旋風(fēng)分離器介紹

旋風(fēng)分離器介紹：

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備。工作原理為靠氣流切向引入造成的旋轉運動(dòng)，使具有較大慣性離心力的固體顆?；蛞旱嗡ο蛲獗诿娣珠_(kāi)。旋風(fēng)分離器的主要特點(diǎn)是結構簡(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器的內分離裝置，或作為預分離器使用，是工業(yè)上應用很廣的一種分離設備。

機構簡(jiǎn)介：

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備。工作原理為靠氣流切向引入造成的旋轉運動(dòng)，使具有較大慣性離心力的固體顆?；蛞旱嗡ο蛲獗诿娣珠_(kāi)。是工業(yè)上應用很廣的一種分離設備。

工作原理：

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

常用的（切流）切向導入式旋風(fēng)分離器的分離原理及結構如圖所示。主要結構是一個(gè)圓錐形筒，筒上段切線(xiàn)方向裝有一個(gè)氣體入口管，圓筒頂部裝有插入筒內一定深度的排氣管，錐形筒底有接受細粉的出粉口。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(xiàn)運動(dòng)變?yōu)閳A周運動(dòng)。旋轉氣流的絕大部分，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，這部分氣流就構成了旋轉向上的內旋流。內、外旋流的旋轉方向是相同的。最后凈化氣經(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，沿排氣管外側向下流動(dòng)，當到達排氣管下端時(shí)，與上升的內旋氣流匯合，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)設備入口進(jìn)入設備內旋風(fēng)分離區，當含雜質(zhì)氣體沿軸向進(jìn)入旋風(fēng)分離管后，氣流受導向葉片的導流作用而產(chǎn)生強烈旋轉，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)管排塵口至設備底部?jì)σ簠^，從設備底部的出液口流出。旋轉的氣流在筒體內收縮向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流經(jīng)導氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設備頂部出口流出。

特點(diǎn)：

旋風(fēng)分離器的主要特點(diǎn)是結構簡(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器的內分離裝置，或作為預分離器使用。但是，它對細塵粒(如直徑<5μm)的分離效率較低，細粉分離效率僅能達到70%～90%。為了提高除塵效率，降低阻力，已出現了如螺旋型、蝸旋型、旁路型、擴散型、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)分離器中的運動(dòng)非常復雜，在器內任一點(diǎn)都有切向、徑向和軸向速度，并隨旋轉半徑變化。在實(shí)際操作中應控制適當的氣速。實(shí)驗表明，氣速過(guò)小，分離效率不高。但氣速過(guò)高，易產(chǎn)生渦流和返混現象嚴重，同樣會(huì )降低分離效率。

主要功能：

旋風(fēng)分離器設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，達到氣固液分離，以保證管道及設備的正常運行，在西氣東輸工程中，旋風(fēng)分離器是較重要的設備。

性能指標：

分離精度

旋風(fēng)分離器的分離效果：在設計壓力和氣量條件下，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，分離效率為97%。

壓力降

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

使用壽命

旋風(fēng)分離器的設計使用壽命不少于20年。

結構設計：

旋風(fēng)分離器采用立式圓筒結構，內部沿軸向分為集液區、旋風(fēng)分離區、凈化室區等。內裝旋風(fēng)子構件，按圓周方向均勻排布亦通過(guò)上下管板固定；設備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。

設備管口提供配對的法蘭、螺栓、墊片等。

通常，氣體入口設計分三種形式：

a、 上部進(jìn)氣

b)、中部進(jìn)氣

c)、下部進(jìn)氣

對于濕氣來(lái)說(shuō)，我們常采用下部進(jìn)氣方案，因為下部進(jìn)氣可以利用設備下部空間，對直徑大于300μm或500μm的液滴進(jìn)行預分離以減輕旋風(fēng)部分的負荷。而對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，但設備直徑和設備高度都將增大，投資較高；而中部進(jìn)氣可以降低設備高度和降低造價(jià)。

旋風(fēng)分離器采用整體立式結構，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)獨立的工作室，為便于內部檢查，每個(gè)工作室單獨設置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、支腿等結構。

提高效率方法：

整體結構的改變

在旋風(fēng)除塵器內部的旋轉氣流中，顆粒物受離心力作用作徑向向外(朝向筒錐壁)運動(dòng)，運動(dòng)速度可由顆粒物所受的離心力及氣流阻力的運動(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筒錐體邊壁。因此，延長(cháng)顆粒物在旋風(fēng)除塵器中的運動(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)除塵設備內部空間劃分為兩個(gè)環(huán)形區域，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，顆粒物在內外兩個(gè)外環(huán)形區域內都得到了分離，事實(shí)上，這種旋風(fēng)分離器相當于將兩個(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)除塵器試驗結果(氣流流量范圍為 10L/min～40L/min，對粒徑范圍為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優(yōu)化綜合指標得出改進(jìn)旋風(fēng)除塵器性能優(yōu)于傳統的旋風(fēng)除塵器。這種改動(dòng)后的旋風(fēng)除塵器較原有傳統旋風(fēng)除塵器結構稍為復雜。

在原有旋風(fēng)除塵器結構上增加附加件

實(shí)際應用中的系統都比較龐大，采用新的旋風(fēng)除塵器替代原有旋風(fēng)除塵器，勢必導致工程量和成本比較大?；谶@一想法，很多研究者尋找不改變原有旋風(fēng)除塵器結構，而通過(guò)增加附加部件為提高旋風(fēng)性能。

由于旋風(fēng)除塵器對微細顆粒物效率較低，尤其對PM10(粉塵粒徑小于10μm的顆粒物)的除塵效率隨著(zhù)顆粒直徑減小逐漸降低。也就是說(shuō)，在旋風(fēng)除塵器的運行過(guò)程中，絕大部分微細粉塵穿透了分離區域，導致對微細粉塵效率下降。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旋流作用使微細粉塵受離心力作用向邊壁運動(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。

研究結果得知，在特定結構尺寸和運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)(在所給參數范圍內)；對于直徑較大的旋風(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的辦法對于提高旋風(fēng)分離的性能很有效。POC裝置對3μm以上粉塵分離很有效，對3μm以下的粉塵效果不顯著(zhù)；滲透流量及POC裝置的離心力對POC的性能影響顯著(zhù)；采用穿孔 (較小)內擋板可提高分離效率。

局部結構改進(jìn)

許多研究者通過(guò)旋風(fēng)除塵器內部氣流流動(dòng)研究認為：旋風(fēng)除塵器氣流速度分布在徑向上呈軸不對稱(chēng)或出現偏心。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"現象。氣流偏心或短路不利于粉塵分離。

(1) 改變進(jìn)口結構

鵬鶴環(huán)保針對旋風(fēng)除塵器內氣流軸不對稱(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)除塵器內流場(chǎng)實(shí)驗研究表明，雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)的軸對稱(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)除塵器內切向速度高于單進(jìn)口約6%，在準自由渦區衰減也慢；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備阻力。

針對短路流攜塵降低除塵效率的問(wèn)題，鵬鶴環(huán)保等在進(jìn)口結構中采用了回轉通道(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。指出采用合理回轉角度的進(jìn)口回轉通道，可提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率。這種做法從結構上把旋風(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) 錐體結構改變

Rongbiao Xiang等研究了錐體尺寸對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，對3個(gè)具有不同下部直徑錐體的旋風(fēng)除塵器測出了效率。測定結果表明：錐體下部直徑大小對旋風(fēng)分離采樣器的效率影響顯著(zhù)，但是并不顯著(zhù)影響不同粒徑顆粒物效率之間的變化程度。當錐體下部開(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，由阻力測試結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；對于具有相同筒體直徑的旋風(fēng)除塵器，若錐體開(kāi)口小，則最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旋風(fēng)采樣器影響較小?？傊?，適當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)采樣器的設計，還指出對高效型Stairmand旋風(fēng)除塵器效率有較好預測作用的Barth 理論及Leith-Licht理論，對錐體改變旋風(fēng)采樣器的收集效率了也有良好的預測作用。

工程應用：

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。它是一種結構簡(jiǎn)單、操作方便、耐高溫、設備費用和阻力較高（80～160毫米水柱）的凈化設備，旋風(fēng)除塵器在凈化設備中應用得最為廣泛。 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(chǎng)房的通風(fēng)除塵系統。它的廣泛使用,既可改善環(huán)境,又可變廢為寶減少工廠(chǎng)的經(jīng)濟損失。諸如某合成洗滌劑廠(chǎng),在處理噴粉的尾氣回收系統中,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(guān)的尾粉,大大地降低了工廠(chǎng)成本。