本实用新型涉及机械设备技术领域，具体而言，涉及一种排气管、直流式分离单管及旋风分离器。
背景技术：
旋风分离器是一种利用离心力将固体颗粒从气流中分离的设备，具有结构简单、制造安装费用低、操作维护简便、性能稳定等优点，问世以来得到了广泛的应用，尤其在石油化工行业。
催化裂化装置需要在烟机前设立第三级旋风分离器(简称“三旋”)，使再生烟气中催化剂浓度和粒径分布达到控制指标，从而保证烟机长周期安全运转。目前，国内fcc装置三旋大多为立管式和卧管式三旋，壳体内部设置多根分离单管(简称“单管”)，单管是三旋的气固分离元件。
目前单管有逆流式和直流式两种，而现有直流式分离单管的排气管多为直管型，存在分离单管排气管直径较大时压降低同时分离效率也低，排气管直径较小时分离效率高但压降高的问题。
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排气管、直流式分离单管及旋风分离器以解决上述技术问题。
本实用新型是这样实现的：
一种直流式分离单管的排气管，其包括排气管上段、排气管中段和排气管下段，排气管下段的管径大于排气管上段的管径，排气管中段为变径管，排气管中段管径较大的一端与排气管下段连通，排气管中段管径较小的一端与排气管上段连通。
发明人发现排气管的管径与分离单管的分离效率以及压降紧密相关。当排气管的管径较大时，会导致分离单管的分离效率降低，排气管直径较小又会导致分离单管的压降增大等问题。
针对以上问题，发明人设计了一种排气管，排气管上段的管径较小，排气管下段的管径较大。由于排气管上段管径较小，减少了固体催化剂颗粒进入排气管中，从而增大了分离效率，排气管下段管径较大，降低了由于排气管入口处管径缩小造成的压降增大问题。本实用新型提出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。
排气管上段为直管或侧壁开设第一侧缝进气口的直管，第一侧缝进气口是沿排气管上段的外侧壁开设的狭缝，狭缝的形状为矩形，且狭缝与排气管上段的内部连通。
位于分离筒体内的排气管下段为直管或侧壁开设第二侧缝进气口的直管，第二侧缝进气口是沿排气管下段的外侧壁开设的狭缝，狭缝的形状为矩形，且狭缝与排气管下段的内部连通；
狭缝在排气管上段壁厚方向上斜切，斜切方向与排气管上段外气流旋转方向夹角为α，α＝90°～180°。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述排气管中段为锥形变径管。
一种直流式分离单管，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，且排气管的底端延伸出分离筒体的外部。
在一种实施方式中，排气管与分离筒体的底端焊接。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述分离筒体的底部设置有多个出尘口，且多个出尘口均匀分布于分离筒体的底部。
出尘口可以是扇形口或者矩形口等结构。出尘口用于排出分离后的固体颗粒物。
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固定连接有导流体，导流体与分离筒体同轴线设置。
进一步地，在分离筒体的上方设置有进气口。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述进气口为矩形进气口。
进气口焊接于分离筒体上。优选地，进气口为切向进气，可为双向进气、三向进气或者多向进气等。
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，排气管上段的内径为d2，排气管下段的内径为d3，分离筒体的高度为l，排气管在分离筒体内的高度为l1，排气管上段的高度为l2，排气管中段的高度为l3；
其中，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.2-0.8，l/d1＝3.0-6.0，l1/d1＝2.5-5.0，l2/d1＝0.8-2.0，l3/d1＝0.1-0.5，d1＝200-500mm。
分离筒体在上述尺寸比例范围内时，分离效率更优，压降降低更明显。
一种旋风分离器，包括壳体以及设置于壳体内的下隔板，上隔板和多个直流式分离单管。
下隔板和上隔板由下而上将壳体内分隔为集气室、集尘室以及分配室，下隔板和上隔板均呈倒锥形，直流式分离单管的外周与上隔板固定连接，直流式分离单管远离上隔板的一端伸出集尘室并与下隔板固定连接，直流式分离单管的出尘口与集尘室连通，直流式分离单管的进气口与分配室连通，直流式分离单管的排气管下段与集气室连通。
在本实用新型应用较佳的实施方式中，上述壳体的底部还设置有三旋排气口和三旋排尘口，三旋排气口与集气室连通，三旋排尘口与集尘室连通。
此外，在壳体的顶部还开设有三旋进气口。
气固混合物从三旋进气口进入气体分配室，经直流式分离单管的进气口均匀进入直流式分离单管。在离心力的作用下，气固混合物在分离筒体的内壁与导流体之间的环隙内进行旋转，使得催化剂颗粒被甩向分离筒体的内壁，并依靠筒壁附近向下运动的气流将其带至出尘口，并由出尘口排出至集尘室，最后由三旋排尘口排出。净化后的烟气通过排气管下段进入集气室，最后由三旋排气口排出，达到气固分离的目的。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的提供的排气管设置为上、中、下三段，由于排气管上段内径较小，减少了固体催化剂颗粒进入排气管中，有助于提升分离效率。排气管下段通过排气管中段变径与排气管上段相连，排气管下段管径的增大，减小了气流的湍动能，促使压降降低。因此，本实用新型提出的直流式分离单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。
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为直流式分离单管结构示意图；
图2为直流式分离单管气固流动方向示意图；
图3为侧壁开设侧缝进气口的直管的结构示意图；
图4为直流式旋风分离器结构示意图。
图标：1-下隔板；2-排气管；201-排气管下段；202-排气管中段；203-排气管上段；3-固定环；4-排尘口；5-导流体；6-分离筒体；7-上隔板；8-进气口；9-三旋进气口；10-人孔；11-气体分配室；12-三旋集尘室；13-三旋壳体；14-三旋集气室；15-三旋排气口；16-三旋排尘口；17-分离筒体与导流体环隙之间气固运动流股；18-含有大量固体催化剂颗粒进入分离筒体下部的流股；19-经分离净化后的烟气进入排气管流股；20-分离筒体边壁进入排气管的流股；21-分离单管底部折流流股；22-排尘口固体催化剂颗粒流股。
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
请参阅图1所示，本实施例提供了一种直流式分离单管，其包括：排气管2、排尘口4、导流体5、分离筒体6和进气口8。
其中，排气管2自上而下分为排气管上段203、排气管中段202和排气管下段201。排气管2的管径呈如下关系：
排气管下段201的管径大于排气管上段203的管径，排气管中段202为变径管，排气管中段202管径较大的一端与排气管下段连通，排气管中段202管径较小的一端与排气管上段203连通。
排气管2焊接于分离筒体6的底部，并与分离筒体6同轴线设置。
本实施例中，排气管中段202为锥形变径管。
本实施例中，分离筒体6为直筒型，在其他实施例中亦可为变径型，比如分离筒体6的下部扩径。
参照图1所示，分离筒体6的上方设置有进气口8，本实施例中，进气口8焊接于分离筒体6上。
进气口8为矩形进气口，切向进气，例如：双向进气、三向进气或多向进气。
在分离筒体6顶部设有导流体5，导流体5与分离筒体6同轴线设置。这样设置以促使气固混合物可以沿导流体5与分离筒体6的内壁形成的环隙进行旋转，大部分颗粒物被甩向筒壁，同轴线设置可以促使颗粒物快速沿筒壁向下沉降。
分离筒体6底部设置有多个排尘口4，本实施例中排尘口4的数目为4个，在其他实施方式中，可以根据需要进行自适应调整排尘口4的数目。
多个排尘口4沿分离筒体6的底部周向方向均匀分布，排尘口4可为扇形口、矩形口、圆形口、菱形口等结构。本实施例中，排尘口4的形状为扇形口。
图1中，本实施例中各部件尺寸包括：分离筒体6的内径为d1，排气管上段203的内径为d2，排气管下段201的内径为d3；分离筒体6的高度为l，排气管2在直流单管内高度为l1，排气管上段203高度为l2，排气管中段202高度为l3。其中，d1＝200-500mm，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.2-0.8，l/d1＝3.0-6.0，l1/d1＝2.5-5.0，l2/d1＝0.8-2.0，l3/d1＝0.1-0.5。
本实施例中，d1取值为300mm，d2/d1＝0.4，d3/d1＝0.6，l/d1＝4.0，l1/d1＝3.0，l2/d1＝1.0，l3/d1＝0.2。
直流式分离单管的气固流动方向示意图参照图2所示：气固混合物经进气口8进入直流式分离单管内，依靠离心力的作用在分离筒体6的内壁与导流体5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17。使催化剂颗粒甩向筒壁，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，如排尘口固体催化剂颗粒流股22。
当含有大量固体催化剂颗粒进入分离筒体下部的流股18进入分离筒体6下段时，经过分离净化带有少量催化剂颗粒的烟气进入排气管2，如经分离净化后的烟气进入排气管流股19；由于排气管2的管口压力低于分离筒体6的压力，分离筒体6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的流股20；分离筒体6向下运动的气流会在排气管2的底部发生折流，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21。
在一种实施方式中，参照图1和图3所示，上述排气管上段203为侧壁开设第一侧缝进气口的直管，第一侧缝进气口是沿排气管上段的外侧壁开设的狭缝，狭缝的形状为矩形。且狭缝与排气管上段203的内部连通。
位于分离筒体6内的排气管下段201为直管或侧壁开设第二侧缝进气口的直管，第二侧缝进气口是沿排气管下段201的外侧壁开设的狭缝，狭缝的形状为矩形，且狭缝与排气管下段201的内部连通。
狭缝在排气管上段壁厚方向上斜切，斜切方向与排气管上段外气流旋转方向夹角为α，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。
实施例2
本实施例提供了一种直流式旋风分离器，参照图1及图4所示。直流式分离单管立式排布安装在三旋壳体13中，本实施例中，在三旋壳体13中设置多个直流式分离单管。
直流式分离单管的分离筒体6和排气管2分别用固定环3固定于三旋13的上隔板7和下隔板1上。
上隔板7和下隔板1均呈倒锥形。
下隔板1和上隔板7由下而上将三旋壳体13内分隔为三旋集气室14、三旋集尘室12以及气体分配室11。
直流式分离单管的排尘口4与三旋集尘室12连通，直流式分离单管的进气口8与气体分配室11连通，直流式分离单管的排气管下段出口与三旋集气室14连通。
三旋壳体13的底部还设置有三旋排气口15和三旋排尘口16，三旋排气口15与三旋集气室14连通，三旋排尘口16与三旋集尘室12连通。
此外，在三旋壳体13的底部还开设有人孔10。在三旋壳体13的顶部设置有三旋进气口9。
直流式旋风分离器的工作过程包括：气固混合物首先由三旋进气口9进入气体分配室11，经直流式分离单管的进气口8均匀进入各个直流式分离单管，依靠离心力的作用在分离筒体6内壁与导流体5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，并由排尘口4排出后，进入三旋集尘室12，最后由三旋排尘口16排出；净化的烟气通过排气管2进入三旋集气室14，最后由三旋排气口15排出，最终达到气固分离的目的。
与现有的三旋分离单管相比本申请提供的技术方案具有以下突出优点：
本实用新型设计的直流单管将排气管设置为上、中、下三段，由于排气管上段内径较小，减少了固体催化剂颗粒进入排气管中(分离筒体边壁进入排气管的流股20中携带的固体催化剂颗粒减少)，提升了分离效率1％-2％。
直流单管排气管下段通过排气管中段变径与排气管上段相连，排气管下段管径的增大，减小了气流的湍动能，促使压降降低了20％以上。
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。
1.一种直流式分离单管的排气管，其特征在于，其包括排气管上段、排气管中段和排气管下段，所述排气管下段的管径大于所述排气管上段的管径，所述排气管中段为变径管，所述排气管中段管径较大的一端与所述排气管下段连通，所述排气管中段管径较小的一端与所述排气管上段连通。
2.根据权利要求1所述的直流式分离单管的排气管，其特征在于，所述排气管上段为直管或侧壁开设第一侧缝进气口的直管，所述第一侧缝进气口是沿排气管上段的外侧壁开设的狭缝，所述狭缝的形状为矩形，且所述狭缝与所述排气管上段的内部连通；
位于分离筒体内的所述排气管下段为直管或侧壁开设第二侧缝进气口的直管，所述第二侧缝进气口是沿排气管下段的外侧壁开设的狭缝，所述狭缝的形状为矩形，且所述狭缝与所述排气管下段的内部连通；
所述狭缝在排气管上段壁厚方向上斜切，所述斜切方向与排气管上段外气流旋转方向夹角为α，所述α＝90°～180°。
3.根据权利要求1所述的直流式分离单管的排气管，其特征在于，所述排气管中段为锥形变径管。
4.一种直流式分离单管，其特征在于，其包括权利要求1或2所述的直流式分离单管的排气管和分离筒体，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延伸出所述分离筒体的外部。
5.根据权利要求4所述的直流式分离单管，其特征在于，所述分离筒体的底部设置有多个出尘口，且多个出尘口均匀分布于所述分离筒体的底部。
6.根据权利要求5所述的直流式分离单管，其特征在于，所述分离筒体的顶部固定连接有导流体，所述导流体与所述分离筒体同轴线设置；
所述分离筒体的上方设置有进气口。
7.根据权利要求6所述的直流式分离单管，其特征在于，所述分离筒体的内径为d1，所述排气管上段的内径为d2，所述排气管下段的内径为d3，所述分离筒体的高度为l，所述排气管在所述分离筒体内的高度为l1，所述排气管上段的高度为l2，所述排气管中段的高度为l3；
其中，d2/d1＝0.1-0.8，d3/d1＝0.1-0.8，l/d1＝3.0-6.0，l1/d1＝2.5-5.0，l2/d1＝0.8-2.0，l3/d1＝0.1-0.5，d1＝200-500mm。
8.一种旋风分离器，其特征在于，包括壳体以及设置于所述壳体内的下隔板，上隔板和如权利要求3-7任一项所述的直流式分离单管。
9.根据权利要求8所述的旋风分离器，其特征在于，所述下隔板和所述上隔板由下而上将所述壳体内分隔为集气室、集尘室以及分配室，所述下隔板和上隔板均呈倒锥形，所述直流式分离单管的外周与所述上隔板固定连接，所述直流式分离单管远离所述上隔板的一端伸出所述集尘室并与所述下隔板固定连接，所述直流式分离单管的出尘口与所述集尘室连通，所述直流式分离单管的进气口与所述分配室连通，所述直流式分离单管的排气管下段与所述集气室连通。
10.根据权利要求9所述的旋风分离器，其特征在于，所述壳体的底部还设置有三旋排气口和三旋排尘口，所述三旋排气口与所述集气室连通，所述三旋排尘口与所述集尘室连通。
技术总结