關鍵詞：旋風除塵器 多筒多管組合
1 引言
旋風除塵器（簡稱旋風器）與其他除塵器相比，具有結構簡單、造價便宜、維護管理方便以及適用面寬的特點。旋風器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風除塵；工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相分離與物料氣力烘干回收。高性能的旋風器對于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以達到95%～98%，對于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以達到92%～95%。旋風器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點。
旋風器的類型有切流反轉式、軸流反轉式、直流式等。工廠通風除塵使用的主要是切流反轉式旋風器。
2 旋風器結構
2．1 單體基本結構
單體基本結構參見圖1，含塵氣體通過進口起旋器產(chǎn)生旋轉氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運動，到達壁附近的粉塵在氣流的作用下進入收塵灰斗，去除了粉塵的氣體匯向軸心區(qū)域由排氣芯管排出。
圖1 旋風器結構示意圖
2．2 結構改進措施
旋風器在長期使用中，為了達到低阻高效性能其結構不斷進行改進，改進措施主要有：（1）進氣通道由切向進氣改為回轉通道進氣，通過改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量?；剞D通道在90°左右時阻力較小。（2）把傳統(tǒng)的單進口改為多進口，有效地改進旋轉流氣流偏心，同時旋風器阻力顯著下降。（3）在筒錐體上加排塵通道，防止到達壁面的粉塵二次返混。（4）采用錐體下部裝有二次分離裝置（反射屏或中間小灰斗）防止收塵二次返混。（5）排氣芯管上部加裝二次分離器，利用排氣強旋轉流進行微細粉塵的二次分離，對捕集短路粉塵極為有效。（6）在筒錐體分離空間加裝減阻件降阻，等。
2．3 組合技術
處理氣體量較大時，可以采用多個旋風器單體進行并聯(lián)組合。（1）多筒組合：多筒組合可以采用分支并聯(lián)和環(huán)狀并聯(lián)方式，見圖2。組合技術的關鍵在于含塵氣流分配的均勻性和防止氣流串流。分支并聯(lián)一般采用雙旋風器、四旋風器方式。對于處理氣體量較大時，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風器一般采用渦殼排氣方式。（2）多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個旋風子（小尺寸旋風器）進行箱式并聯(lián)安裝。旋風子在進氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風子兩級一體復合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過調(diào)整旋風子進氣口角度、排氣芯管長度、進氣空間高度、旋風子間距等措施實現(xiàn)。
圖2 多筒組合并聯(lián)方式
圖3 多管組合并聯(lián)方式
3 旋風器使用
旋風器單體直徑一般控制在200～1000mm，特殊情況下可以超過1000mm。旋風器單體安裝角度應不小于45°，宜大于粉塵的流動角，對于氣體量負荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。
旋風器單體組合應注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術措施。旋風器組合空間的進氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應嚴格分開，連接處不得漏風。
對旋風器性能影響較大的因素是運行管理不善造成的灰斗漏風和排灰不及時造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會加劇旋風器筒錐體磨損影響使用壽命。
根據(jù)使用條件可以選用不同材料制作旋風器，如鋼板、有機塑料板、玻璃鋼等加；鑄鐵、鑄鋼澆筑；陶土、石英砂、白剛玉燒制。也可以采用礬土水泥骨料、灰綠巖鑄石等材料作鋼制件的耐磨內(nèi)襯。
除塵器串聯(lián)使用時，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時，應將高效旋風器放在后級。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時，就將旋風器放在前級。除高濃度場合外，一般不采用同種旋風器串聯(lián)使用。
4 旋風器的主要技術參數(shù)
4．1 旋風器的結構參數(shù)
旋風器結構尺寸一般以筒體直徑D1（m）為定性尺寸給出各部位的無因次比值，旋風器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無因次結構比值KD2、KD3、KD4、KH1、KH2、KH、Ka、Kb、KS確定其他部位尺寸，參見圖1。即：
KD2=D2/ D1 KD2=D3/ D1 KD4=D4/ D1 KD2=D2/ D1 KH1= H1/ D1 KH2= H2/ D1
Ka=a/ D1 Kb= b/ D1 KS= s/ D1 KH= H/ D1 = KH1+ KH2- KS
其中D1筒體直徑、D2芯管進口直徑、D3芯管出口直徑、D4錐體下部直徑（排灰口直徑），m；H芯管進口截面到錐體排灰口的距離（或稱分離區(qū)高度）、H1筒體高度、H2錐體高度，m；a進口寬度、b進口高度、s芯管插入深度，m。表1中列出了部分旋風器的結構參數(shù)[1-4]。
常見旋風器的結構尺寸表1
|
型號 |
KD2 |
KD3 |
KD4 |
KH1 |
KH2 |
Ka |
Kb |
KS |
|
Ducon-SDC |
0.55 |
0.55 |
0.24 |
0.90 |
1.52 |
0.225 |
0.434 |
1.33 |
|
Ducon-SDM |
0.535 |
0.535 |
0.24 |
0.90 |
1.52 |
0.234 |
0.593 |
1.33 |
|
ЦH |
0.59 |
0.59 |
0.35 |
1.50 |
1.50 |
0.20 |
0.60 |
1.20 |
|
ЦK |
0.546 |
0.546 |
0.293 |
0.60 |
1.33 |
0.213 |
0.387 |
1.00 |
|
CLG |
0.55 |
0.55 |
0.17 |
1.00 |
2.50 |
0.23 |
0.44 |
0.70 |
|
CZT |
0.50 |
0.50 |
0.30 |
0.917 |
2.80 |
0.179 |
0.717 |
0.677 |
|
XLK |
0.50 |
0.50 |
0.165 |
2.00 |
3.00 |
0.26 |
1.00 |
1.10 |
|
XLT/A |
0.60 |
0.60 |
2.62 |
2.00 |
0.26 |
0.66 |
1.50 | |
|
XLP/A |
0.60 |
0.60 |
0.18 |
2.90 |
1.30 |
0.26 |
0.780 |
0.734 |
|
XLP/B |
0.60 |
0.60 |
0.43 |
1.70 |
2.30 |
0.30 |
0.60 |
0.46 |
|
XCZ |
0.50 |
0.50 |
0.40 |
0.92 |
2.75 |
0.18 |
0.72 |
0.72 |
|
XCX |
0.50 |
0.50 |
0.25 |
1.20 |
2.85 |
0.24 |
0.24 |
0.90 |
|
XCY |
0.50 |
0.65 |
0.40 |
0.90 |
2.75 |
0.18 |
0.72 |
0.82 |
|
XCD |
0.50 |
0.50 |
0.25 |
1.10 |
2.50 |
0.286 |
0.80 |
0.80 |
|
Stirmand(h) |
0.50 |
0.50 |
0.40 |
1.50 |
2.50 |
0.20 |
0.50 |
0.50 |
|
Swift |
0.40 |
0.40 |
0.40 |
1.40 |
2.50 |
0.21 |
0.44 |
0.50 |
|
井伊谷鋼一 |
0.50 |
0.50 |
0.40 |
1.00 |
2.00 |
0.30 |
0.60 |
0.70 |
|
Leith-Licht |
0.50 |
0.50 |
0.375 |
3.00 |
2.00 |
0.16 |
0.44 |
1.25 |
|
Friedland |
0.69 |
0.69 |
0.40 |
2.00 |
2.00 |
0.25 |
0.50 |
0.62 |
|
Strn |
0.50 |
0.50 |
0.40 |
1.25 |
0.75 |
0.20 |
0.45 |
0.62 |
|
XCY-Ⅱ |
0.50 |
0.65 |
0.40 |
2.70 |
2.70 |
0.09/2 |
0.72 |
0.82 |
4.2 旋風器進口速度和筒體截面標稱速度
旋風器進口速度v0（m/s）指氣流L（m3/h）由旋風器進口進入時的速度，筒體截面標稱速度vA( m/s)是指氣流量L與旋風器筒體截面面積的比值，即
?。?）
4.3 阻力計算
（2）
式中 ΔP--旋風器阻力，Pa；
Pd--氣流動壓；
Pd0、PdA--分別為對應于進口截面和筒體面的氣流動壓，Pa；
ρ--氣體密度，kg/m3。
Ρ=353KB/（273+t）（空氣）；ρ=366 KB/（273+t）（一般煙氣）（3）
式中KB環(huán)境壓力B的修正系數(shù)，KB =B/ Ba，Ba為標準大氣壓力（101.3kPa）。t為氣體溫度，℃。ξ為設備廠家提供的旋風器阻力系數(shù)，常見旋風器的阻力系數(shù)ξ見表2、3,可以用ξ0或ξA表示。
常見高效旋風器的阻力系數(shù)ξ表2-1
|
型號 |
ξ0 |
ξA |
型號 |
ξ0 |
ξA |
|
XCX |
3.50 |
654 |
CLG |
3.0 |
182 |
|
XLP/B |
5.52 |
106 |
XCD |
5.3 |
187 |
|
ЦH |
3.86 |
166 |
XLP/A |
7.58 |
114 |
|
ЦK |
4.82 |
440 |
CZT |
9.2 |
346 |
|
Stirmand(h) |
5.40 |
334 |
XCZ |
8.3 |
306 |
|
Swift |
9.20 |
471 |
XCY |
8.0 |
295 |
|
Stern |
7.41 |
567 |
XCY-Ⅱ |
6.5 |
240 |
|
井伊谷鋼一 |
8.10 |
349 |
Friedland |
12.4 |
492 |
|
Ducon-SDC |
7.80 |
53 |
Leith-Licht |
2.76 |
345 |
|
Ducon-SDM |
7.60 |
58 |
Buell |
10 |
192 |
常見旋風器的阻力系數(shù)ξ0表2-2
|
型號 |
ξ0 |
型號 |
ξ0 |
|
XNX |
3.6 |
雙級渦旋 |
4.0 |
|
XND |
5.6 |
XSW |
2.5 |
|
XP |
7.5 |
CLT/A |
2.8 |
|
XXD |
5.1 |
CLT/A |
6.5 |
|
XDF |
4.1 |
CLT |
5.1 |
ξ0為對應于進口截面的阻力系數(shù)；ξA為對應于筒體截面的阻力系數(shù)，可以反映同一直徑的不同類型旋風器在處理相同風量時的阻力大小。ξ0與ξA間關系為:
ξA/ξ0=0.62（Ka Kb）-2 ?。?）
旋風器安裝方式不同會對旋風器阻力計算值產(chǎn)生影響，如旋風器出口方式采用出口渦殼比采用圓管彎頭阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，與單個使用也有差別，可以通過工程經(jīng)驗進行修正。一般來講，同類型直徑大小不同的旋風器阻力相同。
4．4 除塵效率計算
4．4．1 分級效率[5]
式中 a、β--分別為分布系數(shù)；分割粒徑dc50，μm；
n--旋風器切向速度分布指數(shù)。
切向進氣旋風器：
（7-1）
?。?-2）其中
?。?）4．4．2 分割粒徑
?。?）式中θ錐體半角，度；μ為氣體黏性系數(shù)，PaS；ρP為粉塵真密度，kg/m3。
4．4．3 總效率
旋風器的除塵效率計算為：
式中x=dc;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實際應用中一般采用粒級分布累計質量表示，分為n個粒級給出，除塵效率計算又可以為：
（10）其中
式中ηi（dpi,dpi+1）粒級除塵效率可以取ηi（kdpI+(1-k)dpi+1），0< k<1.0，通常取k為0.5。
對于某些場合采用理論計算除塵效率往往誤差比較大，通?？梢圆捎糜嬎闩c實際應用相結合的辦法修正，亦可參照類似工程進行判定。
對于已知某一工況B的旋風器在工況波動到工況A時估算除塵效率ηA，可以對已知除塵效率ηB進行工況修正，有
?。?1）對于同類型但直徑大小不同的旋風器除塵效率有
（12）4．4．4 含塵深度計算
旋風器中實際運行的是工況含塵濃度C，mg/m3；作為評價、監(jiān)督使用標況濃度CN，mg/m3（標準），CP為工況排放濃度，mg/m3。它們之間的關系為：
4．4．5 算例
Stairmand旋風器結構尺寸：筒體直徑D1=203mm；芯管直徑D2=D3=102mm；錐體下部直徑D4=76mm；入口寬度a=41mm；入口高度b=102mm；筒體長度H1=mm；錐體長度H2=mm；芯管深度s=102mm；錐體角2θ=14.2°。工況參數(shù)：入口速度v0=15.3m/s；粉塵密度ρP=2000 kg/m3；氣體溫度t=20℃；進口含塵濃度CP =2.0 g/m3；阻力ΔP=748Pa。
由式（2）計算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33；由式（9）計算分割粒徑dc50=2.0320μm（注：分割粒徑dc50.s的測定值
為2.0μm）；由式（5）、（6）計算得該除塵器的分級效率為
5 旋風器選用
已知條件：氣體量、氣體溫度；旋風器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質量分布；供選用的旋風器技術參數(shù)[6]（阻力系數(shù)；分級效率；主要結構尺寸）；等。
計算要求：確定旋風器的直徑和個數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。
選用過程：
（1）根據(jù)阻力計算所用旋風器的筒體截面的標稱速度：
。（2）計算旋風器筒體截面總面積：Az=L/（3600 vA）。
（3）確定旋風器直徑D1和N?？稍O定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：
。（4）根據(jù)選定的旋風器個數(shù)N和現(xiàn)場提供的場地、運行方式確定旋風器的連接方式和組合方式。
（5）計算設計工況下的旋風器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運行濃度，標況濃度為環(huán)境監(jiān)督、評價用的含塵濃度。
（6）根據(jù)處理氣體和粉塵的性質確定制作旋風器的設備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內(nèi)襯材料。
（7）確定旋風器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對粉塵負荷少于一個班次工作量的可以采用人工清灰。
（8）旋風器支架、檢查平臺、連接配管、檢測孔設計。
（9）旋風器運行工況分析，如工藝周期性負荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時旋風器單體堵灰、磨損的可能性；排灰輸灰裝置的工作狀況等。
參考文獻
1 孫一堅，主編，簡明通風設計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997
2 嵇敬文編，除塵器，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981
3 陳明紹，吳光興，張大中等編著，除塵技術的基本理論與應用，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981
4 童志權，主編，工業(yè)廢氣交納化與利用，北京：化學工業(yè)出版社，2001
5 沈恒根，刁永發(fā)，許晉源：平衡塵粒模型用于旋風分離器分級效率的計算，環(huán)境工程，1998，16（6）：29-31
6 沈恒根，亢燕銘，高洪瀾等，離心式除器，中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T 9054-2000。北京：機械科學研究院，2000