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  • 旋风除尘器除尘机理及流体流动状态

    发布日期:2017-06-17

    旋风除尘器是利用旋转含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气一固分离装置,在化工、石油、冶金、建材、矿业等部门广泛应用。它具有结构简单、生产能力大、体积小、投资省、操作维护简便、运转维护费用低等优点,对于捕集、分离5^101m以上的粉尘尤其有效,对于较小颗粒的粉尘其分离效果不太理想。

    在旋风除尘器的众多性能指标中,压力损失和分离效率是旋风除尘器的重要参数,如何在提高旋风除尘器效率的同时又实现合理的压力损失,一直是国内外研究者所共同关注的焦点。近年来,我国的烟尘排放标准逐渐严格,对大气中可吸入颗粒物排放标准的控制也日益重视,提高旋风除尘器粉尘颗粒分离效率的重要性和迫切性逐渐凸现出来。

    当含尘气体从进气口以较高的速度进入旋风除尘器时,气流将由直线运动变为圆周运动,并向上、向下流动。旋转气流中的一部分向上旋转时被顶盖阻挡返回,而旋转气流中绝大部分沿器壁筒体呈螺旋形向下,朝锥体流动,形成外旋气流。这部分下旋气流又通过流体本身的粘滞性,带动排气管下而的圆柱形气柱渐渐发展成像刚体一样的旋转。由于尘粒的密度比空气大很多倍,因此旋转的尘粒在与气体作圆周运动过程中,受离心加速度的作用。将从气流中分离甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁而下落(即沉降),经圆锥体排入集灰箱内。旋转下降的外旋气流在到达锥体(分离段)时,尘粒在向下作圆周运动的同时,因圆锥形的收缩又作径向运动,合力返向圆心(即负沉降),   终向除尘器中心靠拢。

    旋风除尘器中流体流动的流场是一个三元流场,主要由气流进口速度的3种分速度所决定,3种分速度分别为:切向分速度((u)、径向分速度(v)、轴向分速度(w},各自的速度分布。其中,切向分速度使粉尘颗粒在径向方向加速度的作用下产生由内向外的离心沉降速度,从而把粉尘颗粒推到圆筒壁而被分离。而径向分速度使得粉尘颗粒在半径方向由外向内推到中心部涡核而随上升气流排离旋风除尘器,这就形成了旋风除尘器流场中的矛盾统一体,形成了旋风除尘器的主流。

    在这对矛盾统一体中,切向分速度占主导地位,从而导致了旋风除尘器中气固相的较好分离。而径向分速度的存在导致内旋气流上升过程中流动状态的极度混乱,湍动剧烈,形成大量旋涡把在沉降段(圆筒部分)已和气体分离的尘粒,重新搅拌起来,而此时尘粒恰恰又作径向运动(负沉降),它们自动地跑到旋涡里形成部分尘粒被气体一起排离旋风除尘器的二次扬尘现象。形成了旋风除尘器的次流,使旋风除尘器效率下降;旋风器的边壁处和锥体气旋的交换处是二次扬尘的主要区域。

    此外,由于轴向分速度和径向分速度的存在,使得常规型旋风除尘器在工作时经常形成上灰环和下灰环,其中下灰环对于粉尘颗粒捕集分离有   的作用。而上灰环的存在使得原来已被捕集分离在圆柱体边壁的粉尘先沿外筒壁向上移动,然后沿顶盖向内移动,又沿内筒的外壁向下移,   后短路而排离旋风器,降低除尘效率。由此可见,提高分离器分离效果   从三方而着手,一是消除“上灰环”避免尘粒走短路;二是尽量减少气体分离段的湍流,降低二次扬尘的机会;三是克服尘粒在分离段的负沉降运动(径向运动)。