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改進(jìn)旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)提高除塵效率的新方法
摘要 討論改變旋風(fēng)器整體結(jié)構(gòu)、增加附件、改進(jìn)原有旋風(fēng)器構(gòu)件的幾種改進(jìn)結(jié)構(gòu)新做法，分析這些做法提高除塵效率的合理性。
關(guān)鍵詞：旋風(fēng)除塵器, 除塵效率, 改進(jìn)結(jié)構(gòu)
一 概述
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉塵大多為破碎、粉碎、輸送、清理過(guò)程。這一過(guò)程產(chǎn)生的粉塵與燃燒過(guò)程產(chǎn)生的煙塵相比要偏粗，可以用 Rosin-Rammler 函數(shù)表示粒徑分布。因此，旋風(fēng)器 （ 雙稱旋風(fēng)除塵器、旋風(fēng)收塵器、旋風(fēng)分離器等，本文簡(jiǎn)稱旋風(fēng)器 ） 成為工業(yè)通風(fēng)常除塵設(shè)備。
旋風(fēng)器突出的優(yōu)點(diǎn)是它的經(jīng)濟(jì)性以及結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件所需的維修和保養(yǎng)相對(duì)較少，選用合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，對(duì)一些特殊操作應(yīng)用條件 （ 如高溫，高壓，腐蝕性氣體環(huán)境等 ） 也可以使用。
旋風(fēng)器中用的_多的是切向進(jìn)口形成的旋風(fēng)器 （ 如圖 1） ，這種旋風(fēng)器通常可以用以筒體直徑 D 為比值的結(jié)構(gòu)參數(shù) （ 無(wú)因次結(jié)構(gòu)參數(shù) ） 來(lái)設(shè)計(jì)。由于 Stairmand 型 （ _型 ） 研究數(shù)據(jù)比較完整和應(yīng)用中的有效性，許多研究者把自己改進(jìn)旋風(fēng)器與其作性能對(duì)比［ 1 ］ 。
作為旋風(fēng)器研究途徑大致為：研究旋風(fēng)器空氣動(dòng)力場(chǎng) ，通過(guò)氣流場(chǎng)判定其中顆粒物的運(yùn)動(dòng)與分離：進(jìn)行性能參數(shù)實(shí)測(cè)判定旋風(fēng)器的性能優(yōu)劣。由于旋風(fēng)器是依靠離心力來(lái)收集粉塵，對(duì)于如何提高微細(xì)粉塵 （Fine Dust or Fine Particle Matter） 除塵效率的技術(shù)措施_后都?xì)w結(jié)為對(duì)旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，創(chuàng)造和利用更適合氣固 （ 塵 ） 兩相分離的流場(chǎng)構(gòu)造。
二 旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
1 整體結(jié)構(gòu)的改變
在旋風(fēng)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)器分離的目的_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)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)器除塵效率。
提出的旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，在普通旋風(fēng)器中增加一個(gè)筒壁，這一筒壁將旋風(fēng)器內(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)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)器的進(jìn)行了比較有：改進(jìn)后的旋風(fēng)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)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)器性能優(yōu)于傳統(tǒng)的旋風(fēng)器。這種改動(dòng)后的旋風(fēng)器較原有傳統(tǒng)旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜。
2 在原有旋風(fēng)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)器替代原有旋風(fēng)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)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)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_是說(shuō)，在旋風(fēng)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 [3] （ 1996 年）提出了加裝二次分離附件的一種旋風(fēng)器，見(jiàn)圖 3 示意圖。二次分離附件設(shè)置在旋風(fēng)器本體頂部，稱之為 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。
為了使該種旋風(fēng)器得到_的應(yīng)用和使 POC 在已有旋風(fēng)分離器上加裝設(shè)計(jì)_優(yōu)化， Youngmin Jo ［ 4 ］ 考慮到紊流擴(kuò)散等因素對(duì) POC 的影響，對(duì)一些變量在不同參數(shù)范圍內(nèi)給出了兩種不同旋風(fēng)器 （Stairmand 旋風(fēng)器， 非 Stairmand 旋風(fēng)器 ） 加 POC 組合的一些試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì) POC 模型利用 CFD 進(jìn)行了計(jì)算，所有試驗(yàn)均在實(shí)際生產(chǎn)中投入運(yùn)行的除塵系統(tǒng)中進(jìn)行。
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)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)器，尤其在原旋風(fēng)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。
這種改進(jìn)方法特點(diǎn)在于增加的能耗??；保養(yǎng)及維修簡(jiǎn)單；對(duì)于已投入使用的分離系統(tǒng)工程改造方便；成本較低。
三結(jié)語(yǔ)
選用合適的方法對(duì)旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，可以提高旋風(fēng)器的技術(shù)性能。對(duì)于改進(jìn)旋風(fēng)器應(yīng)用于工業(yè)通風(fēng)除塵，還需要做到設(shè)計(jì)方法明確、應(yīng)用前通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用中的配套技術(shù)完善。
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