工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器的選擇計算

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簡介： 針對工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器應(yīng)用，介紹了旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)組成及改進(jìn)措施，簡述了單體使用和多筒多管組合技術(shù)注意問題和選擇計算方法，文中給出了多種旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)。
關(guān)鍵字：旋風(fēng)除塵器 多筒多管組合

1 引言

　　旋風(fēng)除塵器（簡稱旋風(fēng)器）與其他除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點。旋風(fēng)器適用于工業(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干回收。高性能的旋風(fēng)器對于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以達(dá)到95%～98%，對于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以達(dá)到92%～95%。旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風(fēng)器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點。
　　旋風(fēng)器的類型有切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等。工廠通風(fēng)除塵使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。

2 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)

2．1 單體基本結(jié)構(gòu)
　　
　　單體基本結(jié)構(gòu)參見圖1，含塵氣體通過進(jìn)口起旋器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運動，到達(dá)壁附近的粉塵在氣流的作用下進(jìn)入收塵灰斗，去除了粉塵的氣體匯向軸心區(qū)域由排氣芯管排出。

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　圖1 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2．2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

　　旋風(fēng)器在長期使用中，為了達(dá)到低阻高效性能其結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)措施主要有：（1）進(jìn)氣通道由切向進(jìn)氣改為回轉(zhuǎn)通道進(jìn)氣，通過改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量?；剞D(zhuǎn)通道在90°左右時阻力較小。（2）把傳統(tǒng)的單進(jìn)口改為多進(jìn)口，有效地改進(jìn)旋轉(zhuǎn)流氣流偏心，同時旋風(fēng)器阻力顯著下降。（3）在筒錐體上加排塵通道，防止到達(dá)壁面的粉塵二次返混。（4）采用錐體下部裝有二次分離裝置（反射屏或中間小灰斗）防止收塵二次返混。（5）排氣芯管上部加裝二次分離器，利用排氣強旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行微細(xì)粉塵的二次分離，對捕集短路粉塵極為有效。（6）在筒錐體分離空間加裝減阻件降阻，等。

2．3 組合技術(shù)

　　處理氣體量較大時，可以采用多個旋風(fēng)器單體進(jìn)行并聯(lián)組合。（1）多筒組合：多筒組合可以采用分支并聯(lián)和環(huán)狀并聯(lián)方式，見圖2。組合技術(shù)的關(guān)鍵在于含塵氣流分配的均勻性和防止氣流串流。分支并聯(lián)一般采用雙旋風(fēng)器、四旋風(fēng)器方式。對于處理氣體量較大時，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風(fēng)器一般采用渦殼排氣方式。（2）多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個旋風(fēng)子（小尺寸旋風(fēng)器）進(jìn)行箱式并聯(lián)安裝。旋風(fēng)子在進(jìn)氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風(fēng)子兩級一體復(fù)合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過調(diào)整旋風(fēng)子進(jìn)氣口角度、排氣芯管長度、進(jìn)氣空間高度、旋風(fēng)子間距等措施實現(xiàn)。


　　圖2 多筒組合并聯(lián)方式　　　　　　　　　　圖3 多管組合并聯(lián)方式

3 旋風(fēng)器使用

　　旋風(fēng)器單體直徑一般控制在200～1000mm，特殊情況下可以超過1000mm。旋風(fēng)器單體安裝角度應(yīng)不小于45°，宜大于粉塵的流動角，對于氣體量負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。
　　旋風(fēng)器單體組合應(yīng)注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術(shù)措施。旋風(fēng)器組合空間的進(jìn)氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應(yīng)嚴(yán)格分開，連接處不得漏風(fēng)。
　　對旋風(fēng)器性能影響較大的因素是運行管理不善造成的灰斗漏風(fēng)和排灰不及時造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會加劇旋風(fēng)器筒錐體磨損影響使用壽命。
　　根據(jù)使用條件可以選用不同材料制作旋風(fēng)器，如鋼板、有機塑料板、玻璃鋼等加；鑄鐵、鑄鋼澆筑；陶土、石英砂、白剛玉燒制。也可以采用礬土水泥骨料、灰綠巖鑄石等材料作鋼制件的耐磨內(nèi)襯。
　　除塵器串聯(lián)使用時，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時，應(yīng)將高效旋風(fēng)器放在后級。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時，就將旋風(fēng)器放在前級。除高濃度場合外，一般不采用同種旋風(fēng)器串聯(lián)使用。

4 旋風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)

4．1 旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸一般以筒體直徑D1（m）為定性尺寸給出各部位的無因次比值，旋風(fēng)器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無因次結(jié)構(gòu)比值KD2、KD3、KD4、KH1、KH2、KH、Ka、Kb、KS確定其他部位尺寸，參見圖1。即：

KD2=D2/ D1 KD2=D3/ D1 KD4=D4/ D1 KD2=D2/ D1 KH1= H1/ D1 KH2= H2/ D1

Ka=a/ D1 Kb= b/ D1 KS= s/ D1 KH= H/ D1 = KH1+ KH2- KS

　　其中D1筒體直徑、D2芯管進(jìn)口直徑、D3芯管出口直徑、D4錐體下部直徑（排灰口直徑），m；H芯管進(jìn)口截面到錐體排灰口的距離（或稱分離區(qū)高度）、H1筒體高度、H2錐體高度，m；a進(jìn)口寬度、b進(jìn)口高度、s芯管插入深度，m。表1中列出了部分旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)[1-4]。

　　 常見旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)尺寸表1

型號

KD2

KD3

KD4

KH1

KH2

Ka

Kb

KS

Ducon-SDC

0.55

0.55

0.24

0.90

1.52

0.225

0.434

1.33

Ducon-SDM

0.535

0.535

0.24

0.90

1.52

0.234

0.593

1.33

ЦH

0.59

0.59

0.35

1.50

1.50

0.20

0.60

1.20

ЦK

0.546

0.546

0.293

0.60

1.33

0.213

0.387

1.00

CLG

0.55

0.55

0.17

1.00

2.50

0.23

0.44

0.70

CZT

0.50

0.50

0.30

0.917

2.80

0.179

0.717

0.677

XLK

0.50

0.50

0.165

2.00

3.00

0.26

1.00

1.10

XLT/A

0.60

0.60

2.62

2.00

0.26

0.66

1.50

XLP/A

0.60

0.60

0.18

2.90

1.30

0.26

0.780

0.734

XLP/B

0.60

0.60

0.43

1.70

2.30

0.30

0.60

0.46

XCZ

0.50

0.50

0.40

0.92

2.75

0.18

0.72

0.72

XCX

0.50

0.50

0.25

1.20

2.85

0.24

0.24

0.90

XCY

0.50

0.65

0.40

0.90

2.75

0.18

0.72

0.82

XCD

0.50

0.50

0.25

1.10

2.50

0.286

0.80

0.80

Stirmand(h)

0.50

0.50

0.40

1.50

2.50

0.20

0.50

0.50

Swift

0.40

0.40

0.40

1.40

2.50

0.21

0.44

0.50

井伊谷鋼一

0.50

0.50

0.40

1.00

2.00

0.30

0.60

0.70

Leith-Licht

0.50

0.50

0.375

3.00

2.00

0.16

0.44

1.25

Friedland

0.69

0.69

0.40

2.00

2.00

0.25

0.50

0.62

Strn

0.50

0.50

0.40

1.25

0.75

0.20

0.45

0.62

XCY-Ⅱ

0.50

0.65

0.40

2.70

2.70

0.09/2

0.72

0.82

4.2 旋風(fēng)器進(jìn)口速度和筒體截面標(biāo)稱速度

　　旋風(fēng)器進(jìn)口速度v0（m/s）指氣流L（m³/h）由旋風(fēng)器進(jìn)口進(jìn)入時的速度，筒體截面標(biāo)稱速度vA( m/s)是指氣流量L與旋風(fēng)器筒體截面面積的比值，即

　　?。?）

4.3 阻力計算

（2）

式中　ΔP--旋風(fēng)器阻力，Pa；
Pd--氣流動壓；
Pd0、PdA--分別為對應(yīng)于進(jìn)口截面和筒體面的氣流動壓，Pa；
ρ--氣體密度，kg/m³。

Ρ=353KB/（273+t）（空氣）；ρ=366 KB/（273+t）（一般煙氣）（3）

　　式中KB環(huán)境壓力B的修正系數(shù)，KB =B/ Ba，Ba為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（101.3kPa）。t為氣體溫度，℃。ξ為設(shè)備廠家提供的旋風(fēng)器阻力系數(shù)，常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ見表2、3,可以用ξ0或ξA表示。

　　 常見高效旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ表2-1

型號

ξ0

ξA

型號

ξ0

ξA

XCX

3.50

654

CLG

3.0

182

XLP/B

5.52

106

XCD

5.3

187

ЦH

3.86

166

XLP/A

7.58

114

ЦK

4.82

440

CZT

9.2

346

Stirmand(h)

5.40

334

XCZ

8.3

306

Swift

9.20

471

XCY

8.0

295

Stern

7.41

567

XCY-Ⅱ

6.5

240

井伊谷鋼一

8.10

349

Friedland

12.4

492

Ducon-SDC

7.80

53

Leith-Licht

2.76

345

Ducon-SDM

7.60

58

Buell

10

192

　　常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ0表2-2

型號

ξ0

型號

ξ0

XNX

3.6

雙級渦旋

4.0

XND

5.6

XSW

2.5

XP

7.5

CLT/A

2.8

XXD

5.1

CLT/A

6.5

XDF

4.1

CLT

5.1

　　
　　ξ0為對應(yīng)于進(jìn)口截面的阻力系數(shù)；ξA為對應(yīng)于筒體截面的阻力系數(shù)，可以反映同一直徑的不同類型旋風(fēng)器在處理相同風(fēng)量時的阻力大小。ξ0與ξA間關(guān)系為:

ξA/ξ0=0.62（Ka Kb）-2　　（4）

　　旋風(fēng)器安裝方式不同會對旋風(fēng)器阻力計算值產(chǎn)生影響，如旋風(fēng)器出口方式采用出口渦殼比采用圓管彎頭阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，與單個使用也有差別，可以通過工程經(jīng)驗進(jìn)行修正。一般來講，同類型直徑大小不同的旋風(fēng)器阻力相同。

4．4 除塵效率計算

4．4．1 分級效率[5]

（5）
（6）

式中 a、β--分別為分布系數(shù)；分割粒徑dc50，μm；
n--旋風(fēng)器切向速度分布指數(shù)。

切向進(jìn)氣旋風(fēng)器：（7-1）

　　?。?-2）

　　 其中　　（8）

4．4．2 分割粒徑

　?。?）

式中θ錐體半角，度；μ為氣體黏性系數(shù)，PaS；ρP為粉塵真密度，kg/m³。

4．4．3 總效率

旋風(fēng)器的除塵效率計算為：

　　式中x=dc;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質(zhì)量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實際應(yīng)用中一般采用粒級分布累計質(zhì)量表示，分為n個粒級給出，除塵效率計算又可以為：
?。?0）

其中

　　 式中ηi（dpi,dpi+1）粒級除塵效率可以取ηi（kdpI+(1-k)dpi+1），0< k<1.0，通常取k為0.5。
　　 對于某些場合采用理論計算除塵效率往往誤差比較大，通?？梢圆捎糜嬎闩c實際應(yīng)用相結(jié)合的辦法修正，亦可參照類似工程進(jìn)行判定。
　　 對于已知某一工況B的旋風(fēng)器在工況波動到工況A時估算除塵效率ηA，可以對已知除塵效率ηB進(jìn)行工況修正，有

　?。?1）

　　 對于同類型但直徑大小不同的旋風(fēng)器除塵效率有

（12）

4．4．4 含塵深度計算

　　旋風(fēng)器中實際運行的是工況含塵濃度C，mg/m³；作為評價、監(jiān)督使用標(biāo)況濃度CN，mg/m³（標(biāo)準(zhǔn)），CP為工況排放濃度，mg/m³。它們之間的關(guān)系為：



4．4．5 算例

　　Stairmand旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸：筒體直徑D1=203mm；芯管直徑D2=D3=102mm；錐體下部直徑D4=76mm；入口寬度a=41mm；入口高度b=102mm；筒體長度H1=mm；錐體長度H2=mm；芯管深度s=102mm；錐體角2θ=14.2°。工況參數(shù)：入口速度v0=15.3m/s；粉塵密度ρP=2000 kg/m³；氣體溫度t=20℃；進(jìn)口含塵濃度CP =2.0 g/m³；阻力ΔP=748Pa。

　　由式（2）計算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33；由式（9）計算分割粒徑dc50=2.0320μm（注：分割粒徑dc50.s的測定值
為2.0μm）；由式（5）、（6）計算得該除塵器的分級效率為



5 旋風(fēng)器選用

　　已知條件：氣體量、氣體溫度；旋風(fēng)器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質(zhì)量分布；供選用的旋風(fēng)器技術(shù)參數(shù)[6]（阻力系數(shù)；分級效率；主要結(jié)構(gòu)尺寸）；等。
　　計算要求：確定旋風(fēng)器的直徑和個數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。
　　選用過程：

　　 （1）根據(jù)阻力計算所用旋風(fēng)器的筒體截面的標(biāo)稱速度：。
　　 （2）計算旋風(fēng)器筒體截面總面積：Az=L/（3600 vA）。
　　 （3）確定旋風(fēng)器直徑D1和N。可設(shè)定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：。
　　 （4）根據(jù)選定的旋風(fēng)器個數(shù)N和現(xiàn)場提供的場地、運行方式確定旋風(fēng)器的連接方式和組合方式。
　　 （5）計算設(shè)計工況下的旋風(fēng)器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運行濃度，標(biāo)況濃度為環(huán)境監(jiān)督、評價用的含塵濃度。
　　 （6）根據(jù)處理氣體和粉塵的性質(zhì)確定制作旋風(fēng)器的設(shè)備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內(nèi)襯材料。
　　 （7）確定旋風(fēng)器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對粉塵負(fù)荷少于一個班次工作量的可以采用人工清灰。
　　 （8）旋風(fēng)器支架、檢查平臺、連接配管、檢測孔設(shè)計。
　　 （9）旋風(fēng)器運行工況分析，如工藝周期性負(fù)荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時旋風(fēng)器單體堵灰、磨損的可能性；排灰輸灰裝置的工作狀況等。

參考文獻(xiàn)

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