除尘器

如何提高旋风除尘器除尘效率

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2018-12-26 14:20:02

一、引言

旋风除尘器需要处理的气体流量大,如果除尘效果不理想,灰尘在工艺管路中反复运行,带火星进入集灰斗,极易导致废气风机和回风管路积尘着火,发生自燃现象。本文将从旋风除尘器的内部结构入手,探讨如何使其更加优化,进一步提高除尘效率,延长设备使用寿命。

二、旋风除尘器的简介

旋风除尘器是除尘装置的一类。其除尘机理是使含尘气流作旋转运动,借助于离心力将尘土颗粒从气流中分离并捕集于器壁,再借助重力作用使尘粒落入灰斗。旋风除尘器自1886年第一个专利获批以来,已有100多年的历史,旋风除尘技术一直得到不断的发展。旋风除尘器结构简单,易于制造、安装和维护,设备投资和操作费用都较低,已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子,或从液体中分离固体粒子。在普通操作条件下,作用于粒子上的离心力是重力的5~2500倍,对大于10μm以上的粒子有较高的除尘效率。选用耐高温、耐磨蚀和磨蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器,可在温度高达1000℃,压力达500Pa×105Pa的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500Pa~2000Pa。

主要探讨切向进气型式的旋风除尘器。其主要结构(如图1所示)。

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图1:旋风除尘器的结构及原理示意图

旋风除尘器主要由除尘体、排风管、出风斗及集灰斗组成。含有烟尘的工艺气体以12m/s~25m/s的速度从进气口沿切向进入除尘器后,由于受到除尘体上部及内壁的限流,迫使气流做自上而下的旋转运动,气流作旋转运动时形成很大的离心力。烟尘在离心力作用下,逐渐被甩向外壁,并在重力的作用下沿壁面落入集灰斗。旋转下降的气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,通过排风管,由出风口排出。

三、影响旋风除尘器除尘效率的因素

除尘效率的高低主要是看旋风除尘器对粉尘颗粒的捕捉能力,根据旋转模型和沉降速度能得到完全被分离的颗粒最小极限直径d100的计算公式:

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式中d100——被分离的最小颗粒直径

Lw——气流总宽度(等于进口宽度)

μ——气体粘度

D0——旋风除尘器直径

υt——切向速度

ρ0——粉尘颗粒真密度

ρ——气体密度

R——气体平均旋转半径

N——气体旋转圈数

可以根据以上公式,从理论上来分析影响除尘效率的主要因素。

(一)几何尺寸的影响

在旋风除尘器的几何尺寸的影响因素中,以旋风除尘器的直径、气体进、出口形状大小最为主要。

有公式(1)可以看出筒体的直径越小,气流运动给予烟尘粒子的离心作用力就越大,除尘效率就越高。但对于过小直径的筒体,会造成较大直径的颗粒反弹被中心气流带走,造成除尘效率降低。另外,筒体过小对于黏性的烟尘易造成除尘器的堵塞。筒体总高度一般以4倍的圆筒体直径为宜,锥筒体部分,由于其半径不断减小,气流的切向速度不断增加,粉尘到达外壁的距离也不断减小,除尘效果比圆筒体部分好。因此,在筒体总高度一定的情况下,适当增加锥筒体部分的高度,有利提高除尘效率。一般圆筒体部分的高度为其直径的1.5倍,锥筒体高度为圆筒体直径的2.5倍时,可获得较为理想的除尘效率。

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切向式进口的旋风除尘器,当气流宽度Lw不够时,粉尘颗粒易到达外筒内壁,但极易由于惯性作用撞壁反弹后被内旋上升气流带走,从而影响除尘效果,所以气流的总宽度的增加有利于增强除尘效果。排风管的直径和插入深度对旋风除尘器除尘效率影响也较大。排风管直径必须选择一个合适的值,排风管直径减小,可减小内旋流的旋转范围,粉尘不易从排风管排出,有利提高除尘效率,但同时出风口速度增加,阻力损失增大;若增大排风管直径,虽阻力损失可明显减小,但由于排风管与圆筒体管壁太近,易形成内、外旋流“短路”现象,使外旋流中部分未被清除的粉尘直接混入排风管中排出,从而降低除尘效率。一般认为排风管直径为圆筒体直径的0.3~0.5倍为宜。排风管插入过浅,易造成进风口含尘气流直接进入排风管,影响除尘效率;排风管插入深,易增加气流与管壁的摩擦面,使其阻力损失增大,同时,使排风管与锥筒体底部距离缩短,增加灰尘二次返混排出的机会。排风管插入深度一般以略低于进风口底部的位置为宜。

卸灰装置也是影响除尘性能的关键部位之一。如果卸灰装置出现漏气现象,会影响到除尘器的正常排灰,造成灰尘的二次返混。有关资料表明,如果漏风量占到总风量的1%时,则除尘效率会降低5%;漏风量占5%时,除尘效率降低50%;漏风量占15%时,则除尘效率会降到很低。

(二)气体切向速度的影响

根据公式(1)可看出气体的切向速度也是影响除尘效果的重要因素。速度υt越大,颗粒受到的离心力就越大,易甩到外筒壁并被捕集到集灰斗内。但速度υt过大,则颗粒易被筒壁反弹而被重新扬起,而内旋上升的气流也会因切向速度的增大而变快,从而夹带走更多的灰尘。根据大量的计算及实验结果表明,气体的切向速度取14m/s~20m/s最为适宜。

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四、对于结构改进的探讨

在旋风除尘器设计的过程中除针对以上影响除尘效率的各种因素做出优化外,也可以对结构进行调整,增强除尘效果。

(一)内筒壁增加螺旋叶片

从公式(1)可看出,除尘效率与气体旋转的圈数N有关。我们可以在排风管外壁上增加螺旋叶片,利用其导流作用来减少气体旋转圈数的丢失,从而提高除尘的效率。这种方法简单,而且易于实现。

(二)对卸灰方式的探讨、改造

旋风除尘器是利用空气锁转子的转动达到密封和卸灰的作用。由于气锁叶片和气锁壳体有一定的间隙,所以密封效果不是很理想。而且气锁在使用一段时间后,叶片和壳体都会有一定程度的磨损,增加了漏风量,影响了除尘效果。尽管可以通过对叶片的调整来保证间隙,但拆卸较为麻烦。可以采用图2这种二级翻板阀的结构来替代传统的空气锁。当一级卸灰管内灰尘积累到一定程度时,一级翻板阀门打开,灰尘落入二级卸灰管后,一级板阀门关闭,二级翻板阀门打开,灰尘排除后关闭。这种装置采用密封条密封,密封性能更为可靠。

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图2:翻板阀结构示意图

通过对某厂所使用的旋风除尘器进行此种方式的改造,使用效果良好,除尘率提高了约8%,并解决了除尘器变径段的磨蚀,延长了设备的使用寿命。

五、结语

由于旋风除尘器内气流速度及粉尘微粒的运动等都较为复杂,影响其除尘效率的因素较多,需要进行全面分析,综合考虑,寻求最优方案。当前,旋风除尘器许多理论还待研究和探讨,尽管如此,旋风除尘器仍以其结构简单、体积小、制造维修方便、除尘效率较为理想等优点,成为目前烟草行业主要除尘设备之一。随着对旋风除尘器认识的进一步的深入和完善,它必将在烟草行业的除尘中发挥更大的作用。

有关更多如何提高旋风除尘器除尘效率的探讨,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。