簡(jiǎn)介： 針對(duì)工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器應(yīng)用，介紹了旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)組成及改進(jìn)措施，簡(jiǎn)述了單體使用和多筒多管組合技術(shù)注意問(wèn)題和選擇計(jì)算方法，文中給出了多種旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)。
1 引言
旋風(fēng)除塵器(簡(jiǎn)稱旋風(fēng)器)與其他除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點(diǎn)。旋風(fēng)器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風(fēng)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(fēng)器對(duì)于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以達(dá)到95%～98%，對(duì)于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以達(dá)到92%～95%。旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風(fēng)器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點(diǎn)。
旋風(fēng)器的類型有切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等。工廠通風(fēng)除塵使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。
2 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)
2.1 單體基本結(jié)構(gòu)
單體基本結(jié)構(gòu)參見圖1，含塵氣體通過(guò)進(jìn)口起旋器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運(yùn)動(dòng)，到達(dá)壁附近的粉塵在氣流的作用下進(jìn)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(fēng)器結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施
旋風(fēng)器在長(zhǎng)期使用中，為了達(dá)到低阻高效性能其結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)措施主要有：
(1)進(jìn)氣通道由切向進(jìn)氣改為回轉(zhuǎn)通道進(jìn)氣，通過(guò)改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量。回轉(zhuǎn)通道在90°左右時(shí)阻力較小。
(2)把傳統(tǒng)的單進(jìn)口改為多進(jìn)口，有效地改進(jìn)旋轉(zhuǎn)流氣流偏心，同時(shí)旋風(fēng)器阻力顯著下降。(3)在筒錐體上加排塵通道，防止到達(dá)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(qiáng)旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行微細(xì)粉塵的二次分離，對(duì)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(shù)
處**體量較大時(shí)，可以采用多個(gè)旋風(fēng)器單體進(jìn)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(shù)的關(guān)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(fēng)器、四旋風(fēng)器方式。對(duì)于處**體量較大時(shí)，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風(fēng)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(gè)旋風(fēng)子(小尺寸旋風(fēng)器)進(jìn)行箱式并聯(lián)安裝。旋風(fēng)子在進(jìn)氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯(cuò)排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風(fēng)子兩級(jí)一體復(fù)合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過(guò)調(diào)整旋風(fēng)子進(jìn)氣口角度、排氣芯管長(zhǎng)度、進(jìn)氣空間高度、旋風(fēng)子間距等措施實(shí)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(fēng)器使用
旋風(fēng)器單體直徑一般控制在200～1000mm，特殊情況下可以超過(guò)1000mm。旋風(fēng)器單體安裝角度應(yīng)不小于45°，宜大于粉塵的流動(dòng)角，對(duì)于氣體量負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。
旋風(fēng)器單體組合應(yīng)注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術(shù)措施。旋風(fēng)器組合空間的進(jìn)氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應(yīng)嚴(yán)格分開，連接處不得漏風(fēng)。
對(duì)旋風(fēng)器性能影響較大的因素是運(yùn)行管理不善造成的灰斗漏風(fēng)和排灰不及時(shí)造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會(huì)加劇旋風(fēng)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(fēng)器，如鋼板、有機(jī)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(shí)，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)將高效旋風(fēng)器放在后級(jí)。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，就將旋風(fēng)器放在前級(jí)。除高濃度場(chǎng)合外，一般不采用同種旋風(fēng)器串聯(lián)使用。
4 旋風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)
4.1 旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)
旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸一般以筒體直徑D1(m)為定性尺寸給出各部位的無(wú)因次比值，旋風(fēng)器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無(wú)因次結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度、b進(jìn)口高度、s芯管插入深度，m。表1中列出了部分旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)[1-4]。
常見旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)尺寸表1
型號(hào)KD2KD3KD4KH1KH2KaKbKS
Ducon-SDC0.550.550.240.901.520.2250.4341.33
Ducon-SDM0.5350.5350.240.901.520.2340.5931.33
ЦH0.590.590.351.501.500.200.601.20
ЦK0.5460.5460.2930.601.330.2130.3871.00
CLG0.550.550.171.002.500.230.440.70
CZT0.500.500.300.9172.800.1790.7170.677
XLK0.500.500.1652.003.000.261.001.10
XLT/A0.600.60 2.622.000.260.661.50
XLP/A0.600.600.182.901.300.260.7800.734
XLP/B0.600.600.431.702.300.300.600.46
XCZ0.500.500.400.922.750.180.720.72
XCX0.500.500.251.202.850.240.240.90
XCY0.500.650.400.902.750.180.720.82
XCD0.500.500.251.102.500.2860.800.80
Stirmand(h)0.500.500.401.502.500.200.500.50
Swift0.400.400.401.402.500.210.440.50
井伊谷鋼一0.500.500.401.002.000.300.600.70
Leith-Licht0.500.500.3753.002.000.160.441.25
Friedland0.690.690.402.002.000.250.500.62
Strn0.500.500.401.250.750.200.450.62
XCY-Ⅱ0.500.650.402.702.700.09/20.720.82
4.2 旋風(fēng)器進(jìn)口速度和筒體截面標(biāo)稱速度
旋風(fēng)器進(jìn)口速度v0(m/s)指氣流L(m3/h)由旋風(fēng)器進(jìn)口進(jìn)入時(shí)的速度，筒體截面標(biāo)稱速度vA( m/s)是指氣流量L與旋風(fēng)器筒體截面面積的比值，即
(1)
4.3 阻力計(jì)算
(2)
式中 ΔP--旋風(fēng)器阻力，Pa;
Pd--氣流動(dòng)壓;
Pd0、PdA--分別為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面和筒體面的氣流動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(101.3kPa)。t為氣體溫度，℃。ξ為設(shè)備廠家提供的旋風(fēng)器阻力系數(shù)，常見旋風(fēng)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(fēng)器的阻力系數(shù)ξ表2-1
型號(hào)ξ0ξA型號(hào)ξ0ξA
XCX3.50654CLG3.0182
XLP/B5.52106XCD5.3187
ЦH3.86166XLP/A7.58114
ЦK4.82440CZT9.2346
Stirmand(h)5.40334XCZ8.3306
Swift9.20471XCY8.0295
Stern7.41567XCY-Ⅱ6.5240
井伊谷鋼一8.10349Friedland12.4492
Ducon-SDC7.8053Leith-Licht2.76345
Ducon-SDM7.6058Buell10192
常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ0表2-2
型號(hào)ξ0型號(hào)ξ0
XNX3.6雙級(jí)渦旋4.0
XND5.6XSW2.5
XP7.5CLT/A2.8
XXD5.1CLT/A6.5
XDF4.1CLT5.1
ξ0為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面的阻力系數(shù);ξA為對(duì)應(yīng)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(fēng)器在處理相同風(fēng)量時(shí)的阻力大小。ξ0與ξA間關(guān)系為:
ξA/ξ0=0.62(Ka Kb)-2 (4)
旋風(fēng)器安裝方式不同會(huì)對(duì)旋風(fēng)器阻力計(jì)算值產(chǎn)生影響，如旋風(fēng)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(gè)使用也有差別，可以通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。一般來(lái)講，同類型直徑大小不同的旋風(fēng)器阻力相同。
4.4 除塵效率計(jì)算
4.4.1 分級(jí)效率[5]
(5)
(6)
式中 a、β--分別為分布系數(shù);分割粒徑dc50，μm;
n--旋風(fēng)器切向速度分布指數(shù)。
切向進(jìn)氣旋風(fēng)器： (7-1)
(7-2)
其中 (8)
4.4.2 分割粒徑
(9)
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(fēng)器的除塵效率計(jì)算為：
式中x=dc;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質(zhì)量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實(shí)際應(yīng)用中一般采用粒級(jí)分布累計(jì)質(zhì)量表示，分為n個(gè)粒級(jí)給出，除塵效率計(jì)算又可以為：
(10)
其中
式中ηi(dpi,dpi+1)粒級(jí)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(duì)于某些場(chǎng)**用理論計(jì)算除塵效率往往誤差比較大，通常可以采用計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的辦法修正，亦可參照類似工程進(jìn)行判定。
對(duì)于已知某一工況B的旋風(fēng)器在工況波動(dòng)到工況A時(shí)估算除塵效率ηA，可以對(duì)已知除塵效率ηB進(jìn)行工況修正，有
(11)
對(duì)于同類型但直徑大小不同的旋風(fēng)器除塵效率有
(12)
4.4.4 含塵深度計(jì)算
旋風(fēng)器中實(shí)際運(yùn)行的是工況含塵濃度C，mg/m3;作為評(píng)價(jià)、監(jiān)督使用標(biāo)況濃度CN，mg/m3(標(biāo)準(zhǔn))，CP為工況排放濃度，mg/m3。它們之間的關(guān)系為：
4.4.5 算例
Stairmand旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度H1=mm;錐體長(zhǎng)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(jìn)口含塵濃度CP =2.0 g/m3;阻力ΔP=748Pa。
由式(2)計(jì)算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33;由式(9)計(jì)算分割粒徑dc50=2.0320μm(注：分割粒徑dc50.s的測(cè)定值
為2.0μm);由式(5)、(6)計(jì)算得該除塵器的分級(jí)效率為
5 旋風(fēng)器選用
已知條件：氣體量、氣體溫度;旋風(fēng)器阻力;含塵氣體濃度;粉塵真密度和粒徑的質(zhì)量分布;供選用的旋風(fēng)器技術(shù)參數(shù)[6](阻力系數(shù);分級(jí)效率;主要結(jié)構(gòu)尺寸);等。
計(jì)算要求：確定旋風(fēng)器的直徑和個(gè)數(shù);校核阻力;估算除塵效率。
選用過(guò)程：
(1)根據(jù)阻力計(jì)算所用旋風(fēng)器的筒體截面的標(biāo)稱速度： 。
(2)計(jì)算旋風(fēng)器筒體截面總面積：Az=L/(3600 vA)。
(3)確定旋風(fēng)器直徑D1和N。可設(shè)定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)： 。
(4)根據(jù)選定的旋風(fēng)器個(gè)數(shù)N和現(xiàn)場(chǎng)提供的場(chǎng)地、運(yùn)行方式確定旋風(fēng)器的連接方式和組合方式。
(5)計(jì)算設(shè)計(jì)工況下的旋風(fēng)器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運(yùn)行濃度，標(biāo)況濃度為環(huán)境監(jiān)督、評(píng)價(jià)用的含塵濃度。
(6)根據(jù)處**體和粉塵的性質(zhì)確定制作旋風(fēng)器的設(shè)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(fēng)器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對(duì)粉塵負(fù)荷少于一個(gè)班次工作量的可以采用人工清灰。
(8)旋風(fēng)器支架、檢查平臺(tái)、連接配管、檢測(cè)孔設(shè)計(jì)。
(9)旋風(fēng)器運(yùn)行工況分析，如工藝周期性負(fù)荷變化引起除塵系統(tǒng)處**體量變化時(shí)旋風(fēng)器單體堵灰、磨損的可能性;排灰輸灰裝置的工作狀況等。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
