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旋風除塵器是利用含塵氣流作旋（xuán）轉運動產生的離心力（lì），將（jiāng）塵粒從氣體中分離並捕集下來的裝置。旋風除塵器與其它除塵器相比，具有結構簡單、沒有運動（dòng）部件、造價便宜（yí）、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，其除塵效率可達90%左右。廣泛（fàn）用於工業爐窯煙（yān）氣除塵和工廠通風除塵，工業氣力輸送係統氣固兩相分（fèn）離與（yǔ）物料氣力烘幹回收等。旋風除塵器（qì）除可以作為（wéi）高濃度除塵係統的預除塵器，能與其它類型高效除塵器串聯使用，在飼料行業也得到了廣泛的應用，如原料粉碎（suì）、冷（lěng）卻等生產的（de）除塵。然而（ér），許多飼（sì）料企（qǐ）業的旋風除塵器運行效率並不高，排放指標未達到設計要求，研究和探討旋風除塵器效率（lǜ）影響因素，對提高其除塵（chén）效率具有重要的現實意義。
1 結構與原理
旋風（fēng）除塵器按氣流（liú）進入方式分為（wéi）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（yào）是切流反轉（zhuǎn）式。其工作原理為：含塵氣體（tǐ）通過進口起旋器產生旋轉氣流，進入旋風（fēng）除塵器後，沿外壁自上而（ér）下作螺旋（xuán）形旋轉運動，這股向（xiàng）下旋轉的氣流到達錐體底部後，轉而向上，沿軸心向上旋（xuán）轉，其結構見圖1。氣流作（zuò）旋轉（zhuǎn）運動時，塵粒在慣性離心力（lì）的作用下移向外壁，在氣流和重力（lì）共同作用下沿（yán）壁麵落入灰鬥，去除了粉（fěn）塵的氣體匯向（xiàng）軸心（xīn）區域由排氣芯管排出。
旋風除塵器的性（xìng）能（néng）通常以其處理量、效率、阻力降3個主要技術指標來表示。處理量係指除塵器裝置（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粉塵量（liàng）與未經（jīng）除塵前含塵氣體中（zhōng）所含粉塵量的百分比（bǐ）；阻力降有時稱壓力降，它代表含塵氣體經過除塵裝置所消（xiāo）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（dà），運轉費用高。
2 流體流動狀態
旋風除塵器的（de）氣流是由（yóu）切向（xiàng）、徑向及軸向構成的複雜紊流（liú）狀（zhuàng）態（見圖2）。①切向速度：切向速（sù）度在內、外旋流中方（fāng）向一致朝外。切向速度（dù）在內旋流中隨筒體半徑的減小而減小，在外旋流中隨筒體半徑的減小而增加，在內、外旋（xuán）流的交界麵處達到好值。切向分速度使粉塵顆粒在（zài）徑向方向加速度的作用下產生由內向外的離心沉降速度，從而把粉塵顆粒推到（dào）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（nèi），在內、外旋流的交界（jiè）麵處形（xíng）成一個假想的圓柱麵。徑向分速度使得粉塵顆粒在半徑方向由外向內推到中心部（bù）渦核而隨上升氣流排離（lí）旋風（fēng）除塵器，形成了旋風分離器的主流（liú），使得旋風除（chú）塵器中氣、固相物質（zhì）的較好的分離。徑向分速度的（de）存在也導（dǎo）致了內旋氣流在（zài）上長過程中流動狀態的極度混亂（luàn），湍動劇烈形成大量旋渦，把（bǎ）在沉降段（圓筒部分）已與氣體分離的塵（chén）粒重新又攪拌起來，造（zào）成部分（fèn）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（xuán）風分離器（qì）的次流，結果使旋風分離器效率下降。旋風器的邊壁（bì）處和錐（zhuī）體氣旋的交（jiāo）換處（chù）是二次揚塵的主要區域。③軸向速度：軸（zhóu）向速度在筒體外壁附近方向朝下，靠近軸心部分方（fāng）向朝上（shàng），且在軸心底部速度好（hǎo）。當氣流由錐筒體詢問反轉上升時，軸向速度會將已除下的粉塵重新帶（dài）走，形成返混現象，影響除塵效率。
此外，由於軸向分速（sù）度和徑（jìng）向分速度的存在，使（shǐ）得旋風除塵器在工作時經常形成上灰環和下灰環，其中灰環對於粉塵顆粒（lì）捕集分離（lí）有一定的作用，而上灰環的存（cún）在使得原來已被捕集分離有一定的作用，而上灰環的存在使得原來已被捕集分離有一定的作（zuò）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（de）粉塵先沿外筒壁向上移動，然後沿頂（dǐng）蓋向（xiàng）內移動，又沿內筒的外壁向（xiàng）下移，好（hǎo）後短路而排離（lí）旋（xuán）風器，降低除塵效率。由此可見，克服分離器（qì）分離（lí）效果不好的（de）辦（bàn）法，必（bì）須從三方麵著手，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；三是克服塵（chén）粒（lì）在分離段的負沉降運動（dòng）（徑向運動）。
3 影響除塵（chén）效果的因素
3.1 除塵器（qì）結構尺寸對其性能（néng）的影響
旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個（gè）比例關係的變動，都能影響旋風除塵器的效率和壓力（lì）損失。其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因（yīn）素。它們的（de）變化對除塵器性（xìng）能的影響關係見表1。在使用時應注意（yì），表（biǎo）1中所示的尺寸隻（zhī）能在一定範圍內進行調整，當超過（guò）某（mǒu）一界限（xiàn）時，有利因素也能轉化為不（bú）利因素。另外，有的因素對於提高除（chú）塵（chén）效率有利，但卻會增加壓力（lì）損失，因而對因素的（de）調（diào）整必須兼（jiān）顧。
3.1.1 進氣口
旋風除塵（chén）器的進氣口（kǒu）是形成旋轉氣流的（de）關鍵部件，是影響除塵效率（lǜ）和壓力損（sǔn）失的主要（yào）因素。切（qiē）向（xiàng）進氣的進口麵（miàn）積對除（chú）塵器有很大的（de）影響，進氣口麵積相對於（yú）筒體斷（duàn）麵小時，進入除（chú）塵（chén）器的氣流切（qiē）線速度（dù）大，有利於粉塵的分離。
3.1.2 圓筒體直徑（jìng）和高度
圓筒體直徑是（shì）構成旋風除塵（chén）器的好（hǎo）基本尺寸（cùn）。旋轉氣流的切向速度對粉塵產生的離心力與圓筒體直徑成反比，在相同的切線速（sù）度下（xià），筒（tǒng）體直徑D越（yuè）小，氣流的旋轉半徑越小（xiǎo），粒子（zǐ）受到的離心力越大（dà），塵粒越容易被捕（bǔ）集（jí）。因此（cǐ），應適（shì）當選擇較小的圓筒體直徑，但（dàn）若筒體直徑選擇過（guò）小，器壁與排氣管太近，粒子又容易逃逸（yì）；筒體直（zhí）徑太小還容易引起堵塞，尤其是對於粘性物料。當處（chù）理風（fēng）量較大時，因筒體直徑小處理含塵風量有限（xiàn），可采用幾台旋風除塵器並聯運行（háng）的方法解決。並聯運行處理的（de）風量為各除塵器處理風量之和（hé），阻（zǔ）力僅為單個除塵器在處理（lǐ）它所承擔的那部（bù）分風量的（de）阻（zǔ）力。但並（bìng）聯使用製造比較複雜，所需材（cái）料也較多，氣體易在進口處被（bèi）阻擋而增（zēng）大阻力。因此，並聯使用時（shí）台數不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和（hé）錐筒體兩部分高度之和（hé）。增加筒體總高度，可增（zēng）加氣流在除塵器內的旋轉圈數，使含塵氣流中的粉塵（chén）與氣流分離（lí）的機會增多，但筒體總高度增加，外旋流中向心力的徑向速度使部分細小粉塵進（jìn）入內旋流的機會也隨之增加，從而又降低除塵效率。筒體總（zǒng）高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜（yí），錐筒體部分，由於其半徑不斷減小，氣流的（de）切（qiē）向速度不（bú）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好。因（yīn）此，在筒體總高度一定的情（qíng）況下，適當增加錐筒體部分的高度，有（yǒu）利（lì）提高除塵效率。一般圓筒體部分的高度為（wéi）其直（zhí）徑的1.5倍，錐筒體高度為圓筒（tǒng）體直徑的2.5倍（bèi）時，可獲得較為理想（xiǎng）的除塵（chén）效率。
3.1.3 排風管
排風管的直徑和插入深度（dù）對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（de）值，排風管直徑減小，可（kě）減小內旋流的（de）旋轉範圍，粉（fěn）塵不易從排風管（guǎn）排出（chū）；有利於提高除（chú）塵效率，但同時出風口速度增加，阻力損失增大。若增大排風管直徑，雖阻力（lì）損失可明顯減（jiǎn）小，但由於排風管與圓筒體管壁太近，易形成內、外旋流“短路”現象，使外旋（xuán）流中部分未（wèi）被清（qīng）除的粉塵直接混入排（pái）風管中排出，從而降低（dī）除塵效率。一般（bān）認為排風管直徑為圓筒體直（zhí）徑的0.5~0.6倍為宜。排風管插入過淺，易造成進風口含塵（chén）氣流直接進入排風管，影響除塵效率；排風和插入深度一般以（yǐ）略低進風口底部的（de）位置為宜。
3.1.4 排灰口
排灰口的大小與（yǔ）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（qì）提高壓力除，對提高除塵效率有利，但排灰口直徑太大會導致粉塵的重新揚起。通常采（cǎi）用（yòng）排灰口直徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操作工藝參數
在旋風（fēng）除塵（chén）器（qì）尺寸和結構定型的（de）情況下，其除塵效率關鍵在於運行因素的影響。
3.2.1 流（liú）速
旋風除塵器是利用離心力來除塵的，離心力愈（yù）大（dà），除塵效（xiào）果愈（yù）好。在圓周（zhōu）運動（或曲線運動（dòng））中粉塵所受到（dào）的離心力為：F=ma
式中：F——離心力，N；
m——粉塵的質量，kg；
a——粉塵的離心加速度，m/s2 。
因（yīn）為，a=VT2 /R
式中：VT——塵粒（lì）的切向速度，m/s；
R——氣流的旋（xuán）轉半徑，m。
所以，F=mVT2 /R
可見（jiàn），在旋風除塵器的結構固（gù）定（R不變），粉塵（chén）相（xiàng）同（m穩定）的情況（kuàng）下，增加旋風除塵器入口的氣流速度，旋風除塵器的離心力就愈大。而旋（xuán）風除塵器的進口氣量（liàng）為：Q=3600 AVT
式中：Q——旋風除塵器的進口氣（qì）量，m3/h；
A——旋風（fēng）除塵器（qì）的進（jìn）口（kǒu）截（jié）麵積，m2。
所以，在結構固定（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氣量成正比（bǐ），而旋風除塵器的進口氣量是（shì）由引風機的進風量決定的。
可見，提高進風口氣（qì）流速度，可（kě）增大（dà）除（chú）塵器內氣流的切向速度，使粉塵（chén）受到（dào）的離心力增加，有利（lì）於提高其除塵效（xiào）率，同時，也可提高處理含塵（chén）風量。但進風口氣流速度提高，徑向和軸向速度也隨（suí）之增大，紊流（liú）的影響增大。對每一種（zhǒng）特定（dìng）的粉塵旋風除（chú）塵器都有一個（gè）臨界進風口氣流速度，當超過這個風速後，紊流的（de）影響比分離作用增加更快，使部分已分離的粉塵重（chóng）新被帶走，影響除塵效果。另（lìng）外，進風口氣流增加，除塵阻力也會（huì）急劇上升，壓損增大，電耗增加。綜合考慮（lǜ）旋風除塵器的除塵效果和經濟性，進風口的氣流速（sù）度控製在12~20m/s之間，好不超過25m/s，一般選14m/s為（wéi）宜。
3.2.2 粉（fěn）塵的狀況
粉塵顆粒大小是影響出口濃度的關（guān）鍵因（yīn）素。處於旋風除塵器（qì）外旋流的粉塵（chén），在徑向同（tóng）時受到兩種力的作用，一是（shì）由旋轉氣流（liú）的切向速度所產生的離心力，使粉塵受到向（xiàng）外的推移作（zuò）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。在內、外旋流的交界麵上，如果切向速度產生的離心力大於徑向速度產生的向心力，則粉塵在慣性離心力的推動下向（xiàng）外壁移動，從而被分離出來；如果切向速度（dù）產生的離（lí）心力（lì）大於徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入內旋（xuán）流，好（hǎo）後經排風管排出。如果切向速度產生的離心力等於徑（jìng）向速度（dù）產生的向心力，即作用在粉（fěn）塵顆粒上的外力等於零（líng），從理論上講（jiǎng），粉塵應在交界麵上不停地旋轉。實際上由於氣流處於紊流狀態及各種隨機因素的影響，處於這種狀態的粉塵（chén）有50%的（de）可能進入內旋流，有50%的（de）可能向（xiàng）外壁移動，除塵效率應為50%。此時分離的臨界粉（fěn）塵顆粒稱為分割粒徑。這時，內、外旋流的交界麵（miàn）就像一張孔徑為分割粒徑的篩網，大於分割粒徑的粉塵被篩網（wǎng）截留並捕集下（xià）來，小（xiǎo）於分割粒徑的粉塵，則通過篩網人排風管中排出。旋風除塵器捕集下來的粉塵粒（lì）徑愈小（xiǎo），該除塵（chén）器的除塵（chén）效率愈高。離心力的大小與粉塵顆粒有關，顆粒（lì）愈大（dà），受到離心力（lì）愈大。當粉塵（chén）的粒徑和切向速度愈大，徑向速度和排風管的（de）直徑愈小時，除塵效果愈好。氣體中的灰分濃度也（yě）是影（yǐng）響出口（kǒu）濃度的關鍵因素。粉塵濃度增（zēng）大時，粉塵易於凝（níng）聚，使較小的塵粒凝聚在一起而被捕集，同時，大顆粒向器壁（bì）移動過程中也會將小顆粒挾帶至器壁（bì）或撞擊而（ér）被分離。但（dàn）由於除塵器內向下高速旋轉（zhuǎn）的氣流使（shǐ）其頂部的壓力（lì）下降，部分氣流也會挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上到達頂部後，沿排氣管外壁旋轉向下由排氣（qì）管排出，導致旋風除塵器（qì）的除（chú）塵效（xiào）率不可能為100%。
根據除塵效率（lǜ）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（chén）效率不可能為100%，當進（jìn）口（kǒu）粉（fěn）塵（chén）流入量增加後，除塵效率雖有提高，排風管排（pái）出粉塵的絕（jué）對量也會大大增加。所以，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（xuán）風除塵器串聯使用的多級（jí）除塵方式，達（dá）到減少排放的目的。
3.2.3 運（yùn）行的（de）影響
旋風除塵（chén）器（qì）下（xià）部的（de）嚴密性（xìng）是影響除塵效率的（de）又一個重要因素。含（hán）塵氣體（tǐ）進入旋風除塵器後，沿外壁自上而下作螺旋形旋（xuán）轉運動，這股向下旋轉的氣流到達錐體底（dǐ）部後，轉而向上，沿軸（zhóu）心向上旋轉。旋風除塵器內（nèi）的壓力分布，是軸向各斷麵的壓（yā）力變化較小，徑向的壓力變化較大（主要（yào）指靜壓），這是由氣流（liú）的軸（zhóu）向速度和（hé）徑向速度的（de）分布決定的。氣流在筒內作圓周運動，外側的壓力高於內側，而（ér）在外壁附近靜（jìng）壓高，軸心處靜壓（yā）低。即（jí）使旋風除塵器在正壓下運動，軸心處也為負壓，且一直延伸（shēn）到排灰（huī）口處的負壓好，稍不嚴密，就會產生較大的（de）漏風，已沉集下來的粉塵勢必被（bèi）上升氣流帶出排氣管。所以，要使除塵效率達到設計要（yào）求，就要（yào）保證排灰口的（de）嚴密性，並在保證排灰口的（de）嚴密性的情況下，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（zài）底部流轉，導致（zhì）錐體過度磨損。
4 除塵器結構改進
在旋風除塵器的眾（zhòng）多性能指標中，壓力損失和分離效率是好為重要的（de）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（huī）塵隔離室，即（jí）采用旁（páng）路式旋風除塵器，它主要是在普通旋風除塵器的基礎上增加一個螺旋形的旁路分離室，在除（chú）塵器頂部形（xíng）成的上渦旋粉塵環，從旁路分離室引至錐體（tǐ）部分。這樣（yàng）可使導致除塵效率降低的二次流變為（wéi）能起粉塵（chén）聚集作用的上渦旋（xuán）氣流，提高除塵效率。除此之外，還可通（tōng）過添加導向葉片、改變氣流進口形狀等措施來消除上灰環（huán）。為了解決邊壁處的二次揚塵問題，可采用環縫氣墊耐磨旋風（fēng）除（chú）塵器，它是在普（pǔ）通旋風除塵器內側設置（zhì）環（huán）縫套圈，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（rù）環縫，由於環縫的（de）存在，不僅要以減少二次揚塵，而且使高（gāo）速旋轉的上、下（xià）灰環消（xiāo）失，提高除塵效率。但這（zhè）些方法實際使用效果並不是十分理想。現在提出（chū）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（hòu）的新型旋風除（chú）塵器結構見圖3。
這種新型旋風除塵器在結構（gòu）相主要改進如（rú）下：①進口管下斜5o-10o，使氣流在旋轉的同時保（bǎo）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（xià）旋轉，引起除塵器頂（dǐng）部倒空（kōng）形成上（shàng）渦旋氣（qì）流產生頂部灰環，灰環沿著排氣管道外表（biǎo）麵旋轉向下時，會在排風管入口處與已淨（jìng）化廢（fèi）氣的上旋氣流混（hún）合，而後經排風管排出除塵器。②進口管采用180o的半圈螺進筒後才旋轉，而改進（jìn）型則是確保塵氣調整旋轉起來後（hòu）才進筒。③進口螺旋道截麵遞減，增大了氣流（liú）旋轉起來後離心力。含粉塵的氣體在螺旋道（dào）中實現1.4倍加速（sù）。提高了塵粒的慣性，降低了塵粒沉降的時間。④錐體長度加長並采用200小錐角，增加了氣流在分離（lí）器（qì）中的停留時間，有利於小顆粒的沉降完全，且使向下旋轉的氣體平緩地（dì）轉變成折轉向上的旋轉，從而使除塵效率（lǜ）得以提高。⑤除塵器下設緩衝料鬥，有效改善廢氣在筒體（tǐ）內（nèi）的流動（dòng）工況，減少了（le）灰鬥的反混現象和下灰環可能產生的二次（cì）揚塵。⑥出風管增長，直到螺旋（xuán）軌道的底部，防止了內側部分塵粒（lì）裹（guǒ）進出風管。⑦進口（kǒu）、加速段（duàn）、出口的截麵積之比（bǐ）擴大為1：0.7：2，即出口網速是進口速度的一半（bàn）；出口風速是內部加速段的1/3。改進型除塵器（qì）粒子的離心力比在傳統型除（chú）塵器中（zhōng）的離心力增大了（le）1.4倍以（yǐ）上。而出口處，負壓對粒子的吸力比傳統型約小了1/4。因此，氣流進筒後，塵（chén）粒因慣性大，使得稍小（xiǎo）些的顆粒（lì）在（zài）氣流在旋風除塵器中停留時（shí）間（jiān）內也能得到分離。出風網速降（jiàng）低，也使得部分細小的顆粒能（néng）擺脫上升氣流的（de）吸力而有機會（huì）沉降下來，從而使其分享。
5 小（xiǎo）結
如何提高旋風（fēng）除塵器效率是當前飼料行業需要解決（jué）的一個重要課題。研究和分析（xī）影響旋風除（chú）塵器除塵效率的因素，是設計、選用、管理和維護旋風除塵器的前提（tí），也是探求提（tí）高旋風除塵器（qì）除塵效率途徑的必（bì）由之路。由於旋風除塵器內氣（qì）流（liú）速度及粉塵微（wēi）粒的運動等（děng）都較為複雜，影響其除塵效率的因素較多，需要我們進行全麵分析（xī），綜合（hé）考慮，尋求好優設計方案和運行管理方法。當前，旋風除塵器（qì）仍以其結構（gòu）簡單、體積小、製造維修方便、除塵效率較為理想等優點，成為目前飼料企（qǐ）業（yè）主要除塵設備之（zhī）一。隨著旋風除塵器認識的（de）進一步的深入和完善（shàn），它必（bì）將在飼料行業除塵中發揮更大（dà）的（de）作用。
