旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

    旋風(fēng)分離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(jiǎn)單，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分。但人們還是對(duì)旋風(fēng)分離器有一些誤解。主要是認(rèn)為它效率不高。還有一個(gè)誤解就是認(rèn)為所有的旋風(fēng)分離器造出來都是一樣的，那就是把一個(gè)直筒和一個(gè)錐筒組合起來，它就可以工作。旋風(fēng)分離器經(jīng)常被當(dāng)作粗分離器使用，比如被當(dāng)做造價(jià)更高的布袋除塵器和濕式除塵器之前的預(yù)分離器。

    事實(shí)上，需要對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和科學(xué)的設(shè)計(jì)，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(gè)精心設(shè)計(jì)的旋風(fēng)分離器可以達(dá)到超過99.9%的分離效率。

    和布袋除塵器和濕式除塵器相比，旋風(fēng)分離器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。比如，爆炸和著火始終威脅著布袋除塵器的使用，但旋風(fēng)分離器要安全的多。旋風(fēng)分離器可以在1093 攝氏度和500ATM的工藝條件下使用。另外旋風(fēng)分離器的維護(hù)費(fèi)用很低，它沒有布袋需要更換，也不會(huì)因?yàn)閲娝斐杀皇占蹓m的二次處理。

    在實(shí)踐中，旋風(fēng)分離器可以在產(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(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到塵粒受到的各種力的相互作用?；谶@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(jì)。通常，這些公式對(duì)具有一致的空氣動(dòng)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)分離器技術(shù)有了很大的發(fā)展。這種技術(shù)可以對(duì)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)分離器的設(shè)計(jì)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(shí)，對(duì)進(jìn)入和離開旋風(fēng)分離器的管道和粉塵排放系統(tǒng)都必須進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)。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。

   1、進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣體

   必須確保用于計(jì)算和設(shè)計(jì)的氣體特性是從進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣體中測(cè)量得到的，這包括它的密度，粘度，溫度，壓力，腐蝕性，和實(shí)際的氣體流量。我們知道氣體的這些特性會(huì)隨著工藝壓力，地理位置，濕度，和溫度的變化而變化。

    2、進(jìn)入旋風(fēng)分離器的塵粒

    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)分離器的塵粒中測(cè)量獲得的。很多時(shí)候，在想用高效旋風(fēng)分離器更換低效旋風(fēng)分離器時(shí)，人們習(xí)慣測(cè)量排放氣流中的塵?；蛞咽占膲m粒。這種做法值得商榷，有時(shí)候是不對(duì)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(shí)驗(yàn)室決定它的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布(請(qǐng)參閱我的另一篇博文）。有了這個(gè)粒徑分布就可以計(jì)算旋風(fēng)分離器總的分離效率。

    實(shí)際生產(chǎn)中， 進(jìn)入旋風(fēng)分離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(dòng)力學(xué)粒徑分布實(shí)驗(yàn)有機(jī)地將它們統(tǒng)一到空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布中。

    另外影響旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)的因素包括場(chǎng)地限制和允許的壓降。例如，效率和場(chǎng)地限制可能會(huì)決定是否選用并聯(lián)旋風(fēng)分離器， 或是否需要加大壓降，或兩者同時(shí)采用。

    3.旋風(fēng)分離器的形狀

    旋風(fēng)分離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(gè)相同筒徑的旋風(fēng)分離器會(huì)有相當(dāng)大的效率差別。

    在圖1中， 分離器A的設(shè)計(jì)形式會(huì)造成一些問題：

    入口設(shè)計(jì)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?yàn)榕艢夤艿母蓴_造成入口氣流紊亂。還有就是可能會(huì)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(jì)會(huì)造成氣流紊亂。這種情況下就會(huì)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(huì)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(dòng)。

   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。

4.入口管道的設(shè)計(jì)

    不合適的管道設(shè)計(jì)是最常見的造成進(jìn)入旋風(fēng)分離器流量不足的重要原因。事實(shí)上，有一個(gè)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?yàn)檎麄€(gè)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(dòng)移到高壓降，低流量的狀態(tài)工作。

    另外，很多設(shè)計(jì)人員因?yàn)橐恍┰驎?huì)在分離器入口前放一個(gè)彎頭（如圖2）。實(shí)際上， 為了達(dá)到好的分離效果，氣體應(yīng)該通過直管進(jìn)入分離器，直管的長(zhǎng)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(jì)

    不恰當(dāng)?shù)男痘以O(shè)計(jì)能造成粉塵的二次夾帶。比如許多人認(rèn)為風(fēng)機(jī)設(shè)在分離器上游時(shí)，分離器進(jìn)行正壓運(yùn)行，此時(shí)不必設(shè)灰斗或卸灰閥。這是不對(duì)的。事實(shí)上，旋風(fēng)分離器內(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(jì)考慮之中（圖3）。設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)特別注意防止旋風(fēng)分離器底部漏風(fēng)，因?yàn)樾L(fēng)分離器通常是負(fù)壓運(yùn)行。實(shí)踐證明，旋風(fēng)分離器漏風(fēng)5%，效率降低50%，旋風(fēng)分離器漏風(fēng)15%，效率接近于零。因而，必須采用氣密性好的卸灰閥。

    分離過程中氣體和塵粒特性的改變

    在實(shí)際分離過程中，氣體和塵粒特性的變化會(huì)造成很嚴(yán)重的問題。比如在一個(gè)沒有沒有保溫的分離器中可能會(huì)碰到結(jié)露的問題。因?yàn)橥ㄟ^分離器時(shí)，氣體損失了熱量，氣溫下降到露點(diǎn)溫度或以下所致。這時(shí)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?yàn)闅饬餍D(zhuǎn)摩擦，塵粒也會(huì)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(jì)中，接地是必須的。

    *本文部分是從一個(gè)英文文章翻譯過來的，部分內(nèi)容引用了向曉東著的《現(xiàn)代除塵理論與技術(shù)》