旋风分离器课件

悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分离或者使颗粒相增稠、流体相澄清，这一类操作均称之为沉降。随外场作用方式不同，可以区分为重力沉降、离心沉降和电沉降三种主要方式。重力沉降分离中，颗粒沉降速度的大小决定了流-固两相分离的难易程度。当颗粒与流体的密度差不大、粒径也不大时，沉降速度会很小，故低密度的细颗粒就很难分离。沉降重力沉降重力沉降是利用流体中的固体颗粒受重力作用而沉降的原理，将颗粒和流体分离。在层流区(Rep<2)实验发现在颗粒含量较多的浓悬浮液中，只要所含颗粒粒径大小相差不超过6倍，则所有颗粒都将以大致相同的速度沉降。其原因为颗粒与颗粒之间相互碰撞产生动量交换，使大颗粒沉降受阻滞而小颗粒被加速。颗粒群的沉降呈现如下规律：混合均匀悬浮液在直立圆筒中静置即会从上到下出现A、B、C、D四个分区。A为清液区，B为均匀沉降区，C为浓缩区，D为沉聚区。随着沉降过程进行，A、D两区逐渐扩大，B区逐渐缩小，A、B两区界面为清水与浑水的分界面，故此界面又称为浑液面。该界面将等速下行直至与B、C两区的界面合并，B区消失。A、B界面相对于器壁下行的速度uc称为原始悬浮液中颗粒的表观沉降速度。颗粒在流体中的沉降速度ut要大于表观沉降速度uc。

自由沉降干扰沉降干扰沉降试验B区消失后，A、C界面下行直至C区消失，此时刻称为临界沉降点，体系只有A、D两区且界面清晰。此后便转入沉淀压缩过程，沉淀区颗粒之间的间隙逐渐紧缩，液体被排挤而上升到清液区，颗粒压紧阶段所需的时间往往很长。含尘气体从进口经扩大段后流速降为u进入降尘段，尘粒随气流向出口端流动的同时，以ut的速度在垂直方向上沉降。颗粒从气流中沉降分离的条件是：气体的停留时间大于沉降时间降尘室

可见降尘室的生产能力理论上正比于颗粒的沉降速度和沉降方向上的截面积、即降尘室底面积，而与沉降室高度无关。在气速相同情况下，装有横向隔板的降沉室除尘效果更好。因为隔板间基本上保持了相同的流动速度，而颗粒达到隔板通道底部的沉降距离更短。为了便于清灰，可将隔板装成可翻动或倾斜式。当气体处理量一定时，可求得理论上该降尘室所能全部捕集的最小颗粒粒径显然，粒径小于dpmin的颗粒在停留时间t内就不能全部沉降下来。降尘室的最大生产能力为含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底后以相同旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气管流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。气体因此而得到净化。离心沉降旋风分离器重力场中颗粒沉降速度一般很小，将其置于离心离心力场中，颗粒的沉降速度（如颗粒细小，Rep<2.0，斯托克斯定律）为增大旋转半径r和提高转速w均可使离心分离因素达到很高数值，即离心沉降速度ur将远远大于重力沉降速度u。称粒级效率。根据颗粒的粒径大小分级，将入口气体中某一粒级di的颗粒被旋风分离器除掉的分率定义为粒级效率旋风分离器的分离效率总效率被旋风分离器除掉的总的颗粒质量占进口含尘气体中全部颗粒质量的分率总效率与分效率的关系分效率旋风分离器能够全部除掉的最小颗粒粒径。假定颗粒的离心沉降最大距离为进气矩形管宽度B，则该粒径的颗粒沉降分离所需的时间假定气体在旋风分离器内的旋转次数为N（标准旋风分离器可取N=5）、平均旋转半径为r，则其平均停留时间为临界粒径此式表达了能够100%分离掉的最小颗粒直径，指出了旋风分离器结构和操作参数对分离效率的影响。由此式可见若停留时间等于沉降时间，解出临界粒径为即旋风分离器的尺寸越小，进口流速越高，能完全除尽的颗粒直径就越小，分离效率越高。5/12/2024旋风分离器内的流场十分复杂，影响阻力的因素很多，可以概括为：气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失；消耗于气流旋转的加速度损失；摩擦阻力损失以及各个部位局部阻力损失等。工程上采用经验公式，即将阻力损失Dp表达为提高入口气速ui虽可提高分离效率，但阻力却成平方地增加，这是不经济的。一般将气体通过旋风分离器的压降控制在0.5~2kPa左右，即将入口气速限制在15～25m/s内，而采取缩小直径、多台并联的方式以综合满足分离效率与处理大气量的要求。旋风分离器的阻力损失式中阻力系数z主要由旋风分离器的结构决定。同一结构型式、不论其尺寸大小，阻力系数z接近定值。常用型号的旋风分离器z值在5.0～8.0之间。

CLP/B型旋风分离器 CLK扩散式旋风分离器A=0.6DD2=0.43DS=0.28D+0.3A A=DD2=0.1DS=1.1DB=0.3DH1=1.7DS2=0.28D B=0.26DH1=2DE=1.65DD1=0.6DH2=2.3Da=14o

D1=0.5DH2=3D b=

45o

旋风分离器分类繁多，分类方法也不同。根据其结构形式，旋风分离器可分为：长锥体、圆筒体、扩散式以及旁通式。我国已定型了多种旋风分离器，制定了标准系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B以及CLK型等。对各种型号的旋风分离器一般以圆筒直径D来表示其各部分的比例尺寸，详细尺寸及性能指标可查阅有关资料手册。CLP型是一种带旁路的旋风分离器，有A、B两种形式，图为CLP/B型。其特点为进气口上沿梢低于筒体顶部，因此含尘气体进入筒体后随之分为两路，较大的颗粒随向下旋转的主流气体运动，沉到筒壁落下；细微粒则随一小部分气体在顶部旋转聚集形成灰环，再随气流经旁路分离室旋转向下并沿壁面落下。这种结构的旋风分离器能促进细粉尘的聚结，固对细粉的分离较高。阻力系数一般为6-7。旋风分离器的分类CLK型为扩散式旋风分离器，又称带倒锥体的旋风除尘器，并装有反射屏，反射屏可使已被分离的粉尘沿着锥体与反射屏之间的环缝落入灰斗，有效防止了上升的净化气体重新把粉尘卷起带出，从而提高了除尘效率。适用于捕集粒度在5-10μm以下的干燥的非纤维颗粒粉尘。阻力系数在7.5-9之间。例如近年来我国开发的石油催化裂化再生烟气高度净化旋风分离器，采用带导向叶片的PDC型高效分离单管，可用多达90根单管组装成多管并联的大型旋风分离器，处理600～700℃的含有微小催化剂颗粒的高温烟气，其临界粒径dc≯8.0mm，负荷可达1500Nm3/min，分离总效率h0≥92%。PDC型旋风分离器式中q为颗粒的荷电量，E为颗粒所在位置处的电场强度。电沉降电沉降是一种具有很高的分离效率、很低的流动阻力的气体除尘方式。在金属圆管的中心安放与高压直流电源相联的金属丝作为放电极，圆管壁面接地作为集尘极。在两极间施加1～6万伏的直流电压。当含尘气体从底部进入管内时，放电极周围形成电晕放电使气体电离产生大量自由电子和负离子，附着在颗粒上使颗粒带负电。在电场力的作用下带负电的颗粒向正极（集尘极）管壁移动，当其与集尘极接触后，随即失去电荷成为中性粒子附于电极表面，并借助振动脱落进入灰斗。颗粒电沉降运动过程也服从斯托克斯定律。如果粒径为dp的颗粒所受的电场力为1—电极晕2—电子或负离子 3—尘粒4—集尘极5—供电装置电除尘原理与结构示意图颗粒在电