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旋风除尘器合理设计对除尘效率的影响

  旋风除尘器俗称沙克笼,它是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力,使粉尘从含尘气流中分离出来的一种装置。由于旋风除尘器内气流速度及粉尘尘粒的运动等都较为复杂,影响其除尘效率的因素较多。本文就以下三个方面探析其原因及提出对策。
  一、进风口气流速度
  据测定进入旋风除尘器的气流是由切向、径向及轴向构成的复杂紊流状态。切向速度在内、外旋流中方向一致,并且向外,其大小不同。切向速度在内旋流中随筒体半径的减小而减小,在外旋流中随筒体半径的减小而增加,在内、外旋流的交界面处达到最大值,切向速度有利粉尘与气流的分离。径向速度和轴向速度较小,但在内外旋流中的方向不一致,径向速度在内旋流中方向朝外,在外旋流中方向朝内,在内、外旋流的交界面处形成一个假想的圆柱面,外旋流向心力的径向速度会将部分细小的粉尘带入内旋流,不利粉尘与气流的分离。轴向速度在筒体外壁附近方向朝下,靠近轴心部分方向朝上,且在轴心底部速度最大,当气流由锥筒体底部反转上升时,会将已除下的粉尘重新带走,形成返混现象,影响除尘效率。
  提高旋风除尘器进风口气流速度,可增大除尘器内气流的切向速度,使粉尘受到的离心力增加,有利提高其除尘效率,同时,也可提高处理含尘风量。但提高除尘器进风口气流速度,径向和轴向速度也随之增大,紊流的影响增大,在所有的旋风除尘器中,对每一种特定的粉尘都有一个临界进风口气流速度,当超过这个风速后,紊流的影响比分离作用增加更快,会使部分已分离的粉尘重新被带走,影响除尘效果。进风口气流增加,除尘阻力也会急剧上升,压损增大,电耗增加。综合考虑旋风除尘器的除尘效果和经济性,进风口的气流速度控制在12~20米/秒之间,最大不超过25米/秒,一般选14米/秒为宜。
  二、粉尘的状况
  处于旋风除尘器外旋流的粉尘,在其径向同时受到两种力的作用,一是由旋转气流的切向速度产生的离心力,使粉尘受到向外的推移作用;另一个是由旋转气流的径向速度产生的向心力,使粉尘受到向内的推移作用。在内、外旋流的交界面上,如果切向速度产生的离心力大于径向速度产生的向心力,粉尘在惯性离心力的推动下向外壁移动,从而被分离出来;如果切向速度产生的离心力小于径向速度产生的向心力,粉尘在向心力的推动下进入内旋流,最后经排风管排出。由此可见,离心力的大小与粉尘颗粒有关,颗粒愈大,受到离心力愈大;反之,则小。如果切向速度产生的离心力等于径向速度产生的向心力,即作用在粉尘颗粒上的外力等于零,从理论上讲,粉尘应在交界面上不停地旋转。实际上由于气流处于紊流状态及各种随机因素的影响,从统计学角度看,可以认为处于这种状态的粉尘有50%的可能进入内旋流,有50%的可能向外壁移动,此时的除尘效
率应为50%,此时分离的临界粉尘颗粒称为分割粒径。这时,内、外旋流的交界面就象一张孔径为分割粒径的筛网,大于分割粒径的粉尘被筛网截留并捕集下来,小于分割粒径的粉尘,则通过筛网从排风管中排出。旋风除尘器捕集下来的粉尘粒径愈小,该除尘器的除尘效率愈高。
  旋风除尘器有各种不同的型式,同一种型式各部分还可设计成不同的比例尺寸,其筒体直径变化范围较大。一般条件下,当旋风除尘器切向速度和粉尘的粒径愈大,径向速度和排风管的直径愈小,除尘效果愈好。对10~20微米的粉尘,除尘效率可达90%;对20微米以上的粉尘,除尘效率可达100%;对纤维性粉尘,因其具有一定粘度,在惯性离心力的作用下易形成球状,除尘效率也较为理想。
  三、除尘器的结构尺寸
  圆筒体直径是构成旋风除尘器的最基本尺寸。旋转气流的切向速度对粉尘产生的离心力与圆筒体直径成反比,圆筒体直径愈小,粉尘受到的离心力愈大,除尘效率愈高。当确定了合适的进口风速后,应适当选择较小的圆筒体直径。旋风除尘器圆筒体直径一般不大于900mm,最大时也不宜超过1100mm。圆筒体直径小,处理含尘风量减少,如果处理风量较大时,可采用几台旋风除尘器并联运行的方法解决。并联运行处理风量为各除尘器处理风量之和,阻力为单个除尘器在处理它所承担的那部分风量的阻力。在处理同样多风量时,旋风除尘器并联使用制作较复杂,所需材料也较多,特别是纤维性粉尘,易在进口处被阻挡而增大阻力。因此,并联使用时台数不宜过多,采用单管并联时一般最多也不宜超过8台。
  筒体总高度是指旋风除尘器圆筒体和锥筒体两部分高度之和。增加筒体总高度,可增加气流在除尘器内的旋转圈数,使含尘气流中的粉尘与气流分离的机会增多,有利提高除尘效率。但筒体总高度增加,外旋流中向心力的径向速度使部分细小粉尘进入内旋流的机会也随之增加,从而又降低除尘效率。筒体总高度一般以5倍的圆筒体直径为宜。锥筒体部分,由于其半径不断减小,气流的切向速度不断增加,粉尘到达外壁的距离也不断减小,除尘效果比圆筒体部分好。因此,在筒体总高度一定的情况下,可适当增加锥筒体部分的高度,有利提高除尘效率。用于配棉的旋风除尘器,一般圆筒体部分的高度为其直径的1.5倍,锥筒体高度为圆筒体直径的2.5倍时,可获得较为理想的除尘效率。
  排风管的直径和插入深度对旋风除尘器除尘效率影响较大。排风管直径减小,可减小内旋流的旋转范围,粉尘不易从排风管排出,有利提高除尘效率,但排风管直径减小,出风口速度增加,阻力损失较大;若放大排风管直径,阻力损失可明显减小,此时由于排风管与圆筒体管壁太近,易形成内、外旋流“短路”现象,使外旋流中部分未被清除的粉尘直接混入排风管中排出,从而降低除尘效率。一般认为排风管直径为圆筒体直径的0.5~0.6倍为宜。排风管插入过浅,易造成进风口含尘气流直接进入排风管,影响除尘效率;排风管插入深,易增加气流与管壁的摩擦面,使其阻力损失增大,同时,使排风管与锥筒体底部距离缩短,增加灰尘二次返混排出的机会。为获得较为理想的除尘效率,当旋风除尘器其它几何尺寸确定后,排风管插入深度一般以略低于进风口底部的位置为宜。
  除此之外,旋风除尘器的除尘效率还与进风口的型式、阻气排风装置及灰斗等因素有关,还有许多理论问题需要进一步探讨。尽管如此,旋风除尘器仍以其结构简单、体积小、制作维修方便、除尘效率较为理想等优点,成为目前棉花加工厂主
要除尘设备之一。