旋風除塵器的設計
梁紅梅
天津新華能源設備科技有限公司 301900
摘 要 通過對旋風除塵器的設計結構分析，說明旋風除塵器的結構對旋風除塵器除塵性能和壽命的影響，及提高旋風除塵器的性能的途徑；為旋風除塵器的使用制作和提高旋風除塵器的性能提供借鑒和參考。
關鍵詞 旋風除塵器 系統阻力 除塵計算 鑄鐵內襯
1概述
在小氮肥企業中，造氣工段的半水煤氣發生爐后面都要布置旋風除塵器。由于半水煤氣發生爐的工藝要求，進入到旋風除塵器的半水煤氣中帶有大量的灰塵（灰塵的直徑為不一，最大粉塵顆粒徑可達2mm，最小的粉塵顆粒徑≤5цm）;并且旋風除塵器的除塵效果的好壞直接影響后面工段的廢熱鍋爐的使用壽命。隨著環保要求的越來越嚴和氮肥企業連續化生產的時間越來越長,旋風除塵器的作用也得到氮肥企業的重視。旋風除塵器的除塵效果和使用壽命是旋風除塵器的兩大指標。
2．旋風除塵器的除塵效率的設計
2.1旋風除塵器的分離理論及工作原理
旋風除塵器由筒體、錐體、進氣口、排氣管、和卸灰口等組成，如圖1。旋風除塵器的工作過程是當含塵氣體由切向進氣口進入旋風除塵器時,氣流將由直線運動變為圓周運動。旋轉氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈旋轉形向下、朝錐體流動，稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉過程中產生離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去徑向慣性力而靠向下的動量和向下的重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉下降的外旋氣體到達錐體時，因圓錐形的收縮而向中心靠攏。根據“旋轉矩”不變原理，其切向速度不斷提高，塵粒所受離心力也不斷加強。當氣流達到錐體下端時，即以同樣的旋轉方向從旋風除塵器中部，由下反轉向上，繼續做螺旋流動，即內旋氣流。最后凈化氣體經排器氣管排出管外。
2.2旋風除塵器的除塵效率
分級除塵效率是按塵粒粒徑不同分別表示的除塵效率，其能夠反映除塵器對某種粒徑塵粒分離捕集能力。
旋風除塵器的分級除塵效率公式：
ηp =１－e-0.6932dp/dc50 （1-1）
式中ηp——粒徑為dp的塵粒的收塵效率，％
dp——塵粒直徑，цm
dc50——旋風除塵器的50%臨界粒徑，цm
旋風除塵器的總除塵效率可根據其分級除塵效率及粉塵的粉塵的粒徑分布計算。對式（1-1）積分，得到旋風除塵器總除塵效率的計算式如下：
η=0.6932dt/(0.6932dt+dc50)×100%
dt=∑nidi4/∑nidi3
式中η—旋風除塵器的總除塵效率，%
dt——煙塵的質量平均直徑，цm
dt——某種粒級煙塵的直徑，цm
ni——粒徑為di的煙塵所占的質量百分數，%
由上面的公式分析，影響旋風除塵器效率的主要因素有以下幾種：
2.2.1入口流速。旋風除塵器進口煙氣流速增大，煙塵受到的離心力增大，旋風除塵器的dc50臨界粒徑減小，收塵效率提高。
2.2.2旋風除塵器的結構尺寸。旋風除塵器筒體直徑越小，在同樣切線速度下，塵粒所受離心力越大，除塵效率越高。
2.2.3粉塵粒徑與密度。由于塵粒所受離心力與粒徑的三次方成正比，而所受徑向氣體阻力僅與粒徑的一次方成正比，因而大粒子比小粒子更易捕集。
2.2.4旋風除塵器的氣密性。當漏氣量達到旋風除塵器處理量15%，除塵效率幾乎為零。
2.3旋風除塵器的流體阻力計算
旋風除塵器的流體阻力可主要由進口阻力、旋渦流場阻力和排氣管阻力三部分組成，計算式如下：
△P=ξp2v2/2
△ P——旋風除塵器的流體阻力，Pa
ξ——旋風除塵器的流體阻力系數，（一般取得6.5）
v——旋風除塵器的流體速度，m/s
p2——煙氣密度，kg/m3
由上面的公式分析，影響旋風除塵器效率的主要因素有以下幾種：
2.3.1結構形式的影響。若旋風除塵器的結構形式相同，則旋風除塵器的阻力系數ξ相同。若進口的流速相同，壓力損失基本不變。
2.3.2進口風量的影響。壓力損失與進口流速的平方成正比，因而進口風量較大時，壓力損失隨之增大。
2.3.3旋風除塵器的尺寸的影響。進口面積增大，排氣管徑減小，壓力損失隨之增大；隨圓筒與錐體部分長度的增加而減小。
2.3.4氣體密度變化的影響。壓力損失隨氣體密度增大而增大。
3旋風除塵器的結構設計（圖2）
3.1旋風除塵器的入口設計
旋風除塵器的進口氣體流速一般取值為15—22m/s。由含塵氣體的總量除以進口流速計算出旋風除塵器入口截面積。入口的高度（H）一般為寬度（B）的二倍。
旋風除塵器的切向入口結構通常采用橫截面是矩形的流道。但旋風除塵器的前面的管道多為圓形，就需要一個從圓形到矩形的過度段。（圖3）由于流動的流道發生變化，可能回流導致流體的邊界層分離和附加的湍流擾動，因此收縮角不超出21度，擴散角不超出15度。
3.2旋風除塵器的長度設計
旋風除塵器的的直筒直徑（D0）為入口高度（H）的2.5倍,旋風除塵器的直筒長(L1)是直筒直徑（D0）的2倍。旋風除塵器的錐體長（L2）是直筒直徑（D0）的2倍。
眾多實驗表明，增加旋風除塵器長度，將能逐漸提高分離性能并降低壓降；但設備的制作成本也隨之增加。
3.3旋風除塵器的內筒設計
旋風除塵器的內筒長（L）是直筒直徑（D0）的0.5倍，內筒直徑(DN)是直筒直徑（D0）的0.5倍。
旋風除塵器的內筒體和外筒體同心，它的內插長度延伸到與入口管底部齊平的位置。清華大學研究表明，在旋風除塵器的內筒體中及下部增加固體芯子可降低旋風除塵器的壓力損失；開環工作條件下，壓力損失減少33%，閉環工作條件下，減少20%。并且除塵效率不會改變。
3.4旋風除塵器的排料口設計
旋風除塵器排料口結構的設計，對于旋風除塵器已經分離出的粗顆粒是否會重新被夾帶到旋渦中，有很大的影響。
在旋風除塵器下部中，應設置穩渦器（簡單的“防倒錐”），它可安裝在排料口下面或者剛好在排料口上面（圖三）。穩渦器的目的是向旋渦尾部提供一個平滑的表面，通過這個平滑表面，旋渦可以附著在它上面，并幫助旋轉旋渦定在中心處。
4.旋風除塵器的抗磨損措施
旋風除塵器的磨損是影響旋風除塵器的壽命的主要因素，在不能改變外在條件下，如何提高旋風除塵器的耐磨性是提高旋風除塵器的壽命的主要方法。
4.1使用抗磨材料法
旋風除塵器的內側直接用耐磨鑄鐵，陶瓷、花崗巖等耐磨性能好的材料制作。現氮肥企業使用的耐磨鑄鐵的比較多；耐磨鑄鐵現一般制作成圓環形,厚度為20-50mm,高度為200 mm,并且耐磨鑄鐵可以成批量生產，這樣可以方便設備部件的更換和減低設備成本。
4.2使用涂抹法 涂抹法是將耐磨材料按一定比例配制好后，填充入事先在旋風除塵器內表面安裝好起固定作用的骨架內，經匝實、抹平、壓光、養護等一系列工序后形成抗磨涂層的方法。下面介紹一種水玻璃石英沙耐磨涂料配合比；石英沙60%，礬土熟料細粉30%，水玻璃8%，氟硅酸鈉2%。
5結束語
我國的小氮肥企業的半水煤氣發生爐不斷的在增大，產汽量不斷的在提高，對旋風除塵器的直徑也越來越大，這在設備的運輸過程中，增大了運輸的負擔和費用，通過本文希望各氮肥企業有加工能力的自己制作旋風除塵器，旋風除塵器的內襯鑄鐵可以向專業廠家購買。
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