■秦建鋒 賈 勉 朱雅文

〔1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

〔2.河南輕工職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，河南鄭州450002〕

〔3.商丘市華云防雷工程技術(shù)有限公司，河南商丘476000〕

一、引言

棉花加工過程中，各加工環(huán)節(jié)之間物料、雜質(zhì)等的輸送普遍采用氣力輸送方式［1］。憑借結(jié)構(gòu)簡單、易制作和維護(hù)等特點(diǎn)，旋風(fēng)除塵器在我國早期建設(shè)的棉花加工生產(chǎn)線中得到廣泛應(yīng)用［2，3］。隨著棉花加工設(shè)備向著大型化、高產(chǎn)能的方向發(fā)展［4］，早期建設(shè)的棉花加工生產(chǎn)線主機(jī)設(shè)備不斷更新?lián)Q代，同時含塵氣流排放量增加。而對于旋風(fēng)除塵設(shè)備，國內(nèi)對其在棉花加工行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)研究較少，實際應(yīng)用中缺少技術(shù)指導(dǎo)，工程技術(shù)人員往往是憑經(jīng)驗進(jìn)行旋風(fēng)除塵器的設(shè)計、制造和安裝［5］。另外，人們對棉花加工除塵的重視程度不夠，旋風(fēng)除塵器設(shè)備改造中針對性改進(jìn)較少，在實際應(yīng)用過程中缺少必要的維護(hù)［6］。這些導(dǎo)致了旋風(fēng)除塵器的實際應(yīng)用效果變得越來越差，無法滿足GB/T 18353—2008《棉花加工企業(yè)基本技術(shù)條件》中棉花加工企業(yè)作業(yè)場所空氣粉塵濃度不大于10 mg/m3，加工企業(yè)排向大氣的粉塵濃度最高不超過120 mg/m3［7］的規(guī)定。隨著國內(nèi)環(huán)保政策的收緊，現(xiàn)有旋風(fēng)除塵設(shè)備除塵性能較差、環(huán)境污染嚴(yán)重的特點(diǎn)越來越受到人們的重視［8］。目前部分棉花加工廠對旋風(fēng)除塵器進(jìn)行了一定的改造，但由于缺少技術(shù)指導(dǎo)，因此改造后的旋風(fēng)除塵器除塵效率提高不明顯。國內(nèi)棉花加工企業(yè)對旋風(fēng)除塵方式的應(yīng)用普遍信心不足。近幾年，在對除塵設(shè)備進(jìn)行更新時，棉花加工企業(yè)逐漸放棄了旋風(fēng)除塵方式，采用了以多層復(fù)合圓籠為代表的成本更高的除塵方式。而先進(jìn)產(chǎn)棉國美國對棉花加工旋風(fēng)除塵技術(shù)的研究較為深入，形成了滿足不同工況的旋風(fēng)除塵方式，旋風(fēng)除塵設(shè)備應(yīng)用廣泛且能夠滿足本國的粉塵排放的國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)。

本文介紹了旋風(fēng)除塵技術(shù)在棉花加工中的應(yīng)用特點(diǎn)、幾種常用方式和影響除塵效率的因素，論述了應(yīng)用現(xiàn)狀及目前存在的問題，同時探討了棉花加工旋風(fēng)除塵的發(fā)展趨勢，期待能為優(yōu)化和改進(jìn)適應(yīng)我國棉花加工特點(diǎn)的旋風(fēng)除塵提供一些思路。

二、棉花加工中旋風(fēng)除塵的應(yīng)用特點(diǎn)

目前國內(nèi)采用的旋風(fēng)除塵器（如圖1所示），主要由筒體、錐體、進(jìn)氣管、排氣管和排灰口組成。旋風(fēng)除塵器的主要用途是收集設(shè)備在清理、輸送和干燥過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)和粉塵。棉花加工旋風(fēng)除塵通常采用正壓進(jìn)氣的方式，攜帶雜質(zhì)和粉塵的輸送空氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的頂部，然后螺旋向下，離心力將雜質(zhì)和粉塵移動到壁面，向下滑動到旋風(fēng)除塵器底部，從排灰口排出。在旋風(fēng)分離器底部，空氣反向向上轉(zhuǎn)動，形成一個較小的螺旋，從旋風(fēng)除塵器頂部的排氣口排出。

圖1 旋風(fēng)除塵器

在棉花加工中，旋風(fēng)除塵應(yīng)用的工藝環(huán)節(jié)比較多，主要包括外吸花、異性纖維清理、一道內(nèi)吸、一道雜質(zhì)輸送、二道內(nèi)吸、二道雜質(zhì)輸送、溢流棉輸送、皮棉清理卸料和總集棉等環(huán)節(jié)。棉花加工過程中每小時處理的籽棉量在20 t左右，各工藝環(huán)節(jié)的風(fēng)量在1萬m3/h～2萬m3/h，總集棉風(fēng)量在6萬m3/h左右，需要凈化的總風(fēng)量為50萬m3/h左右。

三、旋風(fēng)除塵在棉花加工中的應(yīng)用方式

（一）單獨(dú)作為除塵設(shè)備

目前旋風(fēng)除塵器在棉花加工中應(yīng)用最普遍，通常作為單獨(dú)的除塵器使用。由于每個工藝環(huán)節(jié)風(fēng)量較大，因此，旋風(fēng)除塵器一般成組使用，2個、3個或4個為一組。而總集棉環(huán)節(jié)風(fēng)量較大，通常將總集棉風(fēng)管分成兩個，每個風(fēng)管對應(yīng)一組旋風(fēng)除塵器。以某加工廠的外吸花管網(wǎng)為例（如圖2所示），該管網(wǎng)主要有進(jìn)料口、負(fù)壓管路、重雜分離器、卸料器、風(fēng)機(jī)和旋風(fēng)除塵器，經(jīng)由喂花機(jī)開松后的棉花在負(fù)壓的作用下進(jìn)入負(fù)壓管路，棉花到達(dá)下一加工環(huán)節(jié)后經(jīng)卸料器實現(xiàn)空氣與物料的分離，分離后的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)正壓排入旋風(fēng)除塵器。外吸花一般配置的風(fēng)機(jī)為6-32No.9C 55 kW，風(fēng)量在1.5萬m3/h左右，配置一組3臺直徑1 000 mm的旋風(fēng)除塵器。

圖2 外吸花工藝環(huán)節(jié)示意圖

整條線旋風(fēng)除塵的個數(shù)通常在100個左右。為便于塵雜收集，目前采用的主要有兩種方式，一種是在旋風(fēng)除塵器下方設(shè)置排雜絞龍，每個旋風(fēng)除塵器的排灰口連接到絞龍上方，塵雜由絞龍排出并集中堆放；另一種是在旋風(fēng)除塵器的排灰口下方設(shè)置塵房，排出的塵雜直接進(jìn)入塵房（如圖3所示）。對比這兩種塵雜收集方式，雖然排雜絞龍方式在使用中容易因絞龍堵塞，導(dǎo)致旋風(fēng)除塵排雜堵塞影響除塵效果，但是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低；而排灰口容易密封，塵房式集塵方式便于粉塵收集和集中處理，不容易造成堵塞，但成本高，排灰口密封效果較差。

圖3 棉花加工廠旋風(fēng)除塵塵雜收集方式

（二）在其他除塵機(jī)組中應(yīng)用

近兩年，復(fù)合圓籠除塵機(jī)組在棉花加工廠得到一定的應(yīng)用，新建棉花加工廠普遍采用該種除塵設(shè)備。復(fù)合圓籠除塵機(jī)組的二道吸風(fēng)除塵普遍采用旋風(fēng)除塵方式（如圖4所示）。在復(fù)合圓籠除塵機(jī)組中，旋風(fēng)除塵器的作用是集中處理高濃度的含塵空氣，是粉塵捕集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旋風(fēng)除塵器的性能直接影響除塵機(jī)組的工作性能。相比單獨(dú)作為除塵器使用，復(fù)合圓籠中的旋風(fēng)除塵器排灰口通常連接有集塵箱并采用閉風(fēng)閥或絞龍壓實器排塵，除塵效率更高、性能更好。

圖4 旋風(fēng)除塵器在復(fù)合圓籠除塵機(jī)組中的應(yīng)用

四、棉花加工中旋風(fēng)除塵存在的主要問題和改進(jìn)策略

（一）主要問題

1.與氣力輸送工藝參數(shù)的匹配度不夠。

通過對比不同棉花加工廠旋風(fēng)除塵使用情況，發(fā)現(xiàn)實際使用效果差別較大，大部分棉花加工廠使用效果較差，只有少部分棉花加工廠使用效果較好。這些往往是由工藝參數(shù)的匹配度不夠?qū)е碌?。各棉花加工廠的管路直徑、長度，風(fēng)機(jī)配置和產(chǎn)量等不盡相同，實際加工中含塵空氣量和壓力參數(shù)也不同，僅憑經(jīng)驗很難做到旋風(fēng)除塵與工藝參數(shù)的匹配。如果與工藝參數(shù)匹配不夠，就會影響旋風(fēng)除塵器進(jìn)口風(fēng)速等參數(shù)，進(jìn)而影響旋風(fēng)除塵效率。

2.旋風(fēng)除塵排灰口氣密性差。

即使正壓下運(yùn)行，旋風(fēng)除塵器底部也可能處于負(fù)壓狀態(tài)。若除塵器下部密封不嚴(yán)空氣進(jìn)入，會將已落入灰斗的粉塵重新帶走，嚴(yán)重降低除塵效率。當(dāng)漏風(fēng)量達(dá)到15%時，除塵效率幾乎為0。實際應(yīng)用中，旋風(fēng)除塵排灰口氣密性往往不受重視，粉塵絞龍和塵房收集粉塵的方式，排灰口的密閉性都存在一定的缺陷。目前排灰口氣密性是影響旋風(fēng)除塵效果的關(guān)鍵因素之一。

3.結(jié)構(gòu)和制作問題。

雖然旋風(fēng)除塵很多行業(yè)都有應(yīng)用，但是針對其在實際工作中的理論研究指導(dǎo)還存在很多不足。目前旋風(fēng)除塵在不同行業(yè)中的應(yīng)用更多是基于經(jīng)驗公式和試驗驗證。國內(nèi)對棉花加工旋風(fēng)除塵技術(shù)的研究較少，沒有形成具有指導(dǎo)性的技術(shù)規(guī)范，在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作中，更多的設(shè)備廠家是根據(jù)現(xiàn)場工程情況憑借工程經(jīng)驗制作的。

4.缺少必要的維護(hù)。

與其他除塵器相比，旋風(fēng)除塵的結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)量少，但不代表旋風(fēng)除塵不需要維護(hù)。目前棉花加工廠普遍存在對旋風(fēng)除塵器的維護(hù)較少或基本不維護(hù)的現(xiàn)象。隨著旋風(fēng)除塵器的長期磨損，尤其是錐體部分出現(xiàn)裂縫（如圖5所示），因裂縫造成漏風(fēng)且漏風(fēng)量逐漸增加，旋風(fēng)除塵漸漸失去除塵效果。另外，旋風(fēng)除塵器出現(xiàn)變形和堵塞也是造成旋風(fēng)除塵器除塵效率低的重要原因。堵塞情況很難被及時發(fā)現(xiàn)，堵塞不一定會影響正常加工，但會極大地影響旋風(fēng)除塵效率。

圖5 旋風(fēng)除塵器磨損

（二）改進(jìn)建議

1.研究滿足不同加工環(huán)節(jié)旋風(fēng)除塵的工藝參數(shù)。

在棉花加工應(yīng)用中，針對棉花加工不同工藝環(huán)節(jié)的粉塵特性和工藝參數(shù)開展棉花加工旋風(fēng)除塵理論研究，有針對性地設(shè)計滿足不同風(fēng)量和風(fēng)壓的旋風(fēng)除塵工藝、旋風(fēng)除塵結(jié)構(gòu)參數(shù)并設(shè)計驗證實驗。根據(jù)研究成果逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的棉花加工旋風(fēng)除塵結(jié)構(gòu)參數(shù)，用于實際中設(shè)計、制作及指導(dǎo)旋風(fēng)除塵的維護(hù)工作。

2.提高排灰口氣密性。

優(yōu)化設(shè)計旋風(fēng)除塵排灰口閉風(fēng)裝置，以達(dá)到長期閉風(fēng)的效果。另外，進(jìn)一步研究排灰口氣密性對除塵效率的影響機(jī)理，通過旋風(fēng)除塵器參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，降低排灰口氣密性要求，減少排灰口氣密性對旋風(fēng)除塵效率的影響。

3.定期維護(hù)更換旋風(fēng)除塵器。

雖然旋風(fēng)除塵器很少需要維護(hù)，但還是要注意以下幾點(diǎn)以確保其達(dá)到較好的除塵效率。①檢查有無漏風(fēng)。旋風(fēng)分離器和管道的漏風(fēng)可能由日常磨損引起，一旦泄漏應(yīng)立即修復(fù)，因為它們可能會影響氣流流動從而降低除塵效率，導(dǎo)致釋放出大量的粉塵。②檢查旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的平滑度，發(fā)現(xiàn)凹陷的旋風(fēng)除塵器必須更換。③定期檢查旋風(fēng)除塵器是否存在堵塞。定期檢查進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的空氣速度，并將這些值與設(shè)計速度進(jìn)行比較。

五、結(jié)語

旋風(fēng)除塵是降低棉花加工粉塵排放的重要方式之一。近年來，雖然國內(nèi)棉花加工中旋風(fēng)除塵設(shè)備實際應(yīng)用中的除塵效率低的問題受到了人們的重視，但是由于旋風(fēng)除塵技術(shù)研究難度較大，而且針對我國棉花加工特點(diǎn)的旋風(fēng)除塵技術(shù)研究較少，不足以指導(dǎo)實際應(yīng)用，因此，在研制新型旋風(fēng)除塵系統(tǒng)時，需要結(jié)合我國棉花加工工藝的特點(diǎn)，通過經(jīng)驗公式和試驗驗證的方式進(jìn)一步研究滿足不同工藝環(huán)節(jié)的旋風(fēng)除塵工藝參數(shù)，開展排灰口氣密性技術(shù)研究，標(biāo)準(zhǔn)化旋風(fēng)除塵結(jié)構(gòu)參數(shù)和維護(hù)操作規(guī)程，更好地指導(dǎo)旋風(fēng)除塵設(shè)備的設(shè)計、制作和維護(hù)，逐步完善棉花加工旋風(fēng)除塵成套設(shè)備。