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旋風除塵器是（shì）利用含塵氣流作旋轉運動產生的離心力，將塵粒從氣體中分離並捕集下（xià）來的裝置。旋（xuán）風除塵器（qì）與其它除塵器相比，具（jù）有結構（gòu）簡單、沒有運動（dòng）部（bù）件、造價便宜、除塵效率較高、維護管理方便以（yǐ）及適用麵寬的特點，對（duì）於收集5~10μm以上的塵粒（lì），其（qí）除（chú）塵效（xiào）率可達90%左右。廣泛（fàn）用於工業爐窯煙氣除塵和工廠通風除塵（chén），工業氣力輸送係統氣固（gù）兩相分離與物（wù）料氣力烘幹回收等。旋風除塵器除（chú）可以作為高濃（nóng）度除塵係統的預除（chú）塵器，能與其它類（lèi）型高效除塵器串聯使用，在飼料（liào）行業也得到了廣泛的應用（yòng），如原料（liào）粉（fěn）碎、冷卻等生產的除塵。然而，許多飼料企業的旋風除塵器運行效率並不高，排放指標未達到設計（jì）要求，研究和探（tàn）討旋風除塵器效率影響因素，對提高其除塵效率具有（yǒu）重要的現實意義。
1 結構與原理
旋風除塵器按氣流（liú）進入方式分為切流轉式（shì）、軸流反轉式、直流式等。飼料行業除（chú）塵器所使用的主要是（shì）切流反轉（zhuǎn）式。其工作原理為：含塵氣體通過進口起旋器產生旋轉氣流，進（jìn）入旋風除塵器後，沿外（wài）壁自（zì）上而下作螺旋（xuán）形旋轉運動，這股向下旋轉的氣（qì）流到達錐體底部（bù）後（hòu），轉而向上，沿軸心向上旋轉（zhuǎn），其結構見（jiàn）圖1。氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性離心力（lì）的作用下移向外壁，在氣流和重力共同作用下沿壁麵落入（rù）灰鬥，去（qù）除（chú）了粉塵的氣體匯向軸心區（qū）域由排氣芯管（guǎn）排（pái）出。
旋風除塵器的性能通常以其處理量、效（xiào）率、阻力降3個主要技術指標來表示。處理量係指除塵器（qì）裝（zhuāng）置在單位時間內所能處理的含塵氣體量，它取決於裝置的型式和結構尺（chǐ）寸；效（xiào）率是除塵裝置除去的粉塵量與未經除塵（chén）前含塵氣體（tǐ）中所含粉塵量的百分比；阻力（lì）降有時稱壓力降，它代表含塵氣體（tǐ）經過除塵裝置所消（xiāo）耗能量大小的一個主要指標，壓力損失大的除塵裝置，在工作時能量消耗就大，運轉（zhuǎn）費用（yòng）高。
2 流體（tǐ）流動狀態（tài）
旋風除塵器（qì）的氣流是由切向、徑向（xiàng）及軸向構成的複（fù）雜紊流狀態（tài）（見圖2）。①切向（xiàng）速度：切向（xiàng）速度在內、外旋（xuán）流中方向一致朝（cháo）外（wài）。切向速度在內旋流中隨筒體半（bàn）徑的減小而減小，在外旋（xuán）流中隨筒體半徑（jìng）的減小（xiǎo）而增加，在內（nèi）、外旋（xuán）流的交界麵處達到好值。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（fěn）塵顆粒推到圓筒壁（bì）而被分離。②徑向速度：徑向速度（dù）在內旋流（liú）中方向朝外，在外旋流中方向朝內，在（zài）內、外旋流的交界麵處形成一個假想的圓柱麵。徑向分（fèn）速度使得粉塵顆粒在半徑方向由外（wài）向內推到中心部渦核而（ér）隨上升氣流排離（lí）旋風除塵（chén）器，形成了旋風分離器的主流，使得旋風除塵器中氣、固相物質的較好的分離。徑向（xiàng）分速（sù）度的存在（zài）也導致（zhì）了內旋氣（qì）流（liú）在上長過程中流動狀態的（de）極度混亂，湍動劇烈形成（chéng）大量旋渦，把在沉降段（圓筒部分）已與氣體分離的（de）塵粒重新又攪拌起來，造成部分塵粒（lì）被氣體一起排離旋風除塵器的二次（cì）揚塵現象，形成了旋風分離器的次流，結果使旋風分離器效率下降。旋風器的（de）邊壁處和（hé）錐體氣旋的交換處（chù）是二次揚塵的主要區域（yù）。③軸向速度：軸向速度（dù）在筒體（tǐ）外壁附（fù）近（jìn）方向朝下，靠近軸心部（bù）分方向朝上，且在軸心（xīn）底（dǐ）部速度（dù）好。當氣流由錐筒體詢（xún）問反轉上升時，軸向速度會將已除下的粉塵重新帶走，形成返混現象，影（yǐng）響（xiǎng）除塵效率。
此外，由於軸向分速度和徑向分速度的存在，使得旋風除塵器在工作時經常形成（chéng）上灰環和下灰（huī）環，其中灰環對於粉（fěn）塵顆粒捕集分離有一（yī）定的作用，而上灰環的存（cún）在使得原來已被捕集分離有一定的作用，而上（shàng）灰環的存在使得原來已被（bèi）捕集分離有一定的作用，而上灰環的（de）存在使得原來已被捕集分離在圓柱體邊壁的粉塵先沿（yán）外（wài）筒壁向（xiàng）上（shàng）移動，然（rán）後沿頂蓋（gài）向內移（yí）動，又沿內筒的外壁向下移，好後短（duǎn）路而排離旋風（fēng）器，降低除塵（chén）效率。由此（cǐ）可見，克服分離器分離效果不好的辦法，必須從三方麵著手，一是消除“上灰環”避免（miǎn）塵粒走短路；二是盡量減少氣體分離段的湍（tuān）流，降低二次揚塵的機會；三是克服塵粒在分離段（duàn）的負沉降運動（徑向運動）。
3 影響除塵效果的因素
3.1 除塵器結構尺寸對（duì）其性能的影響
旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比（bǐ）例，每一個（gè）比例關係的變動，都能影響旋風除塵器（qì）的效率和壓力損失。其中除塵（chén）器直徑、進氣口尺寸、排氣（qì）管直（zhí）徑為（wéi）主要影響因素。它（tā）們的變化對除塵器性能的影響關係見表1。在使用時應注意，表1中所示的（de）尺寸隻能在一定範圍內進行調（diào）整，當超過某一界限時，有利因素也能轉化為不利（lì）因素。另外，有的因素對於提高（gāo）除（chú）塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對因（yīn）素的調整必須（xū）兼顧。
3.1.1 進氣（qì）口
旋風除塵器的進氣口是形成旋（xuán）轉氣流的關（guān）鍵部件，是影（yǐng）響除塵效率和壓力損失的主要因素。切向進氣的進口麵積對除塵器有很大的（de）影（yǐng）響，進氣口麵積相對於筒體斷麵小（xiǎo）時，進入除塵器的氣流切線速（sù）度大，有利於粉塵的分離。
3.1.2 圓筒體直徑和高度
圓筒（tǒng）體直徑是構成旋風除塵器的好基本尺寸。旋轉（zhuǎn）氣流的切（qiē）向速度對粉塵產生的離心力與圓筒（tǒng）體（tǐ）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（bàn）徑越小，粒子受到的離心力越大，塵粒越容易被捕集（jí）。因（yīn）此，應適當選擇較小的圓（yuán）筒體（tǐ）直徑，但（dàn）若筒體直徑選擇過小，器壁與排氣（qì）管太近（jìn），粒子（zǐ）又容易逃逸；筒體直徑太小還容易引起（qǐ）堵（dǔ）塞，尤其是對於粘性物料。當處理風量較大時，因筒體直徑小處理含塵風量有限，可采用幾台（tái）旋風除塵器並聯運行的（de）方法解決。並聯運行處理的風量（liàng）為各除塵器處理風量之和，阻力僅為（wéi）單個除（chú）塵器（qì）在處理它所承擔的那部分風量的阻力。但並聯（lián）使用製造比較複雜，所需材料也較多，氣體易在進口（kǒu）處被阻擋而增大阻力。因此（cǐ），並聯使用時台數（shù）不宜過（guò）多。筒體（tǐ）總高度是指除（chú）塵器圓筒（tǒng）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（nèi）的旋轉圈數，使含塵氣流中（zhōng）的粉塵與氣流分離的機會增多，但筒體總高度增加，外旋流（liú）中向心力的徑向速度使部分細小（xiǎo）粉塵進入（rù）內旋流的機會也隨之增加，從而又降低除塵效（xiào）率。筒（tǒng）體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為（wéi）宜，錐筒體部分，由於其半徑不斷減小，氣流的（de）切向速度不斷增加，粉塵到達外壁的距離也（yě）不斷（duàn）減小，除塵效果比圓筒體部分好。因此，在筒體總高度一（yī）定的（de）情況下，適當增加錐筒體部分的高度，有利提高除塵效率（lǜ）。一般圓筒體部（bù）分的高度為其直徑的（de）1.5倍，錐筒（tǒng）體高（gāo）度為圓（yuán）筒體直（zhí）徑的2.5倍時，可獲得較為理想的除塵效率。
3.1.3 排風（fēng）管
排風管（guǎn）的（de）直徑和插入深度對旋風除塵器效率影響較大。排風管（guǎn）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範圍，粉塵不易從排風管排出；有利於提高除塵效率，但同時出風口速度增加，阻力損失增大。若（ruò）增大排風管直徑，雖阻力（lì）損（sǔn）失可明（míng）顯減小，但由於排風（fēng）管與圓筒體管壁太近，易形成內、外旋流“短路”現象，使外旋流中部分未被（bèi）清除的粉塵直接混入排風（fēng）管中排出，從而（ér）降低除塵效率。一般認為排風管直徑為圓筒體直徑（jìng）的0.5~0.6倍為宜。排風管插入過淺，易造成進（jìn）風口含塵氣流直接進入排風管，影響除塵效率（lǜ）；排（pái）風和插入深度一般（bān）以略低進風口底部（bù）的位置為宜。
3.1.4 排（pái）灰口（kǒu）
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（kǒu）直徑可使除（chú）塵器提高壓力除，對提高除塵效率有利，但排灰口（kǒu）直徑太大會導致粉（fěn）塵的重新揚起。通常采用排灰口直徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操作工藝參數
在旋風除塵器尺寸和結構定型的情況下，其除塵效率關鍵在於運行因素的影（yǐng）響。
3.2.1 流速
旋風除塵（chén）器是利用離心力來（lái）除塵的（de），離心力愈大（dà），除塵效果（guǒ）愈好。在圓周運（yùn）動（或曲線運動（dòng））中粉塵所受到的離心力（lì）為：F=ma
式中（zhōng）：F——離心力，N；
m——粉塵的質量，kg；
a——粉塵的離心（xīn）加速度，m/s2 。
因為，a=VT2 /R
式中：VT——塵粒的切向速度，m/s；
R——氣流的（de）旋（xuán）轉半徑，m。
所以，F=mVT2 /R
可見，在旋風除塵器的結構固定（R不變），粉塵相同（m穩定）的情況下，增加旋（xuán）風除塵器（qì）入口的氣流速度，旋風除塵器的（de）離心力就愈大。而旋風除塵器的進口氣（qì）量（liàng）為：Q=3600 AVT
式中（zhōng）：Q——旋風除塵器的進（jìn）口氣量，m3/h；
A——旋風除塵器的進口（kǒu）截麵積，m2。
所以，在結構固定（R不變，A不（bú）變）、粉塵相同（m穩定）的情況下（xià），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（shì）由（yóu）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（sù）度，使粉塵受到的離心力增加，有利於提高其除塵效率，同時，也可提高處理含塵風量。但進風口氣流速度（dù）提高，徑向（xiàng）和軸向速（sù）度（dù）也隨之增（zēng）大，紊流（liú）的影響增大。對每一種特定的粉塵旋風除塵器（qì）都有（yǒu）一個臨界（jiè）進（jìn）風口氣流速度，當超（chāo）過這個風（fēng）速後，紊流的影響比分離作用增（zēng）加更快，使部分已分離的粉塵重新被帶走，影響（xiǎng）除塵效（xiào）果（guǒ）。另（lìng）外，進（jìn）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（zōng）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製在12~20m/s之間（jiān），好不超過25m/s，一般選14m/s為宜。
3.2.2 粉塵的狀況
粉塵顆粒大小是影（yǐng）響出口濃度的關（guān）鍵因素。處於旋（xuán）風除塵器外旋流的粉塵，在徑向同時受（shòu）到兩（liǎng）種力（lì）的作用，一是由（yóu）旋轉氣流的切向速度所（suǒ）產生的離心力，使粉塵受到向外的推移作用；另（lìng）一個是由旋轉氣流的徑向速度所產生的向（xiàng）心力，使粉塵受到向內（nèi）的推移作用。在內、外旋流的交界麵上，如果切向速度產生的離心（xīn）力大於（yú）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（bì）移動（dòng），從而被分離出來；如果切向速度產生的離心力大於徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入（rù）內旋流，好後經排風管排出。如果切（qiē）向速度產生的離心力等於徑向速度產生的向心力，即作用在粉塵顆粒上的外（wài）力等於零，從理論上（shàng）講，粉塵應在交（jiāo）界麵上不停地旋轉。實際上由於氣流處於紊流狀態及各種隨機因素的（de）影響，處於這種狀態的粉塵有50%的可能進入內旋流（liú），有50%的可（kě）能向（xiàng）外壁移動，除塵效率應為50%。此時分離的臨界粉塵顆粒稱（chēng）為分割粒徑。這時，內（nèi）、外旋流的交界麵就像一張孔（kǒng）徑為分割（gē）粒徑的篩（shāi）網，大於分割粒徑的粉（fěn）塵被篩網截留並捕集下來，小於分割粒徑的粉塵，則通過篩網（wǎng）人排（pái）風管中排出。旋（xuán）風除（chú）塵器捕集下來的粉塵粒徑愈小，該除塵（chén）器的除塵效率愈高。離心力（lì）的大小與（yǔ）粉塵（chén）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（jìng）向速度和排風管的直徑愈（yù）小時，除塵效果愈（yù）好。氣體（tǐ）中的灰分濃度也是影響出（chū）口濃（nóng）度的關鍵因素。粉塵濃度增（zēng）大時，粉塵易於凝聚，使較小的塵粒凝聚在一起而被（bèi）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（bèi）分離。但由於除（chú）塵器內（nèi）向下（xià）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（bì）旋轉向上到（dào）達頂部後，沿排氣管外壁（bì）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：η=（1-So/Si）×100%
式中：η——除塵效率；
So——出口處的粉（fěn）塵流出量，kg/h；
Si——進口處的粉塵流入量，kg/h。
因為旋風除塵器的除塵效率（lǜ）不（bú）可能為100%，當進口粉塵流入量增加後，除塵效率雖有（yǒu）提高，排風管排出粉塵的絕對量（liàng）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（chuàn）聯使用的多級除塵方式，達到減少排放的目（mù）的。
3.2.3 運行的（de）影響
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。含塵氣體進入旋風除塵（chén）器後，沿外壁（bì）自上而下作螺旋形旋轉運動，這股（gǔ）向下旋轉的氣流到達錐體底部後，轉而向上，沿軸心向上旋轉。旋風除塵（chén）器內（nèi）的壓（yā）力分布，是軸向各斷麵的壓力變化較小，徑向的壓（yā）力（lì）變化較大（主要指靜壓），這是由氣流的軸（zhóu）向速度和徑（jìng）向速度的（de）分布決定的。氣流在筒內作圓周運動，外側的壓力高於內側，而在外壁附近靜壓高，軸（zhóu）心處靜壓低。即（jí）使旋風除塵（chén）器在正壓下（xià）運動，軸心處（chù）也為負壓，且一直延伸到排灰口（kǒu）處的負壓好，稍不嚴密，就會產生較大的漏風，已沉集下來的粉塵（chén）勢必被上升氣流帶出排（pái）氣管。所以，要使除塵效率達到設計要求，就（jiù）要保（bǎo）證排灰口的嚴密性，並在保證排灰口（kǒu）的嚴密性的情況（kuàng）下，及時清除除塵器錐體（tǐ）底部的粉塵，若不能連續及時地排出，高濃度粉（fěn）塵就會在底部流轉，導（dǎo）致錐體過度（dù）磨損。
4 除塵器結構改進
在（zài）旋風除塵器的眾多性能指標中，壓力損失和分離效率是好為重要的（de）參數，其症結是（shì）消除（chú）“上灰環”。解（jiě）決上灰環（huán）問題的方法之（zhī）一是通過（guò）設置灰塵隔離室，即（jí）采用旁路式旋風除塵器（qì），它主（zhǔ）要（yào）是（shì）在普通旋風除（chú）塵器的基（jī）礎上增加一個螺旋形的旁（páng）路分離室，在除塵器頂部（bù）形成的上（shàng）渦旋粉塵環，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為（wéi）能起粉（fěn）塵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（dǎo）向葉片、改變氣（qì）流進口形狀等措施來（lái）消除上灰（huī）環。為了（le）解決邊壁處（chù）的二次揚（yáng）塵問題，可（kě）采用環縫氣墊耐磨旋風除塵器，它是在普通旋風除塵器內（nèi）側設置環縫（féng）套圈，粉塵在旋（xuán）轉氣流作用下向邊壁靠近，然後利（lì）用靠近邊壁處的下行氣流將粉塵融入環縫，由於環縫的存在，不僅要以減少二次揚塵，而且（qiě）使（shǐ）高速旋轉（zhuǎn）的上、下灰環消失，提高除塵效率。但這些（xiē）方法實際（jì）使用效（xiào）果（guǒ）並不是（shì）十分理想（xiǎng）。現在提出一種新的改進方法使旋風除塵器的分離性能得到極大提（tí）高。改進後的新型（xíng）旋風除塵器結構見圖3。
這種新（xīn）型旋風除塵器在結構相主要改進如下：①進口管下斜5o-10o，使氣流在旋轉的同時保證了向下（xià）的旋轉。並且下（xià）傾角確保（bǎo）了塵粒反（fǎn）彈時絕對折射朝下。向下旋轉，引起除塵器頂部倒空（kōng）形成上渦旋氣流產（chǎn）生頂部灰環，灰環沿著排氣管道外表麵旋轉向下時，會在排風管入（rù）口（kǒu）處與已淨化廢氣的上旋氣流混合（hé），而後經排（pái）風管排出除塵器。②進口管采用180o的半圈螺進筒後才旋轉，而改進型則（zé）是確保塵氣調整旋（xuán）轉起來後才（cái）進筒。③進口螺旋（xuán）道截麵遞減，增大了氣（qì）流旋轉起來後離心力。含粉塵的氣體在螺旋道中實現1.4倍加速。提高了塵粒的慣性，降低（dī）了塵粒沉降的時間。④錐體長度加（jiā）長並采用200小錐角，增加了氣流在分離器中的停留時間，有（yǒu）利於小顆粒（lì）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（xiào）率（lǜ）得以提高。⑤除塵器下設緩衝料鬥，有效改善廢氣（qì）在筒體內（nèi）的流動（dòng）工況，減少了灰鬥的反混現象（xiàng）和下灰環可能（néng）產生的二次揚（yáng）塵。⑥出風管增長，直到螺旋軌道的底部，防止了內側部（bù）分塵粒裹進出風管。⑦進口、加速段、出口的截麵積之比擴大為1：0.7：2，即出口網（wǎng）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（xíng）除塵器粒子的（de）離心力（lì）比在傳統型除塵器中的（de）離心力（lì）增大了1.4倍以上。而出口處，負壓對粒（lì）子的吸力比（bǐ）傳統型約（yuē）小了（le）1/4。因此（cǐ），氣流（liú）進筒後，塵粒因慣性（xìng）大，使得（dé）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。出風網速降低，也使得部分細小的顆粒能擺脫上升（shēng）氣（qì）流的吸力而有機會沉（chén）降下來，從而使其分享。
5 小結
如何提高旋（xuán）風除塵器效率是當前飼料行業需要解決（jué）的一個重要課題。研究（jiū）和分析影響旋風（fēng）除塵器除塵效率的因素，是設（shè）計、選（xuǎn）用、管理（lǐ）和維護旋（xuán）風除塵器的前提，也是探求提高旋風除塵（chén）器除塵效率途徑的必由（yóu）之路。由於旋風（fēng）除塵器內氣流速度及粉塵微粒的運動等都較為複雜，影響其除塵效率的因素較多，需要我們進行全麵分（fèn）析，綜合考（kǎo）慮，尋求好優設計方案和運行管理方法。當前，旋（xuán）風除塵器仍以其（qí）結構簡單、體積小、製造維（wéi）修方便、除（chú）塵（chén）效率較（jiào）為理想（xiǎng）等優點，成為目前（qián）飼料企業主要除塵設備之（zhī）一。隨著旋風除（chú）塵器認識的進一步的深（shēn）入和完善，它必將在飼料行業除塵中發揮更大的作用。
