轧花厂除尘器技术要点分析

〔北京中棉工程技术有限公司，北京100052〕

一、行业状况

轧花厂籽棉、皮棉及一些下脚料等杂质均采用气力输送，其中卸料器、除尘器必不可少。除尘器主要采用金属外壳的旋风除尘器，它是利用旋转气流的惯性离心力将粉尘从空气中分离出来的干式净化原理，也称作离心除尘器或沙克龙除尘器。主要由进风口、筒体、锥体、排风管、排杂口五部分组成。其优点是结构简单、造价低、运行费用小、安全防火。对于40 μm～50 μm的粗大颗粒粉尘除尘效率可达95%～99%，对于10 μm以上的粉尘除尘效率可达90%以上。一般机采棉生产线有风机20多台，需要旋风除尘器100个左右，如图1所示。经过除尘器分离后的洁净空气可直接排到大气中，但如果设计结构和技术参数不合理，除尘效率会很低，排出的气体中仍将含有较多的粉尘，排放浓度超标，造成环境污染，如图2所示。为了科学合理的设计制作旋风除尘器，提高除尘效率，笔者结合生产实际，对旋风除尘器的关键参数进行了研究，现将轧花厂常用的下旋55型和下旋60型旋风除尘器的设计要点分析如下，供广大设备安装工程技术人员参考。

图1 旋风除尘器

二、选型

（一）下旋55型旋风除尘器

排风管直径等于筒体直径的0.55倍，即d=0.55D；筒体高度等于筒体直径的0.8倍，即h=0.8D；锥体高度等于筒体直径的2倍，总高度为2.8D；阻力系数ξ＝5.7。其特点是体积较小，比相同筒体直径和进口风速的60型除尘器处理风量小，阻力系数较大。以筒体直径D=1 200 mm为例，进口风速10 m/s～17 m/s时，处理风量5 250 m3/h～8 920 m3/h，压损35 mmH2O～101 mmH2O（即343 Pa～990 Pa）。

（二）下旋60型旋风除尘器

排风管直径等于筒体直径的0.6倍，即d=0.6D；筒体高度等于筒体直径的2.17倍，即h=2.17D；锥体高度等于筒体直径的2倍，总高度为L=4.17D；阻力系数ξ＝4.5。其特点是体积较大，比相同筒体直径和进口风速的55型除尘器处理风量大，阻力系数较小。以筒体直径D=1 200 mm为例，进口风速12 m/s～18 m/s时，处理风量7 220 m3/h～10 820 m3/h，压损40 mmH2O～89 mmH2O（即392 Pa～873 Pa）。

图2 除尘器造成环境污染

三、除尘器的串并联

（一）除尘器的串联

除尘器的串联使用，是将第一级除尘器的排风口经90°弯头后再接到第二级除尘器的进口进行二次除尘，总风量不变，总压损为两个除尘器压损之和。实践证明，两个除尘器串联使用时，由于第一级将大颗粒尘杂已清除，除尘效率较高，而第二级气流中主要是10 μm以下的细小粉尘，所以总除杂效率提高幅度与并联相比并不明显。

（二）除尘器的并联

除尘器的并联使用，是将两个以上相同规格的除尘器进风口与风机排风口并联，每个除尘器的压损基本相等，每个除尘器处理的风量是总风量的1/n，是轧花厂普遍采用的方法。

四、除尘器的数量

（一）确定数量的依据

确定除尘器类型，首先要确定筒体直径，其他参数则按一定比例关系确定，再确定处理风量。风量数据来源于排尘风机出口实际风量，根据风量计算需要并联除尘器的数量，所并联的多个除尘器设计风量应略大于风机实际排风量。同时，还要考虑进口风速和除尘器的压损，基本原则是筒体直径不宜过大，进口风速不宜太低。在相同进口风速时，筒体直径小，尘粒所受的离心力大，因为离心力的大小与角速度的平方成正比（F=mω2r），提高进口风速也可增大内旋流的角速度，从而增加尘粒的惯性离心力，但提高进口风速则除尘器压损会明显增大，因为压损与速度的平方成正比。研究发现，生产实际中有的除尘器除尘效率较低，主要与筒体直径过大、进口风速偏低有关。相同类型的除尘器应用于不同的行业有不同的要求，有的用于卸料又怕颗粒破碎，所以进口风速控制得很低，但轧花厂是用于除尘，粉尘浓度很高、粒径较大、空气流量大，在风机全压允许的范围内可以适当提高进口风速、控制筒体直径。对于本文所述类型的除尘器，进口风速可设定在12 m/s～20 m/s，风量较小时筒体直径800 mm～1 000 mm，风量较大时筒体直径1 000 mm～1 200 mm。由于55型阻力系数较60型大，因此，相同筒体直径、相同风量时55型进口风速应略高于60型。

（二）数量计算列举

轧花厂籽棉气力输中普遍使用的高压离心风机 5-29-11№8.5C，n=2 450 r/min，P=45 kW，风量12 250 m3/h～15 590 m3/h，全压7 500 Pa～6 178 Pa）。按籽棉输送量8 500 kg/h，籽棉输送管道（φ=360 mm，L=60 m）、4个弯头、经重杂物分离器、卸料器、排尘管道（φ=500 m，L=40 m）计算、变径管等，管道沿程阻力和局部阻力之和5 634 Pa，实测风机进口风量15 742 m3/h。为此，风机出口可并联多个除尘器。如果选择3个筒体直径D=1 000 mm的下旋55型除尘器并联，进口风速14.4 m/s，压损73 mmH2O（712 Pa），如果选择3个筒体直径D=1 000 mm的下旋60型除尘器并联，进口风速12.6 m/s，压损44 mmH2O（431 Pa）。

五、进口截面积

确定了筒体直径就已经确定了进口截面积，可根据实际风量计算进口风速和除尘器压损。下旋55型进风口高C=0.45 D，进风口宽b=0.225 D，进风口截面积A=C×b=0.10 125 D2；下旋60型进风口高C=0.58 D，进风口宽b=0.2 D，进风口截面积A=C×b=0.116 D2。

六、内筒长度

气流旋转时，一部分气流会带着细小尘粒沿外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排风管外壁旋转向下，由排风管排出，这股旋转气流称为上涡旋。内筒长度就是排风管插入筒体的深度，过短或过长各有利弊，与上涡旋二次分离细杂效率密切相关，也与阻力大小、总除尘效率有关。一般要求内筒下端低于进风口高度下边缘。下旋55型内筒长度可为0.6 D～0.65 D，下旋60型可为0.7 D～0.75 D。

七、半锥角和下排杂口直径

半锥角不宜过大，否则影响杂质顺利滑落，一般选择13°～15°。下排杂口直径一般在100 mm～200 mm。当然，这些尺寸与锥体的高度有关，可视具体情况确定。

八、阻力计算

旋风除尘器的阻力按公式（1）计算，其中ξ为阻力系数，55型按5.7，60型按4.5，也可按公式（2）计算。

式中：ξ—除尘器的局部阻力系数；

K—系数，20～40，一般取30；

A—除尘器进口截面积，m2；

Dp—排风管直径，m；

h—直筒高，m；

h1—锥筒高，m。

九、底部密封问题

旋风除尘器的压力分布是由外壁向中心逐渐降低的。由于内涡旋气流高速向上旋转，尽管除尘器在正压下运行，其底部仍有较高的负压，尘粒是靠重力沿锥体内壁滑下的，因此，除尘器底部必须保持密封。如果底部漏气，就会有大量空气从底部渗入，形成一股上升气流，把已分离下来的粉尘重新带走。据资料介绍，漏风1%，除尘器效率降低5%～10%；漏风5%，除尘器效率降低50%；漏风10%～15%，则除尘效率接近于零。轧花厂除尘器下端一般直接安装在排杂绞龙外壳上，所以绞龙上盖板及除尘器排杂口对接处必须严格密封。

十、结论

旋风除尘器的设计、制作与安装，要理论与实际相结合，既要准确掌握排尘风机的实际排风量，又要全面掌握旋风除尘器的工作原理、阻力系数和阻力计算，同时还要了解本行业粉尘特性，合理选择除尘器的类型。☆