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旋風（fēng）除（chú）塵器是利用含塵氣流作旋轉運（yùn）動產生的離心力，將塵粒從氣體中（zhōng）分離並捕集下來（lái）的裝置。旋風除塵器與其它除塵器相比，具有結構簡單、沒有運動部件、造價便宜、除塵效率較高、維護管理方便以及適用麵寬的特點，對於收集5~10μm以上的塵粒，其（qí）除塵效率可（kě）達90%左右。廣泛（fàn）用於工（gōng）業（yè）爐窯煙（yān）氣除塵和工廠通風除塵，工業氣力輸送（sòng）係統氣固兩相分離與物料氣力烘幹回收等。旋（xuán）風除塵（chén）器除可以作為高濃度（dù）除塵係統的預除（chú）塵器，能與其它類型高效除（chú）塵器串聯使用，在飼料行業（yè）也得到了廣泛的應用，如原料（liào）粉碎、冷卻等生產（chǎn）的除塵。然而，許多飼料企業（yè）的旋風除塵器運行效率並不高，排（pái）放指標未達到設（shè）計要求（qiú），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（yào）的現實意（yì）義。
1 結構與原理
旋風除塵（chén）器按氣流進入方式分為切流轉式、軸（zhóu）流反轉（zhuǎn）式、直流式等。飼料行業除塵器所使用的主要是切（qiē）流反轉式。其（qí）工（gōng）作原理為：含塵氣體通過進（jìn）口起旋器（qì）產生旋轉氣（qì）流，進入（rù）旋風除塵器後，沿外壁自上而（ér）下作螺旋形旋轉運動（dòng），這股向下旋轉的氣（qì）流到達錐體底（dǐ）部後，轉而向上，沿軸心向上旋轉，其結構見圖1。氣流作旋轉運動（dòng）時，塵粒在慣性離心（xīn）力的作用下移向外壁，在氣流和重力共同作用下沿壁麵落入灰鬥，去除了粉（fěn）塵（chén）的氣體匯向軸心區域由排氣芯管排出。
旋風除塵器的性能通常以其處（chù）理量（liàng）、效率、阻力降（jiàng）3個主要（yào）技術指標來表示。處理量係指（zhǐ）除塵器裝置在單位時間內所能處理的含塵氣體量，它取（qǔ）決於裝置的型式（shì）和結構尺寸；效率是除塵裝置除去（qù）的粉塵量與未經除（chú）塵前含塵氣（qì）體中所含粉塵（chén）量的百分比；阻力降有時稱壓力降，它代表含（hán）塵氣體經過除塵（chén）裝置所消耗能量大小的一個主要指標，壓力損失大（dà）的除塵裝置，在工作時能量消耗（hào）就大，運轉費（fèi）用高。
2 流體流動狀態
旋風除塵器的氣流是由切向、徑向及軸向構成的複雜紊流狀態（見圖2）。①切向（xiàng）速度（dù）：切向速度在內、外（wài）旋流（liú）中方向一致朝外。切向速度（dù）在內旋流中（zhōng）隨筒體半徑的減小而減（jiǎn）小，在外旋流中隨筒體半徑的減小而（ér）增加，在內、外旋流的交界麵（miàn）處達到好（hǎo）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（shēng）由內向外（wài）的離心沉降速度，從而把粉塵顆粒推（tuī）到圓筒壁而被分離。②徑向速度：徑向速度在內旋流中方向朝外，在外旋（xuán）流中方向朝內，在內、外旋流的交界麵處形成一個假想的圓柱麵。徑向分速度使得粉塵顆粒在半（bàn）徑方向由外向內推到中心部渦（wō）核而隨上升氣流排離旋風除塵器，形成了旋風分離器的主流，使得旋風除塵器中氣、固相（xiàng）物質的較好的分離。徑向分速度的存在也導致了內旋氣流在上（shàng）長過程中（zhōng）流動狀態的極度混亂，湍（tuān）動（dòng）劇烈形成大量旋渦，把（bǎ）在沉降段（圓筒部分）已與氣體分離（lí）的塵粒重新又攪拌起來，造成部分塵粒被氣體一起排離旋風除塵器的二次揚塵現象，形成了旋風分離器的次流，結（jié）果使旋風分離器效率下降。旋風（fēng）器的邊壁處和錐體氣旋的交換處是二次揚塵的主要區域（yù）。③軸向速度：軸向速度在筒體外（wài）壁附近方向（xiàng）朝（cháo）下，靠近軸心部分方（fāng）向朝上，且（qiě）在軸心底部速度好。當氣流（liú）由錐筒體詢（xún）問反轉（zhuǎn）上升時，軸向速度會（huì）將已除（chú）下的粉塵重新帶走，形成（chéng）返混現象，影（yǐng）響除塵（chén）效（xiào）率。
此外，由於軸向（xiàng）分速度和徑向分速度的存在，使得旋風（fēng）除塵器在工作時經常形成上灰環和下灰環，其中灰環對於粉（fěn）塵顆粒捕集分離有一定的作用，而上灰環的存在使得（dé）原來已被捕集（jí）分離有（yǒu）一定的作用，而上灰環的存在使得原來已（yǐ）被捕集（jí）分離有（yǒu）一定的作用，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（shàng）移（yí）動，然後沿頂蓋向內移動，又沿內（nèi）筒的外壁向下（xià）移，好後短路而排離旋風器，降低除塵效率。由此可見，克服分離器（qì）分離（lí）效（xiào）果不好的辦法，必須從三方（fāng）麵著手，一是消除“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（fú）塵粒在分離段的負沉（chén）降運動（徑向運（yùn）動（dòng））。
3 影響除塵效果的因素（sù）
3.1 除塵器（qì）結構尺寸對（duì）其性能的影響
旋風除塵（chén）器的（de）各個部件都有一定的尺寸比例，每（měi）一個比（bǐ）例關係的變（biàn）動，都能（néng）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（cùn）、排氣管（guǎn）直徑為主要影響因素。它們的（de）變化對除塵（chén）器性能的影響關係見表1。在使（shǐ）用時應注意，表1中所示的尺寸隻能在一定範圍內進行調整，當超過某一（yī）界限（xiàn）時，有利因素（sù）也能轉化為不利因素。另外，有（yǒu）的因素對於提高（gāo）除塵效率有利，但卻會增加（jiā）壓力損失，因而對因素的調整必須兼顧。
3.1.1 進氣口
旋風除塵器的進氣口（kǒu）是形成（chéng）旋轉氣（qì）流（liú）的關鍵部件，是影響除塵效率（lǜ）和壓力損（sǔn）失（shī）的主要因素。切向進氣的進（jìn）口麵積對除塵器有（yǒu）很大的（de）影響，進氣口麵積相對於筒（tǒng）體斷麵小時，進入除塵器的氣流切線速度大，有（yǒu）利於粉塵的分離。
3.1.2 圓筒（tǒng）體直徑和高度
圓筒體直徑是構成旋風除塵器的（de）好基本尺（chǐ）寸。旋轉氣流的切向速度（dù）對粉塵產生的（de）離心力與圓筒體直徑成反比，在（zài）相同的切線速度下，筒體直徑D越小，氣流的旋轉半徑越（yuè）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（jìng），但若筒體直（zhí）徑選擇過小，器壁與（yǔ）排氣（qì）管太近，粒子又容易逃逸；筒體直徑太（tài）小還容易引起堵塞，尤其是對於粘性物料。當處理風（fēng）量較大時，因筒（tǒng）體（tǐ）直徑小處理（lǐ）含塵風量有限（xiàn），可采用幾台旋風除塵器並（bìng）聯運行的方法解決。並聯運（yùn）行處理的風量為各除塵器處理（lǐ）風量之和，阻力僅為單個（gè）除塵器在處理它所承（chéng）擔（dān）的那部分（fèn）風量的（de）阻力。但並聯使用製造（zào）比較複雜，所需（xū）材（cái）料也較多，氣體易在進口處被阻擋而增（zēng）大阻力。因此，並聯使用時台數不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高（gāo）度之和。增（zēng）加（jiā）筒（tǒng）體總高度，可增（zēng）加（jiā）氣流在除塵器內的旋轉圈數，使含塵氣流中的粉塵與氣流（liú）分（fèn）離的機會增多，但筒體總高度增（zēng）加，外旋流中向心力的徑（jìng）向速度使部分細小粉塵進入內旋流的機會也隨之增加，從（cóng）而又降低除塵效（xiào）率。筒體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為（wéi）宜，錐（zhuī）筒（tǒng）體部分，由於其半徑不斷減小，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（fèn）好。因此，在筒體總高度一定的情況（kuàng）下，適當增加（jiā）錐筒體部分的高度，有利提高除塵效率。一般圓筒體部分的（de）高度為其直徑的1.5倍，錐筒體高度為圓筒體直徑（jìng）的2.5倍時（shí），可獲得較為理想的除塵效率。
3.1.3 排（pái）風管
排風管的直徑和插入深度（dù）對旋風除（chú）塵（chén）器效率影響較大。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（de）旋轉範（fàn）圍，粉塵不易從排風（fēng）管排出；有利於提高除塵效率，但（dàn）同時出風口速度增加，阻力損（sǔn）失增大。若增（zēng）大排風（fēng）管直徑，雖阻（zǔ）力損失可明顯減小，但由於排風管與圓筒體管（guǎn）壁太（tài）近，易形成內（nèi）、外旋流“短路（lù）”現象，使外（wài）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（tǐ）直徑的0.5~0.6倍為宜。排風管插入過淺，易造（zào）成進風口含塵氣流直接進入（rù）排風管，影響除塵效率；排風和插（chā）入（rù）深度一般以略低（dī）進風口底部的位置為宜。
3.1.4 排灰口
排灰口的大小與結構（gòu）對除塵效率有直（zhí）接的影響。增（zēng）大排灰口直徑可使除（chú）塵器（qì）提高壓力除，對提高除塵效（xiào）率有利（lì），但排灰口直徑太大會導（dǎo）致粉（fěn）塵的重新揚（yáng）起。通常采用排灰口直徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操作（zuò）工藝參數
在旋風（fēng）除塵器尺寸和結構定型的情況下，其除塵效率關鍵在於運（yùn）行因素的影響。
3.2.1 流速
旋風（fēng）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（de）離心力為：F=ma
式中：F——離心（xīn）力，N；
m——粉塵的質量，kg；
a——粉塵的離心（xīn）加（jiā）速度，m/s2 。
因為，a=VT2 /R
式中：VT——塵粒的切（qiē）向速（sù）度，m/s；
R——氣流的旋轉半徑，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，增加旋風除塵器入口的氣流速度，旋風除塵器的離心力（lì）就愈大。而旋風除塵器的進口氣量（liàng）為：Q=3600 AVT
式中：Q——旋風（fēng）除塵器（qì）的進口氣量，m3/h；
A——旋風除塵器的進口截麵積，m2。
所以（yǐ），在結構固（gù）定（R不變，A不變）、粉塵相同（m穩定（dìng））的情況下，除塵器入口的氣（qì）流速度與進口氣量（liàng）成（chéng）正比，而旋風除（chú）塵器的進口氣量是由引風機（jī）的進風量決定的。
可見，提高進風口氣流速度，可增大（dà）除塵器內氣流的切向速度，使粉塵受到的離心力增加，有利於提高其（qí）除塵效率，同時，也可提高處理含塵風（fēng）量。但進風（fēng）口氣流速度（dù）提（tí）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（dìng）的粉塵旋風除塵器（qì）都有一個臨界進風口氣流速度，當超過這個風速後，紊流的影響比分離作用增加更快，使部分（fèn）已分離（lí）的粉塵重新被帶走，影響除塵效果。另外，進風口氣流增加，除（chú）塵阻（zǔ）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（de）除塵效果和經（jīng）濟性，進風口的氣流速度控製在12~20m/s之間，好不超過25m/s，一般（bān）選14m/s為宜。
3.2.2 粉塵的狀（zhuàng）況
粉塵顆粒大小是影響出（chū）口濃度的關鍵因素。處（chù）於旋風除塵器外旋流的粉塵，在徑向同時受（shòu）到兩種（zhǒng）力的作用，一是由旋（xuán）轉氣流的切向速度所產生的離（lí）心力，使粉塵受到（dào）向外的推移作用；另一個是由旋轉（zhuǎn）氣流的徑向（xiàng）速度所產生的向心力，使粉塵受到向（xiàng）內（nèi）的推移作用。在內、外旋（xuán）流的交（jiāo）界麵上，如果切向速度產生的離心力大於徑向（xiàng）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，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（xiàng）心力（lì），則粉（fěn）塵在向心力的推動下進入內旋（xuán）流，好後經排風管排出。如果（guǒ）切向速度產生的離心力等於徑向速度產生（shēng）的向心力，即作用在（zài）粉塵顆粒上的外力等於零，從（cóng）理論上講，粉塵應在交界麵（miàn）上不停地（dì）旋轉（zhuǎn）。實際上由於氣流處於紊流狀（zhuàng）態及各（gè）種隨機因素的影響，處於這種狀態的粉塵有50%的可能進（jìn）入內旋流，有50%的可能向外壁移動，除塵效率應為50%。此時分（fèn）離的臨界粉塵顆（kē）粒稱為（wéi）分割粒徑。這時，內、外旋流的交界麵就（jiù）像一張孔徑為分割粒徑的篩（shāi）網，大於分割粒徑的粉（fěn）塵被篩網（wǎng）截留並捕集下來，小於（yú）分割粒徑的粉塵，則通過（guò）篩網人排風管中排出。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（xīn）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（zhí）徑愈小時，除塵效果（guǒ）愈好。氣體中的灰分（fèn）濃度也是影（yǐng）響出口濃度的關鍵因素。粉塵濃（nóng）度增大時（shí），粉塵易於凝聚，使較小的塵粒凝（níng）聚在一起而（ér）被捕集，同時，大顆粒向器壁移動過（guò）程中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被分離。但由於除塵（chén）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（bì）旋轉向上到達頂部後，沿排氣管外壁旋轉向下由排氣管（guǎn）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（gōng）式：η=（1-So/Si）×100%
式中：η——除塵效率；
So——出口處的粉塵流（liú）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不可能為100%，當（dāng）進口粉塵（chén）流入量增加後，除塵（chén）效率雖有（yǒu）提高，排風管排出粉塵的絕對量也會大大增加。所以（yǐ），要使排放口的粉塵濃度降低，則要降低入口粉塵（chén）濃度，可采取多個旋風除塵器串聯使用的多級除塵（chén）方式，達到減少（shǎo）排放的目的（de）。
3.2.3 運行的影響
旋風除塵器下部的嚴（yán）密性是影響除塵效率的又一個重（chóng）要（yào）因素。含塵氣體進入旋風除塵器後，沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動，這股向下旋轉的（de）氣流到達錐體底（dǐ）部後，轉而向上，沿軸心向上旋轉。旋風除塵器內的壓力分布，是軸（zhóu）向（xiàng）各斷麵的壓（yā）力變化較小，徑向的壓力變化較大（主要指靜壓），這是（shì）由氣流（liú）的軸（zhóu）向速度和徑向速度的分布決定的。氣流（liú）在筒內作（zuò）圓周運動，外側的壓力高於內側（cè），而在外壁附近（jìn）靜壓高，軸心處靜壓低。即使旋風除塵器在正壓（yā）下運（yùn）動，軸心處也為負壓，且一直延伸到排灰口處的負壓好，稍不嚴密，就（jiù）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氣（qì）管。所以，要使除塵效率達到設計要（yào）求，就要保（bǎo）證排灰口（kǒu）的嚴密性，並在保證排（pái）灰口的嚴密（mì）性的情況下，及時清除除塵器錐體底部的粉塵（chén），若不能連續及時地排出（chū），高濃度粉塵就會在底部流轉，導致錐體過度磨損。
4 除塵（chén）器結構改進
在旋風除塵器的眾多性能指標中，壓力損失和分離效率（lǜ）是好為重（chóng）要的參數，其症結是消除“上灰環”。解決上灰環問題的方法之一是通過設置灰塵隔（gé）離（lí）室，即采用（yòng）旁路式旋風除塵器，它主（zhǔ）要是在普通旋風除塵器（qì）的基礎上增加（jiā）一（yī）個螺旋形的旁（páng）路分離室，在除塵器頂部形成的上渦旋粉（fěn）塵環，從旁路分離室引至錐體部分（fèn）。這樣可（kě）使導（dǎo）致除塵效率降低的二次流變為能起粉塵聚集作用的上渦旋氣流，提（tí）高除塵效（xiào）率。除此之外，還可通過添加導向（xiàng）葉片、改變氣（qì）流進口形（xíng）狀等措施來消除上灰環。為了解決邊壁（bì）處（chù）的二次揚塵問題，可采用環縫氣墊耐磨旋風除塵器，它是在普通旋風除塵器內側設（shè）置環縫（féng）套圈，粉塵在旋轉氣流作用下向（xiàng）邊壁靠近，然（rán）後利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（jǐn）要以減（jiǎn）少（shǎo）二次揚塵，而且（qiě）使高速旋轉的上、下灰環消失，提高除塵效率。但這些方法實（shí）際（jì）使用效果並不是十分（fèn）理想。現在提出一種新的改進方法使旋風除塵器的分離性（xìng）能得到極大提高。改進後的新型旋風除塵器結構見（jiàn）圖3。
這種新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（tóng）時保證了向下的旋轉。並且下傾角確保了塵粒反彈時絕對折射朝下。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，灰環沿著排（pái）氣管道（dào）外表麵旋轉向（xiàng）下時，會在排風管入口處與已淨化廢氣的上旋氣流（liú）混合，而後經排風管排出除塵器。②進口（kǒu）管采用180o的半圈螺進筒後才旋轉，而改進型則是確保塵氣調整旋轉起來後才進筒。③進口螺旋道截麵（miàn）遞減，增大了氣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（bèi）加速。提高了塵粒（lì）的慣性，降低了塵粒沉（chén）降的時間。④錐體長（zhǎng）度加（jiā）長並采用（yòng）200小錐角（jiǎo），增（zēng）加了氣流在分離器中的停留時間，有利於小顆粒的沉降完全，且使向下旋轉的（de）氣體（tǐ）平緩地轉變成折轉（zhuǎn）向上的旋轉，從而使除塵效率得以提高。⑤除塵（chén）器下設緩衝料鬥，有效改善廢（fèi）氣在筒體內的（de）流動工況，減少了灰鬥的反混現象（xiàng）和下灰環可能產生的二次揚塵。⑥出風管增長，直到螺旋軌道的底（dǐ）部，防止了內側部分塵粒裹進出風（fēng）管（guǎn）。⑦進口、加速段、出口的截麵積之比（bǐ）擴大為1：0.7：2，即（jí）出（chū）口網速是進口速度的一半；出口風速是內部加速（sù）段的1/3。改進型除塵器粒子的（de）離心力比在傳統型除塵（chén）器中的（de）離心力增大了1.4倍以上。而出（chū）口處，負壓對粒（lì）子的吸力比傳統型約（yuē）小了1/4。因此，氣流進筒後，塵粒因（yīn）慣性大，使得（dé）稍小些的顆（kē）粒在氣流在旋（xuán）風除塵器中停留時間內也能得（dé）到分離（lí）。出風網速降低，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，從而使其分享。
5 小結
如何提高旋風除塵（chén）器效率是當前飼料行（háng）業需要解決的一個重要課題。研究和分析影響旋風除塵器除塵效（xiào）率的因素，是設（shè）計、選用、管理和維護旋風除塵器的前提，也是探求提高旋風除塵器除塵效率途徑的（de）必由之（zhī）路。由於旋風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（de）因素較多，需要我們進行全麵（miàn）分析，綜合考慮，尋求好優（yōu）設計方案和（hé）運行管理方法。當前，旋風除（chú）塵器仍以其結構簡單、體積小、製造維修方（fāng）便、除塵效率較為理想等優點，成為目前飼料企業主要除塵設（shè）備之一。隨著旋風除塵器認識的進一步的深入和（hé）完善（shàn），它（tā）必將在飼料行（háng）業除塵中發（fā）揮更大的作用。
