李小敏

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電（電梯）工程學(xué)院，清遠(yuǎn) 511520）

旋風(fēng)除塵器是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域最常見的除塵設(shè)備，在多級除塵、退火爐以及規(guī)模較小的鍋爐中應(yīng)用較多。它的主要工作原理是將含塵氣流通過旋轉(zhuǎn)的氣流，借助形成離心力來有效分離粉塵。與重力沉降室相比，旋風(fēng)除塵器功能更優(yōu)，使粉塵受到的離心力為重力的5～2 500倍[1]。因此，為了達(dá)到良好的除塵效果，可以選擇旋風(fēng)除塵器，能對5～10 μm粒徑的粉塵進(jìn)行分離。在風(fēng)量固定的情況下，它還具有節(jié)省空間和結(jié)構(gòu)緊密程度高的優(yōu)點(diǎn)。

1 旋風(fēng)除塵器的特點(diǎn)

電除塵器主要是基于高壓電場中對含有粉塵的氣流進(jìn)行的電離，使塵粒產(chǎn)生電荷，利用電場在集塵板中對塵粒進(jìn)行吸附來凈化氣體，從而有效分離塵粒和氣體。同其他除塵器相比，電除塵器能夠?qū)αＷ邮┘臃蛛x力，所以最明顯的優(yōu)點(diǎn)是氣流阻力較小，不會出現(xiàn)耗能大的問題。電除塵器能夠減少能源消耗，處理的煙氣量較大，有效減少了壓力損失問題，捕集粉塵的效率較高，能夠適用在腐蝕性、溫度較高的環(huán)境中，但是成本費(fèi)用大，對安裝有較高要求，且要求對比電阻后進(jìn)行調(diào)整。

濕式除塵器將含有塵粒的氣相同液相接觸，在裝置作用下能夠使水滴和顆粒進(jìn)行慣性碰撞，增大塵粒粒徑，達(dá)到凈化氣體的效果，具有便于開展維護(hù)管理、節(jié)約空間、成分費(fèi)用低和結(jié)構(gòu)簡便等優(yōu)勢。它擁有較高的除塵效果，能夠處理濕度、溫度較高的氣流，有效降低了爆炸、著火等狀況的發(fā)生。濕式除塵器在運(yùn)用過程中應(yīng)避免發(fā)生污泥堵塞、管道腐蝕等狀況。

過濾式除塵器能夠在過濾材料通入氣體（含粉塵）時有效捕集和分離粉塵?？諝膺^濾器所選用的過濾填充材料主要是玻璃纖維、濾紙，在調(diào)節(jié)空氣、通風(fēng)等方面發(fā)揮著重要作用。過濾式除塵器擁有大于99%的除塵效果，不僅性能可靠、較高效率，還便于操作和管理，但需要注意避免在結(jié)露狀況下運(yùn)行。如果對含有較高濃度的氮氧化合物和含硫氧化物煙氣進(jìn)行處理，會導(dǎo)致部分化纖合成纖維濾料出現(xiàn)腐蝕狀況，減少布袋的使用時間。此外，需避免在高溫情況下運(yùn)用除塵器，若煙氣中水分含量大于25%，容易出現(xiàn)堵袋問題，增大了清理難度，易導(dǎo)致?lián)p壞[2]。

2 旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 旋風(fēng)除塵器的工作原理

旋風(fēng)除塵器主要由排灰管、進(jìn)/排氣管、圓錐體以及筒體等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)和內(nèi)部氣流示意圖

在運(yùn)行狀態(tài)下，旋風(fēng)除塵器的處理流程主要是在進(jìn)氣口以高切向速度通入氣流（含粉塵），通常高切向速度在12～25 m·s-1。氣流進(jìn)到圓筒結(jié)構(gòu)后，直線運(yùn)行的氣流會改變運(yùn)動形式做圓周運(yùn)動，同時順著內(nèi)外圓筒二者之間的環(huán)路空間、椎體結(jié)構(gòu)，呈從上到下的螺旋線運(yùn)動，也可以稱為外旋流運(yùn)動。

在旋風(fēng)除塵器工作的過程中，氣流（含粉塵）在旋轉(zhuǎn)時會形成較大離心力。因?yàn)榉蹓m慣性比空氣大，所以粉塵會甩到器壁上。粉塵與除塵器的器壁接觸后，會受入口速度的動量和自身重力的雙重作用，順著器壁面不斷下落，同氣相分離，將圓錐體底部粉塵排到集灰箱，即完成除塵操作。在旋轉(zhuǎn)下降過程中，外旋流于圓錐結(jié)構(gòu)中進(jìn)行運(yùn)動時，圓錐體在不斷收縮時也會使粉塵聚集到除塵器中心[1]。結(jié)合旋轉(zhuǎn)距不變的原則，在提升粉塵切向速度后，離心力也會增大。氣流到達(dá)特定圓錐體位置后會保持相同的旋轉(zhuǎn)方向，呈從下到上的螺旋線運(yùn)動，這種運(yùn)動即為內(nèi)旋流運(yùn)動。除塵器排氣管排出經(jīng)過凈化的氣體后，其中也會夾雜一些沒有捕集的粉塵粒。

2.2 進(jìn)氣口

在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，主要依靠進(jìn)氣口實(shí)現(xiàn)氣流的旋轉(zhuǎn)流動，直接關(guān)系著阻力大小和除塵器的運(yùn)行效率，包括軸向、切向兩大進(jìn)氣口形式，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.2.1 切向進(jìn)氣口

旋風(fēng)除塵器普遍采用切向進(jìn)氣口，可以劃分為普通切向和蝸殼兩大進(jìn)氣口類型。在普通進(jìn)氣口形式下，除塵器中通入氣流后會出現(xiàn)雙重漩渦。位于上部分的漩渦能夠使粉塵運(yùn)動到頂蓋周邊位置，在持續(xù)積累作用下出現(xiàn)上灰環(huán)，所以會導(dǎo)致粉塵進(jìn)入內(nèi)漩渦影響除塵效率。在消除氣流干擾性的過程中，經(jīng)常會運(yùn)用蝸殼形式的進(jìn)氣口，能夠明顯降低除塵阻力，從而提升處理風(fēng)量。對于蝸殼進(jìn)氣口而言，通常漸開線角度會設(shè)置成45°、120°、180°或者270°，最佳效率對應(yīng)的角度為180°。旋風(fēng)除塵器運(yùn)行效率同進(jìn)口面積關(guān)系密切，若進(jìn)口面積小于筒體斷面，則通入旋風(fēng)除塵器的氣流切線速度較大，能夠更好地分理粉塵。相對斷面比K為旋風(fēng)除塵器同體斷面面積和進(jìn)氣口面積之比，能夠反映除塵效率。隨著K值的增大，除塵效率逐漸提升，能夠處理的風(fēng)量逐漸減少。結(jié)合K值設(shè)計情況，能夠?qū)⑿L(fēng)除塵器劃分為如下3種類型[3]：K為4～6時，普通旋風(fēng)除塵器；K為6～13時，高效旋風(fēng)除塵器；K在3以上時，大流量旋風(fēng)除塵器。同旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣管相連的風(fēng)管角度的設(shè)置要小于15°，還要保障進(jìn)氣管風(fēng)速比風(fēng)管風(fēng)速要大。在應(yīng)用普通切向進(jìn)氣口時，一般都會運(yùn)用較高的進(jìn)氣口，使寬高比處于0.3～1.0。但是，蝸殼進(jìn)氣口需要運(yùn)用方形，寬高比為1。

2.2.2 軸向進(jìn)氣口

旋風(fēng)除塵器為軸向進(jìn)氣時，氣流在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的過程中，主要借助進(jìn)氣口導(dǎo)流葉片的作用。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)速度比切向進(jìn)氣口要低，能夠進(jìn)行并聯(lián)。單臺旋風(fēng)除塵器能夠并聯(lián)100個，所以也會被稱為多管除塵器，在對較大風(fēng)量粉塵進(jìn)行處理方面具有重要作用。因?yàn)樾L(fēng)除塵器的旋風(fēng)器進(jìn)行并聯(lián)的儲量較多，因此能夠利用控制除塵器直徑的途徑改善除塵效果。在風(fēng)量固定的情況下，相對于切向進(jìn)氣口而言，多管除塵器具有較高的除塵效率。因?yàn)樵O(shè)置結(jié)構(gòu)相對緊湊，所以多管除塵器還具有空間占據(jù)量較小的優(yōu)勢。對4 600 m3·h-1風(fēng)量進(jìn)行處理，若采用0.9 m直徑的高效旋風(fēng)除塵器進(jìn)行處理，高度在7.6 m左右，運(yùn)用多管除塵器則只是2.4 m。對多管除塵器進(jìn)行設(shè)計的過程中，通常會設(shè)置共用排氣和進(jìn)氣口，還會利用礦渣填充不同旋風(fēng)子間隙，借助隔板使進(jìn)氣空間、排氣管相獨(dú)立，同時對排氣管、隔板進(jìn)行氣體放泄處理。因?yàn)閷⑤^多旋風(fēng)子設(shè)置在相同箱體中，能夠使不同旋風(fēng)子獲得均勻分布的氣流，所以規(guī)定不同旋風(fēng)子阻力、大小相一致，尤其是排灰口負(fù)壓必須要保持一致。在滿足以上標(biāo)準(zhǔn)的過程中，順氣流方向上的旋風(fēng)子在10排以下?；诨叶穬?nèi)間隔6列，要對獨(dú)立灰斗、隔板進(jìn)行設(shè)置[4]。

2.3 圓錐體

旋風(fēng)除塵器內(nèi)的圓錐體的主要功能為轉(zhuǎn)變主氣流的流動方向，變成由上到下，便于向排灰口推送粉塵?；趫A錐體的差異，能夠?qū)⑿L(fēng)除塵器劃分為不同的形式。

2.3.1 擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器

擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器指的是倒錐體除塵器，進(jìn)氣管呈矩形狀，同圓筒體水平切向相通。該除塵器的圓筒體較短，下面同圓錐體相連接。倒圓錐體下面安設(shè)擋灰板，為漏斗形狀。短圓筒上方設(shè)有排氣管。擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器中通入含塵氣流后，旋轉(zhuǎn)流向?yàn)閺纳系较?。至椎體下方后，受到擋灰板的影響，很多氣流會從排氣管排出。離筒壁相接近的較少氣流會順著聚集的粉塵順著圓錐體的下方邊沿同擋灰板之間的環(huán)縫，通到集塵斗內(nèi)。在降低氣流流速后，能夠分離出粉塵。因?yàn)閾趸野逯行奈恢么嬖谕笟饪祝軌驅(qū)⒎蹓m從上方排出，同上升方向的內(nèi)旋流進(jìn)行混合，從而從排氣管中排出。粉塵性質(zhì)的差異決定著擋灰板形狀。若粉塵濃度相對較大，應(yīng)設(shè)置較寬的環(huán)縫，擋灰板傾角要保證在45°～60°，且要保證擋灰板表面光滑。透氣孔直徑是0.05～0.10倍的圓筒體直徑[5]。

2.3.2 長錐體旋風(fēng)除塵器

在常規(guī)旋風(fēng)除塵器內(nèi)，椎體長度要比圓筒體大。通過增加椎體長度，能夠提升除塵效率，同時也會增大阻力。由于圓柱體半徑在減小的過程中會使切向速度不斷增大，能夠增大離心力，從而提高分離性能。長椎體對完成分離的粉塵進(jìn)入到灰斗中也有很大幫助。長錐體旋風(fēng)除塵器的圓柱體斜度要在60°以上。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在旋風(fēng)除塵器外徑固定的情況下，圓柱體長度增大2.5～3.2倍后，能夠增大除塵效率，且之后隨著長度的不斷增大，不會顯著影響除塵效率。

2.4 排氣管

氣流通過旋風(fēng)除塵器后，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)達(dá)到錐底時，會向上運(yùn)動形成內(nèi)旋流，并從排氣管順利排出。除塵器中插的排氣管同圓筒內(nèi)壁能夠構(gòu)成環(huán)形通道。通道深度、大小的差異會影響旋風(fēng)除塵器的阻力、除塵效果。環(huán)形通道越小，排氣管直徑、圓筒體直徑之比越減，能夠增大除塵效果，同樣也會增大阻力。然而，若排氣管直徑和圓筒體直徑之比為0.33～0.40的情況下，不會明顯增大除塵效果。通常會將旋風(fēng)除塵器的排氣管直徑、圓筒體直徑之比設(shè)置為0.5。要想達(dá)到最佳除塵效率，應(yīng)設(shè)置為0.4。

旋風(fēng)除塵器的排氣管插入深度較小時，阻力也會減小。如果沒有真正插入，會使阻力降低到最小，大大降低除塵效果。上渦流中的粉塵會在氣流的流動影響下排出排氣管，所以在設(shè)計旋風(fēng)除塵器時，插入排氣管時要比進(jìn)氣口底部低，同樣不能離圓錐上沿過近。通常會將插入深度設(shè)置為排氣管直徑和0.1～0.2倍圓筒體直徑之和。

2.5 排塵口

除塵器最終對粉塵進(jìn)行分離后，借助除塵器主體下方位置的排塵口排出粉塵。除塵器的運(yùn)行效果同排塵口的結(jié)構(gòu)、大小有著密切聯(lián)系。因?yàn)榕艍m口位置的負(fù)壓相對較大，能夠確保排塵口具有良好的封閉性，改善除塵效果。相關(guān)試驗(yàn)表明，漏風(fēng)程度為5%時，除塵效果會降低為50%。若漏風(fēng)程度為10%～15%，會喪失除塵效果。要想提高排灰口的密封程度，設(shè)計過程中要發(fā)揮電動卸塵閥、閃動卸塵閥等不同鎖氣裝置的作用。

3 結(jié)語

設(shè)計旋風(fēng)除塵器的過程中，為了確保設(shè)計的除塵設(shè)備滿足要求，符合凈化制定環(huán)境空氣的標(biāo)準(zhǔn)，迎合環(huán)保的發(fā)展趨勢，要盡量做到了有層次、有目的，結(jié)合圖文所示對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，通過科學(xué)選取，明確除塵器的排灰口、進(jìn)/排氣管、圓錐體以及筒體等各個結(jié)構(gòu)，結(jié)合相關(guān)計算打造性能較優(yōu)、滿足標(biāo)準(zhǔn)、方便后期維護(hù)的旋風(fēng)除塵器，以保障除塵效率。