旋风集尘器的工作原理

旋风集尘器的工作原理
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、无运动部件、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，主要用于捕集5~10µm以上的非黏性、非纤维性的干燥尘粒。

影响除尘器效率的因素主要包括两个方面，一是旋风除尘器的结构参数，二是旋风除尘器的运行管理。

对于使用者来说，设备的结构参数业已确定，运行管理便是影响旋风除尘器的重要因素。

因此，研究运行管理方法对旋风除尘器的影响，对提高旋风除尘器的净化能力具有更加重要的意义。

旋风除尘器运行管理和重要性是：
（1）稳定运行参数；
（2）防止漏风；
（3）预防关键部位磨损；
（4）避免粉尘堵塞。

因为旋风除尘器构造简单，没有运动部件（卸灰阀除外），运行管理相对容易，但是一但出现磨损、漏风、堵塞等故障时将严重影响除尘效率。

1、稳定运行参数
1．1 入口气速
气体流量或者说旋风除尘器入口气速，对旋风除尘器的压力损失、除尘效率都有很大影响。

一般来说，在一定范围内入口气速越高，除尘效率也就越高，这是因为增加入口气速，能增加尘粒在运动中的离心力，使尘粒易于分离，使以除尘效率提高。

但气速太高，气流的湍动程度增加，二次夹带严重。

另外，气速过高易使粉尘微粒与器壁磨擦加剧，导致粗颗粒粉碎，使细粉尘含量增加。

过高的入口气速对具有凝聚性质的粉尘也会起分散作用，当入口流速超过监界值时，紊流的影响就比分离作用增加得更快，以至于除尘效率随入口气速增加的指数小于1。

若入口的气速进一步增加，除尘效率反而降低，因此，旋风除尘器的入口气速不宜太高。

另一方面，从理论可以分析可知，旋风除尘器的压力损失与气体流量的平方成正比。

所以进气口气速成太大，虽然除尘效率会稍有提高（有时不提高甚至下降），但压力损失却急剧上升，即能耗增大，同时入口气速过大，也会加剧旋风除尘器筒体的磨损，降低使用寿命。

因此在设计除尘器的进口截面时，必须使进入口气速为一适应值，一般为18~20m/s，最好不要超过30m/s，浓度高和颗粒粗的粉尘入口速度应选小些，反之可选大些。

1．2 含尘气体的物理性质和进气状态
影响旋风除尘器性能的含尘器体的物理性质主要是气体的密度和黏度。

而含尘气体的密度随进口温度增加而降低，随进口压力增大而增大。

气体密度越大，临界粒径也就越大，故除尘效率下降。

但是，气体的密度和尘粒密度相比，特别是在低压下几乎可以忽略，所以，其对除尘效率的影响与尘粒密度来说，可以忽略不计。

另一方面是气体的密度变小，使压降也变小。

旋风除尘器的效率随气体黏度的增加而降低，气体黏度变化直接与温度的改变有关，当气体温度增加时，气体黏度增大，使颗粒受到的向心力加大，因此在入口风速一定的情况下，除尘器效率随温度的增加而上降。

所以高温条件下运行的除尘器，应有较大入口气速和较小的截面气速，这在与旋风除尘器的运行管理中也应予以注意。

1．3 气体含尘浓度
气体的含尘浓度对旋风除尘器效率和压力损失都有影响。

实验结果表明，处理含尘气体的压力损失要比处理清洁空气时小，且压力损失随含尘负荷的增加而减小，这是因为径向运动的大量尘粒拖曳了大量空气；粉尘从速度较高的气流向外运动到速度较低的气流中时，把能量传递给旋转气流的外层，减少其需要的压力，从而降低了压力损失。

旋风除尘器的除尘效率随粉尘浓度增加而
提高。

但是除尘效率提高的速度要比含尘浓度增加的速度慢得多，因此，要根据气体的含尘浓度不断调整气体的流量和速度，始终保证较高的除尘率。

在选择含尘气体的容量时，除浓度外，还要考虑粉尘的黏结性粉尘的黏结强度。

用于中等黏度结性粉尘净化时，含尘气体的容量应为允许容量的1/4，用于高等黏结性粉尘净化时，含尘气体的容量应为允许容量的1/8，以保证设备的可靠性。

1．4 固体粉尘的物理性质
固体粉尘物理性质主要有颗粒大小、密度与粉尘粒径分布是影响旋风除尘器的重要因素。

含尘气流中固体颗粒粒径越大，在旋风除尘器中产生的离心力越大，越有利于分离。

所以，大颗粒粉尘中所占有的百分数越大，则除尘效率越高。

颗粒密度的大小直接影响到临界直径。

颗粒密度越大，临界直径越小，除尘效率越高。

但颗粒密度对压力损失影响很小，设计计算中可以忽略不计。

在处理粗颗粒腐蚀性粉尘时，其浓度比允许浓度低1/2~1/3，为此可设计前一级预除尘器。

在处理腐蚀性粉尘时，必须增加除尘器的壁厚，或者在旋风除尘器下覆盖橡胶板、人造石板等其它抗腐蚀材料。

1．5 含湿量
气体的含尘量对旋风除尘器工况有较大影响。

如分散度很高而黏
着性很小的粉尘，气体在旋风除尘器中净化不好。

若细颗粒量不变，含湿量增加5%~10%，颗粒在旋风除尘器内相互黏结比较大颗粒，这些大颗粒被猛烈冲击在器壁上，气体净化将大为改善。

所以有往除尘器内加些蒸汽来提高效率的做法。

但是必须注意的是，水蒸汽的量不宜过大，将会引起粉尘粘壁，甚至堵塞，以致大大降低旋风除尘器的性能。

影响旋风除尘器性能的因素除上述外，除尘器内壁粗糙度也会影响除尘器的性能。

2、防止漏风
除尘器的漏风对净化效率有显著影响，尤其以除尘器的排灰口的漏风更为显著。

因为旋风除尘器无论是在正压下还是在负压下运行，其底部总是处于负压状态，如果除尘器底部密封不严密，从外部渗入的空气会把正在落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘器效率显著下降。

除尘器漏风原因主要有三种：
（1) 除尘器进出口连接处漏风，主要是由于连接件使用不当引起的，例如螺栓没有拧紧，垫片不够均匀，法兰面不平整等；（2）除尘器本体漏风，主要原因是灰斗因为含尘气流在旋转或冲击除尘器本体时磨损十分严重，根据现场经验当气体含量真超
过10g/m3时，在不到100天时间里就可以磨坏3mm厚的钢板；（3）旋风除尘器卸风装置的漏风，卸灰阀多用于机械自动式，这些阀密封性较差，稍有不慎，就可能产生漏风，这是除尘器管理的重要环节。

除尘器一但漏风将严重影响除尘效率。

据估算，旋风除尘器灰斗或卸灰阀漏风1%，除尘效率下降10%。

沉降室入口或出口的漏风对除尘效率影响不大，如果沉降室本体漏风则对除尘效率有较大影响。

因此，必须保持旋风除尘器线管的气密性，不允许有漏风（正压操作时）和吸风现象（负压操作时）。

一般在制造前后要进行气密性试验。

3、关键部位的磨损
3．1 影响磨损的因素
（1）磨损与负荷关系。

在高浓度、高速度含尘气体不断冲刷下旋风除尘器极易被磨损。

除尘器一般先在钢板上磨出沟槽，然后被加速磨损，直至磨穿。

除尘器的磨损随灰尘负荷、灰尘密度和硬度以及气体速度的增加需加快，随构成除尘器壁的材料的硬度的增加而减慢。

灰尘浓度低时，一般有较轻磨损；浓度增大，被磨损的面积也增大。

（2）磨损与气体速度成指数关系。

磨损和气体速度成指数关系。

矩形弯头，指数为2；垂直射流的冲击，大约是2.5~3.在相同的气流速度下，20~30度时是磨损最严重的冲击角度。

就低碳钢而言，磨损就会迅速增加。

（3）磨损与粒径关系。

流体动力学理论认为，空气中的小粒子造成的磨损应当较小。

因为粒子的质量随直径的立方而变化，所以小粒子的动量和动能要比相同速度的大粒子小得多。

也有人认为小粒径粉尘因其总表面积较大，产生的磨擦面积也大，因此会随粒度的减小而增加。

3．2 磨损部位
（1）壳体。

除尘器壳体的内部沿着纵向气流给壳壁以相当大的冲击。

在这冲击区产生最大的纵向磨损。

焊接金属通常比基底金属硬，靠近焊接处的金属常因为退火而软于基底金属，硬度的差异使软的退火处比其它部位磨损快。

这些都是造成纵向磨损的条件。

横向磨损是沿着壳体壁一条或几条圆圈形磨损。

在圆筒和圆锥部分，任何圆周焊缝或法兰连接都可能产生断续流动和不同的金属硬度。

因此，在制造和运转时应注意保证连接处的内表面真正光滑并且同心。

在圆筒变为圆锥处，贴近壳壁部分产生的最大断续流动，因而横向磨损增加。

（2）圆锥和排尘口的磨损。

旋风除尘器圆锥部分直径逐渐减小，所以通单位面积表面的灰尘量和流动速度都逐渐增加。

这就使圆
锥部分比圆筒部分磨损更严重。

旋风除尘器从排尘口倒流进去的气体到临界点，运行情况就会恶化。

这时将没有多少灰尘排出，而只是在圆锥的较低部位形成旋转尘环，能使磨损的速度加快好几倍。

这样的磨损，可以利用防止气体流入灰斗的办法来减轻。

如果排尘口堵塞，或灰斗装得过满，妨碍正常排尘，则圆锥部分旋转的灰尘特别容易磨损圆锥。

倘若这种情况持续下去，磨损范围就上升到除尘壁愈来愈高的位置。

解决磨损的办法。

是防止灰斗中灰尘的沉积到接近排尘口的高度。

（3）叶片磨损。

惯性除尘器的叶片磨损是最主要的磨损部位，所以应定期检查叶片完好程度。

为了防止叶片磨损，优良的设计应该把叶片截面制成圆形-矩形，而不应该是片状。

3．3 防止除尘器磨损的技术措施
（1）防止排尘口堵塞。

选用优质的卸灰阀，加强调节和检修。

（2）防止过多的气体倒流入排尘口。

使用卸灰阀要严密，配合得当，减轻磨损口。

（3）就当常检修除尘器有无因磨损而漏气的现像，以便及时采取措施。

（4）尽量减少焊缝和接头。

必须要有焊缝应磨平，法兰连接处
应仔细装配好。

（5）在灰尘冲击部位使用可以更换的抗磨板，或增加耐磨层，也可以用耐磨材料制造除尘器。

（6）除尘器的壁面的切向速度和入口流速应当保持在临界范围以下。

（7）采取有效的防腐措施，在除尘器的外壳一般要刷一层红丹，二层耐腐漆或耐热漆。

4、避免灰尘堵塞和积灰
旋风除尘器的堵塞和积灰主要发生在排尘口附近，其次发生在排尘的管道里。

4．1 排尘口堵塞和预防措施
引起排尘口堵塞通常有两个原因，一是大块物料或杂物，二是灰斗内灰尘堆积过多，不能及时排出。

排尘口的堵塞会增加磨损，降低除尘效率和加大设备压力损失。

预防排尘口堵塞的措施：
（1）在吸气口增加栅网，既不影响吸风效果，又能防止杂物吸入。

（2）在排尘口上部增加手掏孔，其位置应在易堵部位，大小以150×150mm的方孔即可。

手掏孔的法兰处应加垫片并涂密封膏，避免漏风。

平时检查中可用小锤易堵处听其声音，以检查是否有堵塞。

4．2 进排气口堵塞及预防
进、排气口堵塞现象多是设计不理想造成的。

与袋式吸尘器、电除器不同，旋风除尘器的进气口或排气口形式通常不进行专门设计，所以在进气出气口略有粗糙直角、斜角等就会形成粉尘粘附、加厚，直至堵塞。

避免和预防堵塞的第一个环节是从设计中考虑，设计时要根据粉尘性质和气体特点使除尘器进、出口光滑，避免容易形成堵塞的直角、斜角。

加工制造设备时要打光除突出的焊瘤、结疤等。

运行管理旋风除尘器要时常观察压力、流量的异常变化，并根据这些变化找出原因，及时消除。

总之，防止旋风除尘器的堵塞和积灰要做到：
（1）灰斗内的粉尘要在允许范围内；
（2）排灰运灰工具良好；
（3）及时清除灰斗中的灰尘；
（4）防止贮灰和集灰系统中的粉尘接块硬化。

5、结束语
旋风除尘器的运行管理对除尘器的效率有重要影响，因此，必须加强对旋风除尘器的运行管理，健全运行管理制度，督促管理者和操作者严格按规程管理和操作。

严密监视旋风除尘器的运行状态，及时发现和排除运行故障，定期进行检查和维护。

除此之外，还需要从设计、制造和安装入手。

优化除尘器结构、合理匹配除尘器的相关尺寸，提高除尘器的制造尺寸精度，尤其是关键尺寸，提高安装质量。

只有这样，才能确保旋风除尘器高效、安全、可靠运行，提高空气净化程度。

我们相信。

随着各种新技术的出现，旋风除尘器的性能将会越来越好，应用前景会更加广泛。