旋风除尘器除尘效率的分析及改进

旋风除尘器

旋风式除尘器的组成及内部气流

简介

旋风除尘器是除尘装置的一类。除沉机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力降尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种型式。按其流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。在相同压力损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。普通旋风除尘器由简体、锥体和进、排气管等组成。旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从业体重分离固体粒子。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。大多用来去除.3μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有80～85%的除尘效率。选用耐高温、耐磨蚀和服饰的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×105P a的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。

行业标准

AQ 1022-2006 煤矿用袋式除尘器

DL/T 514-2004 电除尘器

JB/T 10341-2002 滤筒式除尘器

JB/T 20108-2007 药用脉冲式布袋除尘器

JB/T 6409-2008 煤气用湿式电除尘器

JB/T 7670-1995 管式电除尘器

JB/T 8533-1997 回转反吹类袋式除尘器

JB/T 9054-2000 离心式除尘器

MT 159-1995 矿用除尘器

JC/T 819-2007 水泥工业用CXBC系列袋式除尘器

JC 837-1998 建材工业用分室反吹风袋式除尘器

特点

按照前面轴向速度对流通面积积分的方法，一并计算常规旋风除尘器安装了不同类型减阻杆后下降流量的变化，并将各种情况下不同断面处下降流量占除尘器总处理流量的百分比绘入，为表明上、下行流区过流量的平均值即下降流量与实际上、下地流区过流量差别的大小。可看出各模型的短路流量及下降流量沿除尘器高度的变化。与常规旋风除尘器相比，安装全长减阻杆1#和4#后使短路流量增加但安装非全长减阻杆H1和H2后使短路流量减少。安装1#和4#后下降流量沿流程的变化规律与常规旋风除尘器基本相同，呈线性分布，三条线近科平行下降。但安装H1和H2后，分布呈折线而不是直线，其拐点恰是减阻杆从下向上插入所伸到的断面位置。由此还可以看到，非全长减阻杆使得其伸至断面以上各断面的下降流量增加，下降流量比常规除尘器还大，但接触减阻杆后，下降流量减少很快，至锥体底部达到或低于常规除尘器的量值。

短路流量的减少可提高除尘效率，增大断面的下降流量，又能使含尘空气在除尘器内的停留时间增长，为粉尘创造了更多的分离机会。因此，非全长减阻杆虽然减阻效果不如全长减阻杆，但更有利于提高旋风除尘器的除尘效率。常规旋风除尘器排气芯管入口断面附近存在高达24%的短路流量，这将严重影响整体除尘效果。如何减少这部分短路流量，将是提高效率的一个研究方向。非全长减阻杆减阻效果虽然不如全长减阻杆好，但由于其减小了常规旋风除尘器的短路流量及使断面下降流量增加、使旋风除尘器的除尘效率提高，将更具实际意义。

影响旋风除尘器除尘效率的因素分析

分析了旋风除尘器中流体流动状态及除尘效果影响因素，包括除尘器的结构、进气口、圆筒体直径和高度、排气管、排灰口及操作工艺参数。此外流速粉尘状况、气流运行也对除尘效果有影响，并提出了提高旋风除尘器除尘效率的改进措施。

旋风除尘器是利用含尘气流作旋转运动产生的离心力将尘粒从气体中分离并捕集下来的装置。旋风除尘器与其他除尘器相比，具有结构简单、没有运动部件、造价便宜、除尘效率较高、维护管理方便以及适用面宽的特点，对于收集5～10 μm 以上的尘粒，其除尘效率可达90%左右。广泛用于工业炉窑烟气除尘和工厂通风除尘，工业气力输送系统气固两相离与物料气力烘干回收等。此外，旋风器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器，能与其他类型高效除尘器串联使用。旋风除尘器在粮食行业也得到了广泛的应用，如原料输送、加工、包装等生产环节的除尘。然而，许多粮食企业的旋风除尘器运行效率并不高，排放指标未到达设计要求，研究和探讨旋风除尘器除尘效率影响因素，对提高其除尘效率具有重要的现实意义。

1 结构与原理

旋风除尘器按气流进气方式分为切流反转式、轴流反转式、直流式等。粮食行业除尘所使用的主要是切流反转式旋风器。含尘气体通过进口起旋器产生旋转气流，进人旋风除尘器后，沿外壁自上而下作螺旋形旋转运动，这股向下旋转的气流到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的作用下移向外壁，在气流和重力共同作用下沿壁面落人灰斗，去除了粉尘的气体汇向轴心区域由排气芯管排出。

旋风除尘器的性能通常以其处理量、效率、阻力降3个主要技术指标来表示。处理量系指除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体量，它取决于装置的型式和结构尺寸；效率是除尘装置除去的粉尘量与未经除尘前含尘气体中所含粉尘量的百分比；阻力降有时称压力降，它代表含尘气体经过除尘装置所消耗能量大小的一个主要指标。压力损失大的除尘装置，在工作时能量消耗就大，运转费用高。

2 流体流动状态分析

旋风除尘器的气流是由切向、径向及轴向构成的复杂紊流状态。其中，切向速度在内、外旋流中方向一致，并且向外，其大小不同。切向速度在内旋流中随筒体半径的减小而减小，在外旋流中随筒体半径的减小而增加，在内、外旋流的交界面处达到最大值。切向分速度使粉尘颗粒在径向方向加速度的作用下产生由内向外的离心沉降速度，从而把粉尘颗粒推到圆筒壁而被分离。径向速度和轴向速度较小，但在内外旋流中的方向不一致。径向速度在内旋流中方向朝外，在外旋流中方向朝内，在内、外旋流的交界面处形成一个假想的圆柱面。径向分速度使得粉尘颗粒在半径方向由外向内推到中心部涡核而随上升气流排离旋风除尘器，形成了旋风分离器的主流，使得旋风除尘器中气固相物质的较好分离。径向分速度的存在也导致了内旋气流在上升过程中流动状态的极度混乱，湍动剧烈形成大量旋涡，把在沉降段(圆筒部份)已和气体分离的尘粒重新又搅拌起来，而此时尘粒恰恰又作径向运动(负沉降)，它们自动地跑到旋涡里来，形成部分尘粒被气体一起排离旋风除尘器的二次扬尘现象，结果使旋风分离器效率下降。旋风器的边壁处和锥体气旋的交换处是二次扬尘的主要区域，轴向速度在筒体外壁附近方向朝下，靠近轴心部分方向朝上，且在轴心底部速度最大，当气流由锥筒体底部反转上升时，会将已除下的粉尘重新带走，形成返混现象，影响除尘效率。此外，由于轴向分速度和径向分速度的存在，使得常规型旋风除尘器在工作时经常形成上灰环和下灰环，其中下灰环对于粉尘颗粒捕集分离有一定的作用，而上灰环的存在使得原来已被捕集分离在圆柱体边壁的粉尘先沿外筒壁向上移动，然后沿顶盖向内移动，又沿内筒的外壁向下移，最后短路而排离旋风器，降低除尘效率。由此可见，克服分离器分离效果不好的办法，必须从3方面着手：①消除“上灰环”避免尘粒走短路；②尽量减少气体分离段的湍流，降低二次扬尘的机会；③克服尘粒在分离段的负沉降运动(径向运动)。

3 影响除尘效果的因素

3.1 除尘器结构