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旋風(fēng)除塵器除塵效率的影響因素分析

湖南旋風(fēng)除塵器除塵效率的影響因素分析

與其他類型高效除塵器串聯(lián)使用。旋表1尺寸比例變化對其性能的影響結(jié)構(gòu)尺寸(增加)壓力損失除塵效率造價圓筒直徑D降低降低增加進(jìn)氣口面積A降低降低-圓筒高度H1略有降低增加增加圓錐高度H2略有降低增加增加排灰口直徑D.略有降低增加或降低-排氣管直徑Dc降低增加或降低增加排灰管插入深度s增加降低增加相對比例尺寸幾乎無影響增加或降低-圓錐角a降低20°~30°為宜增加旋風(fēng)除塵器是利用含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的離心力,將塵粒從氣體中分離并捕集下來的裝置,與其他除塵器相比,具有結(jié)構(gòu)簡單、沒有運(yùn)動部件、造價便宜、除塵效率較高、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點(diǎn),對于收集5~10pm以上的塵粒,其除塵效率可達(dá)90%左右,廣泛用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風(fēng)除塵,工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相分離與物料氣力烘千回收等。此外,旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器,能風(fēng)除塵器在水泥行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用,如原料破碎、配料、輸送等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的除塵。旋風(fēng)除塵器按氣流進(jìn)氣方式分為切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等,水泥行業(yè)除塵所使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。然而,許多水泥企業(yè)的旋風(fēng)除塵器運(yùn)行效率并不高,排放指標(biāo)未到達(dá)設(shè)計要求,研究和探討旋風(fēng)除塵器除塵效率影響因素,對提高其除塵效率具有重要的現(xiàn)實意義。

  1:影響旋風(fēng)除塵器的因素1.1除塵器結(jié)構(gòu)旋風(fēng)除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例,每一個比例關(guān)系的變動,都能影響旋風(fēng)除塵器的效率和壓力損失。其中除塵器直徑、進(jìn)氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。它們的變化對除塵器性能的影響關(guān)系如表1.在使用時應(yīng)注意,表中所示的尺寸只能在一定范周內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,當(dāng)超過某一界限時,有利因素也能轉(zhuǎn)化為不利因素。另外,有的因素對于提高除塵效率有利,但卻會增加壓力損失,因而對各因素的調(diào)整必須兼顧。1.1.1進(jìn)氣口旋風(fēng)除塵器的進(jìn)氣口是形成旋轉(zhuǎn)氣流的關(guān)鍵部件,是影響除塵效率和壓力損失的主要因素。切向進(jìn)氣的進(jìn)口面積對除塵器有很大的影響,進(jìn)氣口面積相對于筒體斷面小時,進(jìn)人除塵器的氣流切線速度大,有利于粉塵的分離。

  旋轉(zhuǎn)氣流的切向速度對粉塵產(chǎn)生的離心力與圓筒體直徑成反比,在相同的切線速度下,筒體直徑D越小,氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小,粒子受到的離心力越大,塵粒越容易被捕集。因此,應(yīng)適當(dāng)選擇較小的圓筒體直徑,但若筒體直徑選擇過小,器壁與排氣管太近,粒子又容易逃逸;筒體直徑太小還容易引起堵塞,尤其是對于粘性物料。當(dāng)處理風(fēng)量較大時,因筒體直徑小處理含塵風(fēng)量有限,可采用幾臺旋風(fēng)除塵器并聯(lián)運(yùn)行的方法解決。并聯(lián)運(yùn)行處理的風(fēng)量為各除塵器處理風(fēng)量之和,阻力僅為單個除塵器在處理其所承擔(dān)的那部分風(fēng)量的阻力。但并聯(lián)使用制造比較復(fù)雜,所需材料也較多,氣體易在進(jìn)口處被阻擋而增大阻力。因此,使用時臺數(shù)不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高度之和。增加筒體總高度,可增加氣流在除塵器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),使含塵氣流中的粉塵與氣流分離的機(jī)會增多,但筒體總高度增加,外旋流中向心力的徑向速度使部分細(xì)小粉塵進(jìn)入內(nèi)旋流的機(jī)會也隨之增加,從而又降低除塵效率。筒體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜,錐筒體部分,由于其半徑不斷減小,氣流的切向速度不斷增加,粉塵到達(dá)外壁的距離也不斷減小,除塵效果比圓筒體部分好。因此,在筒體總高度一定的情況下,適當(dāng)增加錐筒體部分的高度,有利提高除塵效率。一般圓筒體部分的高度為其直徑的1.5倍,錐筒體高度為圓筒體直徑的2.5倍時,可獲得較為理想的除塵效率。

  1.1.3排氣管排風(fēng)管的直徑和插入深度對旋風(fēng)除塵器除塵效率影響較大。排風(fēng)管直徑必須選擇一個合適的值,排風(fēng)管直徑減小,可減小內(nèi)旋流的旋轉(zhuǎn)范圍,粉塵不易從排風(fēng)管排出,有利提高除塵效率,但同時出風(fēng)口速度增加,阻力損失增大;若增大排風(fēng)管直徑,雖阻力損失可明顯減小,但由于排風(fēng)管與圓筒體管壁太近,易形成內(nèi)、外旋流“短路”現(xiàn)象,使外旋流中部分未被清除的粉塵直接混入排風(fēng)管中排出,從而降低除塵效率。一般認(rèn)為排風(fēng)管直徑為圓筒體直徑的0.5~0.6倍為宜。排風(fēng)管插入過淺,易造成進(jìn)風(fēng)口含塵氣流直接進(jìn)入排風(fēng)管,影響除塵效率;排風(fēng)管插入深,易增加氣流與管壁的摩擦面,使其阻力損失增大,同時,使排風(fēng)管與錐筒體底部距離縮短,增加灰塵二次返混排出的機(jī)會。排風(fēng)管插入深度一般以略低于進(jìn)風(fēng)口底部的位置為宜。

  1.1.4排灰口排灰口的大小與結(jié)構(gòu)對除塵效率有直接的影響。增大排灰口直徑可使除塵器高壓力下降,對提高除塵效率效率有利,但排灰口直徑太大會導(dǎo)致粉塵的重新?lián)P起。通常采用排灰口1.2操作工藝參數(shù)在旋風(fēng)除塵器尺寸和結(jié)構(gòu)定型的情況下,其除塵效率關(guān)鍵在于運(yùn)行因素的影響。

  旋風(fēng)除塵器是利用離心力來除塵的,離心力愈大,除塵效果愈好。在圓周運(yùn)動(或曲線運(yùn)動)中粉塵所受到的離心力為:F=ma:F―離心力,N m―粉塵的質(zhì)量,kga―粉塵的離心加速度,m/s2. R―氣流的旋轉(zhuǎn)半徑,m.可見,在旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)固定(R不變)、粉塵相同(m穩(wěn)定)的情況下,旋風(fēng)除塵器入口的氣流速度愈高,旋風(fēng)除塵器的離心力就愈大。

  而旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣量為:A―旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口截面積,所以,在結(jié)構(gòu)固定(R不變,A不變),粉塵相同(m穩(wěn)定)的情況下,除塵器入口的氣流速度與進(jìn)口氣量成正比,而旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣量是由引風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量決定的。

  可見,提高進(jìn)風(fēng)口氣流速度,可增大除塵器內(nèi)氣流的切向速度,使粉塵受到的離心力增加,有利提高其除塵效率,同時,也可提高處理含塵風(fēng)量。但進(jìn)風(fēng)口氣流速度提高,徑向和軸向速度也隨之增大,紊流的影響增大。對每一種特定的粉塵旋風(fēng)除塵器都有一個臨界進(jìn)風(fēng)口氣流速度,當(dāng)超過這個風(fēng)速后,紊流的影響比分離作用增加更快,使部分已分離的粉塵重新被帶走,影響除塵效果。另外,進(jìn)風(fēng)口氣流增加,除塵阻力也會急劇上升,壓損增大,電耗增加。綜合考慮旋風(fēng)除塵器的除塵效果和經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)風(fēng)口的氣流速度控制在12~20m/s之間,**不超過25m/s,般選14m/s為宜。

  1.2.2粉塵的狀況粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關(guān)鍵因素。處于旋風(fēng)除塵器外旋流的粉塵,在徑向同時受到兩種力的作用,一是由旋轉(zhuǎn)氣流的切向速度所產(chǎn)生的離心力,使粉塵受到向外的推移作用;另一個是由旋轉(zhuǎn)氣流的徑向速度所產(chǎn)生的向心力,使粉塵受到向內(nèi)的推移作用。在內(nèi)、外旋流的交界面上,如果切向速度產(chǎn)生的離心力大于徑向速度產(chǎn)生的向心力,則粉塵在慣性離心力的推動下向外壁移動,從而被分離出來;如果切向速度產(chǎn)生的離心力小于徑向速度產(chǎn)生的向心力,則粉塵在向心力的推動下進(jìn)入內(nèi)旋流,最后經(jīng)排風(fēng)管排出。

  如果切向速度產(chǎn)生的離心力等于徑向速度產(chǎn)生的向心力,即作用在粉塵顆粒上的外力等于零,從理論上講,粉塵應(yīng)在交界面環(huán)境保護(hù)上不停地旋轉(zhuǎn)。實際上由于氣流處于紊流狀態(tài)及各種隨機(jī)因素的影響,處于這種狀態(tài)的粉塵有50%的可能進(jìn)入內(nèi)旋流,有50%的可能向外壁移動,除塵效率應(yīng)為50%.此時分離的臨界粉塵顆粒稱為分割粒徑。這時,內(nèi)、外旋流的交界面就象一張孔徑為分割粒徑的篩網(wǎng),大于分割粒徑的粉塵被篩網(wǎng)截留并捕集下來,小于分割粒徑的粉塵,則通過篩網(wǎng)從排風(fēng)管中排出。旋風(fēng)除塵器捕集下來的粉塵粒徑愈小,該除塵器的除塵效率愈高。離心力的大小與粉塵顆粒有關(guān),顆粒愈大,受到離心力愈大。當(dāng)粉塵的粒徑和切向速度愈大,徑向速度和排風(fēng)管的直徑愈小時,除塵效果愈好。氣體中的灰分濃度也是影響出口濃度的關(guān)鍵因素。粉塵濃度增大時,粉塵易于凝聚,使較小的塵粒凝聚在一起而被捕集,同時,大顆粒向器壁移動過程中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被分離。但由于除塵器內(nèi)向下高速旋轉(zhuǎn)的氣流使其頂部的壓力下降,部分氣流也會挾帶細(xì)小的塵粒沿外壁旋轉(zhuǎn)向上到達(dá)頂部后,沿排氣管外壁旋轉(zhuǎn)向下由排氣管排出,導(dǎo)致旋風(fēng)除塵器的除塵效率不可能為根據(jù)除塵效率計算公式:S.一出口處的粉塵的流入量,S,―進(jìn)口處的粉塵的流入量,因為旋風(fēng)除塵器的除塵效率不可能為100%,當(dāng)進(jìn)口粉塵流入量增加后,除塵效率雖有提高,排氣管排出粉塵的**量也會大大增加。所以,要使排放口的粉塵濃度降低,則要降低入口粉塵濃度,可采取多個旋風(fēng)除塵器串聯(lián)使用的多級除塵方式,達(dá)到減少排放的目的。

  1.2.3運(yùn)行的影響旋風(fēng)除塵器下部的嚴(yán)密性是影2009/2水泥技術(shù)響除塵效率的又一個重要因素。含塵氣體進(jìn)人旋風(fēng)除塵器后,沿外壁自上而下作螺旋形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流到達(dá)錐體底部后,轉(zhuǎn)而向上,沿軸心向上旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布,是軸向各斷面的壓力變化較小,徑向的壓力變化較大(主要指靜壓),這是由氣流的軸向速度和徑向速度的分布決定的。氣流在筒內(nèi)作圓周運(yùn)動,外側(cè)的壓力高于內(nèi)側(cè),而在外壁附近靜壓**,軸心處靜壓**。即使旋風(fēng)除塵器在正壓下運(yùn)動,軸心處也為負(fù)壓,且一直延伸到排灰口處的負(fù)壓**,稍不嚴(yán)密,就會產(chǎn)生較大的漏風(fēng),已沉集下來的粉塵勢必被上升氣流帶出排氣管。所以,要使除塵效率達(dá)到設(shè)計要求,就要保證排灰口的嚴(yán)密性,并在保證排灰口的嚴(yán)密性的情況下,及時清除除塵器錐體底部的粉塵,若不能連續(xù)及時地排出,高濃度粉塵就會在底部流轉(zhuǎn),導(dǎo)致錐體過度磨損。

  2旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)改進(jìn)在旋風(fēng)除塵器的眾多性能指標(biāo)中,壓力損失和分離效率是最為重要的參數(shù),其癥結(jié)是消除“上灰環(huán)”。解決上灰環(huán)問題的方法之一是通過設(shè)置灰塵隔離室,即采用旁路式旋風(fēng)除塵器,它主要是在普通旋風(fēng)除塵器的基礎(chǔ)上增加一個螺旋形的旁路分離室,在除塵器頂部形成的上渦旋粉塵環(huán),從旁路分離室引至錐體部分。這樣可使導(dǎo)致除塵效率降低的二次流變?yōu)槟芷鸱蹓m聚集作用的上渦旋氣流,提高除塵效率。除此之外,還可通過添加導(dǎo)向葉片、改變氣流進(jìn)口形狀等措施來消除上灰環(huán)。為了解決邊壁處的二次揚(yáng)塵問題,可采用環(huán)縫氣墊耐磨旋風(fēng)除塵器,它是在普通旋風(fēng)除塵器內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)縫套圈,粉塵在旋轉(zhuǎn)氣流作用下向邊壁靠近,然后利用靠近邊壁處的下行氣流將粉塵帶入環(huán)縫,由于環(huán)縫的存在,不僅可以減少二次揚(yáng)塵,而且使高速旋轉(zhuǎn)的上、下灰環(huán)消失,提高了除塵效率。但這些方法實際使用效果并不是十分理想。

  現(xiàn)提出一種新的改進(jìn)方法使旋風(fēng)除塵器的分離性能得到了極大提高。改進(jìn)后的新型旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)如。這種新型旋風(fēng)除塵器在結(jié)構(gòu)上主要改進(jìn)如下:在旋轉(zhuǎn)的同時保證了向下的旋轉(zhuǎn)。并且下傾角確保了塵粒反彈時**折射朝下。在傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)中,進(jìn)氣蝸底板與旋風(fēng)筒軸線是垂直的,由于氣流從上部切線方向進(jìn)入除塵器后向下旋轉(zhuǎn),引起除塵器頂部倒空形成上渦旋氣流產(chǎn)生頂部灰環(huán),灰環(huán)沿著排氣管道外表面旋轉(zhuǎn)向下時,會在排氣管入口處與已凈化廢氣的上旋氣流混合,而后經(jīng)排氣管排出除塵器。

  180.的半圈螺旋管代替了傳統(tǒng)型的直吹進(jìn)筒,從而進(jìn)一步保證了氣流的“下旋”。傳統(tǒng)型是含粉塵的氣體進(jìn)筒后才旋轉(zhuǎn),而改進(jìn)型則是確保塵氣高速旋轉(zhuǎn)起來后才進(jìn)筒。

  進(jìn)口螺旋道截面遞減,增大了氣流旋轉(zhuǎn)的離心力。含粉塵的氣體在螺旋道中實現(xiàn)1.4倍加速。提高了塵粒的慣性,降低了塵粒沉降的時間。

  錐體長度加長并采用20°小錐角,增加了氣流在分離器中的停留時間,有利于小顆粒的沉降完全,且使向下旋轉(zhuǎn)的氣體平緩地轉(zhuǎn)變成折轉(zhuǎn)向上的旋轉(zhuǎn),從而使除塵效率得以提高。

  除塵器下設(shè)緩沖料斗,有效改善廢氣在筒體內(nèi)的流動工況,減少了灰斗的反混現(xiàn)象和下灰環(huán)可能產(chǎn)生的二次楊塵。

  出風(fēng)管增長,直到螺旋軌道的底部,防止了內(nèi)側(cè)部分塵粒裹進(jìn)出風(fēng)管。

  進(jìn)口、加速段、出口的截面積之比擴(kuò)大為1:0.7:2,即出口風(fēng)速是進(jìn)口速度的一半;出口風(fēng)速是內(nèi)部加速段的1/3.改進(jìn)型除塵器粒子的離心力比在傳統(tǒng)型除塵器中的離心力增大了1.4倍以上。而出口處,負(fù)壓對粒子的吸力比傳統(tǒng)型約小了1/4.因此,氣流進(jìn)筒后,塵粒因慣性大,使得稍小些的顆粒在氣流在旋風(fēng)除塵器中停留時間內(nèi)也能得到分離。出風(fēng)風(fēng)速降低,也使得部分細(xì)小的顆粒能擺脫上升氣流的吸力而有機(jī)會沉降下來,從而使分離效率得以提高。

  3結(jié)束語如何提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率是當(dāng)前水泥行業(yè)需要解決的一個重要課題。研究和分析影響旋風(fēng)除塵器除塵效率的因素,是設(shè)計、選用、管理和維護(hù)旋風(fēng)除塵器的基礎(chǔ),也是探求提高旋風(fēng)除塵器除塵效率途徑的必由之路。由于旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流速度及粉塵微粒的運(yùn)動等都較為復(fù)雜,影響其除塵效率的因素較多,需要我們進(jìn)行全面分析,綜合考慮,尋求**設(shè)計方案和運(yùn)行管理方法。當(dāng)前,旋風(fēng)除塵器許多理論還待研究和探討,盡管如此,旋風(fēng)除塵器仍以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造維修方便、除塵效率較為理想等優(yōu)點(diǎn),成為目前水泥企業(yè)主要除塵設(shè)備之一。隨著對旋風(fēng)除塵器認(rèn)識的進(jìn)一步的深入和完善,它必將在水泥行業(yè)除塵中發(fā)揮更大的作用。

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