旋風(fēng)除塵器在糧食加工作業(yè)中的運(yùn)用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

◎王長(zhǎng)興

引 言

旋風(fēng)除塵器是一種控制空氣顆粒狀污染物排放的常見(jiàn)設(shè)備， 在許多糧食加工生產(chǎn)場(chǎng)所如糧食清選烘干、 種子生產(chǎn)儲(chǔ)存、 飼料加工等廠(chǎng)院中廣泛應(yīng)用。 旋風(fēng)除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)和易損的部件， 運(yùn)行成本和故障率低， 對(duì)在糧食生產(chǎn)中產(chǎn)生的灰塵有著明顯的作用。 該除塵設(shè)備是一種干式除塵裝置， 它適用于捕集空氣中的5-10μm的顆粒狀污染物。 一般旋風(fēng)式除塵器的工作原理是當(dāng)含塵氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)的做功， 在除塵器殼體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)， 在離心力和摩擦力的作用下， 使灰塵從含沉氣流中分離出來(lái)， 并且集中堆積于殼體壁上， 在自身重力的作用下使灰塵落入除塵器底部。 該旋風(fēng)除塵器在原基礎(chǔ)上增加百葉板， 內(nèi)膽整體鑲?cè)胂潴w中， 安裝百葉擋板， 百葉擋板在氣體流動(dòng)方向成環(huán)形排列。 在含沉氣體經(jīng)過(guò)常規(guī)的處理后由排風(fēng)管排出過(guò)程中，氣體中未被處理的細(xì)小塵粒再與百葉擋板發(fā)生碰撞， 在重力與摩擦力的作用下落入沉降室。 在同等工作情況下， 該結(jié)構(gòu)具有緊密、 節(jié)省空間、 除塵效率高等優(yōu)點(diǎn)。 本文通過(guò)對(duì)該旋風(fēng)除塵器各個(gè)組成部分的分析優(yōu)化， 為讀者提供參考價(jià)值。

一、 旋風(fēng)除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)

（一） 旋風(fēng)除塵器的憂(yōu)點(diǎn)

旋風(fēng)除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)和易損的部件， 運(yùn)行成本和故障率低， 利用自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)達(dá)到實(shí)際的除塵效果。 其制造、 安裝、 操作和后期維護(hù)方便簡(jiǎn)單。

旋風(fēng)除塵器是一種干式除塵器。 基于其工作狀態(tài)， 有利于回收一些有價(jià)值的粉塵， 灰塵在自身重力的作用下集中堆積在除塵器底部， 經(jīng)過(guò)排灰閥排出至灰塵收集箱， 將灰塵集中收集方便處理。

旋風(fēng)除塵器在處理大風(fēng)量時(shí)便于多臺(tái)并聯(lián)使用， 在運(yùn)行狀態(tài)下， 旋風(fēng)除塵器的處理流程主要是在進(jìn)氣口以高切向速度通入氣流 （含粉塵）， 通常高切向速度在12-25 m·s， 軸向進(jìn)入式的氣流比較均勻。 效率阻力不受影響，提升除塵效率。

旋風(fēng)除塵器考慮到制造成本， 整體由碳素板制成， 可以耐400度以上的高溫， 在特殊工況下， 如采用特殊的耐高溫材料， 還可以耐受更高的溫度， 滿(mǎn)足使用需要。

（二） 旋風(fēng)除塵器的缺點(diǎn)

當(dāng)含塵氣體從除塵器頂部螺旋線(xiàn)進(jìn)口切向進(jìn)入除塵器殼體時(shí)， 灰塵在離心力的作用下被甩向殼體內(nèi)壁， 在重力和摩擦力的作用下落入除塵器底部。 在實(shí)際除塵作業(yè)中， 根據(jù)粉塵的物理性質(zhì)， 粉塵的顆粒小于5μm， 具有濕度和粘性的粉塵不易被分離出來(lái)， 達(dá)不到除塵效果。

氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)的做功， 在除塵器殼體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)， 在離心力和摩擦力的作用下， 使灰塵從含沉氣流中分離出來(lái)， 并且集中堆積于殼體壁上， 增加殼體的磨損。

二、 旋風(fēng)除塵器的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一） 旋風(fēng)除塵器的工作原理

旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、 排氣管、 除塵室、百葉內(nèi)膽、 灰斗和排灰閥組成。 （組成部分如圖1所示）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，便于制造、 安裝和后期維護(hù)管理， 設(shè)備的投資和實(shí)際操作費(fèi)用都較低， 所以被廣泛用于糧食加工生產(chǎn)中。 在除塵器工作時(shí)， 含塵氣流以約為12-25 m·s的速度， 同時(shí)在除塵器頂部沿螺旋線(xiàn)切向方向進(jìn)入除塵器筒體 （含沉氣流動(dòng)方向如圖2） 作用在灰塵粒子上的離心力是重力的5-2500倍，所以旋風(fēng)除塵器的效率高于普通重力沉降室。 在除塵器中， 旋風(fēng)除塵器是很有效率的一種。 它適用于去除5μm-10μm的粒子。 該旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)相較于一般旋風(fēng)除塵器增加了百葉內(nèi)膽， 使氣體中未被常規(guī)處理的塵粒再與百葉擋板發(fā)生碰撞， 提高除塵效率。

（二） 除塵器各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在旋風(fēng)除塵器中， 主要依靠進(jìn)氣管實(shí)現(xiàn)氣流的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)， 進(jìn)氣管連接風(fēng)機(jī)與除塵器殼體， 含塵氣體由風(fēng)機(jī)做功通過(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入除塵器內(nèi)。 旋風(fēng)除塵器普遍采用切向進(jìn)氣口， 對(duì)于蝸殼進(jìn)氣口而言， 通常漸開(kāi)線(xiàn)角度會(huì)設(shè)置成45°、120°、 180°或者270°。 旋風(fēng)除塵器運(yùn)行效率同進(jìn)口面積、 風(fēng)量關(guān)系密切， 進(jìn)口面積小于筒體斷面，則通入旋風(fēng)除塵器的氣流切線(xiàn)速度較大， 能夠更好的處理粉塵， 還要保障進(jìn)氣管風(fēng)速比風(fēng)管風(fēng)速要大。 一般都會(huì)運(yùn)用截面比較高的進(jìn)氣口， 使寬高比處于0.3-1.0。

出氣管的作用是排出經(jīng)過(guò)處理的氣體， 氣流通過(guò)旋風(fēng)除塵器后， 經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)達(dá)到錐底時(shí)， 會(huì)向上運(yùn)動(dòng)形成內(nèi)旋流， 并從排氣管順利排出。 通道高度、 截面積的差異會(huì)直接影響排氣受到的阻力大小進(jìn)而影響除塵效果。在排氣管直徑和圓筒體直徑之比為0.33-0.4的情況下， 除塵效果最佳。 考慮到含塵氣體所受到的阻力會(huì)影響到除塵器的效率， 通常設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器的排氣管時(shí)， 會(huì)將排氣管的直徑、 圓筒體直徑之比設(shè)置為0.5。 排風(fēng)管在殼體中的最底面低于進(jìn)氣口的最低面， 增加含沉氣流在除塵器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

圖1 旋風(fēng)除塵器的組成部分

圖2 含塵氣體在殼體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向

當(dāng)含塵氣體進(jìn)入到該除塵器后， 灰塵隨著空氣在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)， 顆粒大，比重沉的粉塵顆粒， 在重力和摩擦力的作用下沉降下來(lái)， 落入沉降室， 顆粒小， 比重輕的粉塵氣體由排風(fēng)口排出過(guò)程中， 灰塵與百葉擋板發(fā)生碰撞， 灰塵被阻留， 在自身重力和摩擦力的作用下落入灰斗中， 使含塵氣體得到凈化。含塵氣體在殼體中呈現(xiàn)內(nèi)旋流， 結(jié)合此運(yùn)動(dòng)特性， 安裝百葉擋板， 百葉擋板為半弧形， 在氣體流動(dòng)方向成環(huán)形有序排列， 其角度與進(jìn)氣口軸向方向成60-90°百葉板的截面積與內(nèi)膽截面積之比0.15-0.25。

旋風(fēng)除塵器在持續(xù)風(fēng)力積累的作用下殼體內(nèi)出現(xiàn)上灰環(huán)， 會(huì)導(dǎo)致粉塵進(jìn)入內(nèi)漩渦影響除塵效率。 在消除氣流干擾性的過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì)運(yùn)用蝸殼形式的殼體設(shè)計(jì)， 降低除塵阻力，從而提升處理風(fēng)量。 工作時(shí)進(jìn)入到除塵器殼體內(nèi)的含塵氣體旋轉(zhuǎn)流向?yàn)閺纳系较隆?運(yùn)動(dòng)到錐體下方以后， 受到結(jié)構(gòu)的影響， 發(fā)生反方向運(yùn)動(dòng)從排氣管排出。 灰塵在重力的作用下落入灰斗底部， 除塵室成圓柱體， 圓柱體的高度應(yīng)高于進(jìn)氣口的高度。 以型號(hào)為4-72-4.0的功率5.5Kw， 流量為4012-7419m·h離心風(fēng)機(jī)為例， 其除塵室的直徑為1.6m,高度為1.5m。

旋風(fēng)除塵器的灰斗大多設(shè)計(jì)成圓錐體， 因?yàn)閳A錐體的主要功能為轉(zhuǎn)變主氣流的流動(dòng)方向由上到下， 使含沉氣體在殼體中更好的做螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)， 錐體的角度應(yīng)該大于60°便于向排灰口推送粉塵。 錐體的長(zhǎng)度越長(zhǎng)除塵效率越高， 考慮到實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用， 錐底長(zhǎng)度為除塵器圓柱體高度的2-2.5倍最為適宜。

排灰閥是一種排出灰塵的裝置，具有多種形式， 使用原則是安全方便， 比較容易排出除塵器底部積累的灰塵。 作為除塵器的輔助結(jié)構(gòu)， 排塵閥應(yīng)該考慮自身的密封性。 經(jīng)驗(yàn)表明排灰閥的漏風(fēng)率大于10%時(shí)， 將嚴(yán)重影響除塵器的使用效率。

（三） 旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

旋風(fēng)除塵器的直徑越小， 含塵氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小， 粉塵顆粒所受的離心力越大， 除塵效率越高，但是過(guò)于小的直徑會(huì)導(dǎo)致含塵氣體中的顆粒直接撞到除塵器的殼體， 降低除塵器的除塵效率， 一般選取除塵直徑D大于800mm小于2500mm,處理較大風(fēng)量時(shí)， 可選取適當(dāng)?shù)男吞?hào)并聯(lián)一起使用。 影響旋風(fēng)除塵器除塵效率的因素有很多， 如灰塵的顆粒大小、 粘度、 進(jìn)風(fēng)的速度等， 常規(guī)的旋風(fēng)除塵器除塵效率一般在60%到75%之間， 該旋風(fēng)除塵器在一般旋風(fēng)除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)， 由于增加了百葉擋板， 在同等體積的條件下增加了灰塵的碰撞面積， 使氣體中未被處理的細(xì)小塵粒再與百葉擋板發(fā)生碰撞， 在重力與摩擦力的作用下落入沉降室。 在同等工況下該除塵效率明顯高于一般旋風(fēng)除塵器。

結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)的糧食加工機(jī)械化水平的提高， 迎合新時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)， 關(guān)乎操作人員健康的工作環(huán)境越來(lái)越受到重視。 本文結(jié)合實(shí)際的糧食生產(chǎn)需要， 通過(guò)科學(xué)選取， 確保設(shè)計(jì)的除塵設(shè)備符合設(shè)計(jì)要求，明確除塵器各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)， 結(jié)合相關(guān)計(jì)算打造性能較優(yōu)、 滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)、 方便后期維護(hù)的旋風(fēng)除塵器，滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。 旋風(fēng)除塵器以其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 處理灰塵方便， 可并聯(lián)、 耐高溫等優(yōu)點(diǎn)， 在糧食加工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用發(fā)展前景。