熱風除塵器除塵效率影響因素分析

懸浮式分離器利用防塵氣流作為旋轉運動產生的離心力，將廢水從氣體中分離并收集。與其他分離器相比，具有結構簡單、無運動部件、價格低廉、清新、干凈、維護方便、適應性強等特點。在收集超過5.10ml的廢水時，遺傳因子的清除率可以達到90%左右。廣泛應用于工業(yè)爐氣嘴的辭職和工廠的通風裝置、氣阻兩相流的工業(yè)氣阻分離和材料的氣干回收。此外,旋風器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預除塵器,能與其他類型高效除塵器串聯(lián)使用。旋風除塵器在水泥行業(yè)也得到了廣泛的應用,如原料破碎、配料、輸送等生產環(huán)節(jié)的除塵。旋風除塵器按氣流進氣方式分為切流反轉式、軸流反轉式、直流式等,水泥行業(yè)除塵所使用的主要是切流反轉式旋風器。然而,許多水泥企業(yè)的旋風除塵器運行效率并不高,排放指標未到達設計要求,研究和探討旋風除塵器除塵效率影響因素,對提高其除塵效率具有重要的現(xiàn)實意義。1影響扣押帶的因素1.1影響除塵器性能的因素旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例,每一個比例關系的變動,都能影響旋風除塵器的效率和壓力損失。其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。它們的變化對除塵器性能的影響關系如表1。在使用時應注意,表中所示的尺寸只能在一定范周內進行調整,當超過某一界限時,有利因素也能轉化為不利因素。另外,有的因素對于提高除塵效率有利,但卻會增加壓力損失,因而對各因素的調整必須兼顧。1.1.1影響除塵效率和壓力損失的因素旋風除塵器的進氣口是形成旋轉氣流的關鍵部件,是影響除塵效率和壓力損失的主要因素。切向進氣的進口面積對除塵器有很大的影響,進氣口面積相對于筒體斷面小時,進人除塵器的氣流切線速度大,有利于粉塵的分離。1.1.2筒體直徑的影響圓筒體直徑是構成旋風除塵器的最基本尺寸。旋轉氣流的切向速度對粉塵產生的離心力與圓筒體直徑成反比,在相同的切線速度下,筒體直徑D越小,氣流的旋轉半徑越小,粒子受到的離心力越大,塵粒越容易被捕集。因此,應適當選擇較小的圓筒體直徑,但若筒體直徑選擇過小,器壁與排氣管太近,粒子又容易逃逸;筒體直徑太小還容易引起堵塞,尤其是對于粘性物料。當處理風量較大時,因筒體直徑小處理含塵風量有限,可采用幾臺旋風除塵器并聯(lián)運行的方法解決。并聯(lián)運行處理的風量為各除塵器處理風量之和,阻力僅為單個除塵器在處理其所承擔的那部分風量的阻力。但并聯(lián)使用制造比較復雜,所需材料也較多,氣體易在進口處被阻擋而增大阻力。因此,使用時臺數不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高度之和。增加筒體總高度,可增加氣流在除塵器內的旋轉圈數,使含塵氣流中的粉塵與氣流分離的機會增多,但筒體總高度增加,外旋流中向心力的徑向速度使部分細小粉塵進入內旋流的機會也隨之增加,從而又降低除塵效率。筒體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜,錐筒體部分,由于其半徑不斷減小,氣流的切向速度不斷增加,粉塵到達外壁的距離也不斷減小,除塵效果比圓筒體部分好。因此,在筒體總高度一定的情況下,適當增加錐筒體部分的高度,有利提高除塵效率。一般圓筒體部分的高度為其直徑的1.5倍,錐筒體高度為圓筒體直徑的2.5倍時,可獲得較為理想的除塵效率。1.1.3一種產品工藝,排風管的直徑和插入深度對旋風除塵器除塵效率影響較大。排風管直徑必須選擇一個合適的值,排風管直徑減小,可減小內旋流的旋轉范圍,粉塵不易從排風管排出,有利提高除塵效率,但同時出風口速度增加,阻力損失增大;若增大排風管直徑,雖阻力損失可明顯減小,但由于排風管與圓筒體管壁太近,易形成內、外旋流“短路”現(xiàn)象,使外旋流中部分未被清除的粉塵直接混入排風管中排出,從而降低除塵效率。一般認為排風管直徑為圓筒體直徑的0.5~0.6倍為宜。排風管插入過淺,易造成進風口含塵氣流直接進入排風管,影響除塵效率;排風管插入深,易增加氣流與管壁的摩擦面,使其阻力損失增大,同時,使排風管與錐筒體底部距離縮短,增加灰塵二次返混排出的機會。排風管插入深度一般以略低于進風口底部的位置為宜。1.1.4排灰口直徑太調查排灰口的大小與結構對除塵效率有直接的影響。增大排灰口直徑可使除塵器高壓力下降,對提高除塵效率效率有利,但排灰口直徑太大會導致粉塵的重新?lián)P起。通常采用排灰口直徑Do=(0.5-0.1)Dc。1.2操作參數在旋風除塵器尺寸和結構定型的情況下,其除塵效率關鍵在于運行因素的影響。1.2.1提高除塵器結構旋風除塵器是利用離心力來除塵的,離心力愈大,除塵效果愈好。在圓周運動(或曲線運動)中粉塵所受到的離心力為:F=ma式中:F—離心力,Nm—粉塵的質量,kga—粉塵的離心加速度,m/s2。因為,a=VT2R式中:VT—塵粒的切向速度,m/sR—氣流的旋轉半徑,m。所以,F=mVTR可見,在旋風除塵器的結構固定(R不變)、粉塵相同(m穩(wěn)定)的情況下,旋風除塵器入口的氣流速度愈高,旋風除塵器的離心力就愈大。而旋風除塵器的進口氣量為:式中:Q—旋風除塵器的進口氣量,m3/hA—旋風除塵器的進口截面積,m2所以,在結構固定(R不變,A不變),粉塵相同(m穩(wěn)定)的情況下,除塵器入口的氣流速度與進口氣量成正比,而旋風除塵器的進口氣量是由引風機的進風量決定的。可見,提高進風口氣流速度,可增大除塵器內氣流的切向速度,使粉塵受到的離心力增加,有利提高其除塵效率,同時,也可提高處理含塵風量。但進風口氣流速度提高,徑向和軸向速度也隨之增大,紊流的影響增大。對每一種特定的粉塵旋風除塵器都有一個臨界進風口氣流速度,當超過這個風速后,紊流的影響比分離作用增加更快,使部分已分離的粉塵重新被帶走,影響除塵效果。另外,進風口氣流增加,除塵阻力也會急劇上升,壓損增大,電耗增加。綜合考慮旋風除塵器的除塵效果和經濟性,進風口的氣流速度控制在12~20m/s之間,最大不超過25m/s,一般選14m/s為宜。1.2.2旋轉軸移動無砂除塵器粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關鍵因素。處于旋風除塵器外旋流的粉塵,在徑向同時受到兩種力的作用,一是由旋轉氣流的切向速度所產生的離心力,使粉塵受到向外的推移作用;另一個是由旋轉氣流的徑向速度所產生的向心力,使粉塵受到向內的推移作用。在內、外旋流的交界面上,如果切向速度產生的離心力大于徑向速度產生的向心力,則粉塵在慣性離心力的推動下向外壁移動,從而被分離出來;如果切向速度產生的離心力小于徑向速度產生的向心力,則粉塵在向心力的推動下進入內旋流,最后經排風管排出。如果切向速度產生的離心力等于徑向速度產生的向心力,即作用在粉塵顆粒上的外力等于零,從理論上講,粉塵應在交界面上不停地旋轉。實際上由于氣流處于紊流狀態(tài)及各種隨機因素的影響,處于這種狀態(tài)的粉塵有50%的可能進入內旋流,有50%的可能向外壁移動,除塵效率應為50%。此時分離的臨界粉塵顆粒稱為分割粒徑。這時,內、外旋流的交界面就象一張孔徑為分割粒徑的篩網,大于分割粒徑的粉塵被篩網截留并捕集下來,小于分割粒徑的粉塵,則通過篩網從排風管中排出。旋風除塵器捕集下來的粉塵粒徑愈小,該除塵器的除塵效率愈高。離心力的大小與粉塵顆粒有關,顆粒愈大,受到離心力愈大。當粉塵的粒徑和切向速度愈大,徑向速度和排風管的直徑愈小時,除塵效果愈好。氣體中的灰分濃度也是影響出口濃度的關鍵因素。粉塵濃度增大時,粉塵易于凝聚,使較小的塵粒凝聚在一起而被捕集,同時,大顆粒向器壁移動過程中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被分離。但由于除塵器內向下高速旋轉的氣流使其頂部的壓力下降,部分氣流也會挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上到達頂部后,沿排氣管外壁旋轉向下由排氣管排出,導致旋風除塵器的除塵效率不可能為100%。根據除塵效率計算公式:式中:η—除塵效率So—出口處的粉塵的流入量,kg/hSi—進口處的粉塵的流入量,kg/h。因為旋風除塵器的除塵效率不可能為100%,當進口粉塵流入量增加后,除塵效率雖有提高,排氣管排出粉塵的絕對量也會大大增加。所以,要使排放口的粉塵濃度降低,則要降低入口粉塵濃度,可采取多個旋風除塵器串聯(lián)使用的多級除塵方式,達到減少排放的目的。1.2.3旋轉軸向的壓力分布旋風除塵器下部的嚴密性是影響除塵效率的又一個重要因素。含塵氣體進人旋風除塵器后,沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動,這股向下旋轉的氣流到達錐體底部后,轉而向上,沿軸心向上旋轉。旋風除塵器內的壓力分布,是軸向各斷面的壓力變化較小,徑向的壓力變化較大(主要指靜壓),這是由氣流的軸向速度和徑向速度的分布決定的。氣流在筒內作圓周運動,外側的壓力高于內側,而在外壁附近靜壓最高,軸心處靜壓最低。即使旋風除塵器在正壓下運動,軸心處也為負壓,且一直延伸到排灰口處的負壓最大,稍不嚴密,就會產生較大的漏風,已沉集下來的粉塵勢必被上升氣流帶出排氣管。所以,要使除塵效率達到設計要求,就要保證排灰口的嚴密性,并在保證排灰口的嚴密性的情況下,及時清除除塵器錐體底部的粉塵,若不能連續(xù)及時地排出,高濃度粉塵就會在底部流轉,導致錐體過度磨損。2新型旋轉軸除塵器的結構在旋風除塵器的眾多性能指標中,壓力損失和分離效率是最為重要的參數,其癥結是消除“上灰環(huán)”。解決上灰環(huán)問題的方法之一是通過設置灰塵隔離室,即采用旁路式旋風除塵器,它主要是在普通旋風除塵器的基礎上增加一個螺旋形的旁路分離室,在除塵器頂部形成的上渦旋粉塵環(huán),從旁路分離室引至錐體部分。這樣可使導致除塵效率降低的二次流變?yōu)槟芷鸱蹓m聚集作用的上渦旋氣流,提高除塵效率。除此之外,還可通過添加導向葉片、改變氣流進口形狀等措施來消除上灰環(huán)。為了解決邊壁處的二次揚塵問題,可采用環(huán)縫氣墊耐磨旋風除塵器,它是在普通旋風除塵器內側設置環(huán)縫套圈,粉塵在旋轉氣流作用下向邊壁靠近,然后利用靠近邊壁處的下行氣流將粉塵帶入環(huán)縫,由于環(huán)縫的存在,不僅可以減少二次揚塵,而且使高速旋轉的上、下灰環(huán)消失,提高了除塵效率。但這些方法實際使用效果并不是十分理想?，F(xiàn)提出一種新的改進方法使旋風除塵器的分離性能得到了極大提高。改進后的新型旋風除塵器結構如圖1。這種新型旋風除塵器在結構上主要改進如下:(1)進口管下斜5°~10°,使氣流在旋轉的同時保證了向下的旋轉。并且下傾角確保了塵粒反彈時絕對折射朝下。在傳統(tǒng)旋風除塵器結構中,進氣蝸殼底板與旋風筒軸線是垂直的,由于氣流從上部切線方向進入除塵器后向下旋轉,引起除塵器頂部倒空形成上渦旋氣流產生頂部灰環(huán),灰環(huán)沿著排氣管道外表面旋轉向下時,會在排氣管入口處與已凈化廢氣的上旋氣流混合,而后經排氣管排出除塵器。(2)進口管采用了180°的半圈螺旋管代替了傳統(tǒng)型的直吹進筒,從而進一步保證了氣流的“下旋”。傳統(tǒng)型是含粉塵的氣體進筒后才旋轉,而改進型則是確保塵氣高速旋轉起來后才進筒。(3)進口螺旋道截面遞減,增大了氣流旋轉的離心力。含粉塵的氣體在螺旋道中實現(xiàn)1.4倍加速。提高了塵粒的慣性,降低了塵粒沉降的時間。(4)錐體長度加長并采用20°小錐角,增加了氣流在分離器中的停留時間,有利于小顆粒的沉降完全,且使向下旋轉的氣體平緩地轉變成折轉向上的旋轉,從而使除塵效率得以提高。(5)除塵器下設緩沖料斗,有效改善廢氣在筒體內的流動工況,減少了灰斗的反混現(xiàn)象和下灰環(huán)可能產生的二次楊塵。(6)出風管增長,直到螺旋軌道的底部,防止了內側部分塵粒裹進出風管。(7)進口、加速段、出口的截面積之比擴大為1:0.7:2,即出口風速是進口速度的一半;出口風速是內部加速段的1/3。改進型除塵器粒子的離心力比在傳統(tǒng)型除塵器中的離心力增大了1.4倍以上。而出口處,負壓對粒子的吸力比傳統(tǒng)型約小了1/4。因此,氣流進筒后,塵粒因慣性大,使得稍小些的顆粒在氣流在旋風除塵器中停留時間內也能得到分離。出風風速降低,也使得部分細小的顆粒能擺脫上升氣流的吸力而有機會沉降下來,從而使分離效率得以提高。3注意事項及方案如何提高旋風除塵器的除塵效率是當前水泥行業(yè)需要解決的一個重要課