圖8—6中,含塵氣體由圓筒形上部的切向長方形入口進入簡體,在器內形成一個繞簡體中心向下作螺旋運動的外旋流,在此過程中,顆粒在離心力的作用下,被甩向器壁與氣流分離,并沿器壁滑落至錐底排灰口,定期排放;外旋流到達器底后(已除塵)變成向上的內旋流,最終,內旋流(凈化氣)由頂部排氣管排出。
旋風分離器結構簡單造價低,沒有運動部件,操作不受溫度、壓力的限制,因而廣泛用作工業生產中的除塵分離設備。旋風分離器一般可分離5μm以上的塵粒,對5μm以下的細微顆粒分離效率較低,可在其后接袋濾器和濕法除塵器來捕集。其離心分離因數在5~2500之間。旋風分離器的缺點是氣體在器內的流動阻力較大,對器壁的磨損比較嚴重,分離效率對氣體流量的變化比較敏感,且不適合用于分離黏性的、濕含量高的粉塵及腐蝕性粉塵。
評價旋風分離器的主要指標是所能分離的最小顆粒直徑——臨界粒徑和氣體經過旋風分離器的壓降。
臨界粒徑是指理論上能夠完全被旋風分離器分離下來的最小顆粒直徑,臨界粒徑d。可用下式計算
式中dc——臨界粒徑,m;
B——進口管寬度,m;
N——氣體在旋風分離器中的旋轉圈數,對標準型旋風分離器,可取
N=5;
u——氣體做螺旋運動的切向速度,通常可取氣體在進口管中的流速,
m/s。
從式(8—5)可以看出:
①臨界粒徑隨氣速增大而減小,表明氣速增加,分離效率提高,但氣速過大會將已沉降顆粒卷起而降低分離效率,同時使流動阻力急劇上升。
②臨界粒徑隨設備尺寸的減小而減小,因旋風分離器的各部分尺寸成一定比例。尺寸越小,則月越小,從而臨界粒徑越小,分離效率越高。
氣體通過旋風分離器的壓降可用下式計算
式中,阻力系數ξ決定于旋風分離器的結構和各部分尺寸的比例,與筒體直徑大小無關,一般由經驗式計算或實驗測取。對于標準型旋風分離器,可取ξ=8。
壓降大小是評價旋風分離器性能好壞的一個重要指標。受整個工藝過程對總 壓降的限制及節能降耗的需要,氣體通過旋風分離器的壓降應盡可能低。壓降的大小除了與設備的結構有關外,主要取決于氣體的速度。氣體速度越小,壓降越低,但氣速過小,又會使分離效率降低。因而要選擇適宜的氣速以滿足對分離效率和壓降的要求。一般進口氣速在10~25m/s為宜,最高不超過35m/s,同時壓降應控制在2kPa以下。
除了前面提到的標準型旋風分離器,還有一些其他形式的旋風分離器,如CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B以及擴散式旋風分離器,其結構及主要性能可查閱有關資料。
選用旋風分離器時,一般是先確定其類型,然后根據氣體的處理量和允許壓降,選定具體型號。如果氣體處理量較大,可以采用多個旋風分離器并聯操作。
2 其他離心沉降設備
旋風分離器是分離氣態非均相物系的典型離心沉降設備,除此之外,還有分離液態非均相物系的旋液分離器、離心沉降機等,其中旋液分離器的結構和作用原理與旋風分離器相類似。