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  • 旋風除塵器除塵機理及流體流動狀態

    發布日期:2017-06-17

    旋風除塵器是利用旋轉含塵氣體所產生的離心力,將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣一固分離裝置,在化工、石油、冶金、建材、礦業等部門廣泛應用。它具有結構簡單、生產能力大、體積小、投資省、操作維護簡便、運轉維護費用低等優點,對于捕集、分離5^101m以上的粉塵尤其,對于較小顆粒的粉塵其分離效果不太理想。

    在旋風除塵器的眾多性能指標中,壓力損失和分離效率是旋風除塵器的重要參數,如何在提高旋風除塵器效率的同時又實現合理的壓力損失,一直是研究者所共同關注的焦點。近年來,我國的煙塵排放標準逐漸嚴格,對大氣中可吸入顆粒物排放標準的控制也日益重視,提高旋風除塵器粉塵顆粒分離效率的重要性和迫切性逐漸凸現出來。

    當含塵氣體從進氣口以較高的速度進入旋風除塵器時,氣流將由直線運動變為圓周運動,并向上、向下流動。旋轉氣流中的一部分向上旋轉時被頂蓋阻擋返回,而旋轉氣流中絕大部分沿器壁筒體呈螺旋形向下,朝錐體流動,形成外旋氣流。這部分下旋氣流又通過流體本身的粘滯性,帶動排氣管下而的圓柱形氣柱漸漸發展成像剛體一樣的旋轉。由于塵粒的密度比空氣大很多倍,因此旋轉的塵粒在與氣體作圓周運動過程中,受離心加速度的作用。將從氣流中分離甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸,便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力沿壁而下落(即沉降),經圓錐體排入集灰箱內。旋轉下降的外旋氣流在到達錐體(分離段)時,塵粒在向下作圓周運動的同時,因圓錐形的收縮又作徑向運動,合力返向圓心(即負沉降),   終向除塵器中心靠攏。

    旋風除塵器中流體流動的流場是一個三元流場,主要由氣流速度的3種分速度所決定,3種分速度分別為:切向分速度((u)、徑向分速度(v)、軸向分速度(w},各自的速度分布。其中,切向分速度使粉塵顆粒在徑向方向加速度的作用下產生由內向外的離心沉降速度,從而把粉塵顆粒推到圓筒壁而被分離。而徑向分速度使得粉塵顆粒在半徑方向由外向內推到中心部渦核而隨上升氣流排離旋風除塵器,這就形成了旋風除塵器流場中的矛盾統一體,形成了旋風除塵器的主流。

    在這對矛盾統一體中,切向分速度占主導地位,從而導致了旋風除塵器中氣固相的較好分離。而徑向分速度的存在導致內旋氣流上升過程中流動狀態的極度混亂,湍動劇烈,形成大量旋渦把在沉降段(圓筒部分)已和氣體分離的塵粒,重新攪拌起來,而此時塵粒恰恰又作徑向運動(負沉降),它們自動地跑到旋渦里形成部分塵粒被氣體一起排離旋風除塵器的二次揚塵現象。形成了旋風除塵器的次流,使旋風除塵器效率下降;旋風器的邊壁處和錐體氣旋的交換處是二次揚塵的主要區域。

    此外,由于軸向分速度和徑向分速度的存在,使得常規型旋風除塵器在工作時經常形成上灰環和下灰環,其中下灰環對于粉塵顆粒捕集分離有   的作用。而上灰環的存在使得原來已被捕集分離在圓柱體邊壁的粉塵先沿外筒壁向上移動,然后沿頂蓋向內移動,又沿內筒的外壁向下移,   后短路而排離旋風器,降低除塵效率。由此可見,提高分離器分離效果   從三方而著手,一是“上灰環”避免塵粒走短路;二是盡量減少氣體分離段的湍流,降低二次揚塵的機會;三是克服塵粒在分離段的負沉降運動(徑向運動)。

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