旋風除塵器

旋風除塵器是除塵裝置的一類。除塵機理是使含塵氣流作旋轉運動，藉助於離心力將塵粒從氣流中分離並捕集於器壁，再藉助重力作用使塵粒落入灰斗。旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個比例關係的變動，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。在使用時應注意，當超過某一界限時，有利因素也能轉化為不利因素。另外，有的因素對於提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對各因素的調整必須兼顧。

基本介紹

• 中文名：旋風除塵器
• 外文名：Cyclone dust collector
• 組成：進氣管排氣管圓筒體圓錐體灰斗
• 溫度：1000℃
• 壓力：500×105Pa
• 開始使用於：1885年

簡介

旋風除塵器於1885年開始使用，已發展成為多種形式。按氣流進入方式，可分為切向進入式和軸向進入式兩類。在相同壓力損失下，後者能處理的氣體約為前者的3倍，且氣流分布均勻。

旋風除塵器是由進氣管、排氣管、圓筒體、圓錐體和灰斗組成。旋風除塵器結構簡單，易於製造、安裝和維護管理，設備投資和操作費用都較低，已廣泛用於從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。在普通操作條件下，作用於粒子上的離心力是重力的5～2500倍，所以旋風除塵器的效率顯著高於重力沉降室。利用這一個原理基礎成功研究出了一款除塵效率為百分之九十以上的旋風除塵裝置。在機械式除塵器中，旋風式除塵器是效率最高的一種。它適用於非黏性及非纖維性粉塵的去除，大多用來去除5μm以上的粒子，並聯的多管旋風除塵器裝置對3μm的粒子也具有80～85%的除塵效率。選用耐高溫、耐磨蝕和腐蝕的特種金屬或陶瓷材料構造的旋風除塵器，可在溫度高達1000℃，壓力達500×105Pa的條件下操作。從技術、經濟諸方面考慮旋風除塵器壓力損失控制範圍一般為500～2000Pa。因此，它屬於中效除塵器，且可用於高溫煙氣的淨化，是套用廣泛的一種除塵器，多套用於鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預除塵。它的主要缺點是對細小塵粒（<5μm）的去除效率較低。

行業標準

AQ 1022-2006 煤礦用袋式除塵器

DL/T 514-2004 電除塵器

JB/T 10341-2002濾筒式除塵器

JB/T 20108-2007 藥用脈衝式布袋除塵器

JB/T 6409-2008 煤氣用濕式電除塵器

JB/T 7670-1995 管式電除塵器

JB/T 8533-1997 迴轉反吹類袋式除塵器

JB/T 9054-2000 離心式除塵器

MT 159-1995 礦用除塵器

JC/T 819-2007水泥工業用CXBC系列袋式除塵器

JC 837-1998建材工業用分室反吹風袋式除塵器

優點

按照前面軸向速度對流通面積積分的方法，一併計算常規旋風除塵器安裝了不同類型減阻桿後下降流量的變化，並將各種情況下不同斷面處下降流量除塵器總處理流量的百分比繪入，為表明上、下行流區過流量的平均值即下降流量與實際上、下地流區過流量差別的大小。可看出各模型的短路流量及下降流量沿除塵器高度的變化。與常規旋風除塵器相比，安裝全長減阻桿1#和4#後使短路流量增加但安裝非全長減阻桿H1和H2後使短路流量減少。安裝1#和4#後下降流量沿流程的變化規律與常規旋風除塵器基本相同，呈線性分布，三條線近科平行下降。但安裝H1和H2後，分布呈折線而不是直線，其拐點恰是減阻桿從下向上插入所伸到的斷面位置。由此還可以看到，非全長減阻桿使得其伸至斷面以上各斷面的下降流量增加，下降流量比常規除塵器還大，但接觸減阻桿後，下降流量減少很快，至錐體底部達到或低於常規除塵器的量值。

短路流量的減少可提高除塵效率，增大斷面的下降流量，又能使含塵空氣在除塵器內的停留時間增長，為粉塵創造了更多的分離機會。因此，非全長減阻桿雖然減阻效果不如全長減阻桿，但更有利於提高旋風除塵器的除塵效率。常規旋風除塵器排氣芯管入口斷面附近存在高達24%的短路流量，這將嚴重影響整體除塵效果。如何減少這部分短路流量，將是提高效率的一個研究方向。非全長減阻桿減阻效果雖然不如全長減阻桿好，但由於其減小了常規旋風除塵器的短路流量及使斷面下降流量增加、使旋風除塵器的除塵效率提高，將更具實際意義。

分類

①高效旋風除塵器，其筒體直徑較小，用來分離較細的粉塵，除塵效率在95%以上；

②大流量旋風除塵器，筒體直徑較大，用於處理很大的氣體流量，其除塵效率為50-80%以上；

③通用型旋風除塵器，處理風量適中，因結構形式不同，除塵效率波動在70-85%之間，

④防爆型旋風除塵器，本身帶有防爆閥，具有防爆功能。

根據結構形式，可分為長錐體、圓筒體、擴散式、旁路型。

按組合、安裝情況分為內旋風除塵器、外旋風除塵器、立式與臥式以及單筒與多管旋風除塵器。

按氣流導入情況，氣流進入旋風除塵後的流路路線，以及帶二次風的形式可概括地分為以下兩種：

①切流反轉式旋風除塵器②軸流式旋風除塵器

效率因素

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，進氣口面積相對於筒體斷面小時，進入除塵器的氣流切線速度大，有利於粉塵的分離。

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。旋轉氣流的切向速度對粉塵產生的離心力與圓筒體直徑成反比，在相同的切線速度下，筒體直徑D越小，氣流的旋轉半徑越小，粒子受到的離心力越大，塵粒越容易被捕集。因此，應適當選擇較小的圓筒體直徑，但若筒體直徑選擇過小，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堵塞，尤其是對於粘性物料。當處理風量較大時，因筒體直徑小處理含塵風量有限，可採用幾台旋風除塵器並聯運行的方法解決。並聯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。但並聯使用製造比較複雜，所需材料也較多，氣體易在進口處被阻擋而增大阻力，因此，並聯使用時台數不宜過多。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的旋轉圈數，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度使部分細小粉塵進入內旋流的機會也隨之增加，從而又降低除塵效率。筒體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜，錐筒體部分，由於其半徑不斷減小，氣流的切向速度不斷增加，粉塵到達外壁的距離也不斷減小，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。

排氣管直徑和深度

排風管的直徑和插入深度對旋風除塵器除塵效率影響較大。排風管直徑必須選擇一個合適的值，排風管直徑減小，可減小內旋流的旋轉範圍，粉塵不易從排風管排出，有利提高除塵效率，但同時出風口速度增加，阻力損失增大;若增大排風管直徑，雖阻力損失可明顯減小，但由於排風管與圓筒體管壁太近，易形成內、外旋流“短路”現象，使外旋流中部分未被清除的粉塵直接混入排風管中排出，從而降低除塵效率。一般認為排風管直徑為圓筒體直徑的0.5~0.6倍為宜。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摩擦面，使其阻力損失增大，同時，使排風管與錐筒體底部距離縮短，增加灰塵二次返混排出的機會。排風管插入深度一般以略低於進風口底部的位置為宜。 由於旋風除塵器單位耗鋼量比較大，因此在設計方案上比較好的方法是從筒身上部向下材料由厚向薄逐漸遞減！

操作工藝參數

在旋風除塵器尺寸和結構定型的情況下，其除塵效率關鍵在於運行因素的影響。

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——離心力，N；m——粉塵的質量，kg；a——粉塵離心加速度，m/s2。因為，a=VT2/R，式中，VT——塵粒的切向速度，m/s；R——氣流的旋轉半徑，m， 所以，F=mVT/R。可見，在旋風除塵器的結構固定(R不變)、粉塵相同(m穩定)的情況下，增加旋風除塵器人口的氣流速度，旋風除塵器的離心力就愈大。
旋風除塵器的進口氣量為Q=3600AVT，式中，Q——旋風除塵器的進口氣量， m3/h； A——旋風除塵器的進口截面積，m2。 所以，在結構固定(R不變，A不變)、粉塵相同(m穩定)的情況下， 除塵器人口的氣流速度與進口氣量成正比，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，提高進風口氣流速度，可增大除塵器內氣流的切向速度，使粉塵受到的離心力增加，有利提高其除塵效率， 同時，也可提高處理含塵風量。但進風口氣流速度提高，徑向和軸向速度也隨之增大，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度，當超過這個風速後，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濟性，進風口的氣流速度控制在12~20 m/s之間，最大不超過25m/s，一般選14m/s為宜。

粉塵的狀況

粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關鍵因素。處於旋風除塵器外旋流的粉塵，在徑向同時受到兩種力的作用，一是由旋轉氣流的切向速度所產生的離心力，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度所產生的向心力，使粉塵受到向內的推移作用。在內、外旋流的交界面上，如果切向速度產生的離心力大於徑向速度產生的向心力，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；如果切向速度產生的離心力小於徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入內旋流，最後經排風管排出。如果切向速度產生的離心力等於徑向速度產生的向心力，即作用在粉塵顆粒上的外力等於零，從理論上講，粉塵應在交界面上不停地旋轉。實際上由於氣流處於紊流狀態及各種隨機因素的影響， 處於這種狀態的粉塵有50%的可能進入內旋流，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分割粒徑。這時，內、外旋流的交界面就象一張孔徑為分割粒徑的篩網，大於分割粒徑的粉塵被篩網截留並捕集下來，小於分割粒徑的粉塵，則通過篩網從排風管中排出。
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度愈大， 徑向速度和排風管的直徑愈小時，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，粉塵易於凝聚，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。但由於除塵器內向下高速旋轉的氣流使其頂部的壓力下降，部分氣流也會挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上到達頂部後，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%。
根據除塵效率計算公式η=(1- So/Si)×100%，式中，η——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後，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，要使排放口的粉塵濃度降低，則要降低入口粉塵濃度，可採取多個旋風除塵器串聯使用的多級除塵方式，達到減少排放的目的。

操作規程

準備工作

1、檢查各連線部位是否連線牢固。

2、檢查除塵器與煙道，除塵器與灰斗，灰斗與排灰裝置、輸灰裝置等結合部的密閉性，消除漏灰、 漏氣現象。

3、關小擋板閥，啟動通風機、無異常現象後逐漸啟動。

技術要求

1、注意易磨損部位如外筒內壁的變化。

2、含塵氣體溫度變化或濕度降低時注意粉塵的附著、堵塞和腐蝕現象。

3、注意壓差變化和排出煙色狀況。因為磨損和腐蝕會使除塵器穿孔和導致粉塵排放，於是除塵效 率下降、排氣煙色惡化、壓差發生變化。

4、注意旋風除塵器各部位的氣密性，檢查旋風筒氣體流量和集塵濃度的變化。

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。含塵氣體進入旋風除塵器後，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後，轉而向上，沿軸心向上旋轉。旋風除塵器內的壓力分布，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度和徑向速度的分布決定的。氣流在筒內作圓周運動，外側的壓力高於內側，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，軸心處也為負壓，且一直延伸到排灰口處的負壓最大，稍不嚴密，就會產生較大的漏風，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，並在保證排灰口的嚴密性的情況下，及時清除除塵器錐體底部的粉塵，若不能連續及時地排出，高濃度粉塵就會在底部流轉，導致錐體過度磨損。

維護

穩定運行參數

旋風式除塵器運行參數主要包括：除塵器入口氣流速度，處理氣體的溫度和含塵氣體的入口質量濃度等。

1)入口氣流速度。對於尺寸一定的旋風式除塵器，入口氣流速度增大不僅處理氣量可提高，還可有效地提高分離效率，但壓降也隨之增大。當入口氣流速度提高到某一數值後，分離效率可能隨之下降，磨損加劇，除塵器使用壽命縮短，因此入口氣流速度應控制在18~23m/s範圍內。

2)處理氣體的溫度。因為氣體溫度升高，其粘度變大，使粉塵粒子受到的向心力加大，於是分離效率會下降。所以高溫條件下運行的除塵器應有較大的入口氣流速度和較小的截面流速。

3)含塵氣體的入口質量濃度。濃度高時大顆粒粉塵對小顆粒粉塵有明顯的攜帶作用，表現為分離效率提高。

防止漏風

旋風式除塵器一旦漏風將嚴重影響除塵效果。據估算，除塵器下錐體處漏風1%時除塵效率將下降5%;漏風5%時除塵效率將下降30%。旋風式除塵器漏風有三種部位：進出口連線法蘭處、除塵器本體和卸灰裝置。引起漏風的原因如下：

1)連線法蘭處的漏風主要是螺栓沒有擰緊、墊片厚薄不均勻、法蘭面不平整等引起的。

2)除塵器本體漏風的主要原因是磨損，特別是下錐體。據使用經驗，當氣體含塵質量濃度超過10g/m3時，在不到100天時間裡可以磨壞3mm的鋼板。

3)卸灰裝置漏風的主要原因是機械自動式(如重錘式)卸灰閥密封性差。

預防關鍵部位磨損

影響關鍵部磨損的因素有負荷、氣流速度、粉塵顆粒，磨損的部位有殼體、圓錐體和排塵口等。防止磨損的技術措施包括：

1)防止排塵口堵塞。主要方法是選擇優質卸灰閥，使用中加強對卸灰閥的調整和檢修。

2)防止過多的氣體倒流入排灰口。使用的卸灰閥要嚴密，配重得當。

3)經常檢查除塵器有無因磨損而漏氣的現象，以便及時採取措施予以杜絕。

4)在粉塵顆粒衝擊部位，使用可以更換的抗磨板或增加耐磨層。

5)儘量減少焊縫和接頭，必須有的焊縫應磨平，法蘭止口及墊片的內徑相同且保持良好的對中性。

6)除塵器壁面處的氣流切向速度和入口氣流速度應保持在臨界範圍以內。

避免粉塵堵塞和積灰

旋風式除塵器的堵塞和積灰主要發生在排塵口附近，其次發生在進排氣的管道里。

1)排塵口堵塞及預防措施。引起排塵口堵塞通常有兩個原因：一是大塊物料或雜物(如刨花、木片、塑膠袋、碎紙、破布等)滯留在排塵口，之後粉塵在其周圍聚積;二是灰斗內灰塵堆積過多，未能及時排出。預防排塵口堵塞的措施有：在吸氣口增加一柵網;在排塵口上部增加手掏孔(孔蓋加墊片並塗密封膏)。

2)進排氣口堵塞及其預防措施。進排氣口堵塞現象多是設計不當造成的——進排氣口略有粗糙直角、斜角等就會形成粉塵的粘附、加厚，直至堵塞。