旋风除尘器

旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气体中分离出来的设备。 旋风除尘器的特点为:结构简单、占地面积小,投资少,操作维修方便,压力损失中等,动力消耗不大,操作可靠,适应高温高浓度的气体,一般收尘效率为60%~90%,适用于收集大于10μm的粉尘。 其主要缺点:捕集微粒小于5μm的效率不高。

一、旋风除尘器的工作原理

旋风除尘器的结构,当含尘气流以一定初速度由进气管进入旋风除尘器时,气流将由直线运动变为圆周运动。 旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下,朝锥体流动。通常称此为外旋气流。 含尘气体在旋转过程中产生离心力,将重度大于气体的尘粒甩向器壁。 尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落,进入排气管。 旋转下降的外旋气流在到达锥体时,因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。 根据“旋转矩”不变原理,其切向速度不断提高。 当气流到达锥体下端某一位置时,即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部,由下反转而上,继续作螺旋形流动,即内旋气流。 最后净化气经排气管排出器外。 一部分未被捕集的尘粒也由此逃失。

自进气管流入的另一小部分气体,则向旋风除尘器顶盖流动,然后沿排气管外侧向下流动。 当到达排气管下端时,即反转向上随上升的中心气流一同从排气管排出。 分散在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被带走。

二、旋风除尘器的分类

旋风除尘器的种类繁多,分类也各有不同,如图4．2．1所示。

1.按其性能分类

(1)高效旋风除尘器

其筒体直径较小,用来分离较细的粉尘,除尘效率在95%以上。

(2)高流量旋风除尘器

筒体直径较大,用于处理很大的气体流量,其除尘效率为50%~80%。

图4．2．1 旋风除尘器

(3)通用旋风除尘器

介于上述两者之间的通用旋风除尘器,用于处理适当的中等气体流量,其除尘效率为80%~95%。

2.按结构形式分类

按结构不同可分为长锥体、圆筒体、扩散式、旁路形。

3.按其组合、安装情况分类

按组合、安装情况分为内旋风除尘器(安装在反应器或其他设备内部)、外旋风除尘器、立式与卧式以及单筒与多管旋风除尘器。

4.按气流导入情况分类

(1)切流反转式旋风除尘器

这是旋风除尘器最常用的形式,其原理如图4．2．2所示。 含尘气体由筒体的侧面沿切线方向导入。 气流在圆筒部旋转向下,进入锥体,到达锥体的端点前反转向上。 清洁气流经排气管排出旋风除尘器。 根据不同的进口形式又可以分为直入切向进入式、蜗壳切向进入式等,如图4．2．3所示。

图4．2．2 旋风除尘器原理

图4．2．3 旋风除尘器的气流导入形式

为提高捕集能力,把排出气体中含尘浓度较高的气体以二次风形式引出后,经风机再重复导入旋风器内。 这种狭缝进口的旋风除尘器,按二次风引入的方式又可分为切流二次风和轴流二次风。

(2)轴流式旋风除尘器

轴流式旋风除尘器是利用导流叶片使气流在旋风除尘器内旋转。 除尘效率比切流式旋风除尘器低,但处理流量较大。

根据气体在旋风除尘器内的流动情况分为轴流反转式、轴流直流式。

轴流直流式的压力损失最小,尤其适用于动力消耗不宜过大的地方,但除尘效率较低。它同样可以把排出气体中含尘浓度较大部分(或干净气体)以二次风的形式再导回旋风除尘器内,以提高除尘效率,此即成为龙卷风除尘器。 龙卷风除尘器按二次风导入的形式可分为切流二次风和轴流二次风。

三、旋风除尘器的结构对除尘效果的影响

1.进气口

旋风除尘器的进气口是形成旋转气流的关键部件,是影响除尘效率和压力损失的主要因素。 切向进气的进口面积对除尘器有很大的影响,进气口面积相对于筒体断面小时,进入除尘器的气流切线速度大,有利于粉尘的分离。

2.圆筒体直径和高度

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,在相同的切线速度下,简体直径D越小,气流的旋转半径越小,粒子受到的离心力越大,尘粒越容易被捕集。 因此,应适当选择较小的圆筒体直径,但若筒体直径选择过小,器壁与排气管太近,粒子又容易逃逸;筒体直径太小还容易引起堵塞,尤其是对于黏性物料。 当处理风量较大时,可采用几台旋风除尘器并联运行的方法解决。 并联运行处理的风量为各除尘器处理风量之和,阻力仅为单个除尘器在处理它所承担的那部分风量的阻力。 但并联使用制造比较复杂,所需材料也较多,气体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。 筒体总高度是指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,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4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,适当增加锥筒体部分的高度,有利提高除尘效率,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。

3.排气管直径和深度

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。 排风管直径必须选择一个合适的值,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,但同时出风口速度增加,阻力损失增大;若增大排风管直径,虽阻力损失可明显减小,但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。 排风管插入深度一般以略低于进风口底部的位置为宜。

四、旋风除尘器的选择

旋风除尘器的性能有3个技术性能(处理量Q、压力损失AP及除尘效率)和3个经济指标(基建投资和运转管理费、占地面积、使用寿命)。 在评价及选择旋风除尘器时,须全面考虑这些因素。

理想的旋风除尘器必须在技术上能满足工艺生产及环境保护对气体含尘的要求,在经济上是最合算的。 在具体设计选择形式时,要结合生产实际(气体含尘情况、粉尘的性质、粒度组成)。 例如,在含尘浓度较高的化工生产,诸如像流态化反应、气流输送等;对于回收昂贵的细颗粒催化剂或其他产品,只要动力允许,提高捕集效率则是主要的。 而对于分离颗粒较大的粗粉尘,就不需采用高效旋风除尘器。 以免带来较大的动能损耗。

五、旋风式除尘器的维护

1.稳定运行参数

旋风式除尘器运行参数主要包括:除尘器入口气流速度,处理气体的温度和含尘气体的入口质量浓度等。

(1)入口气流速度

对于尺寸一定的旋风式除尘器,入口气流速度增大不仅处理气量可提高,还可有效地提高分离效率,但压降也随之增大。 当入口气流速度提高到某一数值后,分离效率可能随之下降,磨损加剧,除尘器使用寿命缩短,因此入口气流速度应控制在18~23m/s范围内。

(2)处理气体的温度

因为气体温度升高,其黏度变大,使粉尘粒子受到的向心力加大,于是分离效率会下降。所以高温条件下运行的除尘器应有较大的入口气流速度和较小的截面流速。

(3)含尘气体的入口质量浓度

浓度高时大颗粒粉尘对小颗粒粉尘有明显的携带作用,表现为分离效率提高。

2.防止漏风

旋风式除尘器一旦漏风将严重影响除尘效果。 据估算,除尘器下锥体或卸灰阀处漏风1%时,除尘效率将下降5%;漏风5%时,除尘效率将下降30%。 旋风式除尘器漏风一般在3个部位:进出口连接法兰处、除尘器本体和卸灰装置。

3.预防关键部位磨损

影响关键部位磨损的因素有负荷、气流速度、粉尘颗粒,磨损的部位有壳体、圆锥体和排尘口等。 防止磨损的技术措施包括:

①防止排尘口堵塞。 主要方法是选择优质卸灰阀,使用中加强对卸灰阀的调整和检修。

②防止过多的气体倒流入排灰口。 使用的卸灰阀要严密,配重得当。

③经常检查除尘器有无因磨损而漏气的现象,以便及时采取措施予以杜绝。

④在粉尘颗粒冲击部位,使用可以更换的抗磨板或增加耐磨层。

⑤尽量减少焊缝和接头,必须有的焊缝应磨平,法兰止口及垫片的内径相同且保持良好的对中性。

⑥除尘器壁面处的气流切向速度和入口气流速度应保持在临界范围以内。

4.避免粉尘堵塞和积灰

旋风式除尘器的堵塞和积灰主要发生在排尘口附近,其次发生在进排气的管道里。

(1)排尘口堵塞及预防措施

引起排尘口堵塞通常有两个原因:一是大块物料或杂物(如刨花、木片、塑料袋、碎纸、破布等)滞留在排尘口,之后粉尘在其周围聚积;二是灰斗内灰尘堆积过多,未能及时排出。 预防排尘口堵塞的措施有:在吸气口增加一栅网;在排尘口上部增加手掏孔(孔盖加垫片并涂密封膏)。

(2)进排气口堵塞及其预防措施

进排气口堵塞现象多是设计不当造成的——进排气口略有粗糙直角、斜角等就会形成粉尘的黏附、加厚,直至堵塞。