旋風除塵器是利（lì）用含塵氣流作旋轉運動產生的離心力（lì），將塵粒從氣體中分離並捕集下來的裝置（zhì）。旋風除（chú）塵器與其它除塵器相比，具有結構簡單（dān）、沒有運動部件、造價便宜、除塵效率（lǜ）較高、維護管理方便以（yǐ）及適（shì）用麵（miàn）寬的特點，對於收集5~10μm以（yǐ）上的塵粒，其除塵效率可達90%左右。廣泛用於工業爐窯煙氣除塵和工廠通風除塵，工業氣力輸送係統氣固兩相（xiàng）分離與物料氣力烘幹回收等。旋（xuán）風除塵（chén）器除可以作為（wéi）高濃度（dù）除塵係統的預除塵器，能與其它類型高效除塵器（qì）串聯使用，在飼料行業也得到了廣泛的應用（yòng），如原料粉碎、冷卻等生產的除塵。然而，許多（duō）飼（sì）料企業的旋（xuán）風除塵器運行效率並不（bú）高，排放指標未達到設（shè）計要求，研究（jiū）和探討旋風除塵器效率影響（xiǎng）因素，對提（tí）高其除（chú）塵效率具有重要（yào）的現實意義。
1 結構與原理
旋風除塵器（qì）按氣流進入方式（shì）分為切流轉式、軸流反轉式、直流式等。飼料行業除塵器（qì）所使用的主要是切流反轉式。其工作原理為：含塵氣體通過進口（kǒu）起旋器產生旋轉氣流，進入（rù）旋風除（chú）塵器後，沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動，這股向下旋轉的氣流到（dào）達錐體底部（bù）後，轉而向上，沿軸心向上旋轉，其結構見圖1。氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性（xìng）離心力的作（zuò）用下移向外壁，在氣流和重力共同作用下沿壁麵（miàn）落入灰鬥，去除了粉（fěn）塵的氣體匯向（xiàng）軸（zhóu）心區域由（yóu）排氣芯（xīn）管排出。
旋風除塵器的（de）性能通常以其（qí）處理量、效（xiào）率、阻力降3個主要技術指標來表示。處理（lǐ）量係指除（chú）塵器裝置（zhì）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寸；效率是除塵裝置除去的（de）粉塵量與未經除塵（chén）前含塵氣體中所含（hán）粉塵量的百分比；阻力降有時稱壓力降，它代表含塵氣體經過除塵裝置所消耗（hào）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，運轉費用高。
2 流體流動（dòng）狀態
旋風除塵器的氣（qì）流是由切向、徑向及軸向構成的複雜紊流狀態（見圖2）。①切向速度：切向速度在內、外旋流中方向一致朝（cháo）外。切向速度（dù）在內（nèi）旋流（liú）中隨筒體半（bàn）徑（jìng）的減小而減小，在外旋流中隨筒體半徑（jìng）的減小而（ér）增加，在內、外旋流的交界麵（miàn）處達到好值。切向（xiàng）分速（sù）度使（shǐ）粉塵顆（kē）粒在徑向方向加速度的作（zuò）用下產生由內向外的離心沉降速度，從而把粉塵顆粒推到圓筒壁而被分離。②徑向速度：徑向速度在內旋流中方向朝外，在外旋流中方向朝內，在內（nèi）、外旋流的（de）交界（jiè）麵處形成一個假想的圓（yuán）柱麵。徑向分速（sù）度使得粉塵顆粒在半徑方向由外向內推到中心部（bù）渦核（hé）而隨上升氣流排離旋（xuán）風除塵（chén）器，形成了旋風分離器的主流，使得（dé）旋風除塵器中氣、固相物質的較好的分離。徑向分速度的存在也導（dǎo）致了內旋氣流在（zài）上長過程中（zhōng）流動狀態的極度混亂，湍動劇烈形成大量旋渦，把在沉（chén）降段（圓筒部分）已與（yǔ）氣體分離（lí）的塵粒重新又攪拌起來（lái），造成部分塵粒被氣體一起排離旋風除塵器的二次揚塵（chén）現象，形（xíng）成了旋（xuán）風分離器的次流，結果使旋風分離器效率下降。旋風器的邊壁處和錐體氣（qì）旋的交換處是二次揚塵的主要區域。③軸向速度（dù）：軸向速度在筒體外壁附近方向朝（cháo）下，靠（kào）近軸心部分方向朝上（shàng），且在軸（zhóu）心底部速度好。當氣流由錐筒（tǒng）體詢問反轉上升（shēng）時，軸（zhóu）向速度會將已除下的粉塵重新帶走，形成返混現象，影響除塵效率。
此外，由於軸向分速度和徑向分速度的存在，使得旋（xuán）風除塵器在工作時經常（cháng）形成上灰環和下灰環，其中（zhōng）灰環對（duì）於粉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（bǔ）集分離有一定的（de）作用，而上灰環的存在使得原來已（yǐ）被捕集分（fèn）離（lí）有（yǒu）一（yī）定的作用，而上灰環的存在使得原來已被捕（bǔ）集分離在圓柱體邊壁的粉（fěn）塵先沿（yán）外筒壁向上移動，然後（hòu）沿頂（dǐng）蓋向內移動，又沿（yán）內筒（tǒng）的外壁向下移，好後短路而排離旋風器，降低除塵效率。由此（cǐ）可見（jiàn），克（kè）服分離器分離效果不好的辦法，必須從（cóng）三（sān）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（jī）會；三是克服塵粒在分離段的負沉降運動（徑向運動）。
3 影響除塵效果的因（yīn）素
3.1 除塵器結構尺寸對其（qí）性能（néng）的影響
旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一（yī）個比例關係的變動，都能影響旋（xuán）風除塵器的效率和壓力（lì）損失。其中除塵器直徑、進氣（qì）口尺寸、排氣管直（zhí）徑為主要影響因素。它們的變化（huà）對除塵（chén）器性能的影響（xiǎng）關係見表1。在使用時應注意（yì），表1中所示的尺寸隻能（néng）在一（yī）定範圍（wéi）內進行調整（zhěng），當超過某一界限時，有利因素也能轉化為不（bú）利（lì）因素。另外，有的因素對於提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失（shī），因而對（duì）因素的（de）調（diào）整（zhěng）必須兼顧。
3.1.1 進氣口
旋風除塵器的進氣（qì）口是形成旋轉氣流的關鍵部件（jiàn），是（shì）影響除塵效率和壓力損失（shī）的主要因（yīn）素（sù）。切向進氣（qì）的進口麵積對除塵器有很大的影響，進氣口麵積相對於筒（tǒng）體斷麵小時，進入除塵器的（de）氣流切線速度大（dà），有利於粉塵的分離。
3.1.2 圓（yuán）筒體直徑和（hé）高度
圓筒體直徑（jìng）是構成旋風（fēng）除塵（chén）器的好基本尺寸。旋轉氣流的切向速度對粉塵產生（shēng）的離心力與圓筒（tǒng）體（tǐ）直徑（jìng）成反比，在相同的切線速度下，筒體直徑D越小，氣流的旋轉半徑越小，粒子受到的離心力越大，塵（chén）粒越容易被捕集。因此，應適（shì）當選擇較小的圓筒體直徑，但若筒體直徑（jìng）選擇過小，器壁與排氣管太近，粒子又（yòu）容易逃逸；筒體直徑太小還容易引起堵塞，尤其是對於粘性物料。當處理風量較大時，因筒體（tǐ）直徑（jìng）小（xiǎo）處理含塵風量有（yǒu）限，可采（cǎi）用（yòng）幾（jǐ）台旋風除塵器並聯運（yùn）行的方法解決。並聯運行處理（lǐ）的風量（liàng）為（wéi）各除塵器處理風量之和，阻力僅為單個除塵器在處理它所承擔的那部分（fèn）風量的阻力。但（dàn）並聯使用製造比較複雜，所（suǒ）需材（cái）料也較多，氣體（tǐ）易在進口（kǒu）處被（bèi）阻擋而增（zēng）大阻力。因此，並聯使用時台數（shù）不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體（tǐ）兩部分高度之（zhī）和。增加筒體總高度，可增加氣流在除塵（chén）器內（nèi）的旋轉圈數，使含塵氣流中的粉塵與氣流分離的機會增多，但筒（tǒng）體總高度增加，外旋流中向心力的（de）徑向速度使（shǐ）部分（fèn）細小粉塵進入內旋流的機會也隨之增加，從而又降（jiàng）低除塵（chén）效率。筒（tǒng）體（tǐ）總高度一般以4倍的（de）圓筒體直徑為（wéi）宜，錐筒體部分，由於其半徑不斷減小，氣流的切向（xiàng）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（yuán）筒體部分（fèn）好。因此，在（zài）筒體總（zǒng）高度一定的（de）情況下（xià），適當增加錐筒體部分的（de）高度，有利提高除塵效率。一般圓筒體部（bù）分的高度為其直徑的1.5倍（bèi），錐筒體高度為圓筒體直徑的2.5倍時，可獲（huò）得較為理想的除塵效率。
3.1.3 排風管
排風管（guǎn）的直（zhí）徑和插入深度對（duì）旋風除塵器效率影響較大。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（shī）增大（dà）。若增大排風管直徑，雖阻力損失可明（míng）顯減小，但由於排（pái）風管與圓筒體管壁太（tài）近，易形成內、外（wài）旋流“短路”現象，使外旋（xuán）流中部分未被清除的粉塵直接混入排風管中排出，從而（ér）降（jiàng）低除塵效率。一般認為排風管直徑為圓筒體直徑的0.5~0.6倍為宜。排風管插入過（guò）淺，易造成進（jìn）風口含塵氣流直接進入排風管（guǎn），影響除塵效率；排風和插入深度一般以略低進風口底部的位置為宜（yí）。
3.1.4 排灰口
排灰口的大小與結構對除塵效率有直接的影響。增大排灰口直徑可使除塵器提高（gāo）壓力除，對提（tí）高除（chú）塵效率有利，但排灰口（kǒu）直徑太大會導（dǎo）致粉塵的重新揚起。通常采用排灰口直徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操作工（gōng）藝（yì）參數
在旋風除塵器尺寸和結構定（dìng）型（xíng）的情況下，其除塵效率（lǜ）關鍵在於運行因素的影響。
3.2.1 流速
旋風除塵器是利（lì）用離（lí）心力來除塵（chén）的，離心力愈大，除塵效果愈好。在圓周運動（或曲（qǔ）線運動（dòng））中粉塵所受到的（de）離心力（lì）為：F=ma
式（shì）中：F——離心力，N；
m——粉塵（chén）的質量，kg；
a——粉塵的離心加速度，m/s2 。
因為，a=VT2 /R
式中：VT——塵粒的（de）切向速度，m/s；
R——氣流的旋轉半徑，m。
所以（yǐ），F=mVT2 /R
可見，在旋（xuán）風除塵器的結構固定（R不變），粉塵相同（tóng）（m穩定）的情況下，增加旋風（fēng）除塵器入口的氣流（liú）速度，旋風（fēng）除塵器的離心力就（jiù）愈大。而旋風除塵器的進口氣量為（wéi）：Q=3600 AVT
式中：Q——旋風除塵器的進口氣量，m3/h；
A——旋風除塵器的進口截麵積，m2。
所以，在結構（gòu）固定（dìng）（R不變，A不變）、粉塵相同（m穩定）的情況下，除塵器入口的氣流速度與進口（kǒu）氣量成正比，而旋風除塵器的（de）進口（kǒu）氣量是由引風機的進（jìn）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（xiàng）速度，使粉塵受到的離心力增加，有利於（yú）提高其除塵效率，同時，也可提（tí）高處理含塵風量。但進風口（kǒu）氣流速度提高，徑向和軸向速度也隨之增大（dà），紊流的影響增大。對每一種特定的粉塵旋風除塵器都有一個臨界進風口（kǒu）氣流速度（dù），當超過這個風速後，紊流的影響比分離作用增加更快，使部分已分離的粉塵重新被帶走，影響除塵效果。另外，進風口氣流增加，除塵阻（zǔ）力也會急（jí）劇上升，壓損增大，電耗增加。綜（zōng）合（hé）考慮旋風（fēng）除塵器的除塵效果和經濟（jì）性，進（jìn）風口的氣流速度（dù）控製在12~20m/s之間，好不超過25m/s，一般選14m/s為宜。
3.2.2 粉塵的狀況
粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關鍵因（yīn）素。處於（yú）旋（xuán）風除塵（chén）器外旋流的粉塵，在徑向（xiàng）同時受到兩種力的作用，一是由旋轉氣流的切向速度所產生的離心力，使粉塵受到向（xiàng）外的推（tuī）移作用；另一個（gè）是由旋轉氣流的徑向速度所產生的向心力，使粉塵受到向內的推移作用（yòng）。在內、外旋流的交界麵上，如果切向速（sù）度產生的（de）離心力大（dà）於徑（jìng）向速度產生的向（xiàng）心力（lì），則粉（fěn）塵在（zài）慣性離心力的推（tuī）動下向外（wài）壁移動，從而被分離（lí）出來；如果切向速度產生的離心力大於徑向速度產生（shēng）的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入內旋流，好後經排（pái）風管排（pái）出。如果切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力等於零，從理論上講，粉塵應在交界麵（miàn）上不停（tíng）地旋轉。實（shí）際（jì）上由於氣流處於紊流狀態及各種隨機因素的影響（xiǎng），處於這種（zhǒng）狀態（tài）的粉塵有50%的可能（néng）進入內旋流，有50%的可（kě）能向外壁移動，除塵效率應為（wéi）50%。此時（shí）分離的（de）臨界粉（fěn）塵顆粒稱為分割粒徑。這時，內、外旋流的交界麵就像一張孔徑為分割粒徑的篩網，大於（yú）分割粒（lì）徑的粉塵被篩網截留並捕集下來，小於分（fèn）割（gē）粒徑（jìng）的粉塵，則通過篩網人排風管中排出。旋風除塵器捕集下來的粉（fěn）塵粒徑愈（yù）小，該除塵器的除塵效（xiào）率愈高。離（lí）心力的大小（xiǎo）與粉塵顆粒有關，顆粒愈大，受到離心力愈大（dà）。當粉塵的粒徑和切向（xiàng）速度愈大，徑向速度和排（pái）風管的直徑愈小（xiǎo）時，除塵效果愈好（hǎo）。氣體中的灰分濃度也是影響出口濃度的關（guān）鍵因素。粉塵濃度增（zēng）大時，粉（fěn）塵易於（yú）凝（níng）聚，使（shǐ）較小的塵粒凝聚（jù）在一起而被（bèi）捕（bǔ）集，同時，大顆粒向器壁移動（dòng）過程中也會（huì）將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被分離。但由於除塵器內向下高速旋轉的氣流使（shǐ）其頂部的壓力下（xià）降，部（bù）分氣流也會挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上到（dào）達頂部後，沿排氣管外（wài）壁旋轉向下由排氣（qì）管排出，導致旋風除塵（chén）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（lǜ）；
So——出口處的粉塵流出量，kg/h；
Si——進口處的粉塵流入（rù）量，kg/h。
因為（wéi）旋風除塵器的除塵效率不可能為100%，當進口粉塵流（liú）入量增加（jiā）後，除塵效率雖有提高，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，則要降低入口粉塵濃度，可采取多個旋風除塵器串聯使用的多級除塵方式，達到（dào）減少排放（fàng）的目的。
3.2.3 運行的影（yǐng）響
旋（xuán）風除塵器下（xià）部的嚴密性（xìng）是影響除塵效率的又一個重要因素（sù）。含塵氣體進入旋風除（chú）塵器後，沿外壁自上而下作螺旋形旋轉運動，這股向下（xià）旋轉的氣流到達錐（zhuī）體（tǐ）底部（bù）後，轉而向上，沿（yán）軸心向上旋轉。旋風除塵器內的壓力分布，是軸向各斷麵的壓力變化較小，徑向的壓力變（biàn）化較大（主要指靜壓），這是由氣流的軸向速度和徑向速度的分布（bù）決定的。氣流在筒內作圓周運動，外側的壓力高於內側，而在（zài）外壁附近靜壓高，軸心處靜壓低。即使旋風除塵器（qì）在正壓下運動，軸心處也為負壓，且一直延伸到排灰口處的負（fù）壓好（hǎo），稍不（bú）嚴密，就（jiù）會產生較大的（de）漏風（fēng），已沉集下來（lái）的粉塵勢必被上升氣流帶出排氣（qì）管。所以，要使除（chú）塵效率達到設計（jì）要求，就要保證排灰口的嚴密性，並在保證排灰口的（de）嚴（yán）密性的情況下，及時清除除塵器錐體底部的粉塵，若不能連續及時地排出，高濃度粉塵就會在底部流轉，導致錐體過度（dù）磨損。
4 除塵器結構改（gǎi）進
在旋風除塵器（qì）的眾多性能指標中，壓力損失和分離效率是好（hǎo）為重（chóng）要的參數，其症結是消除“上灰環”。解決（jué）上灰環問題的方法（fǎ）之（zhī）一是通（tōng）過設置灰塵（chén）隔離室，即采用旁路式旋風除塵器，它主要（yào）是在普通（tōng）旋風除塵器的基礎上（shàng）增加一個螺旋形的旁路分（fèn）離室，在除塵器頂部形成的上渦（wō）旋粉塵環，從旁路分離室引至錐（zhuī）體部分。這（zhè）樣可使導致除（chú）塵效（xiào）率降低（dī）的二次流變為能起（qǐ）粉塵聚集作用的上渦旋氣流，提高除塵效率。除此之（zhī）外（wài），還可通（tōng）過（guò）添加導向葉片、改變氣流進（jìn）口形（xíng）狀（zhuàng）等措施（shī）來消除上（shàng）灰環。為了解決邊壁處（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）置環縫套圈（quān），粉塵在旋轉氣流作用下向邊壁靠近，然後利用靠近邊壁處的下行氣流將粉塵融（róng）入環縫，由於環縫的存在（zài），不（bú）僅要以減少二次（cì）揚塵，而且使（shǐ）高速旋轉的上、下（xià）灰環消失，提（tí）高除塵效率。但這些方（fāng）法實際（jì）使（shǐ）用（yòng）效果並不是十分理想。現在提出一種新的改進方法使旋風除塵（chén）器的分離性能得到極大提高。改進後的新型旋風除塵器結構見圖3。
這種新型旋（xuán）風除塵（chén）器在結構相主要改進（jìn）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（bìng）且（qiě）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（liú）產生頂部灰環，灰（huī）環（huán）沿著排氣（qì）管道外表麵旋轉向（xiàng）下時，會在排風管入口處與已淨化廢氣的上旋氣流混合，而後經排風（fēng）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（qì）調整旋轉起來後才（cái）進筒。③進口（kǒu）螺（luó）旋道截麵遞減，增大了氣流旋轉起來後離心力。含粉塵的（de）氣體在螺旋道中實現1.4倍加速。提高（gāo）了塵粒的慣性，降低了塵粒沉降（jiàng）的（de）時間（jiān）。④錐體長度加長並采用200小（xiǎo）錐角，增加（jiā）了氣流在分離（lí）器中的停留時間，有利於小顆粒的（de）沉降完全（quán），且（qiě）使向下旋轉的氣體平緩地轉變成折轉向上的旋轉，從而使除塵效率得以提（tí）高。⑤除塵器下設緩衝料鬥，有（yǒu）效改善廢氣在筒體內（nèi）的流動（dòng）工況，減少了灰鬥的反混現象和下（xià）灰環可能產生（shēng）的二次揚（yáng）塵。⑥出風管增長，直到螺旋軌道（dào）的底部，防（fáng）止了內側部分塵粒裹進出風管（guǎn）。⑦進口、加速段、出口的截麵積（jī）之比擴大為1：0.7：2，即出口網（wǎng）速是進口速度的（de）一半；出口風速是內部（bù）加速段的（de）1/3。改進型除塵器粒子的離心力比在傳統（tǒng）型除（chú）塵器中的離心力增大了1.4倍以上。而出口處，負壓（yā）對粒子的吸力比傳統（tǒng）型約小了1/4。因此，氣流進筒後，塵粒因慣（guàn）性大，使得稍小些的顆粒在氣流在旋風除（chú）塵器（qì）中停留時間內也能得到（dào）分離。出風網速降低，也使（shǐ）得部分細（xì）小（xiǎo）的顆粒能擺（bǎi）脫上升氣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（tí）高旋（xuán）風除塵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（xī）影響旋風除塵器除（chú）塵效率的因素，是設計、選用、管理和維護旋風除（chú）塵器的前提，也是探求提高旋風除塵器除塵（chén）效（xiào）率途（tú）徑的必（bì）由之路。由於旋（xuán）風除塵器內氣流速度及粉塵微粒的運動等都較為複雜，影響其除塵效率的因（yīn）素較多，需要我們進行全麵分析，綜合考慮，尋求好優設計方案和運行管理方法。當前，旋風除塵器仍以其結構簡單、體積小、製造維修方便、除塵效（xiào）率較為理想等優點，成為（wéi）目前飼料企（qǐ）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完（wán）善，它必將在飼（sì）料行業（yè）除塵中發（fā）揮更（gèng）大（dà）的作用。
