旋风除尘器在粮食加工作业中的运用及结构设计研究

◎王长兴

引 言

旋风除尘器是一种控制空气颗粒状污染物排放的常见设备， 在许多粮食加工生产场所如粮食清选烘干、 种子生产储存、 饲料加工等厂院中广泛应用。 旋风除尘器的内部结构没有运动和易损的部件， 运行成本和故障率低， 对在粮食生产中产生的灰尘有着明显的作用。 该除尘设备是一种干式除尘装置， 它适用于捕集空气中的5-10μm的颗粒状污染物。 一般旋风式除尘器的工作原理是当含尘气体通过风机的做功， 在除尘器壳体内作旋转方向运动， 在离心力和摩擦力的作用下， 使灰尘从含沉气流中分离出来， 并且集中堆积于壳体壁上， 在自身重力的作用下使灰尘落入除尘器底部。 该旋风除尘器在原基础上增加百叶板， 内胆整体镶入箱体中， 安装百叶挡板， 百叶挡板在气体流动方向成环形排列。 在含沉气体经过常规的处理后由排风管排出过程中，气体中未被处理的细小尘粒再与百叶挡板发生碰撞， 在重力与摩擦力的作用下落入沉降室。 在同等工作情况下， 该结构具有紧密、 节省空间、 除尘效率高等优点。 本文通过对该旋风除尘器各个组成部分的分析优化， 为读者提供参考价值。

一、 旋风除尘器的优缺点

（一） 旋风除尘器的忧点

旋风除尘器的内部结构没有运动和易损的部件， 运行成本和故障率低， 利用自身的结构特点来达到实际的除尘效果。 其制造、 安装、 操作和后期维护方便简单。

旋风除尘器是一种干式除尘器。 基于其工作状态， 有利于回收一些有价值的粉尘， 灰尘在自身重力的作用下集中堆积在除尘器底部， 经过排灰阀排出至灰尘收集箱， 将灰尘集中收集方便处理。

旋风除尘器在处理大风量时便于多台并联使用， 在运行状态下， 旋风除尘器的处理流程主要是在进气口以高切向速度通入气流 （含粉尘）， 通常高切向速度在12-25 m·s， 轴向进入式的气流比较均匀。 效率阻力不受影响，提升除尘效率。

旋风除尘器考虑到制造成本， 整体由碳素板制成， 可以耐400度以上的高温， 在特殊工况下， 如采用特殊的耐高温材料， 还可以耐受更高的温度， 满足使用需要。

（二） 旋风除尘器的缺点

当含尘气体从除尘器顶部螺旋线进口切向进入除尘器壳体时， 灰尘在离心力的作用下被甩向壳体内壁， 在重力和摩擦力的作用下落入除尘器底部。 在实际除尘作业中， 根据粉尘的物理性质， 粉尘的颗粒小于5μm， 具有湿度和粘性的粉尘不易被分离出来， 达不到除尘效果。

气体通过风机的做功， 在除尘器壳体内作旋转方向运动， 在离心力和摩擦力的作用下， 使灰尘从含沉气流中分离出来， 并且集中堆积于壳体壁上， 增加壳体的磨损。

二、 旋风除尘器的工作原理和结构设计

（一） 旋风除尘器的工作原理

旋风除尘器是由进气管、 排气管、 除尘室、百叶内胆、 灰斗和排灰阀组成。 （组成部分如图1所示）结构简洁，便于制造、 安装和后期维护管理， 设备的投资和实际操作费用都较低， 所以被广泛用于粮食加工生产中。 在除尘器工作时， 含尘气流以约为12-25 m·s的速度， 同时在除尘器顶部沿螺旋线切向方向进入除尘器筒体 （含沉气流动方向如图2） 作用在灰尘粒子上的离心力是重力的5-2500倍，所以旋风除尘器的效率高于普通重力沉降室。 在除尘器中， 旋风除尘器是很有效率的一种。 它适用于去除5μm-10μm的粒子。 该旋风除尘器的结构相较于一般旋风除尘器增加了百叶内胆， 使气体中未被常规处理的尘粒再与百叶挡板发生碰撞， 提高除尘效率。

（二） 除尘器各部分的结构设计

在旋风除尘器中， 主要依靠进气管实现气流的旋转流动， 进气管连接风机与除尘器壳体， 含尘气体由风机做功通过进气管进入除尘器内。 旋风除尘器普遍采用切向进气口， 对于蜗壳进气口而言， 通常渐开线角度会设置成45°、120°、 180°或者270°。 旋风除尘器运行效率同进口面积、 风量关系密切， 进口面积小于筒体断面，则通入旋风除尘器的气流切线速度较大， 能够更好的处理粉尘， 还要保障进气管风速比风管风速要大。 一般都会运用截面比较高的进气口， 使宽高比处于0.3-1.0。

出气管的作用是排出经过处理的气体， 气流通过旋风除尘器后， 经过旋转达到锥底时， 会向上运动形成内旋流， 并从排气管顺利排出。 通道高度、 截面积的差异会直接影响排气受到的阻力大小进而影响除尘效果。在排气管直径和圆筒体直径之比为0.33-0.4的情况下， 除尘效果最佳。 考虑到含尘气体所受到的阻力会影响到除尘器的效率， 通常设计旋风除尘器的排气管时， 会将排气管的直径、 圆筒体直径之比设置为0.5。 排风管在壳体中的最底面低于进气口的最低面， 增加含沉气流在除尘器中的运动时间。

图1 旋风除尘器的组成部分

图2 含尘气体在壳体内的运动方向

当含尘气体进入到该除尘器后， 灰尘随着空气在壳体内旋转流动， 颗粒大，比重沉的粉尘颗粒， 在重力和摩擦力的作用下沉降下来， 落入沉降室， 颗粒小， 比重轻的粉尘气体由排风口排出过程中， 灰尘与百叶挡板发生碰撞， 灰尘被阻留， 在自身重力和摩擦力的作用下落入灰斗中， 使含尘气体得到净化。含尘气体在壳体中呈现内旋流， 结合此运动特性， 安装百叶挡板， 百叶挡板为半弧形， 在气体流动方向成环形有序排列， 其角度与进气口轴向方向成60-90°百叶板的截面积与内胆截面积之比0.15-0.25。

旋风除尘器在持续风力积累的作用下壳体内出现上灰环， 会导致粉尘进入内漩涡影响除尘效率。 在消除气流干扰性的过程中， 经常会运用蜗壳形式的壳体设计， 降低除尘阻力，从而提升处理风量。 工作时进入到除尘器壳体内的含尘气体旋转流向为从上到下。 运动到锥体下方以后， 受到结构的影响， 发生反方向运动从排气管排出。 灰尘在重力的作用下落入灰斗底部， 除尘室成圆柱体， 圆柱体的高度应高于进气口的高度。 以型号为4-72-4.0的功率5.5Kw， 流量为4012-7419m·h离心风机为例， 其除尘室的直径为1.6m,高度为1.5m。

旋风除尘器的灰斗大多设计成圆锥体， 因为圆锥体的主要功能为转变主气流的流动方向由上到下， 使含沉气体在壳体中更好的做螺旋线运动， 锥体的角度应该大于60°便于向排灰口推送粉尘。 锥体的长度越长除尘效率越高， 考虑到实际生产和应用， 锥底长度为除尘器圆柱体高度的2-2.5倍最为适宜。

排灰阀是一种排出灰尘的装置，具有多种形式， 使用原则是安全方便， 比较容易排出除尘器底部积累的灰尘。 作为除尘器的辅助结构， 排尘阀应该考虑自身的密封性。 经验表明排灰阀的漏风率大于10%时， 将严重影响除尘器的使用效率。

（三） 旋风除尘器的设计应用效果

旋风除尘器的直径越小， 含尘气流的旋转半径越小， 粉尘颗粒所受的离心力越大， 除尘效率越高，但是过于小的直径会导致含尘气体中的颗粒直接撞到除尘器的壳体， 降低除尘器的除尘效率， 一般选取除尘直径D大于800mm小于2500mm,处理较大风量时， 可选取适当的型号并联一起使用。 影响旋风除尘器除尘效率的因素有很多， 如灰尘的颗粒大小、 粘度、 进风的速度等， 常规的旋风除尘器除尘效率一般在60%到75%之间， 该旋风除尘器在一般旋风除尘器的基础上进行了优化设计， 由于增加了百叶挡板， 在同等体积的条件下增加了灰尘的碰撞面积， 使气体中未被处理的细小尘粒再与百叶挡板发生碰撞， 在重力与摩擦力的作用下落入沉降室。 在同等工况下该除尘效率明显高于一般旋风除尘器。

结 语

随着我国的粮食加工机械化水平的提高， 迎合新时代发展趋势， 关乎操作人员健康的工作环境越来越受到重视。 本文结合实际的粮食生产需要， 通过科学选取， 确保设计的除尘设备符合设计要求，明确除尘器各个部分的结构， 结合相关计算打造性能较优、 满足标准、 方便后期维护的旋风除尘器，满足实际使用要求。 旋风除尘器以其自身结构简单、 处理灰尘方便， 可并联、 耐高温等优点， 在粮食加工生产中有着广泛的应用发展前景。