旋风除尘器除尘效率的影响因素分析
摘 要：分析了影响旋风除尘器除尘效果的因素，提出了提高旋风
除尘器除尘效率的改进措施。
关键词：旋风除尘器；除尘效率；影响因素；改进
中图分类号：TQl72．688．2文献标识码：A
文章编号：1001-6171(2009)02—0089—04
Factors Influencing Dust Removal Efficiency of Cyclone Filter
SHU Fan
(Wuhan University of Technology，Wuhan，430074)
Abstract： Impact factors on dust removal efficiency are analyzed
on cyclone filter． Improvement measures are pointed out for
increasing dust removal efficiency．
Key words：Cyclone filter；Dust removal efficiency；Impact factor；
Improvement
旋风除坐器是利用含尘气流作
旋转运动产生的离心力，将尘粒从气
体中分离并捕集下来的装置，与其他
除尘器相比，具有结构简单、没有运
动部件、造价便宜、除尘效率较高、维
护管理方便以及适用面宽的特点，对
于收集5一lOI．Lm以上的尘粒，其除尘
效率町达90％左右，广泛用于工业炉
窑烟气除尘和工厂通风除尘，工业气
力输送系统气固两相分离与物料气
力烘干回收等。此外，旋风器亦可以
作为高浓度除尘系统的预除尘器，能
与其他类型高效除尘器串联使用。旋
结构尺寸(增加)
圆简直径D
进气口面积A
圆筒高度H。
圆锥高度H：
排灰口直径Do
排气管直径Dc
排灰管插入深度s
相对比例尺寸
圆锥角Ot
风除尘器在水泥行业也得到了广泛
的应用，如原料破碎、配料、输送等生
产环节的除尘。旋风除尘器按气流进
气方式分为切流反转式、轴流反转
式、直流式等，水泥行业除尘所使用
的主要是切流反转式旋风器。然而，
许多水泥企业的旋风除尘器运行效
率并不高，排放指标未到达设计要
求，研究和探讨旋风除尘器除尘效率
影响因素，对提高其除尘效率具有重
要的现实意义。
1影响旋风除尘器的因素
1．1除尘器结构
旋风除尘器的各个部件都有一
定的尺寸比例，每一个比例关系的变
动，都能影响旋风除尘器的效率和压
力损失。其中除尘器直径、进气口尺
寸、排气管直径为主要影响因素。它
们的变化对除尘器性能的影响关系
如表1。在使用时应注意，表中所示的
尺寸只能在一定范周内进行调整，当
超过某一界限时，有利因素也能转化
为不利因素。另外，有的因素对于提
高除尘效率有利，但却会增加压力损
失，因而对各因素的调整必须兼顾。
1．1．1进气口
旋风除尘器的进气口是形成旋
转气流的关键部件，是影响除尘效率
和压力损失的主要因素。切向进气的
进口面积对除尘器有很大的影响，进
气口面积相对于筒体断面小时，进人
除尘器的气流切线速度大，有利于粉
尘的分离。
表l 尺寸比例变化对其性能的影响
压力损失 除尘效率
降低 降低
降低 降低
略有降低 增加
略有降低 增加
略有降低 增加或降低
降低 增加或降低
增加 降低
几乎无影响 增加或降低
降低 200-300为宜
通讯地址：l武汉理工大学关山校区，湖北 武汉430074； 收稿日期：2008—09—24； 编辑：沈颖
作者简介：舒帆(1983-)，女。汉族，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：通风除尘。
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造价
增加
增加
增加
增加
增加
增加
万方数据
1．1．2圆筒体直径和高度
圆筒体直径是构成旋风除尘器
的最基本尺寸。旋转气流的切向速度
对粉尘产生的离心力与圆筒体直径
成反比，在相同的切线速度下，筒体
直径D越小，气流的旋转半径越小，
粒子受到的离心力越大，尘粒越容易
被捕集。因此，应适当选择较小的圆
筒体直径，但若筒体直径选择过小，
器肇与排气管太近，粒子又容易逃
逸；筒体直径太小还容易引起堵塞，
尤其是对于粘性物料。当处理风量较
大时，因简体直径小处理含尘风量有
限，可采用几台旋风除尘器并联运行
的方法解决。并联运行处理的风量为
各除伞器处理风量之和，阻力仅为单
个除尘器在处理其所承担的那部分
风量的阻力。但并联使用制造比较复
杂，所需材料也较多，气体易在进口
处被阻挡而增大阻力。因此，使用时
台数不宜过多。筒体总高度是指除尘
器圆筒体和锥筒体两部分高度之和。
增加简体总高度，可增加气流在除尘
器内的旋转圈数，使含尘气流中的粉
尘与气流分离的机会增多，但简体总
高度增加，外旋流中向心力的径向速
度使部分细小粉尘进入内旋流的机
会也随之增加，从而又降低除尘效
率。简体总高度一般以4倍的圆筒体
直径为宜，锥筒体部分，由于其半径
不断减小，气流的切向速度不断增
加，粉尘到达外肇的距离也不断减
小，除尘效果比圆筒体部分好。因此。
在筒体总高度一定的情况下，适当增
加锥筒体部分的高度，有利提高除尘
效率。一般圆筒体部分的高度为其直
径的1．5倍，锥筒体高度为圆筒体直
径的2．5倍时，可获得较为理想的除
尘效率。
1．1．3排气管
排风管的直径和插入深度对旋
风除尘器除尘效率影响较大。排风管
直径必须选择一个合适的值，排风管
直径减小，可减小内旋流的旋转范
围，粉尘不易从排风管排出，有利提
高除尘效率，但同时出风口速度增
加，阻力损失增大；若增大排风管直
径，虽阻力损失可明显减小，但由于
排风管与圆筒体管壁太近，易形成
内、外旋流“短路”现象，使外旋流中
部分未被清除的粉尘直接混入排风
管中排出，从而降低除尘效率。一般
认为排风管直径为圆筒体直径的
0．5-0．6倍为宜。排风管插入过浅，易
造成进风口含尘气流直接进入排风
管，影响除坐效率；排风管插入深，易
增加气流与管壁的摩擦面，使其阻力
损失增大，同时，使排风管与锥筒体
底部距离缩短，增加灰尘二次返混排
出的机会。排风管插入深度一般以略
低于进风几底部的位置为宜。
1．1．4排厌口
排灰口的大小与结构对除尘效
率有直接的影响。增大排灰几直径可
使除华器高压力下降，对提高除伞效
率效率有利，但排灰口直径太大会导
致粉尘的重新扬起。通常采用排灰口
直径D．1_(0．5-0．1)D。
1．2操作T艺参数
在旋风除尘器尺寸和结构定型
的情况下，其除尘效率关键在于运行
因素的影响。
1．2．1 流速
旋风除伞器是利用离心力来除
尘的，离心力愈大，除尘效果愈好。在
圆周运动(或曲线运动)中粉尘所受到
的离心力为：F=ma
式中：F一离心力，N
m一粉尘的质量，kg
a-粉尘的离心加速度，m／s2。
因为，a=VT2R
式中：v1一尘粒的切向速度，m／s
R一气流的旋转半径，m。
所以，F=mVTR
可见，在旋风除尘器的结构固定
(R不变)、粉尘相同(m稳定)的情况
下，旋风除尘器人口的气流速度愈
高，旋风除尘器的离心力就愈大。
而旋风除尘器的进口气量为：
Q=3600AVT
式中：Q一旋风除尘器的进口气量，
m3／h
A一旋风除尘器的进口截面积，
m2
所以，在结构固定(R不变，A不
变)，粉尘相同(m稳定)的情况下，除
尘器入口的气流速度与进口气量成
正比，而旋风除伞器的进口气量是由
引风机的进风量决定的。
可见，提高进风口气流速度，可
增大除伞器内气流的切向速度，使粉
尘受到的离心力增加，有利提高其除
尘效率，同时，也可提高处理含尘风
量。但进风口气流速度提高，径向和
轴向速度也随之增大，紊流的影响增
大。对每一种特定的粉尘旋风除尘器
都有一个临界进风口气流速度，当超
过这个风速后，紊流的影响比分离作
用增加更快，使部分已分离的粉尘重
新被带走，影响除伞效果。另外，进风
口气流增加，除尘阻力也会急剧上
升，压损增大，电耗增加。综合考虑旋
风除雀器的除伞效果和经济性，进风
口的气流速度控制在12—20m／s之
间，最大不超过25m／s，一般选14m／s
为宜。
1．2．2粉尘的状况
粉尘颗粒大小是影响出口浓度
的关键因素。处于旋风除尘器外旋流
的粉尘，在径向同时受到两种力的作
用，一是由旋转气流的切向速度所产
生的离心力，使粉尘受到向外的推移
作用；另一个是由旋转气流的径向速
度所产生的向心力，使粉尘受到向内
的推移作用。在内、外旋流的交界面
上。如果切向速度产生的离心力大于
径向速度产生的向心力，则粉尘在惯
性离心力的推动下向外壁移动，从而
被分离出来；如果切向速度产生的离
心力小于径向速度产生的向心力，则
粉尘在向心力的推动下进入内旋流，
最后经排风管排出。如果切向速度产
生的离心力等于径向速度产生的向
心力，即作用在粉尘颗粒上的外力等
于零，从理论上讲，粉尘应在交界面
CEMENT TECHNOLOGY 2／2009
万方数据
上不停地旋转。实际上由于气流处于
紊流状态及各种随机因素的影响，处
于这种状态的粉尘有50％的町能进
入内旋流，有50％的可能向外壁移
动，除尘效率应为50％。此时分离的
临界粉尘颗粒称为分割粒径。这时，
内、外旋流的交界面就象一张孔径为
分割粒径的筛网，大于分割粒径的粉
尘被筛网截留并捕集下来，小于分割
粒径的粉尘，则通过筛网从排风管中
排出。旋风除尘器捕集下来的粉尘粒
径愈小，该除尘器的除尘效率愈高。
离心力的大小与粉伞颗粒有关，颗粒
愈大，受到离心力愈大。当粉尘的粒
径和切向速度愈大，径向速度和排风
管的直径愈小时，除伞效果愈好。气
体中的灰分浓度也是影响出几浓度
的关键因素。粉尘浓度增大时，粉尘
易于凝聚，使较小的尘粒凝聚在一起
而被捕集，同时，大颗粒向器壁移动
过程中也会将小颗粒挟带至器壁或
撞击而被分离。但由于除尘器内向下
高速旋转的气流使其顶部的压力下
降，部分气流也会挟带细小的伞粒沿
外壁旋转向上到达顶部后，沿排气管
外壁旋转向下由排气管排出，导致旋
风除尘器的除尘效率不可能为
100％。
根据除尘效率计算公式：
"q=(1-So／Si)100％
式中：1一除尘效率
S0_出口处的粉尘的流入量，
ks／h
S；一进几处的粉尘的流人量，
kg／h。
因为旋风除尘器的除尘效率不
可能为100％，当进口粉尘流入量增
加后，除尘效率虽有提高，排气管排
出粉尘的绝对量也会大大增加。所
以，要使排放口的粉尘浓度降低，则
要降低入口粉伞浓度，可采取多个旋
风除尘器串联使用的多级除尘方式，
达到减少排放的目的。
1．2．3运行的影响
旋风除尘器下部的严密性是影
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响除伞效率的又一个重要因素。含尘
气体进人旋风除尘器后，沿外壁自上
而下作螺旋形旋转运动，这股向下旋
转的气流到达锥体底部后，转而向
上，沿轴心向上旋转。旋风除尘器内
的压力分布，是轴向各断面的压力变
化较小，径向的压力变化较大(主要指
静压)，这是由气流的轴向速度和径向
速度的分布决定的。气流在筒内作圆
周运动，外侧的压力高于内侧，而在
外壁附近静压最高，轴心处静压最
低。即使旋风除尘器在正压卜．运动，
轴心处也为负压，且一直延伸到排灰
口处的负压最大，稍不严密，就会产
生较大的漏风，已沉集下来的粉尘势
必被上升气流带出排气管。所以，要
使除尘效率达到设计要求，就要保证
排厌L]的严密性，并在保iiF排灰几的
严密性的情况下，及时清除除尘器锥
体底部的粉尘，若不能连续及时地排
出，高浓度粉尘就会在底部流转，导
致锥体过度磨损。
2旋风分离器结构改进
在旋风除尘器的众多性能指标
中，压力损失和分离效率是最为重要
的参数，其症结是消除“上灰环”。解
决上灰环问题的方法之一是通过设
置灰尘隔离室，即采用旁路式旋风除
尘器，它主要是在普通旋风除尘器的
基础卜增加一个螺旋形的旁路分离
室，在除尘器顶部形成的上涡旋粉尘
环，从旁路分离室引至锥体部分。这
样可使导致除尘效率降低的二次流
变为能起粉尘聚集作用的上涡旋气
流，提高除尘效率。除此之外，还可通
过添加导向叶片、改变气流进几形状
等措施来消除}二灰环。为r解决边壁
处的二次扬尘问题，可采用环缝气垫
耐磨旋风除尘器，它是在普通旋风除
尘器内侧设置环缝套圈，粉尘在旋转
气流作用下向边壁靠近，然后利用靠
近边壁处的下行气流将粉尘带入环
缝。由于环缝的存在，不仅可以减少
二次扬尘，而且使高速旋转的上、下
灰环消失，提高了除尘效率。但这些
91
方法实际使用效果并不是十分理想。
现提出一种新的改进方法使旋风除
尘器的分离性能得到r极大提高。改
进后的新型旋风除尘器结构如图l。
这种新型旋风除尘器在结构上主要
改进如下：
(1)进口管下斜50一100，使气流
在旋转的同时保证了向下的旋转。并
且下倾角确保了尘粒反弹时绝对折
射朝下。在传统旋风除伞器结构中，
进气蜗壳底板与旋风筒轴线是垂直
的，由于气流从上部切线方向进入除
尘器后向下旋转，引起除尘器顶部倒
空形成上涡旋气流产生顶部灰环，灰
环沿着排气管道外表面旋转向下时，
会在排气管入口处与已净化废气的
上旋气流混合，而后经排气管排出除
尘器。
(2)进口管采用了1800的半圈螺
旋管代替了传统型的直吹进筒，从而
进一步保证了气流的“下旋”。传统型
是含粉尘的气体进筒后才旋转，而改
进型则是确保尘气高速旋转起来后
才进筒。
(3)进口螺旋道截面递减，增大
了气流旋转的离心力。含粉尘的气体
在螺旋道中实现1．4倍加速。提高了
尘粒的惯性，降低rr尘粒沉降的时
间。
圈l 改进后的旋风除尘器结构
万方数据
(4)锥体长度加长并采用20。小
锥角，增加了气流在分离器中的停留
时间，有利于小颗粒的沉降完全，且
使向下旋转的气体平缓地转变成折
转向上的旋转，从而使除尘效率得以
提高。
(5)除尘器下设缓冲料斗，有效
改善废气在筒体内的流动工况，减少
了灰斗的反混现象和下灰环可能产
生的二次杨尘。
(6)出风管增长，直到螺旋轨道
的底部，防止了内侧部分尘粒裹进出
风管。
(7)进口、加速段、出口的截面积
之比扩大为l：0．7：2，即出口风速是
进口速度的一半；出口风速是内部加
速段的1／3。改进型除尘器粒子的离
心力比在传统型除尘器中的离心力
增大了1．4倍以上。而出口处，负压对
粒子的吸力比传统型约小了1／4。因
此，气流进筒后，尘粒因惯性大，使得
稍小些的颗粒在气流在旋风除尘器
中停留时间内也能得到分离。出风风
速降低，也使得部分细小的颗粒能摆
脱上升气流的吸力而有机会沉降下
来，从而使分离效率得以提高。
3结束语
如何提高旋风除伞器的除尘效
率是当前水泥行业需要解决的一个
重要课题。研究和分析影响旋风除尘
器除尘效率的因素，是设计、选用、管
理和维护旋风除尘器的基础，也是探
求提高旋风除尘器除尘效率途径的
必由之路。由于旋风除尘器内气流速
度及粉尘微粒的运动等都较为复杂，
影响其除尘效率的因素较多，需要我
们进行全面分析，综合考虑，寻求最
优设计方案和运行管理方法。当前，
旋风除尘器许多理论还待研究和探
讨，尽管如此，旋风除尘器仍以其结
构简单、体积小、制造维修方便、除尘
效率较为理想等优点，成为目前水泥
企业主要除尘设备之一。随着对旋风
除尘器认识的进一步的深入和完善，
它必将在水泥行业除尘中发挥更大
的作用。
参考文献：
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万方数据
旋风除尘器除尘效率的影响因素分析
