第十二讲 旋风分离器的设计和非标设计方法

第十二讲旋风分离器的设计和非标设计方法

旋风分离器是对流干燥系统的重要组成部分。我们对此必须要足够地重视，有一些失败的对流干燥系统，不是干燥器设计不合理，而是旋风分离器设计或选用不合理。

在气流干燥和旋转闪蒸干燥系统中，有80～90%的产品是通过旋风分离器回收的，只有10～20%的产品是通过布袋除尘器回收的。如果旋风分离器‘失灵’，大量的产品就‘拥挤’到布袋除尘器中，增加布袋除尘器的阻力，造成风机风压不够，以致干燥系统‘瘫痪’。

在喷雾干燥系统中，对于喷雾干燥塔底部作为主要回收产品的系统来说，也有将近30%的产品要通过旋风分离器回收；对于喷雾干燥塔底部不收集产品的系统（如中药浸膏喷雾干燥系统），就有全部或85%以上的产品要通过旋风分离器收集。

对于振动流化床干燥系统和转筒干燥系统也有5～10%的细微颗粒要通过旋风分离器回收。

一、旋风分离器的结构和工作原理：

（一）、旋风分离器的结构：

一般来说，旋风分离器由进风管，直筒，锥形筒，排灰管，锁风阀和排风管组成(见图1)。

（二）、工作原理：

当含尘气流以14～22m/s速度由进风管进入旋风分离器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿直圆筒的内壁呈螺旋形向下，

朝锥形筒体运动。通常称此气流为‘外旋气流’。含尘气流在旋转过程中产生离心力，将重度大于气体的尘粒甩向筒内壁。尘粒一旦与筒壁接触，便失去惯性力，而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据‘旋转矩’不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转而上，继续作螺旋运动，即为‘内旋气流’。最后净化气体经排风内管排出器外,一部分未被捕获的尘粒也由此随排风排出旋风分离器。

自进气管流入的另一小部分气体，则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动。当到达排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流（内旋气流）一同从排气管排出。分散在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被带走。

二、旋风分离器的内部气流分布简介和旋风分离器的特点: 由于旋风分离器的分离,捕集过程是一种极为复杂的三维,二相湍流运动,致使理论与实验研究十分困难。.另外,设备的结构不同,几何尺寸的不一,尤其是气—固两相本身物理性质的差异,操作条件的变化等等因素,都对旋风分离器的主要性能----效率,压力损失有显著的影响.因此,至今仍无法全面掌握它们运动的内在规律,更不能从理论上建立一套完整的成熟的数学模型。我们在这里仅介绍与我们有关旋风分离器的定性和半定量的知识。

（一）、旋风分离器的内部气流分布简介：

1．气流在旋风分离器内是复杂的三维运动，器内任一点上都有切向、径向和轴向速度，其中切向速度对分离性能和压力损失影响最大。在旋风分

离器内，切向速度和压力分布在同一水平面，各点的切向速度由器壁向中心增大，满足半自由旋流区的切向速度分布规律：v t×r n=常数，n称速度分布指数，一般在0.5～0.9范围内。到直径等于排气管直径的0.65倍的圆周上大最大值，再往中心则急剧减少，即随于轴心距离的减小而降低。切线速度最大的圆周内有一轴向速度很大的向上内旋气流，称为核心流，核心流以内的气流为强制涡。核心气流以外为准自由涡。器内各点的压力测定结果表明，由于旋涡的存在，在分离器内气体沿径向的压力分布曲线似抛物线状。器壁附近压力最高，仅稍低于气流进口压力，往中心逐渐降低，至核心气流处降为负压,低压核心气流一直延伸至最下面的排灰口。因此，当分离器灰仓或底部接近轴心处有漏孔时，外部空气会以高速进入分离器，使已沉降的颗粒重新卷入净化气流中，以致严重影响收尘效率。

2．涡流：

涡流也称二次涡流，在旋风分离器中称次流，它由轴向速度v z与径向速度v r构成。涡流对旋风分离器的性能，尤其是分离效率，影响较大。常见的涡流有：

（1）.短路流:旋风分离器顶盖,排气管外面与筒体内壁之间,由于径向速度与轴向速度的存在,将形成局部涡流(上涡流).夹带着相当数量的尘粒向中心流动,并沿排气管外表面下降,最后随中心上生气流逸出排气管,影响了除尘效率。

(2). 纵向旋涡流:纵向旋涡流是以旋风分离器内,外流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流动。经实验证明,零轴向速度面的位置等于0.6倍旋风筒体半径。由于排气管内有效流通载面小于排气管管端以下内旋流

的有效流通载面,因此在排气管管端处产生节流效应,从而使排气管管端附近的气体径向速度大大提高,致使气体对大颗粒的甩力超过了颗粒所受的离心力而造成‘短路’,影响了分离性能。

(3).外层旋流中的局部涡流:由于旋风分离器壁面不光滑,如突起,焊缝等等,可产生与主流方向垂直的涡流.其量虽只约主流的五分之一,但这种流动会使壁面附近,或者已被分离到壁的粒子重新甩到内层旋流,使较大的尘粒在净化气中出现,降低了旋风分离器的分离能力。这种湍流对分离5μm 以下的颗粒尤为不利。

(4).底部夹带:外层旋流在锥体顶部向上返转时可产生局部涡流,将粉尘重新卷起,假使旋流一直延伸到灰斗,也同样会把灰斗中粉尘,特别是细粉尘搅起,被上升气流带走。底部夹带的粉尘量占排气管带出粉尘量的20～30%。因此,合理的结构设计,减少底部夹带是改善旋风分离器捕集效率的重要方面。

(二)、旋风分离器的特点:

1．结构简单，器身无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较小。

2．操作，维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用较低。3．操作弹性大，性能稳定，不受含尘气体的浓度，温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制作，或内衬各种不同的耐磨，耐热材料，以提高使用寿命。

4．缺点：如卸灰阀泄漏，会严重影响除尘效率；磨损严重，特别是处理高浓度或琢磨性大的粉尘时，入口处和锥体部位都容易磨坏；除尘效率不