一、概述
工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵大多在破碎、粉碎、輸送、清理過程。過程中產(chǎn)生的粉塵與燃燒過程產(chǎn)生的煙塵相比要偏粗,可以用Rosin-Rammler函數(shù)表示粒徑分布。因此,
旋風(fēng)除塵器(又稱旋風(fēng)收塵器、旋風(fēng)分離器等,本文簡稱旋風(fēng)除塵器)成為工業(yè)通風(fēng)常除塵設(shè)備。
旋風(fēng)除塵器突出的優(yōu)點(diǎn)是它的經(jīng)濟(jì)性以及結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)較為簡單。由于沒有運(yùn)動(dòng)部件所需的維修和保養(yǎng)相對較少,選用合適的材料和結(jié)構(gòu)形式,對一些特殊操作應(yīng)用條件(如高溫,高壓,腐蝕性氣體環(huán)境等)也可以使用。
旋風(fēng)除塵器中用的較多的是切向進(jìn)口形成的旋風(fēng)除塵器,這種旋風(fēng)除塵器通??梢杂靡酝搀w直徑D為比值的結(jié)構(gòu)參數(shù)(無因次結(jié)構(gòu)參數(shù))來設(shè)計(jì)。由于 Stairmand型(高 效型)研究數(shù)據(jù)比較完整和應(yīng)用中的有 效性,許多研究者把自己改進(jìn)旋風(fēng)除塵器與其作性能對比。
作為旋風(fēng)除塵器研究途徑大致為:研究旋風(fēng)式除塵器空氣動(dòng)力場,通過氣流場判定其中顆粒物的運(yùn)動(dòng)與分離:進(jìn)行性能參數(shù)實(shí)測判定旋風(fēng)除塵器的性能優(yōu)劣。由于旋風(fēng)除塵器是依靠離心力來收集粉塵,對于如何提高微細(xì)粉塵(Fine Dust or Fine Particle Matter)除塵效率的技術(shù)措施都?xì)w結(jié)為對旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)改進(jìn),創(chuàng)造和利用更適合氣固(塵)兩相分離的流場構(gòu)造。
二、旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
1、整體結(jié)構(gòu)的改變
在旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)氣流中,顆粒物受離心力作用作徑向向外(朝向筒錐壁)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)速度可由顆粒物所受的離心力及氣流阻力的運(yùn)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(dá)筒錐體邊壁。因此,延長顆粒物在旋風(fēng)除塵器中的運(yùn)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)提出的旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu),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(shè)備內(nèi)部空間劃分為兩個(gè)環(huán)形區(qū)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(nèi)外兩個(gè)外環(huán)形區(qū)域內(nèi)都得到了分離,事實(shí)上,這種旋風(fēng)分離器相當(dāng)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(yàn)結(jié)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加而增加;同時(shí),對于相同無因次尺寸的旋風(fēng)除塵器來說,前者的阻力也小于后者。Y.Zhu考慮各方面因素給出相應(yīng)優(yōu)化綜合指標(biāo)得出改進(jìn)旋風(fēng)除塵器性能優(yōu)于傳統(tǒng)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(tǒng)旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜。
2、在原有旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)上增加附加件
實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)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(dǎo)致工程量和成本比較大。基于這一想法,很多研究者尋找不改變原有旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu),而通過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(xì)顆粒物效率較低,尤其對PM10(粉塵粒徑小于10μm的顆粒物)的除塵效率隨著顆粒直徑減小逐漸降低。也就是說,在旋風(fēng)除塵器的運(yùn)行過程中,絕大部分微細(xì)粉塵穿透了分離區(qū)域,導(dǎo)致對微細(xì)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,見圖3示意圖。二次分離附件設(shè)置在旋風(fēng)除塵器本體頂部,稱之為POC(post cyclone)。
POC二次分離作用是利用排氣芯管強(qiáng)旋流作用使微細(xì)粉塵受離心力作用向邊壁運(yùn)動(dòng),并與擋板相撞后,通過縫隙1掉入擋板下部的殼體中,另一部分即使在一開始沒有與邊壁相撞,但由于始終受到離心力的作用,在到達(dá)POC頂部時(shí),其中也有很大一部分通過縫隙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﹪通過縫隙形成滲 透流,在滲 透推動(dòng)下,顆粒物被吹出殼體。
為了使該種旋風(fēng)除塵器得到更好的應(yīng)用和使POC在已有旋風(fēng)分離器上加裝設(shè)計(jì)優(yōu)化,Youngmin Jo考慮到紊流擴(kuò)散等因素對POC的影響,對一些變量在不同參數(shù)范圍內(nèi)給出了兩種不同旋風(fēng)除塵器(Stairmand旋風(fēng)除塵器,非Stairmand旋風(fēng)除塵器)加POC組合的一些試驗(yàn)結(jié)果,并對POC模型利用CFD進(jìn)行了計(jì)算,所有試驗(yàn)均在實(shí)際生產(chǎn)中投入運(yùn)行的除塵系統(tǒng)中進(jìn)行。
研究結(jié)果得知,在特定結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)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 透氣流量無關(guān)(在所給參數(shù)范圍內(nèi));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;滲 透流量及POC裝置的離心力對POC的性能影響顯著;采用穿孔 (較小)內(nèi)擋板可提高分離效率。
這種改進(jìn)方法特點(diǎn)在于增加的能耗??;保養(yǎng)及維修簡單;對于已投入使用的分離系統(tǒng)工程改造方便;成本較低。
3、局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)
許多研究者通過旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣流流動(dòng)研究認(rèn)為:旋風(fēng)除塵器氣流速度分布在徑向上呈軸不對稱或出現(xiàn)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(xiàn)象。氣流偏心或短路不利于粉塵分離。
(1) 改變進(jìn)口結(jié)構(gòu)
鵬鶴環(huán)保針對旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流軸不對稱問題,將其進(jìn)口由單進(jìn)口改為雙進(jìn)口(如圖4),通過雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場實(shí)驗(yàn)研究表明,雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器流場的軸對稱性優(yōu)于單進(jìn)口旋風(fēng)除塵器,雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器渦核變形小;雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度高于單進(jìn)口約6﹪,在準(zhǔn)自由渦區(qū)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(shè)備阻力。
針對短路流攜塵降低除塵效率的問題,鵬鶴環(huán)保等在進(jìn)口結(jié)構(gòu)中采用了回轉(zhuǎn)通道(見圖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(zhuǎn)角度的進(jìn)口回轉(zhuǎn)通道,可提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率。這種做法從結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù),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(jié)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,但是并不顯著影響不同粒徑顆粒物效率之間的變化程度。當(dāng)錐體下部開口部分直徑大于排氣芯管直徑時(shí),該錐體參數(shù)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(jié)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,從而離心力增加;對于具有相同筒體直徑的旋風(fēng)除塵器,若錐體開口小,則切向速度靠近錐壁,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m當(dāng)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(shè)計(jì),還指出對高 效型Stairmand旋風(fēng)除塵器效率有較好預(yù)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(yù)測作用。
三、結(jié)語
選用合適的方法對旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn),可以提高旋風(fēng)除塵器的技術(shù)性能。對于改進(jìn)旋風(fēng)除塵器應(yīng)用于工業(yè)通風(fēng)除塵,還需要做到設(shè)計(jì)方法明確、應(yīng)用前通過試驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用中的配套技術(shù)完善。泰安市三河機(jī)械設(shè)備有限公司作為旋風(fēng)除塵器制造商,一直在改進(jìn)旋風(fēng)除塵器的道路上摸索探尋,努力是產(chǎn)品的應(yīng)用得到廣大客戶的一直贊揚(yáng)。
泰安市三河機(jī)械設(shè)備有限公司前身為山東電纜廠設(shè)備公司,2002年國企改制成立合利機(jī)電裝備有限公司,后又組建泰安市三河機(jī)械設(shè)備有限公司,生產(chǎn)洗選、濃縮、烘干、環(huán)保除塵、及氣力粉體輸送設(shè)備。聯(lián)系電話:15315273999。本文章轉(zhuǎn)自于http://www.caledon-movers.com/,未經(jīng)允許,不得轉(zhuǎn)載。