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旋風(fēng)除塵器

2022-05-13

旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的，用來(lái)分離粒徑大于5~10μm以上的的顆粒物。工業(yè)上已有100多年的歷史。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失中等，動(dòng)力消耗不大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。

缺點(diǎn)：效率80%左右，捕集<5μm顆粒的效率不高，一般作預(yù)除塵用。

工作原理

1．除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)

氣流從宏觀(guān)上看可歸結(jié)為三個(gè)運(yùn)動(dòng)：外渦旋、內(nèi)渦旋、上渦旋。

含塵氣流由進(jìn)口沿切線(xiàn)方向進(jìn)入除塵器后，沿器壁由上而下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股旋轉(zhuǎn)向下的氣流稱(chēng)為外渦旋（外渦流），外渦旋到達(dá)錐體底部轉(zhuǎn)而沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱(chēng)為內(nèi)渦旋（內(nèi)渦流）。外渦旋和內(nèi)渦旋的旋轉(zhuǎn)方向相同，含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在慣性離心力推動(dòng)下移向外壁，到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。

氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部壓力下降，一部分氣流會(huì)帶著細(xì)塵粒沿外壁面旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，在沿排出管旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股旋轉(zhuǎn)向上的氣流稱(chēng)為上渦旋。

2．氣流的速度

為方便，常把內(nèi)外旋流氣體的運(yùn)動(dòng)分解為三個(gè)速度分量：切向速度Vθ、徑向速度Vr、軸向速度Vz。

1）切向速度

切向速度是決定氣流合速度大小的主要速度分量，也是決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力和顆粒捕集效率的主要因素。

切向速度的分布

2）氣流的速度

A．切向速度Vt

外渦旋：Vt隨半徑r的減小而增大，在內(nèi)外渦旋的交界面上Vt最大，交界面半徑r0≈(0.66～0.65)rp，rp為排出管半徑。

內(nèi)渦旋：Vt隨半徑r的減小而減小。

某一斷面上的切向速度分布規(guī)律為： Vt*rn=常數(shù)

外旋：n=0.5，有Vt*r2=c

內(nèi)旋：n=-1，有Vt/r=ω-常數(shù)

內(nèi)外交界面：n=0，有Vt=常數(shù)，最大，對(duì)應(yīng)直徑為Di,Di=(0.6～1.0)De(排氣管直徑)。

B. 徑向速度Vr：

假設(shè)內(nèi)外渦旋的交界面是圓柱面，外渦旋均勻通過(guò)該柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋，那麼認(rèn)為氣流通過(guò)此圓柱面時(shí)的平均速度就是外渦旋氣流的平均徑向速度Vr。

Vr=Q/F

Q——處理氣體量； F——假想圓柱面表面積。

二、臨界粒徑與壓降

1.半分離直徑cut diameter

分級(jí)效率為50%的粉塵粒徑為半分離直徑或切割直徑dc50。

臨界粒徑dcp愈小，除塵效率愈高。

2.除塵器內(nèi)的壓力降pressure drop

除塵器內(nèi)的壓力分布

塵粒在旋風(fēng)器中受到兩個(gè)力的作用：

a.離心力

b.向心力

離心力ft：

向心力fd：

(Rep≤1時(shí))

在交界面上塵粒有三種情況：

①ft>fd 移向外壁

②fd>ft 移向內(nèi)壁

③ft=fd 進(jìn)去50%，出來(lái)50%，即除塵效率為50%。

一般而言：dp(100%)≈2-3dp(50%)

為什麼忽略了粉塵的質(zhì)量呢？因?yàn)橹亓Φ扔趍g，離心力

設(shè)Vt=30m/s，r=0.1m，

離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力，故重力可忽略。

半分離直徑的求法：

1．拉波爾經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式：適用于切線(xiàn)、螺旋、蝸殼式入口旋風(fēng)器。

H、B——?dú)饬魅肟诘膶挾扰c高度；

L1、L2——圓筒與圓錐的高度。

臨界粒徑dcp

根據(jù)假想圓筒理論求取

由 ft=fd 得：

r0——假想圓柱面半徑

當(dāng)處理氣量為Q(m3/s)時(shí)，則

代入上式得：

2．阻力：

ξ——阻力系數(shù)

缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式表示：

K——常數(shù)，等于20—40；

A——進(jìn)口面積，a×b；

L——筒體長(zhǎng)度；

H——錐體長(zhǎng)度；

dpp——排出管直徑。

ξ的求法：

1）Shepherd—Lapple式，

2）Louis—Thodore式，

（二）捕集效率

1．經(jīng)驗(yàn)式：水田木村典夫

D——旋風(fēng)器的直徑

2．由

的關(guān)系圖查取

3．

（四）影響效率的因素

1．工作條件

1）進(jìn)口速度VI,VI增大，則切向速度Vθ增大，dcp減小，效率增大。但不能過(guò)大，過(guò)大會(huì)影響氣流運(yùn)動(dòng)的方向（劇烈、方向混亂），破壞了正常的渦流運(yùn)動(dòng)，另外阻力會(huì)加大，故常選用V2=12—25m/s。

2）除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸

一般而言，直徑越小，F(xiàn)t越大，則效率越小，過(guò)小易逃逸。出口管直徑減小，則r0減小，減少了內(nèi)渦旋，則效率增大。但dpp減小阻力會(huì)增大，故不能太小。

筒體長(zhǎng)度增大，則效率增大，但過(guò)大阻力會(huì)增大，所以，筒體長(zhǎng)度不大于5倍筒體直徑。另外，希望錐體長(zhǎng)度大一點(diǎn)，這樣會(huì)使切向速度大和距器壁短。

旋風(fēng)器斜放對(duì)效率影響不大。

2．流體性質(zhì)

對(duì)于氣體而言，μ增大對(duì)除塵不利，dcp增大，效率減小。溫度增大，則μ增大，溫度高或μ增大都會(huì)使效率減小。

粉塵粒徑與密度：離心力跟粒徑的三次方成正比，向心力跟粒徑的一次方成正比。綜合來(lái)說(shuō)，dp增大則效率增大，又因?yàn)?img class="imageResponse js-onerror" domain-src="https://omo-oss-image.thefastimg.com/portal-saas/new2023122615232051212/cms/image/df786524-8319-4864-9a22-af345f0b5b30.png" id="1534" src="https://omo-oss-image.thefastimg.com/portal-saas/new2023122615232051212/cms/image/df786524-8319-4864-9a22-af345f0b5b30.png">

所以，ρp小，難分離，影響捕集效率。

3．分離器的氣密性

漏風(fēng)率：0% 、 5% 、 15%

η： 90%、 50%、 0

要求保證旋風(fēng)器的嚴(yán)密性。

旋風(fēng)器一般：①用于粒子較大（>10μm）的場(chǎng)合；

②除塵效率不太高；

③濃度較高時(shí)作為初級(jí)處理；

④可串聯(lián)使用。

三、旋風(fēng)除塵器的分類(lèi)及選型

（一）旋風(fēng)除塵器的分類(lèi)

1．按氣體流動(dòng)狀況分：