旋风分离器的设计和非标设计方法

10用不合理。在气流枯燥和旋转闪蒸枯燥系统中，有80～90%的产品是通过旋风分别器0～大量的产品就‘拥挤’到布袋除尘器中，增加布袋除尘器的阻力，造成风机风压不够，以致枯燥系统‘瘫痪有将近30%的产品要通过旋风分别器回收；对于喷雾枯燥塔底部不收集产品的系统〔如中药浸膏喷雾枯燥系统器收集。对于振动流化床枯燥系统和转筒枯燥系统也有5～10%的微小颗粒要通过旋风分别器回收。一、旋风分别器的构造和工作原理：〔一、旋风分别器的构造：1)。〔二、工作原理：当含尘气流以14～22m/s速度由进风管进入旋风分别器时，气流将由直朝锥形筒体运动。通常称此气流为‘外旋气流’。含尘气流在旋转过程中产生即以同样的旋转方向从旋风分别器中部，由下反转而上，连续作螺旋运动，也由此随排风排出旋风分别器。〔走。二、旋风分别器的内部气流分布简介和旋风分别器的特点:由于旋风分别器的分别,捕集过程是一种极为简单的三维,二相湍流运动,致—固两相本身物理性质的差异,操作条件的变化等等因素,都对旋风分别器的主要性能 效率,压力损失有显著的影响.因此,至今仍无法全面把握它们运动的内在规律,更不能从理论上建立一套完整的成熟的数学模型。我们在这里仅介绍与我们有关旋风分别器的定性和半定量的学问。〔一、旋风分别器的内部气流分布简介：1．气流在旋风分别器内是简单的三维运动，器内任一点上都有切向、径向和轴向速度，其中切向速度对分别性能和压力损失影响最大。在旋风分离器内，切向速度和压力分布在同一水平面，各点的切向速度由器壁向中布指数，一般在0.5～0.9范围内。到直径等于排气管直径的0.65倍的圆周上大最大值，再往中心则急剧削减，即随于轴心距离的减小而降低。切线速度最大的圆周内有一轴向速度很大的向上内旋气流，称为核心流，核心流以内的气流为强制涡。核心气流以外为准自由涡。器内各点的压力测定结果说明，由于旋涡的存在，在分别器内气体沿径向的压力分布曲线似至核心气流处降为负压,低压核心气流始终延长至最下面的排灰口。因此，使已沉降的颗粒重卷入净化气流中，以致严峻影响收尘效率。涡流：涡流也称二次涡流，在旋风分别器中称次流，它由轴向速度vz与径向速vr构成。涡流对旋风分别器的性能，尤其是分别效率，影响较大。常见的涡流有：〔1〕.短路流:旋风分别器顶盖,排气管外面与筒体内壁之间,由于径向速度与轴向速度的存在,将形成局部涡流(上涡流).夹带着相当数量的尘粒向中心流淌,并沿排气管外外表下降,最终随中心上生气流逸出排气管,影响了除尘效率。纵向旋涡流:纵向旋涡流是以旋风分别器内,外流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流淌。经试验证明,零轴向速度面的位置等于0.6的有效流通载面,因此在排气管管端处产生节流效应,从而使排气管管端四周的气体径向速度大大提高,致使气体对大颗粒的甩力超过了颗粒所受的离心力而造成‘短路’,影响了分别性能。等,可产生与主流方向垂直的涡流.其量虽只约主流的五分之一,但这种流淌会使壁面四周,或者已被分别到壁的粒子重甩到内层旋流,使较大的尘粒在净化气中消灭,降低了旋风分别器的分别力量。这种湍流对分别5μm以下的颗粒尤为不利。底部夹带:外层旋流在锥体顶部向上返转时可产生局部涡流,将粉尘重卷起,假使旋流始终延长到灰斗,也同样会把灰斗中粉尘,特别是细粉尘搅起,被上升气流带走。底部夹带的粉尘量占排气管带出粉尘量的20～30%。因此,合理的构造设计,削减底部夹带是改善旋风分别器捕集效率的重要方面。(二)、旋风分别器的特点:1．构造简洁，器身无运动部件，不需特别的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较小。操作弹性大，性能稳定，不受含尘气体的浓度，温度限制。对于粉尘制作，或内衬各种不同的耐磨，耐热材料，以提高使用寿命。4．缺点：如卸灰阀泄漏，会严峻影响除尘效率；磨损严峻，特别是处理高，单独使用时有时满足不了含尘气体排放浓度要求。三、旋风分别器的压力损失和除尘效率:(一)、压力损失ΔP:进口管的摩擦损失;(3).气体在旋风分别器中与器壁的摩擦所引起的能量损失;(4).旋风分别器内气体因旋转而产生的能量损失;(5).排气管内摩擦损失,同时旋转运动较直线运动需要消耗更多的能量;(6).排气管内气体旋转时的动能转化为静压能的损失。一般状况下,旋风分别器的压力损失ΔP在1000～2023Pa,特别设计的例外。ΔP=(Pq)j-(Pq)h而全压为: 全压(Pq)=静压(Pz)＋动压(Pd)又动压为: Pd=v2·ρg/2 (Pa)∴ΔP=【(Pz)j＋vj2·ρg/2】-【(Pz)h＋vh2·ρg/2】=【(Pz)j-(Pz)h】＋【(vj2-vh2)·ρg/2】 (Pa),(Pa);(Pz)j,(Pz)h---旋风分别器进、出口静压,(Pa);,(Pa);vj,vh 旋风分别器进、出口速度,(m/s);ρg 气体的密度,(kg/m3)。假设进、出口截面积一样,则vj=vh,所以有:ΔP=(Pz)j-(Pz)h U式计算,除了测出静压,还要测出系统的流量,才能计算出动压。计算旋风分别器压力损失的常用计算式:力系数ζ,定义为旋风分别器的压力损失与进口动压头之比。即ΔPζ (无量纲)vj2·ρg/2∴ΔP=ζ·(vj2·ρg)/2 (Pa)这是我们常用的阻力计算形式,在管道局部阻力计算时也用该式,只是阻v另外还有不同的阻力系数计算式,我们在非标旋风分别器设计时再介绍。1.临界分别粒径:对旋风分别器内气体流淌的争论可知,关键的分别区是从排气管下至排灰口间的准自由涡与核心气流交界处,即大致在旋转半径为0.65倍排气管半径r1(即r0=0.65r1)处有最大的圆周速度,在此假想的圆筒面上离心力urdp的关系可用下式表示:18μg·ur·r0dp2 (m)(斯托克斯阻力区)(ρp-ρg)·ut式中,ur 径向沉降速度,(m/s);ut 气流的圆周(切向)速度,(m/s);μg 空气粘度,(Pa·s);r0 ,(m);ρg 气体密度,(kg/m3);ρp 颗粒密度,(kg/m3)。对于肯定型号的旋风分别器,在正常操作风速范围(一般为14～22m/s)内,dk可用下式计算,dk=K×｛9μg·D2/【π·H1·(ρp-ρg)·ui｝0.5 (m)式中:D 旋风分别器外圆直筒的直径,(m);H1 排气管下口至排灰口之间的有效分别高度,(m);Ui 气流入口速度,即操作风速,(m/s);K=0.6～0.8。2.除尘效率:由理论和半阅历公式可以求出旋风分别器在肯定操作工况下对某一粉尘dp的分级分别效率ηp,但计算式很简单。在这里介绍一个较为简洁的除尘效率计算式。ηt=1-P·Ci-q式中:P 与旋风分别器的构造和粉尘性质有关的常数,P=0.1～0.3;Ci 标准状况下的粉尘浓度,(g/Nm3);q---q=0.046～0.048。四、影响旋风分别器性能的主要因素：〔一、旋风分别器几何尺寸确实定及其对旋风分别器性能的影响：在旋风分别器的几何尺寸中(见图1)，以旋风分别器的直径，气体进口以及排气管外形与大小为最重要的影响因素。旋风分别器的直径〔筒体直径〕D0：分别器的器壁与排风管太近，可造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走，使除尘效率降低。另外，筒体太小简洁引起堵塞，尤其是对于50～75mm。工程上常用的旋风200mm〔多管式旋风分别器除外。如今已消灭大1000mm，2023mm〔如丹麦尼罗公司。H：通常，较高除尘效率的旋风分别器都有较大的长度比例。较大的长度比对灰斗顶部的磨损。但过长的旋风分别器会占据较大的空间。〔1〕.旋风分别器自然长度:下端至旋风分别器自然旋转顶端的距离,可用下式计算:l=2.3de×【D02/(b×a)】1/3式中,l 旋风分别器筒体长度,m;D0 旋风分别器筒体直径,m;b 旋风分别器入口宽度,m;a 旋风分别器入口高度,m;de 旋风分别器出口直径,m。旋风分别器的实际长度要大于自然长度,但也不能太长。当旋风分别器设计完成后,自然长度可作为一个验算依据。(2).旋风分别器的实际长度:一般常取旋风分别器的圆筒段高度,h=(1.5～2.0)D0。而适当加长圆锥长度,由于圆锥体可以在较短的轴向距离内将外旋流转变为内旋流,因而节约了空间和材料。(3).圆锥段半锥角α,圆锥段高度(H-hD2圆锥段半锥角:设计时常取:α=13～15°。圆锥段高度(H-h)=(2～2.5)D0。排料管直径:D2=(0.5～0.8)de。(de的常取值,后面有说明)b×a:(1).进口型式:旋风分别器有两种主要型式 轴向进口和切向进口。切2)型式的旋风分别器外形尺寸紧凑。螺旋面进口为气流通过螺旋面进入旋风分别器后，以与水平呈近似10°旋顶板倾斜角β15°，一般取β≈11°，以抑制湍流和改善上灰环问题。蜗壳形进口可以削减进口气流对筒体内气流的撞击和干扰。由于从蜗壳形进口进入筒体的气流宽度渐渐变窄，使颗粒向壁面移动的因而提高了除尘效率。与其他进口型式相比，蜗壳形进口处理量大，压90°，180270°蜗壳180°的涡壳用得最多。多在进口处设置各种形式的叶片。〔2〕.进口管的型式和位置：进口管可以制成矩形和圆形两种型式。但个高度均于筒壁相切。故一般多承受矩形进口管。矩形宽度b和高度a的比例要适当，通常长而窄的进口管与器壁有着b太长，为了要保持肯定的气体旋转圈数N，必需加长筒体，否则除尘效。de和hc:3D0/de=2.5～3一般常取:de=(0.3～0.5)D0。另外排气管插入的深度也要适当,一般hc≥0.8a。灰斗:粉尘的装置。其实在分别器的锥度处，气流格外接近高湍流，而粉尘也正是由此排出。因此，二次夹带的时机也就更多。再则，旋流核心为漏风量比例〔%〕15漏风量比例〔%〕1515除尘效率降低比例〔%〕 550极低旋风分别器各局部间的比例：工程直筒长工程直筒长标准分离器比例h=2D0H-h=2D0常用旋风分别器比例h=〔1.5～2.0〕D0H-h=(2～2.5)D0工程进风口宽度常用旋风分别器比例b=(0.2～0.25)D0锥体长粉尘出口直径标准分别器比例b=0.25D0D2=0.25D0D2=(0.150.4)D0～排风管直径de=0.5D0a=0.5D0de=(0.3～0.5)D0a=(0.4～0.75)D0排风内筒长进风口高度排风内筒直径hc=0.33D0de=0.5D0hc=(0.3～0.75)D0de=(0.3～0.5)D01vj的影响：在肯定的范围内，vj进口气速越大，除尘效率越高。但气速太高，气流质的粉尘也会起分散作用。这些对除尘都是不利的。速旋风分别器本体的磨损，降低旋风分别器的使用寿命。vj=14～22m/s。气体的密度ρ，粘度μ和温度t损失也增加。着气体粘度的增加而降低〔从临界分别粒径计算式可以看出。效率也稍有降低。通常气体温度越高，旋风分别器压力损失越小。气体含尘浓度的影响：旋风分别器直径〔mm〕允许含尘质量浓度〔g/m3〕旋风分别器直径〔mm〕允许含尘质量浓度〔g/m3〕8006004002001006040400300200150604020气体含湿量的影响：气体的含湿量对旋风分别器的工况有较大的影响。例如，分散度很高〔10μm30%～40%，气体含湿量为1%〕气体在旋风分别器中的净化不好；假设细颗粒量不变，湿含量增至5%～10颗粒被猛烈冲击在器壁上，气体净化将大大有改善。但气体含湿量过大，将会引起粉尘粘壁，甚至堵塞，以致大大地降低旋风分别器的性能。〔三、固体粉尘的物理性质对旋风分别器的影响：固体颗粒大小〔dp〕的影响：较大粒径的颗粒在旋风分别器中会产生较大的离心力，有利于分别。所以大颗粒所占的百分比越大，总除尘效率越高。较大粒径的颗粒在旋风分别器中会产生较大的离心力，有利于分别。所以大颗粒所占的百分比越大，总除尘效率越高。颗粒密度ρp的影响：ρp颗粒密度对压力损失影响很小，设计计算中可以无视不计。五、旋风分别器的分类及其选型：〔一、旋风分别器的分类：按性能分类：〔1〕.高效旋风分别器:其筒体直径较小,用来分别较细的粉尘,除尘效率在95%以上;(2).高流量旋风分别器:筒体直径较大,用于处理很大的气体流量,其除尘效率为50%～80%;(3).介于上述两者之间的通用80%～95%。依据构造型式可分为圆筒体型(根本型),长锥体型,集中型,旁通型等,前三456)。3.按其组合,安装状况分类:可分为内置旋风分别器(安装在反响器或其他设备内部,化工行业用得较多,体形较小),外置旋风分别器(可见得着外形的);立式(常见的)与卧式(如与热风炉配套的);单筒与多筒的;还有多管旋风分别器(也称旋风子),与锅炉配套用的。按气流导入状况可分为切向导入和轴向导入;按气流进入器内的流淌路线可分为反转、直流,以及带二次风的形式。切流反转式旋风分别器是最常用的旋风分别器,其构造和气流状况在前面已作介绍。1.选型原则:直径时应尽量小些。假设要求通过的风量较大时,可承受假设干个小直径的旋风分别器并联,矩形排列一般最多为2(列)×3(行)=6个,多管旋风分别器不受此限定,圆形排列数量可以增多。14～22m/s，视阻力系数而定。选择旋风分别器时,要依据工况考虑阻力损失和构造形式,尽可能使之动力消耗削减,且便于修理。旋风分别器能捕集到的最小尘粒应等于或稍小于被处理气体的粉尘的最小粒度。如不能到达要求,就可把旋风分别器作为第一级分别,后再加布袋除尘或湿法除尘作为其次级分别。当含尘气体温度很高时,要留意保温,避开水分在分别器内分散。假设粉尘不吸取水分,露点温度为30～50℃时,进入分别器的气体温度应高于露点温度30℃;假设粉尘吸水性较强(如水泥,石膏和含碱粉尘等),露点为30～50℃40～50℃。(6)旋风分别器构造的密封性要好,确保不漏风。尤其是负压操作,更应留意卸料器锁风装置的牢靠性。口管道上加一个安全防爆阀门。选型步骤:G,压力损失ΔP率η)和三个经济指标(基建投资和运转费用,占地面积,使用寿命)。旋风分别器的选型计算主要包括类型选择,筒体直径及数量确实定等内容。一般步骤和方法如下所述。G(m3/h)。依据所需处理气体的含尘质量浓度,粉尘性质及使用条件初步选择分别器类型。vj(14～22m/s);(4).Fj(m2):Fj=a×b=G/(3600vj)a/bab(5).D0(m):a=(0.4～0.5)D0D0的值;(6).h(m):h=(1.5～2)D0h(7).H-h(m):H-h=(2～2.5)D0H-h(8).D2(m):D2=(0.15～0.4)D0D2值;(9).de(m):de=(0.3～0.5)D0de值;(10)hc(m):hc=(0.3～0.75)D0hc值;(11).压力损失ΔP(Pa)的计算:Shepherd-Lappleζ=K×(a×b)/de2上式中,标准切向进口:K=16;有进口叶片:K=7.5;螺旋面进口:K=12,计算得到ζ值,再用下式计算ΔP,ΔP=ζ·vj2·ρg/2 3.留意点:粉尘浓度大和粒径大时,进口气体速度可取小些,反之可选大些。在高温条件下运行时,应有较大的进口气体速度。当气体含尘质量浓度较高,或要求捕集的粉尘粒度较大时,应选用较大直径的旋风分别器;当要求净化程度较高,或要求捕集微细尘粒时,可选用较小直径的旋风分别器并联使用。旋风分别器并联使用时,应承受同型号旋风分别器,并需合理地设计连结风管,使每个旋风分别器处理气量相等,以免分别器之间产生串流现象,降低效率。彻底消退串流的方法是为每一个分别器设置单独的集尘箱。(5)旋风分别器,并将低效率者设于前面。六、枯燥系统常用的三种类型的旋风分别器:(一)、XLT/A4):XLT/AXLTXLT的除尘效率。适用于捕集重度和颗粒较大的、枯燥的非纤维性粉尘。XLT/A它具有向下倾斜的螺旋切线型气体进口，顶板为15°角的螺旋型的导向XLT/AXLT/Aφ300～800mm1150mm5种组合。每种组合有两种排气方式。一种为水平〔旁侧〕排气〔X，一般用于负压操作；另一种为上部〔正中〕排气〔Y型。用于正压或负压操作。X筒只有旁侧进排气一种形式；四筒和六筒组合只有正中进排气一种形式。XLT/AXζ=5.5,Yζ=5.0。XLT/AXLT/A进口 型 号气速 XLT/XLT/气速 XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/XLT/m/s A-3.0A-3.5A-4.0A-4.5A-5.0A-5.5A-6.0A-6.5A-7.0A-7.5A-8.0筒径φ300φ350处φ400理φ450φ500气φ550量φ600φ650(m3/h)φ700φ750φ80012670910118015001860224026703130363041704750158301140148018702320280033403920454053105940181000136017802250278033604000470054406250713012134018202360300037204480534062607260834095001511660228029603740464056006680784090801042011880182023272035604500556067208000940010880125001426012202327303540450055806720801093901089012510142501524903420444056106960840010020117601362015630178201830004080534067508340100801202314100163201875021390122680364047206000744089601068012520145201668019000153320448059207480928011200133601568018160208402376018400054407120900011120134401600018800217602500028520124020546070809000111601344016020187802178025020285001549806840888011220139201680020230235202724031260356401860008160106801350016680202302400028200326403750042780单筒双筒三筒四筒六筒进口气速(m/s)

压 力 损 失 (20℃, Pa)X型 Y型12 490 44015770690181100990XLT/AG=2820×n×vj×D2ΔP=ζ×ρg×vj2/2式中:G 组合旋风分别器处理气量,(m3/h);n 旋风筒个数;D ,(m);Vj ΔP 单个旋风分别器压力损失,Pa;ρgt℃时含尘气体的密度,(kg/m3)。(二)、CLK5):集中式旋风分别器又称带倒锥体旋风分别器,它具有除尘效率高,构造简洁,5～10μm10μm88%～92%。)工作原理：含尘气体经矩形进气管沿切向进入筒体，粉尘在离心力的作用下被抛体则经反射屏的透气孔至排气管排出。构造特点：集中式旋风分别器与一般旋风分别器最大的区分是具有呈倒锥体外形的锥体，并在锥体的底部装有反射屏。锥体呈倒锥体，渐渐增大自锥体壁至锥体中心的距离，削减了含尘气体由锥体中心短路到排气管的可能5～10μm走，因而提高了除尘效率。1.65D1D压力损失：集中式旋风分别器压力损失ΔPvj的关系符合/2的一般旋风分别器的规律。阻力系数ζ在7.5～9之间,平均8.5，误差在±15%以内。增加，其阻力系数减小。干净气体的阻力系数最大。除尘效率：粒径 〔μm〕分级除尘效率〔按重量百分比〕%粒径 〔μm〕分级除尘效率〔按重量百分比〕%＜5905～109410～209520～409840～609960100总除尘效率〔%〕96．4能是由于加工误差和精度不够，操作不在最正确工况所致。能是由于加工误差和精度不够，操作不在最正确工况所致。集中式旋风分别器选型表：气速〔m/s〕型号101214161820CLK-150210250295335380420CLK200370445525590660735CLK25059571583595510701190CLK30084010001180135015101680CLK350113013601590181020402270CLK400150018002100240027003000CLK450190022802660304034203800CLK500232027803250371041804650CLK-600337040504720540060706750CLK-70