旋風除塵在棉花加工中的應用現狀

■秦建鋒 賈 勉 朱雅文

〔1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

〔2.河南輕工職業(yè)學院機電工程系，河南鄭州450002〕

〔3.商丘市華云防雷工程技術有限公司，河南商丘476000〕

一、引言

棉花加工過程中，各加工環(huán)節(jié)之間物料、雜質等的輸送普遍采用氣力輸送方式［1］。憑借結構簡單、易制作和維護等特點，旋風除塵器在我國早期建設的棉花加工生產線中得到廣泛應用［2，3］。隨著棉花加工設備向著大型化、高產能的方向發(fā)展［4］，早期建設的棉花加工生產線主機設備不斷更新換代，同時含塵氣流排放量增加。而對于旋風除塵設備，國內對其在棉花加工行業(yè)應用的技術研究較少，實際應用中缺少技術指導，工程技術人員往往是憑經驗進行旋風除塵器的設計、制造和安裝［5］。另外，人們對棉花加工除塵的重視程度不夠，旋風除塵器設備改造中針對性改進較少，在實際應用過程中缺少必要的維護［6］。這些導致了旋風除塵器的實際應用效果變得越來越差，無法滿足GB/T 18353—2008《棉花加工企業(yè)基本技術條件》中棉花加工企業(yè)作業(yè)場所空氣粉塵濃度不大于10 mg/m3，加工企業(yè)排向大氣的粉塵濃度最高不超過120 mg/m3［7］的規(guī)定。隨著國內環(huán)保政策的收緊，現有旋風除塵設備除塵性能較差、環(huán)境污染嚴重的特點越來越受到人們的重視［8］。目前部分棉花加工廠對旋風除塵器進行了一定的改造，但由于缺少技術指導，因此改造后的旋風除塵器除塵效率提高不明顯。國內棉花加工企業(yè)對旋風除塵方式的應用普遍信心不足。近幾年，在對除塵設備進行更新時，棉花加工企業(yè)逐漸放棄了旋風除塵方式，采用了以多層復合圓籠為代表的成本更高的除塵方式。而先進產棉國美國對棉花加工旋風除塵技術的研究較為深入，形成了滿足不同工況的旋風除塵方式，旋風除塵設備應用廣泛且能夠滿足本國的粉塵排放的國家標準和地方標準。

本文介紹了旋風除塵技術在棉花加工中的應用特點、幾種常用方式和影響除塵效率的因素，論述了應用現狀及目前存在的問題，同時探討了棉花加工旋風除塵的發(fā)展趨勢，期待能為優(yōu)化和改進適應我國棉花加工特點的旋風除塵提供一些思路。

二、棉花加工中旋風除塵的應用特點

目前國內采用的旋風除塵器（如圖1所示），主要由筒體、錐體、進氣管、排氣管和排灰口組成。旋風除塵器的主要用途是收集設備在清理、輸送和干燥過程中產生的雜質和粉塵。棉花加工旋風除塵通常采用正壓進氣的方式，攜帶雜質和粉塵的輸送空氣進入旋風除塵器的頂部，然后螺旋向下，離心力將雜質和粉塵移動到壁面，向下滑動到旋風除塵器底部，從排灰口排出。在旋風分離器底部，空氣反向向上轉動，形成一個較小的螺旋，從旋風除塵器頂部的排氣口排出。

圖1 旋風除塵器

在棉花加工中，旋風除塵應用的工藝環(huán)節(jié)比較多，主要包括外吸花、異性纖維清理、一道內吸、一道雜質輸送、二道內吸、二道雜質輸送、溢流棉輸送、皮棉清理卸料和總集棉等環(huán)節(jié)。棉花加工過程中每小時處理的籽棉量在20 t左右，各工藝環(huán)節(jié)的風量在1萬m3/h～2萬m3/h，總集棉風量在6萬m3/h左右，需要凈化的總風量為50萬m3/h左右。

三、旋風除塵在棉花加工中的應用方式

（一）單獨作為除塵設備

目前旋風除塵器在棉花加工中應用最普遍，通常作為單獨的除塵器使用。由于每個工藝環(huán)節(jié)風量較大，因此，旋風除塵器一般成組使用，2個、3個或4個為一組。而總集棉環(huán)節(jié)風量較大，通常將總集棉風管分成兩個，每個風管對應一組旋風除塵器。以某加工廠的外吸花管網為例（如圖2所示），該管網主要有進料口、負壓管路、重雜分離器、卸料器、風機和旋風除塵器，經由喂花機開松后的棉花在負壓的作用下進入負壓管路，棉花到達下一加工環(huán)節(jié)后經卸料器實現空氣與物料的分離，分離后的空氣經風機正壓排入旋風除塵器。外吸花一般配置的風機為6-32No.9C 55 kW，風量在1.5萬m3/h左右，配置一組3臺直徑1 000 mm的旋風除塵器。

圖2 外吸花工藝環(huán)節(jié)示意圖

整條線旋風除塵的個數通常在100個左右。為便于塵雜收集，目前采用的主要有兩種方式，一種是在旋風除塵器下方設置排雜絞龍，每個旋風除塵器的排灰口連接到絞龍上方，塵雜由絞龍排出并集中堆放；另一種是在旋風除塵器的排灰口下方設置塵房，排出的塵雜直接進入塵房（如圖3所示）。對比這兩種塵雜收集方式，雖然排雜絞龍方式在使用中容易因絞龍堵塞，導致旋風除塵排雜堵塞影響除塵效果，但是結構簡單、成本較低；而排灰口容易密封，塵房式集塵方式便于粉塵收集和集中處理，不容易造成堵塞，但成本高，排灰口密封效果較差。

圖3 棉花加工廠旋風除塵塵雜收集方式

（二）在其他除塵機組中應用

近兩年，復合圓籠除塵機組在棉花加工廠得到一定的應用，新建棉花加工廠普遍采用該種除塵設備。復合圓籠除塵機組的二道吸風除塵普遍采用旋風除塵方式（如圖4所示）。在復合圓籠除塵機組中，旋風除塵器的作用是集中處理高濃度的含塵空氣，是粉塵捕集的關鍵環(huán)節(jié)，旋風除塵器的性能直接影響除塵機組的工作性能。相比單獨作為除塵器使用，復合圓籠中的旋風除塵器排灰口通常連接有集塵箱并采用閉風閥或絞龍壓實器排塵，除塵效率更高、性能更好。

圖4 旋風除塵器在復合圓籠除塵機組中的應用

四、棉花加工中旋風除塵存在的主要問題和改進策略

（一）主要問題

1.與氣力輸送工藝參數的匹配度不夠。

通過對比不同棉花加工廠旋風除塵使用情況，發(fā)現實際使用效果差別較大，大部分棉花加工廠使用效果較差，只有少部分棉花加工廠使用效果較好。這些往往是由工藝參數的匹配度不夠導致的。各棉花加工廠的管路直徑、長度，風機配置和產量等不盡相同，實際加工中含塵空氣量和壓力參數也不同，僅憑經驗很難做到旋風除塵與工藝參數的匹配。如果與工藝參數匹配不夠，就會影響旋風除塵器進口風速等參數，進而影響旋風除塵效率。

2.旋風除塵排灰口氣密性差。

即使正壓下運行，旋風除塵器底部也可能處于負壓狀態(tài)。若除塵器下部密封不嚴空氣進入，會將已落入灰斗的粉塵重新帶走，嚴重降低除塵效率。當漏風量達到15%時，除塵效率幾乎為0。實際應用中，旋風除塵排灰口氣密性往往不受重視，粉塵絞龍和塵房收集粉塵的方式，排灰口的密閉性都存在一定的缺陷。目前排灰口氣密性是影響旋風除塵效果的關鍵因素之一。

3.結構和制作問題。

雖然旋風除塵很多行業(yè)都有應用，但是針對其在實際工作中的理論研究指導還存在很多不足。目前旋風除塵在不同行業(yè)中的應用更多是基于經驗公式和試驗驗證。國內對棉花加工旋風除塵技術的研究較少，沒有形成具有指導性的技術規(guī)范，在實際結構設計和制作中，更多的設備廠家是根據現場工程情況憑借工程經驗制作的。

4.缺少必要的維護。

與其他除塵器相比，旋風除塵的結構簡單、維護量少，但不代表旋風除塵不需要維護。目前棉花加工廠普遍存在對旋風除塵器的維護較少或基本不維護的現象。隨著旋風除塵器的長期磨損，尤其是錐體部分出現裂縫（如圖5所示），因裂縫造成漏風且漏風量逐漸增加，旋風除塵漸漸失去除塵效果。另外，旋風除塵器出現變形和堵塞也是造成旋風除塵器除塵效率低的重要原因。堵塞情況很難被及時發(fā)現，堵塞不一定會影響正常加工，但會極大地影響旋風除塵效率。

圖5 旋風除塵器磨損

（二）改進建議

1.研究滿足不同加工環(huán)節(jié)旋風除塵的工藝參數。

在棉花加工應用中，針對棉花加工不同工藝環(huán)節(jié)的粉塵特性和工藝參數開展棉花加工旋風除塵理論研究，有針對性地設計滿足不同風量和風壓的旋風除塵工藝、旋風除塵結構參數并設計驗證實驗。根據研究成果逐步形成標準化的棉花加工旋風除塵結構參數，用于實際中設計、制作及指導旋風除塵的維護工作。

2.提高排灰口氣密性。

優(yōu)化設計旋風除塵排灰口閉風裝置，以達到長期閉風的效果。另外，進一步研究排灰口氣密性對除塵效率的影響機理，通過旋風除塵器參數優(yōu)化和結構改進，降低排灰口氣密性要求，減少排灰口氣密性對旋風除塵效率的影響。

3.定期維護更換旋風除塵器。

雖然旋風除塵器很少需要維護，但還是要注意以下幾點以確保其達到較好的除塵效率。①檢查有無漏風。旋風分離器和管道的漏風可能由日常磨損引起，一旦泄漏應立即修復，因為它們可能會影響氣流流動從而降低除塵效率，導致釋放出大量的粉塵。②檢查旋風除塵器內部的平滑度，發(fā)現凹陷的旋風除塵器必須更換。③定期檢查旋風除塵器是否存在堵塞。定期檢查進入旋風除塵器的空氣速度，并將這些值與設計速度進行比較。

五、結語

旋風除塵是降低棉花加工粉塵排放的重要方式之一。近年來，雖然國內棉花加工中旋風除塵設備實際應用中的除塵效率低的問題受到了人們的重視，但是由于旋風除塵技術研究難度較大，而且針對我國棉花加工特點的旋風除塵技術研究較少，不足以指導實際應用，因此，在研制新型旋風除塵系統(tǒng)時，需要結合我國棉花加工工藝的特點，通過經驗公式和試驗驗證的方式進一步研究滿足不同工藝環(huán)節(jié)的旋風除塵工藝參數，開展排灰口氣密性技術研究，標準化旋風除塵結構參數和維護操作規(guī)程，更好地指導旋風除塵設備的設計、制作和維護，逐步完善棉花加工旋風除塵成套設備。