管中的几率，提高了分离效率。同时旋流锥侧缝进气口的设置减小了排气管内气流的径向速度，降低了单管能量损失，有效减小了分离单管的压降。
因此，本实用新型提供的排气管在降低压降的同时有效地提高了分离效率，具有较好的工业应用价值。
由于旋流锥的上口截面积小于排气管的横截面积，从而减小了固体催化剂颗粒进入排气管的几率，增大了单管的分离效率。与此同时，旋流锥侧缝进气口的设置达到气体分流的作用，净化气体一部分由旋流锥上口进入排气管，另一部分由侧缝进气口进入，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口达到气体二次净化的目的，继而可使单管的分离效率提高。
净化气体分别从旋流锥的侧缝进气口和旋流锥的上口进入排气管中，而两股气流的旋转方向并不一致，在排气管内相互碰撞，使得气流的径向速度降低，减小了单管的压力损失，使得单管的压降降低。
旋流锥上口的横截面积可以根据实际需要进行自适应调整，在其他实施方式中，旋流锥上口的截面积与排气管截面积相同，此时旋流锥为直管。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述侧缝进气口沿旋流锥周壁开设的狭缝，狭缝的形状为矩形。每个狭缝的矩形面积即为单个侧缝进气口的面积。多个狭缝的矩形面积总和即为侧缝进气口的进气口。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述狭缝在旋流锥壁厚方向上斜切，狭缝斜切的方向与旋流锥外气流旋转方向的夹角为α，α＝90°～180°。
本实用新型开设的狭缝在旋流锥厚度方向上斜切，斜切方向与旋流锥外气流方向(旋流锥外侧壁弧面的切向方向)存在一定夹角，此夹角的存在避免了固体颗粒进入排气管内。
由于α大于90°，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口，从而有效地提高了分离单管的分离效率。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述上口的横截面积为s1，多个侧缝进气口的总面积为s2，排气管的横截面积为s3；s1、s2和s3满足如下关系：
(s1+s2)/s3＝0.7～1.2，s2/s1＝0.5～4.0，s1/s3＝0.5～1.0。
发明人发现当旋流锥满足与排气管的上述关系时，制得的三旋分离器的分离效率更好，压降降低更明显。
一种直流单管，其包括排气管和分离筒体，排气管与分离筒体的底端固定连接，且排气管的底端伸出至分离筒体的外部。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述分离筒体的顶部设置有导流体，且分离筒体、排气管和导流体均共轴线设置。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述分离筒体的内径为d1，旋流锥的上口的内径为d2，排气管的内径为d3，旋流锥的高度为l1，排气管在分离筒体内的高度为l2，导流体的下截面与旋流锥上口之间形成的气体流通截面积为s4，旋流锥上口截面积为s1；
其中，d1＝200-500mm，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.2-0.8，l1/d1＝1.0-2.5，l2/d1＝1.0-3.0，s1＞s4。
设置导流体的下截面与旋流锥上口之间形成的气体流通截面积小于旋流锥上口截面积，则进入旋流锥的气流阻力较大，使得从旋流锥侧缝进入的气量大于从旋流锥上口进入的气量，此时旋流锥的二次净化功能得以体现，使得分离单管的分离净化效率更高。
当分离筒体、旋流锥和排气管满足上述关系时，直流单管的压力损失较小，压降降低明显，同时直流单管的分离效率有了显著提升。
一种三旋分离器，包括壳体以及设置于壳体内的直流单管、上隔板和下隔板，直流单管的数目为多个。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述上隔板和下隔板由下至上将壳体内分隔为集气室、集尘室以及分配室，直流单管的分离筒体的外周与上隔板固定连接，直流单管的排气管的外周与下隔板固定连接；
排气管的底端伸出集尘室并与下隔板固定连接，排气管的底端与集气室连通，直流单管通过底部设置的出尘口与集尘室连通。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的排气管顶部设置有旋流锥，由于旋流锥的上口截面积小于排气管的横截面积，从而减小了固体催化剂颗粒进入排气管的几率，增大了单管的分离效率。与此同时，旋流锥侧缝进气口的设置达到气体分流的作用，净化气体一部分由旋流锥上口进入排气管，另一部分由侧缝进气口进入，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口，从而提升单管的分离效率。
净化后的气体分别从旋流锥的侧缝进气口和旋流锥的上口进入排气管中，两股旋转方向不同的气流在排气管内相互碰撞，使得气流的径向速度降低，减小了单管的压力损失，有利于直流单管的压降降低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为直流单管的结构示意图；
图2为一种旋流锥的结构示意图；
图3为另一种旋流锥的结构示意图；
图4为导流体下截面与旋流锥上口之间气体的流通截面积示意图；
图5为直流单管气固流动的方向示意图；
图6为三旋分离器的结构示意图。
图标：1-下隔板；2-排气管；3-固定环；4-排尘口；5-旋流锥；6-侧缝进气口；7-导流体；8-分离筒体；9-上隔板；10-进气口；11-三旋进气口；12-人孔；13-气体分配室；14-三旋集尘室；15-壳体；16-三旋集气室；17-三旋排气口；18-三旋排尘口；19-分离筒体与导流体环隙之间气固运动流股；20-含有大量固体催化剂颗粒流股；21-经分离净化的烟气流股；22-分离筒体边壁进入排气管流股；23-经侧缝进气口进入排气管流股；24-分离筒体内螺旋向下运动流股；25-分离单管底部折流流股；26-含有大量固体催化剂颗粒进入分离筒体下段流股。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
本实施例提供了一种直流单管，参照图1所示，其包括排气管2和分离筒体8。排气管2的底端伸出分离筒体8的外部。排气管2的顶端固定焊接有旋流锥5，通过旋流锥5实现气体的分流及二次净化作用。旋流锥5的外侧壁设置有多个侧缝进气口6，净化气体一部分由旋流锥5的上口进入排气管2，另一部分由侧缝进气口6进入，气流以很大的速度在侧缝进气口6发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口6，从而提升单管的分离效率。由于导流体7下截面与旋流锥5上口之间形成的气流流通面积小于旋流锥5上口的截面积，使得从旋流锥5上口进入排气管2的气量远远小于从旋流锥侧缝进入排气管2中的气量，进一步增强了旋流锥5气体二次净化的目的。与此同时，净化气体分别从旋流锥5的侧缝进气口6和旋流锥5上口进入排气管2中，而两股气流的旋转方向并不一致，在排气管2内相互碰撞，使得气流的径向速度降低，减小了单管的压力损失，降低了单管的压降。
本实施例中侧缝进气口6的形状为矩形，侧缝进气口6为沿旋流锥5周壁开设的矩形狭缝，如图2所示，开设的狭缝在旋流锥5厚度方向上斜切，斜切方向与旋流锥5外气流方向存在一定夹角(α)，此夹角的存在避免了固体颗粒进入排气管内。在其他实施方式中，旋流锥的结构也可以是如图3所示的旋流锥结构，下口的内径等于上口的内径。
α角也即为狭缝沿狭缝壁与旋流锥外侧壁弧面的切向方向的夹角，α＝90°-180°。
由于α大于90°，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口，从而有效地提高了分离单管的分离效率。
旋流锥5具有上口和下口，下口的内径大于或等于上口的内径，下口与排气管2的顶端连通。
上口的横截面积为s1，多个侧缝进气口的总面积为s2，排气管的横截面积为s3；s1、s2和s3满足如下关系：
(s1+s2)/s3＝1.0，s2/s1＝0.8，s1/s3＝0.6。
排气管2焊接于分离筒体8的底部，并与分离筒体8同轴线设置。
参照图1所示，分离筒体8的顶部设置有进气口10，进气口10焊接于分离筒体8上。进气口10为矩形进气口，切向进气。进气口10可为双向进气、三向进气或者多向进气等。
分离筒体8的顶部设有导流体7，导流体7与分离筒体8同轴线设置。
分离筒体8的底部设置有多个排尘口4，排尘口4沿分离筒体8的底部周向方向均匀分布，排尘口4可为扇形口或者矩形口等结构。
参照图1所示，分离筒体8的内径为d1，旋流锥5的上口的内径为d2，排气管2的内径为d3，旋流锥5的高度为l1，排气管2在分离筒体8内的高度为l2，导流体下截面与旋流锥上口之间形成的气流流通面积为s4，旋流锥上口截面积为s1；
其中，d1＝200-500mm，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.2-0.8，l1/d1＝1.0-2.5，l2/d1＝1.0-3.0，s4＜s1。
本实施例中，设置d1＝300mm。
图4中示出了s4与s1的关系。s4为图4中所示的气流流通面积，s1为图4中旋流锥5上口截面积。设置气流流通面积小于旋流锥5上口截面积，则进入旋流锥5的气流阻力较大，使得从旋流锥侧缝进气口6进入排气管2的气量大于从旋流锥5上口进入排气管2的气量。这样设置有助于体现旋流锥5的二次净化功能，促使排气管2的分离净化效率更高。
图5中示出了直流单管气固流动方向。气固混合物经进气口10进入直流单管内，依靠离心力的作用在分离筒体8的内壁与导流体7之间的环隙内进行旋转，如分离筒体与导流体环隙之间气固运动流股19；在离心力的作用下，催化剂颗粒被甩向筒壁，并依靠筒壁附近向下运动的气流将其带至排尘口4，并从排尘口4排出，如含有大量固体催化剂颗粒进入分离筒体下段流股26。
含有大量固体催化剂颗粒流股20进入分离筒体下段，经过分离净化带有少量催化剂颗粒的烟气进入排气管2，如经分离净化的烟气流股21；由于排气管压力低于分离筒体，分离筒体边壁流股亦会进入排气管2中，如分离筒体边壁进入排气管流股22。
含有大量固体催化剂颗粒流股20在侧缝进气口处分成两股，一股继续在分离筒体内螺旋向下运动，如分离筒体内螺旋向下运动流股24，另一股由于排气管内压力较低，气流由侧缝进气口6进入排气管2内，如经侧缝进气口进入排气管流股23。
经侧缝进气口进入排气管流股23中会携带部分固体催化剂颗粒，但由于α大于90°，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口，有效地提高了分离单管的分离效率。
分离筒体内向下运动的气流会在单管底部发生折流，携带部分细小催化剂颗粒向上运动，当气流速度达到一定程度时，会使折流的细小催化剂颗粒进入排气管内，如分离单管底部折流流股25。
本实用新型提供的直流单管可使单管的分离效率提高2％～3％。使得单管的压降降低10％左右。
实施例2
参照图1和图6所示，本实施例提供了一种三旋分离器。直流单管立式排布安装在壳体15中，本实施例中，在壳体15中设置多个直流单管。
直流单管的分离筒体8和排气管2分别用固定环3固定于壳体15的上隔板9和下隔板1上。上隔板9和下隔板1均呈倒锥形。
上隔板9和下隔板1自上而下将壳体15内分隔为气体分配室13、三旋集尘室14和三旋集气室16。
直流单管的排尘口4与三旋集尘室14连通，直流单管的进气口10与气体分配室13连通，直流单管的排气管底端出口与三旋集气室16连通。
壳体15的底部还设置有三旋排气口17和三旋排尘口18，三旋排气口17与三旋集气室16连通，三旋排尘口18与三旋集尘室14连通。
此外，在壳体15的顶部还开设有三旋进气口11。
人孔12分别设置在壳体15的顶部和底部。
三旋分离器的工作过程包括：将气固混合物从三旋进气口11通入壳体15中，在气体分配室13中，经进气口10均匀进入各个直流单管，依靠离心力的作用在分离筒体8的内壁与导流体7之间的环隙内进行旋转，使催化剂颗粒被甩向筒壁，并依靠筒壁附近向下运动的气流将其带至排尘口4，然后进入三旋集尘室14，最后由三旋排尘口18排出。
净化烟气一部分通过旋流锥5上口旋转进入排气管2，一部分通过侧缝进气口6进入排气管2，从排气管2排出后的净化烟气进入三旋集气室16，最后由三旋排气口17排出，最终达到气固分离的目的。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：
1.一种直流单管的排气管，其特征在于，所述排气管的顶部设置有旋流锥，所述旋流锥的外侧壁设置有多个侧缝进气口，每个所述侧缝进气口与所述旋流锥的内部连通，所述旋流锥具有上口和下口，所述下口的内径大于或等于所述上口的内径，所述下口与所述排气管的顶端连通。
2.根据权利要求1所述的直流单管的排气管，其特征在于，所述侧缝进气口是沿所述旋流锥周壁开设的狭缝，所述狭缝的形状为矩形。
3.根据权利要求2所述的直流单管的排气管，其特征在于，所述狭缝在旋流锥壁厚方向上斜切，狭缝斜切的方向与旋流锥外气流旋转方向的夹角为α，所述α＝90°～180°。
4.根据权利要求1所述的直流单管的排气管，其特征在于，所述旋流锥上口的横截面积为s1，多个所述侧缝进气口的总面积为s2，所述排气管的横截面积为s3；s1、s2和s3满足如下关系：
(s1+s2)/s3＝0.7～1.2，s2/s1＝0.5～4.0，s1/s3＝0.5～1.0。
5.一种直流单管，其特征在于，其包括分离筒体和权利要求1-4任一项所述的直流单管的排气管，所述排气管与所述分离筒体的底端固定连接，且所述排气管的底端伸出至所述分离筒体的外部。
6.根据权利要求5所述的直流单管，其特征在于，所述分离筒体的顶部设置有导流体，且所述分离筒体、所述排气管和所述导流体均共轴线设置。
7.根据权利要求6所述的直流单管，其特征在于，所述导流体的下截面与所述旋流锥上口之间的气体流通截面积小于旋流锥上口的截面积。
8.根据权利要求7所述的直流单管，其特征在于，所述分离筒体的内径为d1，所述旋流锥的上口的内径为d2，所述排气管的内径为d3，所述旋流锥的高度为l1，所述排气管在所述分离筒体内的高度为l2；
其中，d1＝200-500mm，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.2-0.8，l1/d1＝1.0-2.5，l2/d1＝1.0-3.0。
9.一种三旋分离器，其特征在于，包括壳体以及设置于所述壳体内的如权利要求6-8任一项所述的直流单管、上隔板和下隔板，所述直流单管的数目为多个。
10.根据权利要求9所述的三旋分离器，其特征在于，所述上隔板和所述下隔板由下至上将所述壳体内分隔为集气室、集尘室以及分配室，所述直流单管的分离筒体的外周与所述上隔板固定连接，所述直流单管的排气管的外周与所述下隔板固定连接；
所述排气管的底端伸出所述集尘室并与所述下隔板固定连接，所述排气管的底端与所述集气室连通，所述直流单管通过底部设置的出尘口与所述集尘室连通。
技术总结
本实用新型提供了一种三旋分离器、直流单管及其排气管，涉及固体颗粒分离技术领域。排气管的顶部设置有旋流锥，由于旋流锥的上口截面积小于排气管的横截面积，从而减小了固体催化剂颗粒进入排气管的几率，增大了单管的分离效率。与此同时，旋流锥侧缝进气口的设置达到气体分流的作用，净化气体一部分由旋流锥上口进入排气管，另一部分由侧缝进气口进入，气流以很大的速度在侧缝进气口发生急剧转向，固体催化剂颗粒由于惯性原因不会随气流进入侧缝进气口，从而提升单管的分离效率。旋流锥侧缝进气口的设置减小了排气管内气流的径向速度，降低了单管能量损失，有效减小了分离单管的压降。
技术研发人员：张振千;张世成;崔凌云;乔立功;王松江;顾月章;李国智;刘昱;付春龙;覃科人;夏金法;张晋峰
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司;中石化炼化工程(集团)股份有限公司
技术研发日：2020.11.02
技术公布日：2021.06.25
声明：
“三旋分离器、直流单管及其排气管的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国石油化工股份有限公司;中石化炼化工程(集团)股份有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
