气流在做旋转运动时,气流中的粉尘颗粒会因受离心力的作用从气流中分离出来。利用离心力进行除尘的技术称离心除尘技术利用离心力进行除尘的设备称为旋风除尘器,亦称旋风分离器。
旋风除尘器第一个设计专利自从1886年被批准以来已有100多年的历史。100多年来对旋风除尘器的开发研究从未停止,因此旋风除尘器型式繁多,应用广泛。
旋风除尘器是含尘气体沿切线方向进入装置后,由于离心力的作用将尘粒从气体中分离出来,从而达到烟气除尘的目的。旋风除尘器中的气流要反复旋转许多圈,且气流旋转的线速度也很快,因此旋转气流中粒子受到的离心力比重力大得多。对于小直径高阻力的旋风除尘器,离心力比重力可大至2500倍。对于大直径、低阻力的旋风除尘器,离心力比重力也大5倍以上。
旋风除尘器具有结构简单、制造容易、造价和运行费较低、对于大于10m的粉尘有较高的分离效率等优点,所以在工业部门有着广泛的应用。对要求不高的场所,全靠旋风除尘器除尘;对要求较高的场所,常把它作为多级除尘系统的第一级。
离心式除尘工作原理
旋风除尘器由带锥形底的外圆筒、进气管、排气管(内圆筒)、圆锥筒、贮灰箱和排灰阀6部分组成。排气管插入外圆筒形成内圆筒,进气管与外圆相切,外圆筒下部是圆锥筒,圆锥筒下部是贮灰箱。
含尘气流以14~24m/s的高速度从进气口进入后,由于受到外圆筒上盖及内圆筒壁的限流,迫使气流做自上而下的旋转运动,通常把这种运动称为外旋流。在气流旋转过程中形成很大的离心力尘粒在离心力的作用下,逐渐被甩向外壁,并在重力的作用下沿外壁面旋转下落,直至贮灰箱。旋转下降的外旋流因受到锥体收缩的影响渐渐向中心汇集,下降到一定程度时,开始返回上升,形成一股自下而上的旋转运动,一般把这种运动称为内旋流。内旋流不含大颗粒粉尘,所以比较干净,可以经内筒排向大气。但是,由于内、外两旋转气流的互相干扰和渗透,容易把沉于底部的尘粉又带起,其中一部分细小的粒子又被带走。这就是除尘器内的二次飞扬现象。为减少二次飞扬,提高除尘效率,在圆锥体下部往往设置阻气排尘装置。其实,尘粒在旋风除尘器内的运动是很复杂的。它不仅有圆周运动、径向运动和轴向运动,而且在尘粒沉降过程中还有线速度的变化和离心加速度的变化,因此,不应把旋风除尘器的工作原理看得过于简单。研究表明,在旋风除尘器内,外旋流逐渐向下旋转,内旋流逐渐向上旋转。向上与向下旋转气流分界面上各点的轴向速度为零,分界面以外的气流切线速度随其与轴心距离的减小而增大,越接近轴心切线速度越大。分界面以内的气流切向速度随其与轴心距离的减小而降低。值得注意的是,旋风除尘器内气流径向速度方向与尘粒的径向速度方向相反，粉尘粒子由内向外运动,气体则由外向轴心流动。由于气流旋转的原因,旋风除尘器内压强越接近轴心处越低,即使设备在正压操作下,轴心处仍处在负压状态。因此,在排尘管至贮灰箱之间有任何漏风,都会导致除尘效率的明显降低。这个问题应引起除尘器制造厂家和使用单位的充分注意。
旋风除尘器内的气流及颗粒运动十分复杂,对于颗粒的分离捕集机理在作出许多简化假设后,形成各种不同的分离机理模型,主要有转圈理论、平衡轨道理论及边界层分离理论等。
