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旋風(fēng)分離器，是用于氣固體系或者液固體系的分離的一種設(shè)備。工作原理為靠氣流切向引入造成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使具有較大慣性離心力的固體顆粒或液滴甩向外壁面分開(kāi)。旋風(fēng)分離器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、效率較高、管理維修方便，價(jià)格低廉，用于捕集直徑5～10μm以上的粉塵，廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)中，特別適合粉塵顆粒較粗，含塵濃度較大，高溫、高壓條件下，也常作為流化床反應(yīng)器的內(nèi)分離裝置，或作為預(yù)分離器使用，是工業(yè)上應(yīng)用很廣的一種分離設(shè)備。

機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介編輯

旋風(fēng)分離器，是用于氣固體系或者液固體系的分離的一種設(shè)備。工作原理為靠氣流切向引入造成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使具有較大慣性離心力的固體顆粒或液滴甩向外壁面分開(kāi)。是工業(yè)上應(yīng)用很廣的一種分離設(shè)備。

工作原理編輯

旋風(fēng)分離器是利用氣固混合物在作高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來(lái)的干式氣固分離設(shè)備。由于顆粒所受的離心力遠(yuǎn)大于重力和慣性力，所以分離效率較高。

常用的（切流）切向?qū)胧叫L(fēng)分離器的分離原理及結(jié)構(gòu)如圖所示。主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓錐形筒，筒上段切線方向裝有一個(gè)氣體入口管，圓筒頂部裝有插入筒內(nèi)一定深度的排氣管，錐形筒底有接受細(xì)粉的出粉口。含塵氣流一般以12—30m/s速度由進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)，氣流將由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分，沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下朝錐體流動(dòng)。此外，顆粒在離心力的作用下，被甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力，而靠器壁附近的向下軸向速度的動(dòng)量沿壁面下落，進(jìn)入排灰管，由出粉口落入收集袋里。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流，在下降過(guò)程中不斷向分離器的中心部分流入，形成向心的徑向氣流，這部分氣流就構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)向上的內(nèi)旋流。內(nèi)、外旋流的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。后凈化氣經(jīng)排氣管排出器外，一部分未被分離下來(lái)的較細(xì)塵粒也隨之逃逸。自進(jìn)氣管流入的另一小部分氣體，則通過(guò)旋風(fēng)分離器頂蓋，沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)排氣管下端時(shí)，與上升的內(nèi)旋氣流匯合，進(jìn)入排氣管，于是分散在這部分上旋氣流中的細(xì)顆粒也隨之被帶走，并在其后用袋濾器或濕式除塵器捕集。

凈化天然氣通過(guò)設(shè)備入口進(jìn)入設(shè)備內(nèi)旋風(fēng)分離區(qū)，當(dāng)含雜質(zhì)氣體沿軸向進(jìn)入旋風(fēng)分離管后，氣流受導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流作用而產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向下進(jìn)入旋風(fēng)筒體，密度大的液滴和塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風(fēng)管排塵口至設(shè)備底部?jī)?chǔ)液區(qū)，從設(shè)備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒體內(nèi)收縮向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流經(jīng)導(dǎo)氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設(shè)備頂部出口流出。

特點(diǎn)編輯

旋風(fēng)分離器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、效率較高、管理維修方便，價(jià)格低廉，用于捕集直徑5～10μm以上的粉塵，廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)中，特別適合粉塵顆粒較粗，含塵濃度較大，高溫、高壓條件下，也常作為流化床反應(yīng)器的內(nèi)分離裝置，或作為預(yù)分離器使用。但是，它對(duì)細(xì)塵粒(如直徑<5μm)的分離效率較低，細(xì)粉分離效率僅能達(dá)到70%～90%。為了提高除塵效率，降低阻力，已出現(xiàn)了如螺旋型、蝸旋型、旁路型、擴(kuò)散型、旋流型和多管式等多種形式的旋風(fēng)分離器。

氣體和固體顆粒在旋風(fēng)分離器中的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，在器內(nèi)任一點(diǎn)都有切向、徑向和軸向速度，并隨旋轉(zhuǎn)半徑變化。在實(shí)際操作中應(yīng)控制適當(dāng)?shù)臍馑佟?shí)驗(yàn)表明，氣速過(guò)小，分離效率不高。但氣速過(guò)高，易產(chǎn)生渦流和返混現(xiàn)象嚴(yán)重，同樣會(huì)降低分離效率。

主要功能編輯

旋風(fēng)分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達(dá)到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運(yùn)行，在西氣東輸工程中，旋風(fēng)分離器是較重要的設(shè)備。 

性能指標(biāo)編輯

分離精度

旋風(fēng)分離器的分離效果：在設(shè)計(jì)壓力和氣量條件下，均可除去≥10μm的固體顆粒。在工況點(diǎn)，分離效率為99%，在工況點(diǎn)±15%范圍內(nèi)，分離效率為97%。

壓力降

正常工作條件下，單臺(tái)旋風(fēng)分離器在工況點(diǎn)壓降不大于0.05MPa。

使用壽命

旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)使用壽命不少于20年。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編輯

旋風(fēng)分離器采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向分為集液區(qū)、旋風(fēng)分離區(qū)、凈化室區(qū)等。內(nèi)裝旋風(fēng)子構(gòu)件，按圓周方向均勻排布亦通過(guò)上下管板固定；設(shè)備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。

設(shè)備管口提供配對(duì)的法蘭、螺栓、墊片等。

通常，氣體入口設(shè)計(jì)分三種形式：

a) 上部進(jìn)氣

b) 中部進(jìn)氣

c) 下部進(jìn)氣

對(duì)于濕氣來(lái)說(shuō)，我們常采用下部進(jìn)氣方案，因?yàn)橄虏窟M(jìn)氣可以利用設(shè)備下部空間，對(duì)直徑大于300μm或500μm的液滴進(jìn)行預(yù)分離以減輕旋風(fēng)部分的負(fù)荷。而對(duì)于干氣常采用中部進(jìn)氣或上部進(jìn)氣。上部進(jìn)氣配氣均勻，但設(shè)備直徑和設(shè)備高度都將增大，投資較高；而中部進(jìn)氣可以降低設(shè)備高度和降低造價(jià)。

旋風(fēng)分離器采用整體立式結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕。旋風(fēng)管立式布置，由兩水平隔板分成3個(gè)獨(dú)立的工作室，為便于內(nèi)部檢查，每個(gè)工作室單獨(dú)設(shè)置1個(gè)人孔或手孔。旋風(fēng)分離器包括殼體部分、進(jìn)氣、出氣、放空、分離單元、人孔、手孔、人工清灰和閥控排塵口、支腿等結(jié)構(gòu)。 [1] 

提率方法編輯

整體結(jié)構(gòu)的改變

在旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)氣流中，顆粒物受離心力作用作徑向向外(朝向筒錐壁)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度可由顆粒物所受的離心力及氣流阻力的運(yùn)動(dòng)方程求得。顯然旋風(fēng)除塵器分離的目的就是使顆粒物盡快到達(dá)筒錐體邊壁。因此，延長(zhǎng)顆粒物在旋風(fēng)除塵器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，在氣流作用下提高顆粒物與筒錐體壁相撞的概率，可以提高旋風(fēng)除塵器除塵效率。

Y.Zhu(2001年)提出在普通旋風(fēng)除塵器中增加一個(gè)筒壁，這一筒壁將旋風(fēng)除塵設(shè)備內(nèi)部空間劃分為兩個(gè)環(huán)形區(qū)域，同時(shí)，排氣芯管被移到了下方，排氣芯管中的上升氣流也變成了下降氣流，顆粒物在內(nèi)外兩個(gè)外環(huán)形區(qū)域內(nèi)都得到了分離，事實(shí)上，這種旋風(fēng)分離器相當(dāng)于將兩個(gè)旋風(fēng)子合到了一起。從理論上講，這種改進(jìn)提高了顆粒物被收集的概率。Y.Zhu型旋風(fēng)除塵器試驗(yàn)結(jié)果(氣流流量范圍為 10L/min～40L/min，對(duì)粒徑范圍為0.6μm～8.8μm顆粒物)與Stairmand旋風(fēng)除塵器的進(jìn)行了比較有：改進(jìn)后的旋風(fēng)除塵器，除塵效率得到提高，并且隨氣流流量的增大而增大；同時(shí)，對(duì)于相同無(wú)因次尺寸的旋風(fēng)除塵器來(lái)說(shuō)，前者的阻力也小于后者。Y.Zhu考慮各方面因素給出相應(yīng)優(yōu)化綜合指標(biāo)得出改進(jìn)旋風(fēng)除塵器性能優(yōu)于傳統(tǒng)的旋風(fēng)除塵器。這種改動(dòng)后的旋風(fēng)除塵器較原有傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜。

在原有旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)上增加附加件

實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)都比較龐大，采用新的旋風(fēng)除塵器替代原有旋風(fēng)除塵器，勢(shì)必導(dǎo)致工程量和成本比較大?；谶@一想法，很多研究者尋找不改變?cè)行L(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)，而通過(guò)增加附加部件為提高旋風(fēng)性能。

由于旋風(fēng)除塵器對(duì)微細(xì)顆粒物效率較低，尤其對(duì)PM10(粉塵粒徑小于10μm的顆粒物)的除塵效率隨著顆粒直徑減小逐漸降低。也就是說(shuō)，在旋風(fēng)除塵器的運(yùn)行過(guò)程中，絕大部分微細(xì)粉塵穿透了分離區(qū)域，導(dǎo)致對(duì)微細(xì)粉塵效率下降。A.Plomp等（1996年）提出了加裝二次分離附件的一種旋風(fēng)除塵器，見(jiàn)圖3示意圖。二次分離附件設(shè)置在旋風(fēng)除塵器本體頂部，稱(chēng)之為POC(post cyclone)。

POC二次分離作用是利用排氣芯管強(qiáng)旋流作用使微細(xì)粉塵受離心力作用向邊壁運(yùn)動(dòng)，并與擋板相撞后，通過(guò)縫隙1掉入擋板下部的殼體中，另一部分即使在一開(kāi)始沒(méi)有與邊壁相撞，但由于始終受到離心力的作用，在到達(dá)POC頂部時(shí)，其中也有很大一部分通過(guò)縫隙2處而進(jìn)入擋板與殼體之間的空間，隨后由于 POC中主氣流的約10%通過(guò)縫隙形成滲透流，在滲透推動(dòng)下，顆粒物被吹出殼體。

研究結(jié)果得知，在特定結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行條件下總效率比改進(jìn)前提高了2%～20%；POC的阻力約為旋風(fēng)除塵器本體10%，該阻力與滲透氣流量無(wú)關(guān)(在所給參數(shù)范圍內(nèi))；對(duì)于直徑較大的旋風(fēng)除塵器，尤其在原旋風(fēng)除塵器性能不是很高的情況下，加裝POC的辦法對(duì)于提高旋風(fēng)分離的性能很有效。POC裝置對(duì)3μm以上粉塵分離很有效，對(duì)3μm以下的粉塵效果不顯著；滲透流量及POC裝置的離心力對(duì)POC的性能影響顯著；采用穿孔 (較小)內(nèi)擋板可提高分離效率。

局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)

許多研究者通過(guò)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣流流動(dòng)研究認(rèn)為：旋風(fēng)除塵器氣流速度分布在徑向上呈軸不對(duì)稱(chēng)或出現(xiàn)偏心。尤其在錐體下部靠近排塵口附近，有明顯的"偏心"；排氣管下口附近，徑向氣流速度較大，有"短路"現(xiàn)象。氣流偏心或短路不利于粉塵分離。

(1) 改變進(jìn)口結(jié)構(gòu)

鵬鶴環(huán)保針對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流軸不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，將其進(jìn)口由單進(jìn)口改為雙進(jìn)口(如圖4)，通過(guò)雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究表明，雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)的軸對(duì)稱(chēng)性?xún)?yōu)于單進(jìn)口旋風(fēng)除塵器，雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器渦核變形??；雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度高于單進(jìn)口約6%，在準(zhǔn)自由渦區(qū)衰減也慢；雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器排氣芯管短路流少于單進(jìn)口。雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器比單進(jìn)口旋風(fēng)除塵器更有利于提高除塵效率和降低設(shè)備阻力。

針對(duì)短路流攜塵降低除塵效率的問(wèn)題，鵬鶴環(huán)保等在進(jìn)口結(jié)構(gòu)中采用了回轉(zhuǎn)通道(見(jiàn)圖5)，以此降低進(jìn)入旋風(fēng)除塵器空間的向心含塵濃度梯度，并對(duì)等截面和變截面兩種通道形式的氣固兩相分離進(jìn)行了分析。指出采用合理回轉(zhuǎn)角度的進(jìn)口回轉(zhuǎn)通道，可提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率。這種做法從結(jié)構(gòu)上把旋風(fēng)除塵器的筒體、錐體兩段分離變成進(jìn)口通道、筒體、錐體三段分離。

(2) 錐體結(jié)構(gòu)改變

Rongbiao Xiang等研究了錐體尺寸對(duì)用于大氣采樣的小型旋風(fēng)除塵器的影響情況，以顆粒大小和氣流流速為變化參數(shù)，對(duì)3個(gè)具有不同下部直徑錐體的旋風(fēng)除塵器測(cè)出了效率。測(cè)定結(jié)果表明：錐體下部直徑大小對(duì)旋風(fēng)分離采樣器的效率影響顯著，但是并不顯著影響不同粒徑顆粒物效率之間的變化程度。當(dāng)錐體下部開(kāi)口部分直徑大于排氣芯管直徑時(shí)，該錐體參數(shù)的減小，再不明顯增加阻力的前提下，采樣效率會(huì)隨之提高；但是，由阻力測(cè)試結(jié)果還可看出錐體武器部分直徑不宜小于排氣芯管直徑。從理論上講，錐體下部直徑減小能引起切向速度的提高，從而離心力增大；對(duì)于具有相同筒體直徑的旋風(fēng)除塵器，若錐體開(kāi)口小，則大切向速度靠近錐壁，這使得顆粒能夠更好的分離，同時(shí)，如果錐體開(kāi)口較小，渦流將觸及錐壁，使顆粒又有可能重新進(jìn)入出氣氣流，但是由于后者與前者相比對(duì)旋風(fēng)采樣器影響較小?？傊?，適當(dāng)減小錐體下部直徑有利于效率的提高。為了便于新型旋風(fēng)采樣器的設(shè)計(jì)，還指出對(duì)型Stairmand旋風(fēng)除塵器效率有較好預(yù)測(cè)作用的Barth 理論及Leith-Licht理論，對(duì)錐體改變旋風(fēng)采樣器的收集效率了也有良好的預(yù)測(cè)作用。

工程應(yīng)用編輯

旋風(fēng)分離器適用于凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費(fèi)用和阻力較高（80～160毫米水柱）的凈化設(shè)備，旋風(fēng)除塵器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得為廣泛。 改進(jìn)型的旋風(fēng)分離器在部分裝置中可以取代尾氣過(guò)濾設(shè)備。

旋風(fēng)分離器是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設(shè)備。氣體通過(guò)進(jìn)氣口的速度為10—25m/s,一般采用15—20m/s,所產(chǎn)生的離心力可以分離出小到5μm的顆粒及霧沫。因此,是礦山、水泥等生產(chǎn)中使用很廣泛的設(shè)備。特別在化工生產(chǎn)過(guò)程中,旋風(fēng)分離器的使用場(chǎng)合很多,也常見(jiàn)于廠房的通風(fēng)除塵系統(tǒng)。它的廣泛使用,既可改善環(huán)境,又可變廢為寶減少工廠的經(jīng)濟(jì)損失。諸如某合成洗滌劑廠,在處理噴粉的尾氣回收系統(tǒng)中,采用了旋風(fēng)分離器除塵措施,既改善了作業(yè)環(huán)境,減輕了空氣的污染,又可回收可觀的尾粉,大大地降低了工廠成本。