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旋风分离器的设计和非标设计方法

2023-5-18 tianwen 研发生产

旋风分离器是对流干燥系统的重要组成部分。我们对此必须要足够地重视，有一些失败的对流干燥系统，不是干燥器设计不合理，而是旋风分离器设计或选用不合理。

在气流干燥和旋转闪蒸干燥系统中，有80～90%的产品是通过旋风分离器回收的，只有10～20%的产品是通过布袋除尘器回收的。如果旋风分离器‘失灵’，大量的产品就‘拥挤’到布袋除尘器中，增加布袋除尘器的阻力，造成风机风压不够，以致干燥系统‘瘫痪’。

在喷雾干燥系统中，对于喷雾干燥塔底部作为主要回收产品的系统来说，也有将近30%的产品要通过旋风分离器回收；对于喷雾干燥塔底部不收集产品的系统（如中药浸膏喷雾干燥系统），就有全部或85%以上的产品要通过旋风分离器收集。

对于振动流化床干燥系统和转筒干燥系统也有5～10%的细微颗粒要通过旋风分离器回收。

一、旋风分离器的结构和工作原理：

（一）、旋风分离器的结构：

  一般来说，旋风分离器由进风管，直筒，锥形筒，排灰管，锁风阀和排风管组成(见图1)。

（二）、工作原理：

  当含尘气流以14～22m/s速度由进风管进入旋风分离器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿直圆筒的内壁呈螺旋形向下，朝锥形筒体运动。通常称此气流为‘外旋气流’。含尘气流在旋转过程中产生离心力，将重度大于气体的尘粒甩向筒内壁。尘粒一旦与筒壁接触，便失去惯性力，而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据‘旋转矩’不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转而上，继续作螺旋运动，即为‘内旋气流’。最后净化气体经排风内管排出器外,一部分未被捕获的尘粒也由此随排风排出旋风分离器。

  自进气管流入的另一小部分气体，则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动。当到达排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流（内旋气流）一同从排气管排出。分散在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被带走。

  二、旋风分离器的内部气流分布简介和旋风分离器的特点:

由于旋风分离器的分离,捕集过程是一种极为复杂的三维,二相湍流运动,致使理论与实验研究十分困难。.另外,设备的结构不同,几何尺寸的不一,尤其是气—固两相本身物理性质的差异,操作条件的变化等等因素,都对旋风分离器的主要性能----效率,压力损失有显著的影响.因此,至今仍无法全面掌握它们运动的内在规律,更不能从理论上建立一套完整的成熟的数学模型。我们在这里仅介绍与我们有关旋风分离器的定性和半定量的知识。

（一）、旋风分离器的内部气流分布简介：

  1．气流在旋风分离器内是复杂的三维运动，器内任一点上都有切向、径向和轴向速度，其中切向速度对分离性能和压力损失影响最大。在旋风分离器内，切向速度和压力分布在同一水平面，各点的切向速度由器壁向中心增大，满足半自由旋流区的切向速度分布规律：v_t×rⁿ=常数，n称速度分布指数，一般在0.5～0.9范围内。到直径等于排气管直径的0.65倍的圆周上大最大值，再往中心则急剧减少，即随于轴心距离的减小而降低。切线速度最大的圆周内有一轴向速度很大的向上内旋气流，称为核心流，核心流以内的气流为强制涡。核心气流以外为准自由涡。器内各点的压力测定结果表明，由于旋涡的存在，在分离器内气体沿径向的压力分布曲线似抛物线状。器壁附近压力最高，仅稍低于气流进口压力，往中心逐渐降低，至核心气流处降为负压,低压核心气流一直延伸至最下面的排灰口。因此，当分离器灰仓或底部接近轴心处有漏孔时，外部空气会以高速进入分离器，使已沉降的颗粒重新卷入净化气流中，以致严重影响收尘效率。

2．涡流：

  涡流也称二次涡流，在旋风分离器中称次流，它由轴向速度v_z与径向速度v_r构成。涡流对旋风分离器的性能，尤其是分离效率，影响较大。常见的涡流有：

       （1）.短路流:旋风分离器顶盖,排气管外面与筒体内壁之间,由于径向速度与轴向速度的存在,将形成局部涡流(上涡流).夹带着相当数量的尘粒向中心流动,并沿排气管外表面下降,最后随中心上生气流逸出排气管,影响了除尘效率。

       (2). 纵向旋涡流:纵向旋涡流是以旋风分离器内,外流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流动。经实验证明,零轴向速度面的位置等于0.6倍旋风筒体半径。由于排气管内有效流通载面小于排气管管端以下内旋流的有效流通载面,因此在排气管管端处产生节流效应,从而使排气管管端附近的气体径向速度大大提高,致使气体对大颗粒的甩力超过了颗粒所受的离心力而造成‘短路’,影响了分离性能。

       (3).外层旋流中的局部涡流:由于旋风分离器壁面不光滑,如突起,焊缝等等,可产生与主流方向垂直的涡流.其量虽只约主流的五分之一,但这种流动会使壁面附近,或者已被分离到壁的粒子重新甩到内层旋流,使较大的尘粒在净化气中出现,降低了旋风分离器的分离能力。这种湍流对分离5μm以下的颗粒尤为不利。

       (4).底部夹带:外层旋流在锥体顶部向上返转时可产生局部涡流,将粉尘重新卷起,假使旋流一直延伸到灰斗,也同样会把灰斗中粉尘,特别是细粉尘搅起,被上升气流带走。底部夹带的粉尘量占排气管带出粉尘量的20～30%。因此,合理的结构设计,减少底部夹带是改善旋风分离器捕集效率的重要方面。

    (二)、旋风分离器的特点:

      1．结构简单，器身无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较小。

      2．操作，维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用较低。

      3．操作弹性大，性能稳定，不受含尘气体的浓度，温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制作，或内衬各种不同的耐磨，耐热材料，以提高使用寿命。

4．缺点：如卸灰阀泄漏，会严重影响除尘效率；磨损严重，特别是处理高浓度或琢磨性大的粉尘时，入口处和锥体部位都容易磨坏；除尘效率不高，单独使用时有时满足不了含尘气体排放浓度要求。

  三、旋风分离器的压力损失和除尘效率:

(一)、压力损失ΔP:

      1.产生压力损失的原因:

       (1).进口管的摩擦损失;

       (2).气体进入旋风分离器内,因膨胀或压缩而造成的能量损失;

       (3).气体在旋风分离器中与器壁的摩擦所引起的能量损失;

       (4).旋风分离器内气体因旋转而产生的能量损失;

       (5).排气管内摩擦损失,同时旋转运动较直线运动需要消耗更多的能量;

       (6).排气管内气体旋转时的动能转化为静压能的损失。

      2.旋风分离器压力损失计算式:

       (1).一般情况下,旋风分离器的压力损失ΔP在1000～2000Pa,特殊设计的例外。

       (2).压力损失应该用旋风分离器进、出口全压之差来表示,即

             ΔP=(P_q)_j-(P_q)_h

          而全压为:   全压(P_q)=静压(P_z)＋动压(P_d)

          又动压为:   P_d=v²·ρ_g/2         (Pa)

∴ΔP=【(P_z)_j＋v_j²·ρ_g/2】-【(P_z)_h＋v_h²·ρ_g/2】

     =【(P_z)_j-(P_z)_h】＋【(v_j²-v_h²)·ρ_g/2】      (Pa)

       式中:(P_q)_j,(P_q)_h---旋风分离器进、出口全压,(Pa);

            (P_z)_j,(P_z)_h---旋风分离器进、出口静压,(Pa);

            (P_d)_j,(P_d)_h---旋风分离器进、出口动压,(Pa);

             v_j,v_h----旋风分离器进、出口速度,(m/s);

             ρ_g----气体的密度,(kg/m³)。

       如果进、出口截面积相同,则v_j=v_h,所以有:

                ΔP=(P_z)_j-(P_z)_h            (Pa)

       即压力损失可用进、出口静压差来表示,进、出口静压差采用U形管即可在进、出口的管壁测出。如果进、出口截面积不相同,则还要用原始计算式计算,除了测出静压,还要测出系统的流量,才能计算出动压。

       (3).计算旋风分离器压力损失的常用计算式:

        为了使压力损失计算时采用与动压计算相类似的计算式,引进了一个阻力系数ζ,定义为旋风分离器的压力损失与进口动压头之比。即

                            ΔP

                    ζ= --------------            (无量纲)

                          v_j²·ρ_g/2

                    ∴ΔP=ζ·(v_j²·ρ_g)/2        (Pa)

        这是我们常用的阻力计算形式,在管道局部阻力计算时也用该式,只是阻力系数是不同的值,但一定要注意v的定义。

       另外还有不同的阻力系数计算式,我们在非标旋风分离器设计时再介绍。

   (二)、旋风分离器的除尘效率:

      1.临界分离粒径:

       对旋风分离器内气体流动的研究可知,关键的分离区是从排气管下至排灰口间的准自由涡与核心气流交界处,即大致在旋转半径为0.65倍排气管半径r₁(即r₀=0.65r₁)处有最大的圆周速度,在此假想的圆筒面上离心力最大,此时颗粒的离心沉降速度u_r与粒径d_p的关系可用下式表示:

                      18μ_g·u_r·r₀

               d_p²= -------------------        (m)(斯托克斯阻力区)

                      (ρ_p-ρ_g)·u_t

      式中,u_r----颗粒的径向沉降速度,(m/s);

           u_t----气流的圆周(切向)速度,(m/s);

           μ_g----空气粘度,(Pa·s);

           r₀----排气管的半径,(m);

           ρ_g----气体密度,(kg/m³);

           ρ_p----颗粒密度,(kg/m³)。

       对于一定型号的旋风分离器,在正常操作风速范围(一般为14～22m/s)内,临界分离半径d_k可用下式计算,

            d_k=K×｛9μ_g·D²/【π·H₁·(ρ_p-ρ_g)·u_i】｝^0.5     (m)

       式中:D----旋风分离器外圆直筒的直径,(m);

            H₁----排气管下口至排灰口之间的有效分离高度,(m);

            U_i----气流入口速度,即操作风速,(m/s);

            K----与旋风分离器型号及操作风速有关的常数,对于常用型号的分离器,根据经验可取K=0.6～0.8。

      2.除尘效率:

       由理论和半经验公式可以求出旋风分离器在一定操作工况下对某一粉尘

粒径d_p的分级分离效率η_p,但计算式很复杂。在这里介绍一个较为简单

的除尘效率计算式。

           η_t=1-P·C_i^-q

式中:P----与旋风分离器的结构和粉尘性质有关的常数,P=0.1～0.3;

     C_i----标准状况下的粉尘浓度,(g/Nm³);

     q----与操作条件有关的常数,一般地,取q=0.046～0.048。

  四、影响旋风分离器性能的主要因素：

（一）、旋风分离器几何尺寸的确定及其对旋风分离器性能的影响：

  在旋风分离器的几何尺寸中(见图1)，以旋风分离器的直径，气体进口以及排气管形状与大小为最重要的影响因素。

1．    旋风分离器的直径（筒体直径）D₀：

一般，旋风分离器的直径越小，旋转半径越小，粉尘颗粒所受的离心

力越大，旋风分离器的除尘效率也就越高。但过小的筒体直径，由于旋风分离器的器壁与排风管太近，可造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走，使除尘效率降低。另外，筒体太小容易引起堵塞，尤其是对于粘性物料。因此，一般筒体直径不宜小于50～75mm。工程上常用的旋风分离器的直径是在200mm以上（多管式旋风分离器除外）。如今已出现大于1000mm，甚至2000mm的大型旋风分离器（如丹麦尼罗公司）。

2．    旋风分离器高度H：

 通常，较高除尘效率的旋风分离器都有较大的长度比例。较大的长度比例可使进入筒体的尘粒停留时间增长，减少二次夹带，还可避免旋转气流对灰斗顶部的磨损。但过长的旋风分离器会占据较大的空间。

       （1）.旋风分离器自然长度:

        为了给出旋风分离器的高度有一个约束,提出了‘自然长度’,即从排气管下端至旋风分离器自然旋转顶端的距离,可用下式计算:

           l=2.3d_e×【D₀²/(b×a)】^1/3

        式中,l----旋风分离器筒体长度,m;

             D₀----旋风分离器筒体直径,m;

             b----旋风分离器入口宽度,m;

             a----旋风分离器入口高度,m;

             d_e----旋风分离器出口直径,m。

        旋风分离器的实际长度要大于自然长度,但也不能太长。当旋风分离器设计完成后,自然长度可作为一个验算依据。

        (2).旋风分离器的实际长度:

         一般常取旋风分离器的圆筒段高度,h=(1.5～2.0)D₀。而适当加长圆锥长度,因为圆锥体可以在较短的轴向距离内将外旋流转变为内旋流,因而节约了空间和材料。

       (3).圆锥段半锥角α,圆锥段高度(H-h)和排料管直径D₂的一般取值:

        圆锥段半锥角:设计时常取:α=13～15°。

        圆锥段高度(H-h)=(2～2.5)D₀。

        排料管直径:D₂=(0.5～0.8)d_e。(d_e的常取值,后面有说明)

      3.旋风分离器的进口b×a:

       (1).进口型式:旋风分离器有两种主要型式----轴向进口和切向进口。切

向进口又分为螺旋面进口、渐开线进口及圆形切向进口。(见图2)

        切向进口是最为普通的一种进口型式,制造简单,用得比较多。这种进口

型式的旋风分离器外形尺寸紧凑。

螺旋面进口为气流通过螺旋面进入旋风分离器后，以与水平呈近似10°

的倾斜角度，向下作螺旋运动。采用这种进口有利于气流向下作倾斜的

螺旋运动，同时也避免相邻两螺旋圈的气流的干扰和顶部的短路流。螺

旋顶板倾斜角β应小于15°，一般取β≈11°，以克服湍流和改善上灰

环问题。

  渐开线（蜗壳形）进口可以减少进口气流对筒体内气流的撞击和干扰。

由于从蜗壳形进口进入筒体的气流宽度逐渐变窄，使颗粒向壁面移动的

距离减小，而且加大了进口气体和排气管的距离，减少气流的短路机会，

因而提高了除尘效率。与其他进口型式相比，蜗壳形进口处理量大，压

力损失小，是比较理想的一种进口型式。在90°，180°和270°蜗壳

型式中，以180°的涡壳用得最多。

  轴向进口的好处是最大限度地避免进入气体与旋转气流之间的干扰，

以提高效率。但因气体均匀分布于进口截面，使靠近中心处分离效果很

差。轴向进口常用于多管式旋风分离器。为使进口气体产生旋转，一般

多在进口处设置各种形式的叶片。

       （2）.进口管的型式和位置：进口管可以制成矩形和圆形两种型式。但由于圆形进口管与旋风分离器的器壁只有一点相切，而矩形进口管其整个高度均于筒壁相切。故一般多采用矩形进口管。

        矩形宽度b和高度a的比例要适当，通常长而窄的进口管与器壁有着更大的接触面。宽度b越小，临界粒径越小，除尘效果越高。但进口管太长，为了要保持一定的气体旋转圈数N，必须加长筒体，否则除尘效率仍不能提高。一般矩形进口还的高与换之比为：a/b=2～3，另有：b=（0.2～0.25）D₀;a=(0.4～0.75)D₀。

4．排气管d_e和h_c:

常见的排气管有两种:一是下端收缩式,另一种为直筒式(见图3)。在设计分离较细粉尘的旋风分离器使,可考虑排气管为下端收缩式。由实验得到证实:当D₀/d_e=2.5～3时,除尘效率达到最高点,而压力损失增加并不快。一般常取:d_e=(0.3～0.5)D₀。另外排气管插入的深度也要适当,一般h_c≥0.8a。

5．灰斗:

        灰斗是旋风分离器设计中最容易被忽略的部分。一般都把它仅看作是排除粉尘的装置。其实在分离器的锥度处，气流非常接近高湍流，而粉尘也正是由此排出。因此，二次夹带的机会也就更多。再则，旋流核心为负压，如果设计不当，造成灰斗漏气，就会使粉尘二次飞扬加剧，严重地影响除尘效率。下表列出灰斗漏气量和除尘效率降低的关系。

漏风量比例（%）	1	5	15
除尘效率降低比例（%）	5	50	极低

      6．旋风分离器各部分间的比例：

       标准和常用旋风分离器几何尺寸的比例关系见下表：

项目	标准分离器比例	常用旋风分离器比例		项目	标准分离器比例	常用旋风分离器比例
直筒长	h=2D0	h=（1.5～2.0）D0		进风口宽度	b=0.25D0	b=(0.2～0.25)D0
锥体长	H-h=2D0	H-h=(2～2.5)D0		粉尘出口直径	D2=0.25D0	D2=(0.15～0.4)D0
排风管直径	de=0.5D0	de=(0.3～0.5)D0		排风内筒长	hc=0.33D0	hc=(0.3～0.75)D0
进风口高度	a=0.5D0	a=(0.4～0.75)D0		排风内筒直径	de=0.5D0	de=(0.3～0.5)D0

    (二)、操作条件对旋风分离器性能的影响:

      1．进口气速v_j的影响：

       在一定的范围内，v_j进口气速越大，除尘效率越高。但气速太高，气流

的湍流程度增加，二次夹带严重。另外，气速太高，粉尘微粒与此筒器壁

的摩擦加剧，粗颗粒粉碎，使细粉尘含量增加。过高的气速对具有凝聚性

质的粉尘也会起分散作用。这些对除尘都是不利的。

       气体通过旋风分离器的压力损失，和气体的进口速度平方成正比。因此，在设计旋风分离器的进口截面时，必须使进口气速为一适宜值。这样既保证旋风的除尘效率，又考虑到能量的消耗。其次，进口气速过大，也会加速旋风分离器本体的磨损，降低旋风分离器的使用寿命。

       一般取进口风速v_j=14～22m/s。

2．    气体的密度ρ，粘度μ和温度t的影响：

气体密度变化对除尘效率的影响可忽略不计，但气体密度增加，则压力损失也增加。

       气体粘度的影响在计算分离器压力损失时常忽略不计。但除尘效率是随着气体粘度的增加而降低（从临界分离粒径计算式可以看出）。

       由于温度升高，气体粘度增加，当进口气速等条件保持不变时，分离器效率也稍有降低。通常气体温度越高，旋风分离器压力损失越小。

3．    气体含尘浓度的影响：

旋风分离器的除尘效率随粉尘浓度增加而提高，这是由于粉尘易团聚和凝聚性能提高引起的。需要注意的是随着含尘浓度增加，排气管排出的粉尘绝对量也会大大地增加。下表是当粉尘粘性较小时，旋风分离器直径和允许含尘质量浓度的关系：

旋风分离器直径（mm）	800	600	400	200	100	60	40
允许含尘质量浓度（g/m3）	400	300	200	150	60	40	20

4．    气体含湿量的影响：

气体的含湿量对旋风分离器的工况有较大的影响。例如，分散度很高

而粘着性很小的粉尘（小于10μm的颗粒含量为30%～40%，气体含湿量为1%）气体在旋风分离器中的净化不好；若细颗粒量不变，湿含量增至5%～10%时，那么颗粒在旋风分离器内相互粘结成比较大的颗粒，这些大颗粒被猛烈冲击在器壁上，气体净化将大大有改善。但气体含湿量过大，将会引起粉尘粘壁，甚至堵塞，以致大大地降低旋风分离器的性能。

（三）、固体粉尘的物理性质对旋风分离器的影响：

      1．固体颗粒大小（即粒径d_p）的影响：

       较大粒径的颗粒在旋风分离器中会产生较大的离心力，有利于分离。所以大颗粒所占的百分比越大，总除尘效率越高。

2．    颗粒密度ρ_p的影响：

       粉尘单颗粒密度对除尘效率有着重要的影响。ρ_p越大，除尘效率也越高。颗粒密度对压力损失影响很小，设计计算中可以忽略不计。

  五、旋风分离器的分类及其选型：

    （一）、旋风分离器的分类：

      1．按性能分类：

       按性能可分为：（1）.高效旋风分离器:其筒体直径较小,用来分离较细的粉尘,除尘效率在95%以上;(2).高流量旋风分离器:筒体直径较大,用于处理很大的气体流量,其除尘效率为50%～80%;(3).介于上述两者之间的通用旋风分离器:用于处理适当的中等气体流量,其除尘效率为80%～95%。

      2.根据结构型式分类:

       根据结构型式可分为圆筒体型(基本型),长锥体型,扩散型,旁通型等,前三种类型的旋风分离器是我们干燥系统中经常用到的(见图4,图5和图6)。

      3.按其组合,安装情况分类:

       可分为内置旋风分离器(安装在反应器或其他设备内部,化工行业用得较多,体形较小),外置旋风分离器(可见得着外形的);立式(常见的)与卧式(如与热风炉配套的);单筒与多筒的;还有多管旋风分离器(也称旋风子),与锅炉配套用的。

      4.按气流导入情况分类和气流在器内的流动路线分类::

       按气流导入情况可分为切向导入和轴向导入;按气流进入器内的流动路线可分为反转、直流,以及带二次风的形式。

       切流反转式旋风分离器是最常用的旋风分离器,其结构和气流状况在前面已作介绍。

    (二)、旋风分离器的选型:

      1.选型原则:

       (1).旋风分离器的净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择直径时应尽量小些。如果要求通过的风量较大时,可采用若干个小直径的旋风分离器并联,矩形排列一般最多为2(列)×3(行)=6个,多管旋风分离器不受此限定,圆形排列数量可以增多。

       (2).旋风分离器的入口风速要保持14～22m/s，视阻力系数而定。

       (3).选择旋风分离器时,要根据工况考虑阻力损失和结构形式,尽可能使之动力消耗减少,且便于维修。

       (4).旋风分离器能捕集到的最小尘粒应等于或稍小于被处理气体的粉尘的最小粒度。如不能达到要求,就可把旋风分离器作为第一级分离,后再加布袋除尘或湿法除尘作为第二级分离。

       (5).当含尘气体温度很高时,要注意保温,避免水分在分离器内凝结。假如粉尘不吸收水分,露点温度为30～50℃时,进入分离器的气体温度应高于露点温度30℃;假如粉尘吸水性较强(如水泥,石膏和含碱粉尘等),露点为30～50℃时,进入分离器气体温度应高于露点温度40～50℃。

       (6)旋风分离器结构的密封性要好,确保不漏风。尤其是负压操作,更应注意卸料器锁风装置的可靠性。

       (7).易燃易爆粉尘(如煤粉),应设有防爆装置。防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防爆阀门。

      2.选型步骤:

       旋风分离器的性能有三个技术性能(气体处理量G,压力损失ΔP及除尘效率η)和三个经济指标(基建投资和运转费用,占地面积,使用寿命)。

       旋风分离器的选型计算主要包括类型选择,筒体直径及数量的确定等内容。一般步骤和方法如下所述。

       (1).确定除尘系统需要处理的气体量G(m³/h)。

       (2).根据所需处理气体的含尘质量浓度,粉尘性质及使用条件初步选择分离器类型。

       (3).确定旋风分离器的进口气体速度v_j(14～22m/s);

       (4).确定气体进口面积F_j(m²):

               F_j=a×b=G/(3600v_j)

        根据a/b=2～3     的范围,设定a/b的确定值,计算出a和b的值;

       (5).筒体直径D₀(m):

         根据a=(0.4～0.5)D₀的范围,设定具体的比值,计算出D₀的值;

       (6).筒体长度h(m):

         根据h=(1.5～2)D₀的范围,设定具体的比值,计算出h的值;

       (7).锥体长度H-h(m):

         根据H-h=(2～2.5)D₀的范围,设定具体的比值,计算出H-h的值;

       (8).排灰口直径D₂(m):

         根据D₂=(0.15～0.4)D₀的范围,设定具体的比值,计算出D₂值;

       (9).排风管直径d_e(m):

         根据d_e=(0.3～0.5)D₀的范围,设定具体的比值,计算出d_e值;

       (10).排风管插入深度h_c(m):

         根据h_c=(0.3～0.75)D₀的范围,设定具体比值,计算出h_c值;

       (11).压力损失ΔP(Pa)的计算:

         根据Shepherd-Lapple的压力损失计算式:ζ=K×(a×b)/d_e²

          上式中,标准切向进口:K=16;有进口叶片:K=7.5;螺旋面进口:K=12,

          计算得到ζ值,再用下式计算ΔP,

              ΔP=ζ·v_j²·ρ_g/2        (Pa)

      3.注意点:

       (1).粉尘浓度大和粒径大时,进口气体速度可取小些,反之可选大些。

       (2).在高温条件下运行时,应有较大的进口气体速度。

       (3).当气体含尘质量浓度较高,或要求捕集的粉尘粒度较大时,应选用较大直径的旋风分离器;当要求净化程度较高,或要求捕集微细尘粒时,可选用较小直径的旋风分离器并联使用。

       (4).旋风分离器并联使用时,应采用同型号旋风分离器,并需合理地设计连结风管,使每个旋风分离器处理气量相等,以免分离器之间产生串流现象,降低效率。彻底消除串流的办法是为每一个分离器设置单独的集尘箱。

       (5).旋风分离器一般不宜串联使用。必须串联使用时,应采用不同性能的旋风分离器,并将低效率者设于前面。 

  六、干燥系统常用的三种类型的旋风分离器:

    (一)、XLT/A型旋风分离器(见图4):

      XLT/A型旋风分离器是XLT型旋风分离器的改进型。

      XLT型旋风分离器是应用最早的旋风分离器，各类型的旋风分离器都是由

它改进而来的。它结构简单，制造容易，压力损失小，处理气量大，有一定

的除尘效率。适用于捕集重度和颗粒较大的、干燥的非纤维性粉尘。

1．    XLT/A型旋风分离器结构特点：

 它具有向下倾斜的螺旋切线型气体进口，顶板为15°角的螺旋型的导向板。由于气体切向进入，又有导向板的作用，可消除气体向上流动形成的小旋涡气流，减少动能消耗，提高除尘效率。它的另一个特点是筒体细长和锥体较长，而且锥体的锥角较小，能提高除尘效率，但压力损失也较高。

2．    XLT/A型旋风分离器规格：

 XLT/A型旋风分离器以筒体直径为基准，有φ300～800mm共11种规格，每隔50mm为一级。按筒体个数分类有单筒，双筒，三筒，四筒和六筒5种组合。每种组合有两种排气方式。一种为水平（旁侧）排气（X型），一般用于负压操作；另一种为上部（正中）排气（Y型）。用于正压或负压操作。X型的双筒组合者，有正中进排气和旁侧进排气两种；单筒和三筒只有旁侧进排气一种形式；四筒和六筒组合只有正中进排气一种形式。

3．    XLT/A型旋风分离器的阻力系数：

 X型的阻力系数为ζ=5.5,Y型的阻力系数为ζ=5.0。

4．    XLT/A型旋风分离器的处理气量和压力损失：

 XLT/A型旋风分离器的处理气量和压力损失见下表所列。

组合 形式	进口 气速 m/s	型                            号
		XLT/ A-3.0	XLT/ A-3.5	XLT/ A-4.0	XLT/ A-4.5	XLT/ A-5.0	XLT/ A-5.5	XLT/ A-6.0	XLT/ A-6.5	XLT/ A-7.0	XLT/ A-7.5	XLT/ A-8.0
		筒                    径
		φ300	φ350	φ400	φ450	φ500	φ550	φ600	φ650	φ700	φ750	φ800
		处       理       气        量      (m3/h)
单筒	12	670	910	1180	1500	1860	2240	2670	3130	3630	4170	4750
	15	830	1140	1480	1870	2320	2800	3340	3920	4540	5310	5940
	18	1000	1360	1780	2250	2780	3360	4000	4700	5440	6250	7130
双筒	12	1340	1820	2360	3000	3720	4480	5340	6260	7260	8340	9500
	15	11660	2280	2960	3740	4640	5600	6680	7840	9080	10420	11880
	18	2000	2720	3560	4500	5560	6720	8000	9400	10880	12500	14260
三筒	12	2010	2730	3540	4500	5580	6720	8010	9390	10890	12510	14250
	15	2490	3420	4440	5610	6960	8400	10020	11760	13620	15630	17820
	18	3000	4080	5340	6750	8340	10080	12000	14100	16320	18750	21390
四筒	12	2680	3640	4720	6000	7440	8960	10680	12520	14520	16680	19000
	15	3320	4480	5920	7480	9280	11200	13360	15680	18160	20840	23760
	18	4000	5440	7120	9000	11120	13440	16000	18800	21760	25000	28520
六筒	12	4020	5460	7080	9000	11160	13440	16020	18780	21780	25020	28500
	15	4980	6840	8880	11220	13920	16800	20040	23520	27240	31260	35640
	18	6000	8160	10680	13500	16680	20160	24000	28200	32640	37500	42780
进口气速  (m/s)		压        力         损          失    (20℃,  Pa)
		X型						Y型
12		490						440
15		770						690
18		1100						990

XLT/A型旋风分离器处理气量和压力损失按下式计算:

               G=2820×n×v_j×D²

               ΔP=ζ×ρ_g×v_j²/2

       式中:G----组合旋风分离器处理气量,(m³/h);

            n----旋风筒个数;

            D----旋分筒直径,(m);

            V_j----进口气速,(m/s);

            ΔP----单个旋风分离器压力损失,Pa;

            ρ_g----温度为t℃时含尘气体的密度,(kg/m³)。

(二)、CLK型扩散式旋风分离器(见图5):

  扩散式旋风分离器又称带倒锥体旋风分离器,它具有除尘效率高,结构简单,加工制造容易,投资低和压力损失适中等优点,适用于捕集干燥的、非纤维性的颗粒粉尘,特别适用于捕集5～10μm以下的颗粒。(另一资料述说为:适宜于捕集粒径大于10μm的粉尘,其总除尘效率可达88%～92%。)

1．    工作原理：

含尘气体经矩形进气管沿切向进入筒体，粉尘在离心力的作用下被抛

向器壁，并随旋转气流向下运动，大部分气流受反射屏的反射作用，旋转上升经排气管排出。小部分气流随粉尘经反射屏和锥体之间的环缝进入灰斗，进入灰斗的气体速度降低，由于惯性作用，粉尘被捕集在灰斗内，气体则经反射屏的透气孔至排气管排出。

2．    结构特点：

扩散式旋风分离器与一般旋风分离器最大的区别是具有呈倒锥体形状

的锥体，并在锥体的底部装有反射屏。锥体呈倒锥体，逐渐增大自锥体

壁至锥体中心的距离，减少了含尘气体由锥体中心短路到排气管的可能

性。反射屏可使已经分离的粉尘沿着锥体与反射屏之间的环缝落入灰斗，

有效防止了上升的净化气体重新把粉尘，特别是5～10μm细粉尘卷起带

走，因而提高了除尘效率。

  扩散式旋风分离器另一个特点是有一个较大的灰斗。由于粉尘夹带少量气体从锥体底部旋转进入灰斗，因此灰斗应宜大一些，其圆柱体直径一般取1.65D。灰面上部的空间高度最好有1D的高度。

3．    压力损失：

扩散式旋风分离器压力损失ΔP与含尘气体进口速度v_j的关系符合

ΔP=ζ·v_j²·ρ_g/2的一般旋风分离器的规律。阻力系数ζ在7.5～9之间,平均值为8.5，误差在±15%以内。

        在进口含尘浓度不变时，进口气速的增加，阻力系数基本不变。在进口气速不变的情况下，与一般旋风分离器规律一致，随进口气体含尘浓度的增加，其阻力系数减小。洁净气体的阻力系数最大。

4．    除尘效率：

  《除尘设备》一书中提供了一组分级除尘效率表。

粒径  （μm）	分级除尘效率（按重量百分比）%
＜5	90
5～10	94
10～20	95
20～40	98
40～60	99
60	100
总除尘效率（%）	96．4

实际使用表明，对于小粒径尘粒的除尘效率不像上表列出的那么高，这可能是由于加工误差和精度不够，操作不在最佳工况所致。

5．    扩散式旋风分离器选型表：

型号	气           速        （m/s）
	10	12	14	16	18	20
CLK-150	210	250	295	335	380	420
CLK200	370	445	525	590	660	735
CLK250	595	715	835	955	1070	1190
CLK300	840	1000	1180	1350	1510	1680
CLK350	1130	1360	1590	1810	2040	2270
CLK400	1500	1800	2100	2400	2700	3000
CLK450	1900	2280	2660	3040	3420	3800
CLK500	2320	2780	3250	3710	4180	4650
CLK-600	3370	4050	4720	5400	6070	6750
CLK-700	4000	5520	6450	7350	8300	9200

6．    扩散式旋风分离器的缺点：

这种分离器的主要缺点是分离器筒体的磨损问题，尤其是进口蜗壳外侧仍较易磨损。另外，这种分离器制作精度要求比较高，尤其是倒锥体的透气中心线的不对中或不水平，对除尘效率有显著的影响。还有对粘性物料一旦粘附在倒锥体的上表面，就不容易滑下，越积越多。

（三）、CZT型长锥体旋风分离器(见图6)：

  长锥体旋风分离器具有体积小，用料省，除尘效率高的优点，适用于捕集非粘性的金属、矿物、纤维性粉尘，刨化和木屑，特别对纤维性的棉尘除尘效率几乎为100%。一般情况下除尘效率约90%。

1．    结构特点：

最显著的特点是有较长的锥体。试验表明，锥体长度L从2D增加到

2.8D，除尘效率是逐渐提高的。但是，当锥体长度再增加时，除尘效率有

所下降。因此，一般采用锥体长度为2.8D。随着锥体长度的增加，阻力

系数逐渐下降，在L/D小于2.9时，呈直线关系，以后阻力系数下降速率

减慢，最后趋向一个极限。

  长锥旋风分离器的另一个特点是直筒段长度较短。在蜗壳和锥体之间有一个直筒段。由于直筒段至锥体有一个转角，存在着气流向着筒体中心的确反射现象，反射能力随进口气速的增加而提高，且气流径向速度也明显增大；此时，直筒段越短，粉尘被夹带出的可能性也增加。当进口气速大于14m/s时，随直筒长度的增加，除尘效率可因直筒长度增加会增大旋转气流在分离器内的有效行程，提高了离心分离能力，故除尘效率提高。

  一般取排气管直径D1为0.5D。进气管入口形式都为蜗壳进口时，一般采用1∶3.75的比例。

2．    技术性能：

 它的除尘效率一般在90%左右，对于5μm以下的粉尘，其除尘效率较低。这种分离器的压力损失较高，阻力系数为10.7。

3．    CZT型长锥体旋风分离器选型表：

项  目	型   号	进  口  风  速   （m/s）
		11	13	15
风  量 （m3/h）	CZT-3.9	790	935	1080
	CZT-5.1	1340	1580	1820
	CZT-5.9	1800	2120	2450
	CZT-6.7	2320	2750	3170
	CZT-7.8	3170	3740	4320
	CZT-9.0	4200	4950	5700
压 力 损 失    (Pa)		750	1100	1470

以上三种旋风分离器的结构尺寸请查阅《除尘设备》一书。

七、旋风分离器的非标设计:

(一)、几种常用旋风分离器在选型表以外的处理风量的非标设计:

  有时干燥系统所需的风量不在选型表的风量上,只需根据风量,进口风速求出进风口的面积,再在已知的选型表中找到差别最小的进口面积,求出它们的比值,进一步求出进风口的宽度和高度。每一种旋风分离器都有自己的结构尺寸比例，按照该比例即可求出所要设计的旋风分离器的各部分尺寸。

（二）、单筒体大风量旋风分离器的非标设计：

  有时处理风量特别大，而安装旋风分离器的场地面积又受到限制，不能采用组合式的旋风分离器，就要设计非标的单筒体大风量旋风分离器。丹麦尼罗公司已有单筒体处理风量大到50000m³/h的旋风分离器。经过分析，它的压力损失比较大，我们可根据自己的条件和需要进行再设计。

（三）、在原有的旋风分离器的基本结构不变的条件下，在原干燥系统允许的压力条件下，要提高除尘效率，进行非标设计。要估算出原干燥系统还有多少压力富余量，只需将原直筒排风管的下端改成收缩口即可，收缩到什么程度，要进行阻力系数的计算。

  建议阻力系数计算采用收缩型排气管的D_Ⅲ型旋风分离器的计算式，即，

              ζ=m×（d_e/D₀）^-n

式中，m，n----与旋风分离器结构型式有关的系数，m=2.02～2.50,

         n=2.23～3.41,对于D_Ⅲ型收缩排气管，有：m=2.02,n=2.35。