摘  要：針對(duì)工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器應(yīng)用，介紹了旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)組成及改進(jìn)措施，簡(jiǎn)述了單體使用和多筒多管組合技術(shù)注意問(wèn)題和選擇計(jì)算方法，文中給出了多種旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)。
關(guān)鍵字：旋風(fēng)除塵器 多筒多管組合

1 引言
　　旋風(fēng)除塵器（簡(jiǎn)稱旋風(fēng)器）與其他除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點(diǎn)。旋風(fēng)器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風(fēng)除塵；工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相分離與物料氣力烘干回收。高性能的旋風(fēng)器對(duì)于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以達(dá)到95%～98%，對(duì)于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以達(dá)到92%～95%。旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器，與其他類型除塵器合用。旋風(fēng)器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點(diǎn)。
　　旋風(fēng)器的類型有切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等。工廠通風(fēng)除塵使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。
2 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)
2．1 單體基本結(jié)構(gòu)　　 
　　單體基本結(jié)構(gòu)參見圖1，含塵氣體通過(guò)進(jìn)口起旋器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運(yùn)動(dòng)，到達(dá)壁附近的粉塵在氣流的作用下進(jìn)入收塵灰斗，去除了粉塵的氣體匯向軸心區(qū)域由排氣芯管排出。

　　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　　圖1 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2．2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施
　　旋風(fēng)器在長(zhǎng)期使用中，為了達(dá)到低阻性能其結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)措施主要有：（1）進(jìn)氣通道由切向進(jìn)氣改為回轉(zhuǎn)通道進(jìn)氣，通過(guò)改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量?；剞D(zhuǎn)通道在90°左右時(shí)阻力較小。（2）把傳統(tǒng)的單進(jìn)口改為多進(jìn)口，有效地改進(jìn)旋轉(zhuǎn)流氣流偏心，同時(shí)旋風(fēng)器阻力顯著下降。（3）在筒錐體上加排塵通道，防止到達(dá)壁面的粉塵二次返混。（4）采用錐體下部裝有二次分離裝置（反射屏或中間小灰斗）防止收塵二次返混。（5）排氣芯管上部加裝二次分離器，利用排氣強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行微細(xì)粉塵的二次分離，對(duì)捕集短路粉塵極為有效。（6）在筒錐體分離空間加裝減阻件降阻，等。
2．3 組合技術(shù)
　　處理氣體量較大時(shí)，可以采用多個(gè)旋風(fēng)器單體進(jìn)行并聯(lián)組合。（1）多筒組合：多筒組合可以采用分支并聯(lián)和環(huán)狀并聯(lián)方式，見圖2。組合技術(shù)的關(guān)鍵在于含塵氣流分配的均勻性和防止氣流串流。分支并聯(lián)一般采用雙旋風(fēng)器、四旋風(fēng)器方式。對(duì)于處理氣體量較大時(shí)，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風(fēng)器一般采用渦殼排氣方式。（2）多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個(gè)旋風(fēng)子（小尺寸旋風(fēng)器）進(jìn)行箱式并聯(lián)安裝。旋風(fēng)子在進(jìn)氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯(cuò)排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風(fēng)子兩級(jí)一體復(fù)合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過(guò)調(diào)整旋風(fēng)子進(jìn)氣口角度、排氣芯管長(zhǎng)度、進(jìn)氣空間高度、旋風(fēng)子間距等措施實(shí)現(xiàn)。


　　圖2 多筒組合并聯(lián)方式　　　　　　　　　　圖3 多管組合并聯(lián)方式
3 旋風(fēng)器使用
　　旋風(fēng)器單體直徑一般控制在200～1000mm，特殊情況下可以超過(guò)1000mm。旋風(fēng)器單體安裝角度應(yīng)不小于45°，宜大于粉塵的流動(dòng)角，對(duì)于氣體量負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。
　　旋風(fēng)器單體組合應(yīng)注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術(shù)措施。旋風(fēng)器組合空間的進(jìn)氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應(yīng)嚴(yán)格分開，連接處不得漏風(fēng)。
　　對(duì)旋風(fēng)器性能影響較大的因素是運(yùn)行管理不善造成的灰斗漏風(fēng)和排灰不及時(shí)造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會(huì)加劇旋風(fēng)器筒錐體磨損影響使用壽命。
　　根據(jù)使用條件可以選用不同材料制作旋風(fēng)除塵器，如鋼板、有機(jī)塑料板、玻璃鋼等加；鑄鐵、鑄鋼澆筑；陶土、石英砂、白剛玉燒制。也可以采用礬土水泥骨料、灰綠巖鑄石等材料作鋼制件的耐磨內(nèi)襯。
　　除塵器串聯(lián)使用時(shí)，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)將旋風(fēng)器放在后級(jí)。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，就將旋風(fēng)器放在前級(jí)。除高濃度場(chǎng)合外，一般不采用同種旋風(fēng)器串聯(lián)使用。
4 旋風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)
4．1 旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)
　　旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸一般以筒體直徑D1（m）為定性尺寸給出各部位的無(wú)因次比值，旋風(fēng)器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無(wú)因次結(jié)構(gòu)比值KD2、KD3、KD4、KH1、KH2、KH、Ka、Kb、KS確定其他部位尺寸，參見圖1。即：
KD2=D2/ D1 KD2=D3/ D1 KD4=D4/ D1 KD2=D2/ D1 KH1= H1/ D1 KH2= H2/ D1
Ka=a/ D1 Kb= b/ D1 KS= s/ D1 KH= H/ D1 = KH1+ KH2- KS
　　其中D1筒體直徑、D2芯管進(jìn)口直徑、D3芯管出口直徑、D4錐體下部直徑（排灰口直徑），m；H芯管進(jìn)口截面到錐體排灰口的距離（或稱分離區(qū)高度）、H1筒體高度、H2錐體高度，m；a進(jìn)口寬度、b進(jìn)口高度、s芯管插入深度，m。表1中列出了部分旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)[1-4]。
　　 常見旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)尺寸表1

4.2 旋風(fēng)器進(jìn)口速度和筒體截面標(biāo)稱速度

　　旋風(fēng)器進(jìn)口速度v0（m/s）指氣流L（m3/h）由旋風(fēng)除塵器進(jìn)口進(jìn)入時(shí)的速度，筒體截面標(biāo)稱速度vA( m/s)是指氣流量L與旋風(fēng)器筒體截面面積的比值，即
　　?。?）
4.3 阻力計(jì)算
（2）
式中　ΔP--旋風(fēng)器阻力，Pa；
Pd--氣流動(dòng)壓；
Pd0、PdA--分別為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面和筒體面的氣流動(dòng)壓，Pa；
ρ--氣體密度，kg/m3。
Ρ=353KB/（273+t）（空氣）；ρ=366 KB/（273+t）（一般煙氣）（3）
　　式中KB環(huán)境壓力B的修正系數(shù)，KB =B/ Ba，Ba為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（101.3kPa）。t為氣體溫度，℃。ξ為設(shè)備廠家提供的旋風(fēng)器阻力系數(shù)，常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ見表2、3,可以用ξ0或ξA表示。

　　 常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ表2-1

　　常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)ξ0表2-2

　　ξ0為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面的阻力系數(shù)；ξA為對(duì)應(yīng)于筒體截面的阻力系數(shù)，可以反映同一直徑的不同類型旋風(fēng)器在處理相同風(fēng)量時(shí)的阻力大小。ξ0與ξA間關(guān)系為:

ξA/ξ0=0.62（Ka Kb）-2　?。?）
　　旋風(fēng)器安裝方式不同會(huì)對(duì)旋風(fēng)器阻力計(jì)算值產(chǎn)生影響，如旋風(fēng)布袋除塵器出口方式采用出口渦殼比采用圓管彎頭阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，與單個(gè)使用也有差別，可以通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。一般來(lái)講，同類型直徑大小不同的旋風(fēng)器阻力相同。

4．4 除塵效率計(jì)算
4．4．1 分級(jí)效率[5]
（5）
（6）
式中 a、β--分別為分布系數(shù)；分割粒徑dc50，μm；
n--旋風(fēng)器切向速度分布指數(shù)。
切向進(jìn)氣旋風(fēng)器：（7-1）
　　?。?-2）
　　 其中　　（8）
4．4．2 分割粒徑
　?。?）
式中θ錐體半角，度；μ為氣體黏性系數(shù)，PaS；ρP為粉塵真密度，kg/m3。
4．4．3 總效率
旋風(fēng)器的除塵效率計(jì)算為：
　　式中x=dc;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質(zhì)量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實(shí)際應(yīng)用中一般采用粒級(jí)分布累計(jì)質(zhì)量表示，分為n個(gè)粒級(jí)給出，除塵效率計(jì)算又可以為：
?。?0）
其中
　　 式中ηi（dpi,dpi+1）粒級(jí)除塵效率可以取ηi（kdpI+(1-k)dpi+1），0< k<1.0，通常取k為0.5。
　　 對(duì)于某些場(chǎng)合采用理論計(jì)算除塵效率往往誤差比較大，通?？梢圆捎糜?jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的辦法修正，亦可參照類似工程進(jìn)行判定。
　　 對(duì)于已知某一工況B的旋風(fēng)器在工況波動(dòng)到工況A時(shí)估算除塵效率ηA，可以對(duì)已知除塵效率ηB進(jìn)行工況修正，有
　?。?1）
　　 對(duì)于同類型但直徑大小不同的旋風(fēng)器除塵效率有
（12）
4．4．4 含塵深度計(jì)算
　　旋風(fēng)器中實(shí)際運(yùn)行的是工況含塵濃度C，mg/m3；作為評(píng)價(jià)、監(jiān)督使用標(biāo)況濃度CN，mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)），CP為工況排放濃度，mg/m3。它們之間的關(guān)系為：

4．4．5 算例
　　Stairmand旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸：筒體直徑D1=203mm；芯管直徑D2=D3=102mm；錐體下部直徑D4=76mm；入口寬度a=41mm；入口高度b=102mm；筒體長(zhǎng)度H1=mm；錐體長(zhǎng)度H2=mm；芯管深度s=102mm；錐體角2θ=14.2°。工況參數(shù)：入口速度v0=15.3m/s；粉塵密度ρP=2000 kg/m3；氣體溫度t=20℃；進(jìn)口含塵濃度CP =2.0 g/m3；阻力ΔP=748Pa。
　　由式（2）計(jì)算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33；由式（9）計(jì)算分割粒徑dc50=2.0320μm（注：分割粒徑dc50.s的測(cè)定值
為2.0μm）；由式（5）、（6）計(jì)算得該除塵器的分級(jí)效率為

5 旋風(fēng)器選用
　　已知條件：氣體量、氣體溫度；旋風(fēng)器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質(zhì)量分布；供選用的旋風(fēng)器技術(shù)參數(shù)[6]（阻力系數(shù)；分級(jí)效率；主要結(jié)構(gòu)尺寸）；等。
　　計(jì)算要求：確定旋風(fēng)器的直徑和個(gè)數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。
　　選用過(guò)程：
　　 （1）根據(jù)阻力計(jì)算所用旋風(fēng)器的筒體截面的標(biāo)稱速度：。
　　 （2）計(jì)算旋風(fēng)器筒體截面總面積：Az=L/（3600 vA）。
　　 （3）確定旋風(fēng)器直徑D1和N?？稍O(shè)定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：。
　　 （4）根據(jù)選定的旋風(fēng)器個(gè)數(shù)N和現(xiàn)場(chǎng)提供的場(chǎng)地、運(yùn)行方式確定旋風(fēng)器的連接方式和組合方式。
　　 （5）計(jì)算設(shè)計(jì)工況下的旋風(fēng)器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運(yùn)行濃度，標(biāo)況濃度為環(huán)境監(jiān)督、評(píng)價(jià)用的含塵濃度。
　　 （6）根據(jù)處理氣體和粉塵的性質(zhì)確定制作旋風(fēng)器的設(shè)備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內(nèi)襯材料。
　　 （7）確定旋風(fēng)器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對(duì)粉塵負(fù)荷少于一個(gè)班次工作量的可以采用人工清灰。
　　 （8）旋風(fēng)器支架、檢查平臺(tái)、連接配管、檢測(cè)孔設(shè)計(jì)。
　　 （9）旋風(fēng)器運(yùn)行工況分析，如工藝周期性負(fù)荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時(shí)旋風(fēng)器單體堵灰、磨損的可能性；排灰輸灰裝置的工作狀況等。
參考文獻(xiàn)
1 孫一堅(jiān)，主編，簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997
2 嵇敬文編，除塵器，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981
3 陳明紹，吳光興，張大中等編著，除塵技術(shù)的基本理論與應(yīng)用，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981
4 童志權(quán)，主編，工業(yè)廢氣交納化與利用，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
5 沈恒根，刁永發(fā)，許晉源：平衡塵粒模型用于旋風(fēng)分離器分級(jí)效率的計(jì)算，環(huán)境工程，1998，16（6）：29-31
6 沈恒根，亢燕銘，高洪瀾等，離心式除器，中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9054-2000。北京：機(jī)械科學(xué)研究院，2000