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旋风分离器设计中应该注意的问题

2009-08-31 23:20阅读：

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旋风分离器设计中应该注意的问题
张海忠， zhz07@163.com
旋风分离器被广泛的使用已经有一百多年的历史。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单，没有转动部分。但人们还是对旋风分离器有一些误解。主要是认为它效率不高。还有一个误解就是认为所有的旋风分离器造出来都是一样的，那就是把一个直筒和一个锥筒组合起来，它就可以工作。旋风分离器经常被当作粗分离器使用，比如被当做造价更高的布袋除尘器和湿式除尘器之前的预分离器。
事实上，需要对旋风分离器进行详细的计算和科学的设计，让它符合各种工艺条件的要求，从而获得最优的分离效率。例如，当在设定的使用范围内，一个精心设计的旋风分离器可以达到超过99.9%的分离效率。
和布袋除尘器和湿式除尘器相比，旋风分离器有明显的优点。比如，爆炸和着火始终威胁着布袋除尘器的使用，但旋风分离器要安全的多。旋风分离器可以在1093 摄氏度和500ATM的工艺条件下使用。另外旋风分离器的维护费用很低，它没有布袋需要更换，也不会因为喷水而造成被收集粉尘的二次处理。
在实践中，旋风分离器可以在产品回收和污染控制上被高效地使用，甚至做为污染控制的终端除尘器。
在对旋风分离器进行计算和设计时，必须考虑到尘粒受到的各种力的相互作用。基于这些作用
，人们归纳总结出了很多公式指导旋风分离器的设计。通常，这些公式对具有一致的空气动力学形状的大粒径尘粒应用的很好。在最近的二十年中，高效的旋风分离器技术有了很大的发展。这种技术可以对粒径小到5微米，比重小于1.0的粒子达到超过99%的分离效率。这种高效旋风分离器的设计和使用很大程度上是由被处理气体和尘粒的特性以及旋风分离器的形状决定的。同时，对进入和离开旋风分离器的管道和粉尘排放系统都必须进行正确的设计。工艺过程中气体和尘粒的特性的变化也必须在收集过程中被考虑。当然，使用过程中的维护也是不能忽略的。
  1. 进入旋风分离器的气体
必须确保用于计算和设计的气体特性是从进入旋风分离器的气体中测量得到的，这包括它的密度，粘度，温度，压力，腐蚀性，和实际的气体流量。我们知道气体的这些特性会随着工艺压力，地理位置，湿度，和温度的变化而变化。
  1. 进入旋风分离器的尘粒
和气体特性一样，我们也必须确保尘粒的特性参数就是从进入旋风分离器的尘粒中测量获得的。很多时候，在想用高效旋风分离器更换低效旋风分离器时，人们习惯测量排放气流中的尘粒或已收集的尘粒。这种做法值得商榷，有时候是不对的。
获得正确的尘粒信息的过程应该是这样的。首先从进入旋风分离器的气流中获得尘粒样品，送到专业实验室决定它的空气动力学粒径分布(请参阅我的另一篇博文）。有了这个粒径分布就可以计算旋风分离器总的分离效率。
实际生产中， 进入旋风分离器的尘粒不是单一品种。 不同种类的尘粒比重和物理粒径分布都不相同。但空气动力学粒径分布实验有机地将它们统一到空气动力学粒径分布中。
  1. 另外影响旋风分离器的设计的因素包括场地限制和允许的压降。例如，效率和场地限制可能会决定是否选用并联旋风分离器， 或是否需要加大压降，或两者同时采用。
  2. 旋风分离器的形状
旋风分离器的形状是影响分离效率的重要因素。例如，如果入口尺寸，锥体尺寸，排气管，以及排放口不一样， 两个相同筒径的旋风分离器会有相当大的效率差别。
在图1中， 分离器A的设计形式会造成一些问题：
  • 入口设计可能不能提供充分的入口速度和想要的速度分布。
  • 切线式入口可能造成排气管的磨损和因为排气管的干扰造成入口气流紊乱。还有就是可能会造成入口气流和排出气流的短路，夹带尘粒而出造成分离效率下降。
  • 考虑不周的内部设计会造成气流紊乱。这种情况下就会把本来应被收集的尘粒裹挟到向上的排出气流中而逃出分离器。
  • 急速的锥体直径变化，会造成筒体和锥体连接处的磨损。它也阻止了收集到的尘粒平滑地从筒体到锥体的运动。
  • 这样的锥体下部很容易被磨损。
  • 很明显，在分离器和卸灰阀之间没有用以帮助分离的灰斗。
旋风分离器设计中应该注意的问题

  1. 入口管道的设计
不合适的管道设计是最常见的造成进入旋风分离器流量不足的重要原因。事实上，有一个普遍现象，那就是配置的风机不能满足系统的流量要求。因为整个系统的压降超过了风机能满足的压头，这样风机就自动移到高压降，低流量的状态工作。
另外，很多设计人员因为一些原因会在分离器入口前放一个弯头（如图2）。实际上， 为了达到好的分离效果，气体应该通过直管进入分离器，直管的长度约为6-8倍入口管直径（有资料上说4-10倍的）。这样做主要是为了防止尘粒浓聚在弯头外侧再进入分离器，气体中的尘粒在气流中分配不均。
旋风分离器设计中应该注意的问题

  1. 尘粒排出设计
不恰当的卸灰设计能造成粉尘的二次夹带。比如许多人认为风机设在分离器上游时，分离器进行正压运行，此时不必设灰斗或卸灰阀。这是不对的。事实上，旋风分离器内部向上的旋流不管是由正压或负压产生的，都具有夹带粉尘的能力。在任何情况下，灰斗和卸灰阀都必须纳入设计考虑之中（图3）。设计和运行中应特别注意防止旋风分离器底部漏风，因为旋风分离器通常是负压运行。实践证明，旋风分离器漏风5%，效率降低50%，旋风分离器漏风15%，效率接近于零。因而，必须采用气密性好的卸灰阀。
旋风分离器设计中应该注意的问题

  1. 分离过程中气体和尘粒特性的改变
在实际分离过程中，气体和尘粒特性的变化会造成很严重的问题。比如在一个没有没有保温的分离器中可能会碰到结露的问题。因为通过分离器时，气体损失了热量，气温下降到露点温度或以下所致。这时可以看到本应干的尘粒变成了湿的。分离器内壁也有尘粒结层现象。
因为气流旋转摩擦，尘粒也会荷电，导致物料架桥现象出现，不易被排到灰斗或堵塞排料口造成卸灰阀排料不畅。在有的情况下，还可能导致爆炸和着火。所以在分离器设计中，接地是必须的。

*本文部分是从一个英文文章翻译过来的，部分内容引用了向晓东著的《现代除尘理论与技术》

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