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1、影響旋風除塵器除塵效率的因素分析 BB旋風除塵 發(fā)表于2010-07-19 和12:01:01 | 作者：平尺量具 影響旋風除塵器除塵效率的因素分析 旋風除塵器是利用含塵氣流作旋轉運動孕育發(fā)生的離心力將塵粒從氣體中分離 并捕集下來的裝置。旋風除塵器與其他除塵器相比，具有結構簡單、沒有運動部 件、造價便宜、除塵效率較高、維護管理利便以及適用面寬的特點，對于收集5? 10卩m以上的塵粒，其除塵效率可達 90流右。廣泛用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和 工廠通風除塵，工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相離與物料氣力烘焙回收等。 此外，旋 風器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預除塵器，能與其他類型高效除塵器串聯(lián)使 用。旋風

2、除塵器在糧食行業(yè)總得到了廣泛的應用，如原料輸送、加工、包裝等生 產(chǎn)環(huán)節(jié)的除塵。然而，許多糧食企業(yè)的旋風除塵器運行效率并不高， 排放指標未 到達設計要求，研究和探討旋風除塵器除塵效率影響因素， 對提高其除塵效率具 有重要的實際意義。 1結構與原理 旋風除塵器按氣流進氣方式分為切流反轉式、軸流反轉式、直流式等。糧食行業(yè) 除塵所使用的主要是切流反轉式旋風器。 含塵氣體通過進口起旋器孕育發(fā)生旋轉 氣流，進人旋風除塵器后，沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動， 這股向下旋轉的 氣流到達錐體底部后，轉而向上，沿軸心向上旋轉。氣流作旋轉運動時，塵粒在 慣性離心力的作用下移向外壁，在氣流和重力配合作用下沿壁面落

3、人灰斗， 去除 了粉塵的氣體匯向軸心地區(qū)范圍由排氣芯管排出。 旋風除塵器的性能凡是以其處理量、 效率、阻力降3個主要技術指標來表示。處 理量系指除塵裝置在單元時間內(nèi)所能處理的含塵氣體量， 它決定于于裝置的型式 和結構尺寸；效率是除塵裝置除去的粉塵量與未經(jīng)除塵前含塵氣體中所含粉塵量 的百分比；阻力降有時稱壓力降，它代表含塵氣體顛末除塵裝置所消耗能 +量大 小的一個主要指標。壓力損失大的除塵裝置，在工作時能 +量消耗就大，運轉費 用咼。 2流體流動狀況分析 旋風除塵器的氣流是由切向、徑向及軸向構成的復雜紊流狀況。 其中，切向速率 在內(nèi)、外旋流中方向相符，并且向外，其大小不同。切向速率在

4、內(nèi)旋流中隨筒體 半徑的減小而減小，在外旋流中隨筒體半徑的減小而增加， 在內(nèi)、外旋流的交界 面處達到最大值。切向分速率使粉塵顆粒在徑向方向加速率的作用下孕育發(fā)生由 內(nèi)向外的離心沉降速率，從而把粉塵顆粒推到圓筒壁而被分離。徑向速率和軸向 速率較小，但在內(nèi)外旋流中的方向紛歧致。徑向速率在內(nèi)旋流中方向朝外，在外 旋流中方向朝內(nèi)，在內(nèi)、外旋流的交界面處形成一個假想的圓柱面。 徑向分速率 要得粉塵顆粒在半徑方向由外向內(nèi)推到中心部渦核而隨上升氣流排離旋風除塵 器，形成了旋風分離器的主流，要得旋風除塵器中氣固相物質(zhì)的較好分離。 徑向 分速率的存在也導致了內(nèi)旋氣流在上升過程中流動狀況的極端混亂， 湍動劇烈形

5、成大量旋渦，把在沉降段（圓筒部份）已和氣體分離的塵粒重新又拌和起來， 而此 時塵粒恰恰又作徑向運動（負沉降），它們自動地跑到旋渦里來，形成部分塵粒被 氣體一起排離旋風除塵器的二次揚塵征象，結果使旋風分離器效率降落。旋風器 的邊壁處和錐體氣旋的互換處是二次揚塵的主要地區(qū)范圍， 軸向速率在筒體外壁 附近方向朝下， 靠近軸心部分方向朝上， 且在軸心底部速率最大， 當氣流由錐筒 體底部反轉上升時， 會將已除下的粉塵重新帶走， 形成返混征象， 影響除塵效率。 此外，因為軸向分速率和徑向分速率的存在， 要得通例型旋風除塵器在工作時經(jīng) 常形成上灰環(huán)和下灰環(huán)， 其中下灰環(huán)對于粉塵顆粒捕集分離有一定的作用，

6、而上 灰環(huán)的存在要得原來已被捕集分離在圓柱體邊壁的粉塵先沿外筒壁向上移動， 然 后沿頂蓋向內(nèi)移動， 又沿內(nèi)筒的外壁向下移， 最后短路而排離旋風器， 減低除塵 效率。由此可見，降服分離器分離效果不好的辦法，必須從 3方面著手：①消除 “上灰環(huán)” 避免塵粒走短路； ②只管即便減少氣體分離段的湍流， 減低二次揚塵 的機會；③降服塵粒在分離段的負沉降運動（徑向運動）。 3 影響除塵效果的因素 3.1 除塵器結構 旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例， 每一個比例關系的變動， 都能影響 旋風除塵器的效率和壓力損失， 其中除塵器直徑、 進氣口尺寸、 排氣管直徑為主 要影響因素。 在使用時應

7、注重， 當超過某一界限時， 有利因素也能轉化為倒霉因 素。另外，有的因素對于提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，故而對各因 素的調(diào)整必須兼顧。 3.1.1 進氣口 旋風除塵器的進氣口是形成旋轉氣流的關鍵部件， 是影響除塵效率和壓力損失的 主要因素。 切向進氣的進口面積對除塵器有很大的影響， 進氣口面積相對于筒體 斷面鐘頭，進人除塵器的氣流切線速率大，有利于粉塵的分離。 3.1.2 圓筒體直徑和高度 圓筒體直徑是構成旋風除塵器的最基本尺寸。 旋轉氣流的切向速率對粉塵孕育發(fā) 生的離心力與圓筒體直徑成反比， 在相同的切線速率下，簡體直徑D越小，氣流 的旋轉半徑越小，粒子受到的離

8、心力越大，塵粒越容易被捕集。因此，應適當選 擇較小的圓筒體直徑， 但若簡體直徑選擇過小， 器壁與排氣管太近， 粒子又容易 逃逸；筒體直徑太小還容易引起擁塞， 尤其是對于粘性物料。 當處理風量較大時， 因筒體直徑小處理含塵風量有限，可采用幾臺旋風除塵器并聯(lián)運行的要領解決。 并聯(lián)運行處理的風量為各除塵器處理風量之和， 阻力僅為單個除塵器在處理它所 承擔的那部分風量的阻力。 但并聯(lián)使用制造比力復雜， 所需材料也較多， 氣體易 在進口處被阻擋而增大阻力， 因此， 并聯(lián)使用時臺數(shù)不宜過多。 筒體總高度是指 除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高度之和。 增加筒體總高度， 可增加氣流在除塵器 內(nèi)的旋

9、轉圈數(shù)，使含塵氣流中的粉塵與氣流分離的機會增多， 但筒體總高度增加， 外旋流中向心力的徑向速率使部分細淀粉塵進入內(nèi)旋流的機會也隨之增加， 從而 又減低除塵效率。 筒體總高度一般以 4 倍的圓筒體直徑為好， 錐筒體部分， 因為 其半徑不斷減小，氣流的切向速率不斷增加，粉塵到達外壁的間隔也不斷減小， 除塵效果比圓筒體部分好。 因此， 在筒體總高度一定的情況下， 適當增加錐筒體 部分的高度， 有利提高除塵效率， 一般圓筒體部分的高度為其直徑的 1.5 倍，錐 筒體高度為圓筒體直徑的 2.5 倍時，可獲得較為理想的除塵效率。 3.1.3 排氣管 排風管的直徑和插入深度對旋風除塵器除塵效率

10、影響較大。 排風管直徑必須選擇 一個合適的值， 排風管直徑減小， 可減小內(nèi)旋流的旋轉范圍， 粉塵不易從排風管 排出，有利提高除塵效率，但同時出風口速率增加，阻力損失增大；若增大排風 管直徑，雖阻力損失可明顯減小，但因為排風管與圓筒體管壁太近，易形成內(nèi)、 外旋流“短路”征象，使外旋流中部分未被清除的粉塵直接混入排風管中排出， 從而減低除塵效率。 一般認為排風管直徑為圓筒體直徑的 0.5~0.6 倍為好。排風 管插入過淺， 易造成進風口含塵氣流直接進入排風管， 影響除塵效率； 排風管插 入深，易增加氣流與管壁的磨擦面， 使其阻力損失增大，同時，使排風管與錐 筒體底部間隔縮短， 增加灰塵二次返混排出

11、的機會。 排風管插入深度一般以略低 于進風口底部的位置為好。 3.1.4 排灰口 排灰口的大小與結構對除塵效率有直接的影響， 增大排灰口直徑對提高除塵效率 效率有利，但排灰口直徑太大會導致粉塵的重新?lián)P起。凡是采用排灰口直徑 Do=（0.5-0.1）Dc 。 3.2 操作工藝參量 在旋風除塵器尺寸和結構定型的情況下，其除塵效率關鍵在于運行因素的影響。 3.2.1 流速 旋風除塵器是利用離心力來除塵的， 離心力愈大，除塵效果愈好。 在圓周運動 （ 或 曲線運動）中粉塵所受到的離心力為F=ma式中，F(xiàn)――離心力，N; m粉塵 的質(zhì)量，kg ； a 粉塵離心加速率，m/s2。 因

12、為，a=VT2/R,式中，VT——塵粒的切向速率，m/s； R――氣流的旋轉半徑，m 所以，F(xiàn)=mVT/R可見，在旋風除塵器的結構固定（R不變）、粉塵相同（m穩(wěn)定） 的情況下，增加旋風除塵器人口的氣流速率，旋風除塵器的離心力就愈大。 旋風除塵器的進口氣量為 Q=3600BVT式中，Q――旋風除塵器的進口氣量， m3/h; B 旋風除塵器的進口截面積， m2 所以，在結構固定（R不變，B不變）、粉塵相同（m穩(wěn)定）的情況下，除塵器人口 的氣流速率與進口氣量成正比， 而旋風除塵器的進口氣量是由引風機的進風量決 定的。 可見，提高進風口氣流速率， 可增大除塵器內(nèi)氣流的切向速率， 使粉塵受到的離 心力

13、增加，有利提高其除塵效率， 同時，也可提高處理含塵風量。但進風口氣 流速率提高， 徑向和軸向速率也隨之增大， 紊流的影響增大。 對每一種特定的粉 塵旋風除塵器都有一個臨界進風口氣流速率， 當超過這個風速后， 紊流的影響比 分離作用增加更快，使部分已分離的粉塵重新被帶走，影響除塵效果。另外，進 風口氣流增加，除塵阻力也會急劇上升，壓損增大，電耗增加。綜合考慮旋風除 塵器的除塵效果和經(jīng)濟性，進風口的氣流速率控制在 12~20 m/s 之間，最大不超 過25m/s，—般選14m/s為好。 3.2.2 粉塵的狀況 粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關鍵因素。 處于旋風除塵器外旋流的粉塵， 在徑 向同時受

14、到兩種力的作用， 一是由旋轉氣流的切向速率所孕育發(fā)生的離心力， 使 粉塵受到向外的推移作用；另一個是由旋轉氣流的徑向速率所孕育發(fā)生的向心 力，使粉塵受到向內(nèi)的推移作用。在內(nèi)、外旋流的交界面上，如果切向速率孕育 發(fā)生的離心力大于徑向速率孕育發(fā)生的向心力， 則粉塵在慣性離心力的推動下向 外壁移動， 從而被分離出來； 如果切向速率孕育發(fā)生的離心力小于徑向速率孕育 發(fā)生的向心力， 則粉塵在向心力的推動下進入內(nèi)旋流， 最后經(jīng)排風管排出。 如果 切向速率孕育發(fā)生的離心力等于徑向速率孕育發(fā)生的向心力， 即作用在粉塵顆粒 上的外力等于零， 從理論上講， 粉塵應在交界面上不停地旋轉。 實際上因為氣流 處于紊流狀

15、況及各種隨機因素的影響， 處于這類狀況的粉塵有 50%的可能進入 內(nèi)旋流，有 50%的可能向外壁移動，除塵效率應為 50%。此時分離的臨界粉塵顆 粒稱為支解粒徑。 這時候，內(nèi)、外旋流的交界面就象一張孔徑為支解粒徑的篩網(wǎng)， 大于支解粒徑的粉塵被篩網(wǎng)截留并捕集下來， 小于支解粒徑的粉塵， 則通過篩網(wǎng) 從排風管中排出。 旋風除塵器捕集下來的粉塵粒徑愈小， 該除塵器的除塵效率愈高。 離心力的大小 與粉塵顆粒有關，顆粒愈大，受到離心力愈大。當粉塵的粒徑和切向速率愈大， 徑向速率和排風管的直徑愈鐘頭， 除塵效果愈好。 氣體中的灰分濃度也是影響出 口濃度的關鍵因素。 粉塵濃度增大時， 粉塵易于凝聚，

16、使較小的塵粒凝聚在一起 而被捕集，同時，大顆粒向器壁移動過程中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被 分離。但因為除塵器內(nèi)向下高速旋轉的氣流使其頂部的壓力降落， 部分氣流也會 挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上到達頂部后， 沿排氣管外壁旋轉向下由排氣管排 出，導致旋風除塵器的除塵效率不可能為 100%。 根據(jù)除塵效率計較公式n =(1- So/Si) x 100%式中，n 一一除塵效率；So 出口處的粉塵的流人量，kg/h ； Si——進口處的粉塵的流人量，kg/h。 因為旋風除塵器的除塵效率不可能為 100%，當進口粉塵流人量增加后，除塵效 率雖有提高， 排氣管排出粉塵的絕對量也會大大增加。 所以，

17、要使排放口的粉塵 濃度減低， 則要減低入口粉塵濃度， 可采取多個旋風除塵器串聯(lián)使用的多級除塵 方式，達到減少排放的目的。 3.2.3 運行的影響 旋風除塵器下部的嚴密性是影響除塵效率的又一個重要因素。 含塵氣體進人旋風 除塵器后， 沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動， 這股向下旋轉的氣流到達錐體底 部后，轉而向上，沿軸心向上旋轉。旋風除塵器內(nèi)的壓力分布，是軸向各斷面的 壓力變化較小， 徑向的壓力變化較大 (主要指靜壓 )，這是由氣流的軸向速率和徑 向速率的分布決定的。 氣流在筒內(nèi)作圓周運動， 外側的壓力高于內(nèi)側， 而在外壁 附近靜壓最高， 軸心處靜壓最低。 即使旋風除塵器在正壓下運動， 軸心處也

18、為負 壓，且一直延伸到排灰口處的負壓最大，稍不嚴密，就會孕育發(fā)生較大的漏風， 已沉集下來的粉塵勢必被上升氣流帶出排氣管。 所以，要使除塵效率達到設計要 求， 就要保證排灰口的嚴密性，并在保證排灰口的嚴密性的情況下，實時清除 除塵器錐體底部的粉塵，若不能連續(xù)實時地排出，高濃度粉塵就會在底部流轉， 導致錐體過度磨損。 4 除塵器結構革新 在旋風除塵器的浩繁性能指標中， 壓力損失和分離效率是最為重要的參量， 其癥 結是消除“上灰環(huán)”。解決上灰環(huán)問題的要領之一是通過設置灰塵隔離室，即采 用旁路式旋風除塵器， 它主要是在普通旋風除塵器的基礎上增加一個螺旋形的旁 路分離室， 在除塵器頂部形成的上渦旋粉塵

19、環(huán)， 從旁路分離室引至錐體部分。 這 樣可使導致除塵效率減低的二次流變?yōu)槟芷鸱蹓m聚集作用的上渦旋氣流， 提高除 塵效率。除此以外， 還可通過添加導向葉片、 改變氣流進口形狀等措施來消除上 灰環(huán)。為了解決邊壁處的二次揚塵問題， 可采用環(huán)縫氣墊耐磨旋風除塵器， 它是 在普通旋風除塵器內(nèi)側設置環(huán)縫套圈， 粉塵在旋轉氣流作用下向邊壁靠近， 然后 利用靠近邊壁處的下行氣流將粉塵帶入環(huán)縫， 因為環(huán)縫的存在， 不僅可以減少二 次揚塵，而且使高速旋轉的上、下灰環(huán)消散，提高了除塵效率。但這些要領實際 使用效果并非十分理想。 現(xiàn)提出一種新的革新要領使旋風除塵器的分離性能得到 了極大提高。 這類新式旋風除塵器在結

20、構上主要革新如次： ①進口管下斜 5~10°，使氣流在 旋轉的同時保證了向下的旋轉。并且下傾斜角確保了塵粒反彈時絕對折射朝下。 在傳統(tǒng)旋風除塵器結構中， 進氣蝸殼底板與旋風筒軸線是垂直的， 因為氣流從上 部切線方向進入除塵器后向下旋轉， 引起除塵器頂部倒空形成上渦旋氣流孕育發(fā) 生頂部灰環(huán)， 灰環(huán)沿著排氣管道外表面旋轉向下時， 會在排氣管入口處與已凈化 廢氣的上旋氣流混合，而后經(jīng)排氣管排出除塵器；②進口管采用了 180°的半圈 螺旋管取代了傳統(tǒng)型的直吹進筒，從而進一步保證了氣流的“下旋”。傳統(tǒng)型是 含粉塵的氣體進筒后才旋轉， 而革新式則是確保塵氣高速旋轉起來后才進筒； ③ 進口螺旋道截面遞減

21、， 增大了氣流旋轉的離心力。 含粉塵的氣體在螺旋道中實現(xiàn) 1.4倍加速。提高了塵粒的慣性，減低了塵粒沉降的時間；④錐體長度加長并采 用 20°小錐角，增加了氣流在分離器中的停留時間，有利于小顆粒的沉降純粹， 且使向下旋轉的氣體平緩地轉變成折轉向上的旋轉，從而使除塵效率得以提高； ⑤除塵器下設緩沖料斗， 有效改善廢氣在筒體內(nèi)的流動工況， 減少了灰斗的反混 征象和下灰環(huán)可能孕育發(fā)生的二次揚塵；⑥出風管增長，直到螺旋軌道的底部， 防止了內(nèi)側部分塵粒裹進出風管； ⑦進口、加速段、出口的截面積之比擴大為1： 0.7 ：2， 即出口風速是進口速率的一半；出口風速是內(nèi)部加速段的 1/3 。革新 式除塵器粒子

22、的離心力比在傳統(tǒng)型除塵器中的離心力增大了 1.4 倍以上。而出口 處，負壓對粒子的吸力比傳統(tǒng)型約小了 1/4 。因此，氣流進筒后， 塵粒因慣性大， 要得稍小些的顆粒在氣流在旋風除塵器中停留時間內(nèi)也能得到分離。 出風風速減 低，也要得部分細小顆粒能擺脫上升氣流的吸力而有機會沉降下來， 從而實施分 離。 如何提高旋風除塵器除塵效率是時下糧食行業(yè) 需要解決的一個重要課題。 研究和分析影響旋風除塵器除塵效率的因素， 是設計、 選用、管理和維護旋風除塵器的前提， 也是探求提高旋風除塵器除塵效率途徑的 必由之路。 因為旋風除塵器內(nèi)氣流速率及粉塵微粒的運動等都較為復雜， 影響其 除塵效率的因素較多， 需要我們進行全面分析， 綜合考慮， 追求最優(yōu)設計方案和 運行管理要領。時下，旋風除塵器許多理論還待研究和探討，盡管如此，旋風除 塵器仍以其結構簡單、體積小、制造維修利便、除塵效率較為理想等長處，成為 目前糧食企業(yè)主要除塵裝備之一。隨著對旋風除塵器熟悉的進一步的深入和完 善，它勢必在糧食行業(yè)除塵中發(fā)揮更大的作用。