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改进旋风除尘器结构提高除尘效率的新方法

来源:泊头市康洁环保 发布时间:2012-7-30 9:49:44

改进旋风除尘器结构提高除尘效率的新方法

摘要 讨论改变旋风器整体结构、增加附件、改进原有旋风器构件的几种改进结构新做法,分析这些做法提高除尘效率的合理性。

关键词:旋风除尘器, 除尘效率, 改进结构

概述

工业生产过程产生的粉尘大多为破碎、粉碎、输送、清理过程。这一过程产生的粉尘与燃烧过程产生的烟尘相比要偏粗,可以用 Rosin-Rammler 函数表示粒径分布。因此,旋风器 ( 双称旋风除尘器、旋风收尘器、旋风分离器等,本文简称旋风器 ) 成为工业通风常除尘设备

旋风器突出的优点是它的经济性以及结构和设计较为简单。由于没有运动部件所需的维修和保养相对较少,选用合适的材料和结构形式,对一些特殊操作应用条件 ( 如高温,高压,腐蚀性气体环境等 ) 也可以使用。

旋风器中用的最多的是切向进口形成的旋风器 ( 如图 1) ,这种旋风器通常可以用以筒体直径 D 为比值的结构参数 ( 无因次结构参数 ) 来设计。由于 Stairmand ( 高效型 ) 研究数据比较完整和应用中的有效性,许多研究者把自己改进旋风器与其作性能对比 1

作为旋风器研究途径大致为:研究旋风器空气动力场 ,通过气流场判定其中颗粒物的运动与分离:进行性能参数实测判定旋风器的性能优劣。由于旋风器是依靠离心力来收集粉尘,对于如何提高微细粉尘 (Fine Dust or Fine Particle Matter) 除尘效率的技术措施最后都归结为对旋风器的结构改进,创造和利用更适合气固 ( ) 两相分离的流场构造。

旋风器的结构改进

1 整体结构的改变

在旋风器内部的旋转气流中,颗粒物受离心力作用作径向向外 ( 朝向筒锥壁 ) 运动,运动速度可由颗粒物所受的离心力及气流阻力的运动方程求得。显然旋风器分离的目的就是使颗粒物尽快到达筒锥体边壁。因此,延长颗粒物在旋风器中的运动时间,在气流作用下提高颗粒物与筒锥体壁相撞的概率,可以提高旋风器除尘效率。


提出的旋风器结构如图 2 所示,在普通旋风器中增加一个筒壁,这一筒壁将旋风器内部空间划分为两个环形区域,同时,排气芯管被移到了下方,排气芯管中的上升气流也变成了下降气流 ,颗粒物在内外两个外环形区域内都得到了分离,事实上,这种旋风分离器相当于将两个旋风子合到了一起。从理论上讲,这种改进提高了颗粒物被收集的概率。 Y.Zhu 型旋风器试验结果 ( 气流流量范围为 10L /min 40L /min ,对粒径范围为 0.6μm 8.8μm 颗粒物 ) Stairmand 旋风器的进行了比较有:改进后的旋风器,除尘效率得到提高,并且随气流流量的增大而增大;同时,对于相同无因次尺寸的旋风器来说,前者的阻力也小于后者。 Y.Zhu 考虑各方面因素给出相应优化综合指标得出改进旋风器性能优于传统的旋风器。这种改动后的旋风器较原有传统旋风器结构稍为复杂。

2 在原有旋风器结构上增加附加件

实际应用中的系统都比较庞大,采用新的旋风器替代原有旋风器,势必导致工程量和成本比较大。基于这一想法, 很多研究者寻找不改变原有旋风器结构,而通过增加附加部件为提高旋风性能。

由于旋风器对微细颗粒物效率较低,尤其对 PM10( 粉尘粒径小于 10μm 的颗粒物 ) 的除尘效率随着颗粒直径减小逐渐降低。也就是说,在旋风器的运行过程中,绝大部分微细粉尘穿透了分离区域,导致对微细粉尘效率下降。 A.Plomp [3] 1996 年)提出了加装二次分离附件的一种旋风器,见图 3 示意图。二次分离附件设置在旋风器本体顶部,称之为 POC(post cyclone)

POC 二次分离作用是利用排气芯管强旋流作用使微细粉尘受离心力作用向边壁运动,并与挡板相撞后,通过缝隙 1 掉入挡板下部的壳体中,另一部分即使在一开始没有与边壁相撞,但由于始终受到离心力的作用,在到达 POC 顶部时,其中也有很大一部分通过缝隙 2 处而进入挡板与壳体之间的空间,随后由于 POC 中主气流的约 10% 通过缝隙形成渗透流,在渗透推动下,颗粒物被吹出壳体。

为了使该种旋风器得到更好的应用和使 POC 在已有旋风分离器上加装设计最优化, Youngmin Jo 4 考虑到紊流扩散等因素对 POC 的影响,对一些变量在不同参数范围内给出了两种不同旋风器 (Stairmand 旋风器, Stairmand 旋风器 ) POC 组合的一些试验结果,并对 POC 模型利用 CFD 进行了计算,所有试验均在实际生产中投入运行的除尘系统中进行。

研究结果得知,在特定结构尺寸和运行条件下总效率比改进前提高了 2% 20% POC 的阻力约为旋风器本体 10% ,该阻力与渗透气流量无关 ( 在所给参数范围内 ) ;对于直径较大的旋风器,尤其在原旋风器性能不是很高的情况下,加装 POC 的办法对于提高旋风分离的性能很有效。 POC 装置对 3μm 以上粉尘分离很有效,对 3μm 以下的粉尘效果不显著;渗透流量及 POC 装置的离心力对 POC 的性能影响显著;采用穿孔 ( 较小 ) 内挡板可提高分离效率。

这种改进方法特点在于增加的能耗小;保养及维修简单;对于已投入使用的分离系统工程改造方便;成本较低。

 

结语

选用合适的方法对旋风分离器的结构形式进行改进,可以提高旋风器的技术性能。对于改进旋风器应用于工业通风除尘,还需要做到设计方法明确、应用前通过试验验证和应用中的配套技术完善。
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