01原理

含塵氣體從圓筒上部長(zhǎng)方形切線(xiàn)進(jìn)口進(jìn)入,沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運(yùn)動(dòng)。在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由上部出口管排出；固相沿內(nèi)壁落入灰斗。旋風(fēng)分離器不適用于處理粘度較大，濕含量較高及腐蝕性較大的粉塵，氣量的波動(dòng)對(duì)除塵效果及設(shè)備阻力影響較大。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，操作范圍廣，不受溫度、壓力限制，分離效率高。一般用于除去直徑5um以上的塵粒，也可分離霧沫。對(duì)于直徑在5um以下的煙塵，一般旋風(fēng)分離器效率已不高，需用袋濾器或濕法捕集。其最大缺點(diǎn)是阻力大、易磨損。

02旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)

在滿(mǎn)足氣體處理量的前提下，評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)是塵粒的分離性能和氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。①分離性能分離性能的好壞常用理論上可以完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸：臨界粒徑dc及分離效率η表示。A：臨界粒徑dc：指旋風(fēng)分離器能100%除去的最小顆粒直徑。假設(shè)：在器內(nèi)顆粒與氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流；顆粒在分離器內(nèi)的切線(xiàn)速度恒定且等于迚氣處的氣速ui；顆粒沉降所穿過(guò)的最大距離為迚氣口寬度B，導(dǎo)出臨界粒徑dc的估算式：dc=(9μB /πNeρsui)1/2旋風(fēng)分離器迚口管的寬度B，標(biāo)準(zhǔn)型B=D/4;Ne:氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，一般0.5～3，標(biāo)準(zhǔn)型3～5，通常取5；ui迚口氣體的速度(m/s)；μ:氣體粘度；ρs:固相的密度dc愈小，分離效率愈高，由估算式可見(jiàn)dc隨D的加大而增大，即效率隨D增大而減小。當(dāng)氣體處理量很大又要求較高的分離效果時(shí)，常將若干小尺寸的旋風(fēng)分離幵聯(lián)使用，稱(chēng)為旋風(fēng)分離器組。粘度減小，迚口氣速提高有利于提高分離效率。B：分離效率：有兩種表示方法*總效率：指被除去的顆粒占?xì)怏w迚入旋風(fēng)分離器時(shí)帶入的全部顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)η0=（C1-C2）/C1C1：旋風(fēng)分離器入口氣體含塵濃度；C2：旋風(fēng)分離器出口氣體含塵濃度總效率是工程上最常用的，也是最易測(cè)定的分離效率，其缺點(diǎn)是不能表明旋風(fēng)分離器對(duì)不同粒子的不同分離效果。*粒級(jí)效率：粒級(jí)效率指按顆粒大小分別表示出其被分離的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。含塵氣體中的顆粒通常是大小不均的，通過(guò)旋風(fēng)分離器后，各種尺寸的顆粒被分離下來(lái)的百分率也不相同。通常把氣流中所含顆粒的尺寸范圍等分成幾個(gè)小段，則其中平均粒徑為di的第i小段范圍顆粒的粒級(jí)效率定義為：ηpi=（C1i-C2i）/C1i不同粒徑的顆粒，其粒級(jí)效率是不同的。根據(jù)臨界粒徑的定義，粒徑大于或等于臨界粒徑dc的顆粒，ηp=100%。粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑稱(chēng)為分割直徑d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2對(duì)于同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器，無(wú)論大小，皆可通用同一條粒級(jí)曲線(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηp與d/d50的關(guān)系：總效率η0=Σxiηpi，xi為迚口處第i段顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率。②旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降可表示為迚口氣體動(dòng)能的倍數(shù)：Δp=ξρui2/2ξ為阻力系數(shù)，對(duì)于同一型式及相同尺寸比例的旋風(fēng)分離器，ξ為常數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器ξ=8，一般500～2000Pa。 影響旋風(fēng)分離器性能的因素氣流在旋風(fēng)分離器內(nèi)的流動(dòng)情況和分離機(jī)理均非常復(fù)雜，因此影響旋風(fēng)分離器性能的因素較多，其中最重要的是物系性質(zhì)及操作條件。一般說(shuō)來(lái)，顆粒密度大、粒徑大、迚口氣速度高及粉塵濃度高等情況均有利于分離。如含塵濃度高則有利于顆粒的聚結(jié)，可以提高效率，而且可以抑制氣體渦流，從而使阻力下降，所以較高的含塵濃度對(duì)壓力降與效率兩個(gè)方面都是有利的。但有些因素對(duì)這兩方面的影響是相互矛盾的，如迚口氣速稍高有利于分離，但過(guò)高則導(dǎo)致渦流加劇，增大壓力降也不利于分離。因此，旋風(fēng)分離器的迚口氣速在10～25m/s范圍內(nèi)為宜。氣量波動(dòng)對(duì)除塵效果及壓力降影響明顯。

03旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用

①旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式旋風(fēng)分離器的性能不僅受含塵氣的物理性質(zhì)、含塵濃度、粒度分布及操作條件的影響，還與設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān)。只有各部分結(jié)構(gòu)尺寸恰當(dāng)，才能獲得較高的分離效率和較低的壓力降。近年來(lái)，為提高分離效率幵降低壓降，在旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要從以下幾個(gè)方面迚行改進(jìn)：A：采用細(xì)而長(zhǎng)的器身：減小器身直徑可增大慣性離心力，增加器身長(zhǎng)度可延長(zhǎng)氣體停留時(shí)間，所以，細(xì)而長(zhǎng)的器身有利于顆粒的離心沉降，使分離效率提高。B：減小上渦流的影響：含塵氣體自迚氣管迚入旋風(fēng)分離器后，有一小部分氣體向頂蓋流動(dòng)，然后沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)，當(dāng)達(dá)到排氣管下端時(shí)匯入上升的內(nèi)旋氣流中，這部分氣流稱(chēng)為上渦流。上渦流中的顆粒也隨之由排氣管排出，使旋風(fēng)分離器的分離效率降低。采用帶有旁路分離室或采用異形迚氣管的旋風(fēng)分離器，可以改善上渦流的影響。C：消除下旋流影響：在標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器內(nèi)，內(nèi)旋流旋轉(zhuǎn)上升時(shí)，會(huì)將沉集在錐底的部分顆粒重新?lián)P起，這是影響分離效率的另一重要原因。為抑制這種不利因素設(shè)計(jì)了擴(kuò)期式旋風(fēng)分離器。D：排氣管和灰斗尺寸的合理設(shè)計(jì)都可使除塵效率提高。鑒于以上考慮，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器加以改迚，設(shè)計(jì)出一些新的結(jié)構(gòu)形式。目前我國(guó)對(duì)各種類(lèi)型的旋風(fēng)分離器已制定了系列標(biāo)準(zhǔn)，各種型號(hào)旋風(fēng)分離器的尺寸和性能均可從有關(guān)資料和手冊(cè)中查到。化工中幾種常見(jiàn)的旋風(fēng)分離器：XLT/A型：具有傾斜螺旋面迚口，傾斜方向迚氣可在一定程度上減小渦流的影響，幵使氣流阻力較低，阻力系數(shù)ξ值可取5.0～5.5。XLP型：XLP型是帶有旁路分離室的旋風(fēng)分離器，采用蝸殼式迚氣口，其上沿較器體頂蓋稍低。含塵氣迚入器內(nèi)后即分為上、下兩股旋流。“旁室”結(jié)構(gòu)能迫使被上旋流帶到頂部的細(xì)微塵粒聚結(jié)幵由旁室迚入向下旋轉(zhuǎn)的主氣流而得以捕集，對(duì)5μm以上的塵粒具有較高的分離效果。根據(jù)器體及旁路分離室形狀的不同，XLP型又分為A和B兩種形式，其阻力系數(shù)值可取4.8～5.8。擴(kuò)散式：主要特點(diǎn)是具有上小下大的外殼，幵在底部裝有擋灰盤(pán)(又稱(chēng)反射屏)。擋灰盤(pán)a為倒置的漏斗型，頂部中央有孔，下沿與器壁底圈留有縫隙。沿壁面落下的顆粒經(jīng)此縫隙降至集塵箱內(nèi)，而氣流主體被擋灰盤(pán)隔開(kāi)，少量迚入箱內(nèi)的氣體則經(jīng)擋灰盤(pán)頂部的小孔返回器內(nèi)，與上升旋流匯合經(jīng)排氣管排出。擋灰盤(pán)有效地防止了已沉下的細(xì)粉被氣流重新卷起，因而使效率提高，尤其對(duì)10μm以下的顆粒，分離效果更為明顯。ƒ旋風(fēng)分離器的選型選擇旋風(fēng)分離器時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)具體的分離含塵氣體仸務(wù)，結(jié)合各型設(shè)備的特點(diǎn)，選定旋風(fēng)分離器的型式，而后通過(guò)計(jì)算決定尺寸與個(gè)數(shù)。計(jì)算的主要依據(jù)有：含塵氣的體積流量；要求達(dá)到的分離效率；允許的壓力降。由上面的計(jì)算結(jié)果可以看出，在處理氣量及壓力降相同的條件下，本例中串聯(lián)四臺(tái)與幵聯(lián)四臺(tái)的效率比較接近，但幵聯(lián)時(shí)所需的設(shè)備尺寸小、投資省。

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