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旋風(fēng)分離器（除塵器）被廣泛的使用已經(jīng)有一百多年的歷史。它是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力將塵粒從氣流中分離出來。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡單，沒有轉(zhuǎn)動部分。
不過人們對旋風(fēng)分離器（除塵器），以下統(tǒng)稱旋風(fēng)除塵器還是有一些誤解，主要是認(rèn)為它效率不高。還有一個誤解就是認(rèn)為所有的旋風(fēng)除塵器造出來都是一樣的，那就是把一個直筒和一個錐筒組合起來，它就可以工作。旋風(fēng)除塵器經(jīng)常被當(dāng)作粗分離器使用，比如被當(dāng)做造價更高的布袋除塵器和濕式除塵器之前的預(yù)分離器。
事實上，需要對旋風(fēng)除塵器進(jìn)行詳細(xì)的計算和科學(xué)的設(shè)計，讓它符合各種工藝條件的要求，從而獲得最優(yōu)的分離效率。例如，當(dāng)在設(shè)定的使用范圍內(nèi)，一個精心設(shè)計的旋風(fēng)除塵器完全可以達(dá)到甚至超過99.9%的分離效率。
和布袋除塵器和濕式除塵器相比，旋風(fēng)除塵器有明顯的優(yōu)點。比如，爆炸和著火始終威脅著布袋除塵器的使用，但旋風(fēng)除塵器要安全的多。旋風(fēng)除塵器可以在1093攝氏度和500ATM的工藝條件下使用。另外旋風(fēng)除塵器的維護(hù)費用很低，它沒有布袋需要更換，也不會因為噴水而造成被收集粉塵的二次處理。
在實踐中，旋風(fēng)除塵器可以在產(chǎn)品回收和污染控制上被高效地使用，甚至做為污染控制的終端除塵器。
在對旋風(fēng)除塵器進(jìn)行計算和設(shè)計時，必須考慮到塵粒受到的各種力的相互作用。基于這些作用，人們歸納總結(jié)出了很多公式指導(dǎo)旋風(fēng)分離器的設(shè)計。通常，這些公式對具有一致的空氣動力學(xué)形狀的大粒徑塵粒應(yīng)用的很好。
在最近的二十年中，高效的旋風(fēng)除塵器技術(shù)有了很大的發(fā)展。這種技術(shù)可以對粒徑小到5微米，比重小于1.0的粒子達(dá)到超過99%的分離效率。這種高效旋風(fēng)除塵器的設(shè)計和使用很大程度上是由被處理氣體和塵粒的特性以及旋風(fēng)分離器的形狀決定的。
同時，對進(jìn)入和離開旋風(fēng)除塵器的管道和粉塵排放系統(tǒng)都必須進(jìn)行正確的設(shè)計。工藝過程中氣體和塵粒的特性的變化也必須在收集過程中被考慮。當(dāng)然，使用過程中的維護(hù)也是不能忽略的。
進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的氣體
必須確保用于計算和設(shè)計的氣體特性是從進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的氣體中測量得到的，這包括它的密度，粘度，溫度，壓力，腐蝕性，和實際的氣體流量。我們知道氣體的這些特性會隨著工藝壓力，地理位置，濕度，和溫度的變化而變化。
進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的塵粒
和氣體特性一樣，我們也必須確保塵粒的特性參數(shù)就是從進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的塵粒中測量獲得的。很多時候，在想用高效旋風(fēng)除塵器更換低效旋風(fēng)分離器時，人們習(xí)慣測量排放氣流中的塵粒或已收集的塵粒。這種做法值得商榷，有時候是不對的。
獲得正確的塵粒信息的過程應(yīng)該是這樣的。首先從進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流中獲得塵粒樣品，送到專業(yè)實驗室決定它的空氣動力學(xué)粒徑分布。有了這個粒徑分布就可以計算旋風(fēng)除塵器總的分離效率。
實際生產(chǎn)中，進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的塵粒不是單一品種。不同種類的塵粒比重和物理粒徑分布都不相同。但空氣動力學(xué)粒徑分布實驗有機(jī)地將它們統(tǒng)一到空氣動力學(xué)粒徑分布中。
另外影響旋風(fēng)除塵器的設(shè)計的因素包括場地限制和允許的壓降。例如，效率和場地限制可能會決定是否選用并聯(lián)旋風(fēng)除塵器，或是否需要加大壓降，或兩者同時采用。
旋風(fēng)除塵器的形狀
旋風(fēng)除塵器的形狀是影響分離效率的重要因素。例如，如果入口尺寸，錐體尺寸，排氣管，以及排放口不一樣，兩個相同筒徑的旋風(fēng)分離器會有相當(dāng)大的效率差別。
在圖1中，分離器A的設(shè)計形式會造成一些問題：
· 入口設(shè)計可能不能提供充分的入口速度和想要的速度分布。
· 切線式入口可能造成排氣管的磨損和因為排氣管的干擾造成入口氣流紊亂。還有就是可能會造成入口氣流和排出氣流的短路，夾帶塵粒而出造成分離效率下降。
· 考慮不周的內(nèi)部設(shè)計會造成氣流紊亂。這種情況下就會把本來應(yīng)被收集的塵粒裹挾到向上的排出氣流中而逃出分離器。
·急速的錐體直徑變化，會造成筒體和錐體連接處的磨損。它也阻止了收集到的塵粒平滑地從筒體到錐體的運(yùn)動。
· 這樣的錐體下部很容易被磨損。
· 很明顯，在分離器和卸灰閥之間沒有用以幫助分離的灰斗。
5. 入口管道的設(shè)計
不合適的管道設(shè)計是最常見的造成進(jìn)入旋風(fēng)除塵器流量不足的重要原因。事實上，有一個普遍現(xiàn)象，那就是配置的風(fēng)機(jī)不能滿足系統(tǒng)的流量要求。因為整個系統(tǒng)的壓降超過了風(fēng)機(jī)能滿足的壓頭，這樣風(fēng)機(jī)就自動移到高壓降，低流量的狀態(tài)工作。
圖2
另外，很多設(shè)計人員因為一些原因會在分離器入口前放一個彎頭（如圖2）。實際上，為了達(dá)到好的分離效果，氣體應(yīng)該通過直管進(jìn)入除塵器，直管的長度約為6-8倍入口管直徑（有資料上說4-10倍的）。這樣做主要是為了防止塵粒濃聚在彎頭外側(cè)再進(jìn)入分離器，氣體中的塵粒在氣流中分配不均。
6.塵粒排出設(shè)計
不恰當(dāng)?shù)男痘以O(shè)計能造成粉塵的二次夾帶。比如許多人認(rèn)為風(fēng)機(jī)設(shè)在除塵器上游時，除塵器進(jìn)行正壓運(yùn)行，此時不必設(shè)灰斗或卸灰閥。這是不對的。事實上，旋風(fēng)除塵器內(nèi)部向上的旋流不管是由正壓或負(fù)壓產(chǎn)生的，都具有夾帶粉塵的能力。在任何情況下，灰斗和卸灰閥都必須納入設(shè)計考慮之中（圖3）。
圖3
設(shè)計和運(yùn)行中應(yīng)特別注意防止旋風(fēng)除塵器底部漏風(fēng)，因為旋風(fēng)除塵器通常是負(fù)壓運(yùn)行。實踐證明，旋風(fēng)除塵器漏風(fēng)5%，效率降低50%，旋風(fēng)除塵器漏風(fēng)15%，效率接近于零。因而，必須采用氣密性好的卸灰閥。
7. 分離過程中氣體和塵粒特性的改變
在實際分離過程中，氣體和塵粒特性的變化會造成很嚴(yán)重的問題。比如在一個沒有沒有保溫的除塵器中可能會碰到結(jié)露的問題。因為通過分離器時，氣體損失了熱量，氣溫下降到露點溫度或以下所致。這時可以看到本應(yīng)干的塵粒變成了濕的。分離器內(nèi)壁也有塵粒結(jié)層現(xiàn)象。
因為氣流旋轉(zhuǎn)摩擦，塵粒也會荷電，導(dǎo)致物料架橋現(xiàn)象出現(xiàn)，不易被排到灰斗或堵塞排料口造成卸灰閥排料不暢。在有的情況下，還可能導(dǎo)致爆炸和著火。所以在分離器設(shè)計中，接地是必須的。
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