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旋風除塵器（qì）是利用含塵氣流作（zuò）旋轉運動產生（shēng）的離心力，將塵粒從氣（qì）體中分離並捕（bǔ）集下來的裝置（zhì）。旋風除塵器與其（qí）它（tā）除塵器（qì）相比，具有（yǒu）結構簡單、沒有（yǒu）運動部件、造價便（biàn）宜、除塵效率（lǜ）較高、維護管理方便以及適用麵寬（kuān）的（de）特點（diǎn），對於收集5~10μm以上的塵粒（lì），其除塵效率可達90%左右。廣泛用於工業爐窯煙氣除塵（chén）和工廠通風除塵，工業氣力輸送係統氣固兩相分離與物（wù）料氣力烘幹回收等。旋風除塵器除可以作（zuò）為高（gāo）濃度除塵係（xì）統的預（yù）除塵器，能（néng）與其它類型高效除塵器串聯使用，在飼料行業也得到（dào）了廣泛的應用，如原料粉碎、冷卻等生產的除塵。然（rán）而，許多飼料企業的旋風除塵器運行（háng）效（xiào）率並不高，排放指（zhǐ）標未（wèi）達到設計（jì）要求，研究和探討旋（xuán）風除塵器效率影響因素，對提高其除塵效率具有重要的現（xiàn）實意義。
1 結構與原理（lǐ）
旋風除塵器按氣流（liú）進入方式分為切流轉式、軸流反轉（zhuǎn）式、直流式（shì）等。飼料行業除塵器所使用的主要是（shì）切流反轉式。其工作原理為（wéi）：含塵氣體（tǐ）通過進口起旋器（qì）產生旋轉氣流，進（jìn）入旋風除（chú）塵器後，沿外（wài）壁自上而下作螺（luó）旋形旋轉運動，這股向下（xià）旋轉的氣流（liú）到達錐體底部後，轉而向上，沿軸（zhóu）心向上旋轉，其結構見圖1。氣流作旋轉運（yùn）動時，塵粒在慣性離心力的作用下移向（xiàng）外壁，在氣流和重力共同作用下沿壁麵落入灰鬥，去除了粉塵的氣體匯向軸心區域由（yóu）排氣芯管排出。
旋風除塵器的性能通常以其處理量、效率、阻力降3個（gè）主要技術指標來表示。處理量（liàng）係指除塵器裝置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與未經除塵前含（hán）塵氣體中所含粉塵量的百（bǎi）分比（bǐ）；阻力降有時稱壓力（lì）降，它代表含塵氣（qì）體經過除塵裝置所（suǒ）消耗能量大小的一（yī）個主要指標，壓力損失大的除塵裝置，在工作時能（néng）量消耗就大，運轉費用（yòng）高。
2 流體流動狀態
旋風除塵器的（de）氣流是由切（qiē）向、徑向及軸向構成的複雜紊流狀態（見圖2）。①切向速度：切向速度在內、外旋流中方向一致朝（cháo）外。切向速（sù）度在內（nèi）旋流中隨（suí）筒（tǒng）體半徑的減小而減小，在外旋流（liú）中（zhōng）隨筒體半徑的減小而（ér）增加，在內、外旋流的交界麵處達到好值。切向分速度（dù）使（shǐ）粉塵顆粒在徑向方（fāng）向加（jiā）速度的作用下產生由內向外（wài）的離心沉降速度，從而把粉塵顆粒推（tuī）到圓筒壁（bì）而被分離。②徑向速度：徑向速度在內旋流中方向朝外，在外（wài）旋（xuán）流（liú）中方向朝內，在（zài）內（nèi）、外（wài）旋流的（de）交界麵（miàn）處形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（xiàng）內推到（dào）中（zhōng）心部渦核而隨上升氣流排離旋風除塵器，形成了旋風分離器的主流，使得旋風除塵器中氣、固相物質的較好的分離。徑（jìng）向分速度的存（cún）在也導致了內旋氣流在上長過程中（zhōng）流（liú）動狀態的極度混亂，湍（tuān）動劇烈形成大量旋渦，把在沉降段（圓筒部分）已與氣體分離（lí）的塵粒重新又（yòu）攪拌起（qǐ）來，造成部分塵粒被氣體一起排離（lí）旋（xuán）風除（chú）塵器的二次揚塵現（xiàn）象，形成了（le）旋風（fēng）分離器的次流，結果使旋風分離器效率下降。旋風器的邊壁處和錐體氣旋的（de）交換處是二次揚塵的主要區域（yù）。③軸（zhóu）向（xiàng）速度：軸向速（sù）度在筒體外壁附近方向（xiàng）朝下，靠近軸（zhóu）心部（bù）分方向朝上，且（qiě）在軸心底部速度（dù）好。當氣流由錐筒體詢問反轉上升時，軸向速度會將已除（chú）下的粉塵重新帶（dài）走，形成返混現（xiàn）象，影響除塵效（xiào）率。
此外，由於軸向分速度和徑（jìng）向分速度的存在，使（shǐ）得旋風除塵器在工（gōng）作時經（jīng）常（cháng）形成上（shàng）灰環和下灰（huī）環，其中（zhōng）灰環對於粉（fěn）塵顆粒捕（bǔ）集分離有一定的作用，而上灰環的存在使得（dé）原來已被捕集分離有一定的（de）作用，而上灰環的存在使得原來已被捕集分離有一定的作用，而（ér）上灰環的存（cún）在使得原（yuán）來已被捕集分離在（zài）圓柱體邊壁的（de）粉塵（chén）先沿外筒壁向上移動，然後沿頂（dǐng）蓋向內移動，又沿內筒的外壁向下移，好後短路而排離旋風器，降低除塵效率。由此可見，克服分離器分離效果（guǒ）不（bú）好的辦（bàn）法，必須從三方麵著手（shǒu），一是消除（chú）“上灰環”避免塵粒走短路；二是盡量減少氣體分離段的湍流（liú），降低二（èr）次揚塵的機會；三是克服塵粒在分離段的（de）負沉降運動（徑向運動）。
3 影響除塵效果的因素
3.1 除塵器結構尺寸對其性能的影響
旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸（cùn）比（bǐ）例，每一個比例關係的變動，都能影響旋風除（chú）塵器的（de）效（xiào）率和壓力損失。其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主（zhǔ）要影響因素。它（tā）們的變化對（duì）除塵器性能的影響關係見表1。在使用時應注（zhù）意，表1中所（suǒ）示的尺（chǐ）寸隻（zhī）能在一定（dìng）範（fàn）圍（wéi）內（nèi）進行（háng）調整，當超過某一界（jiè）限時，有利因素也能轉化為（wéi）不利因素。另外，有的因素對（duì）於提高（gāo）除塵（chén）效率有利，但卻會增加壓力損失，因（yīn）而對因素的調整必須兼顧。
3.1.1 進氣口
旋風除塵器的（de）進氣口是形成旋轉氣流的關鍵部件，是影響除塵效率和壓力損失的主要因素。切向進氣的進口麵積對除塵（chén）器（qì）有很大的影響，進氣口麵（miàn）積相（xiàng）對於筒體斷麵小時，進入除塵（chén）器的氣流切線（xiàn）速度大，有利於粉塵的分離。
3.1.2 圓（yuán）筒體直徑和高（gāo）度
圓筒體直徑是構成旋風除塵器的好基本尺寸。旋轉氣流的切向速度對粉（fěn）塵產生的離心力與圓筒體直徑成反比，在相同的切線速度下（xià），筒體（tǐ）直徑D越小，氣流的旋轉半徑（jìng）越小，粒子受（shòu）到的離心力越大，塵粒越容易被捕（bǔ）集。因此，應適當選擇較小的圓筒（tǒng）體直徑，但若筒體直徑選擇過小，器（qì）壁與排氣（qì）管太近，粒子又容易逃逸；筒體直徑太小還容易引起堵塞，尤其是對於粘性物料。當處理風（fēng）量較大時，因筒體直（zhí）徑小處理含塵風量有限，可采用幾台旋風除塵器並聯運（yùn）行的方法解（jiě）決。並聯運行處理（lǐ）的風量為各除塵器處理風量之和，阻力僅為單個（gè）除塵器在處理它所承擔的（de）那部分風量的阻力。但並聯使用製造比較複（fù）雜，所需材料也較多，氣體易在進口處被阻擋而增（zēng）大阻力。因此，並聯使用時台數不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高（gāo）度（dù）之和。增加筒體（tǐ）總高度，可增加氣流在除塵器內的旋轉圈數，使含塵氣流中（zhōng）的粉塵與氣（qì）流分（fèn）離的機會增多，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入內旋（xuán）流的機會也隨之（zhī）增加，從而又降低除塵效率。筒體總高度一般以（yǐ）4倍的圓筒體直徑為（wéi）宜，錐筒體部分（fèn），由於其半徑不斷（duàn）減小，氣流的切向速度不斷增加，粉塵到達（dá）外壁的距離也不斷減小，除塵（chén）效果比圓筒體部分好。因此，在筒體總高度一定的情況下，適當增加錐筒體部分的高度，有利提高除塵效率。一般（bān）圓筒體部分的高度（dù）為其直徑的1.5倍，錐筒體高度為圓筒體直徑的（de）2.5倍時，可獲（huò）得較為理想的除塵效率。
3.1.3 排風管
排風管的直徑和（hé）插入深度對旋風除塵器效率影響較（jiào）大。排風（fēng）管直徑必須選（xuǎn）擇一個合適的值，排風管直徑減（jiǎn）小，可（kě）減小內旋流的旋轉範（fàn）圍，粉塵不易（yì）從排風管（guǎn）排出；有（yǒu）利（lì）於提高除塵效率，但同時出風口速度增加，阻力損失（shī）增（zēng）大。若增大排風管直徑，雖阻力損失可明顯減小（xiǎo），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，使外旋流中部分未被清除的粉塵（chén）直接混入排風管中排出，從而（ér）降低除塵效率。一般認為排風管直徑為圓筒（tǒng）體直徑的0.5~0.6倍為（wéi）宜。排風管插入過淺，易造成進風口含塵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略低進風口底部（bù）的位置為宜（yí）。
3.1.4 排灰口
排灰（huī）口的大小與結構（gòu）對除塵效率有直接的（de）影響。增大排灰口（kǒu）直徑（jìng）可使除塵器提高壓力除，對提高除塵效率（lǜ）有利，但排灰口直徑太大會導（dǎo）致粉塵的重新（xīn）揚起。通常采用排灰口直（zhí）徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操作工藝參數
在旋風除塵器尺寸和結構定型的情況下，其除塵效率（lǜ）關（guān）鍵在於運行因素的影響。
3.2.1 流（liú）速（sù）
旋風除塵器是利用離心力來除塵的，離心（xīn）力愈大，除（chú）塵效果愈好。在圓周運動（或曲線運動）中粉塵（chén）所（suǒ）受（shòu）到的離心力為（wéi）：F=ma
式中：F——離心力，N；
m——粉塵（chén）的質量（liàng），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——氣流的旋轉半（bàn）徑，m。
所以，F=mVT2 /R
可見，在旋（xuán）風除（chú）塵（chén）器的結構固定（R不變），粉塵相同（m穩（wěn）定）的情況下，增加旋（xuán）風（fēng）除塵器（qì）入口的氣流速度，旋風除塵器的（de）離心力就愈大。而旋風除塵器（qì）的進口氣量為（wéi）：Q=3600 AVT
式（shì）中（zhōng）：Q——旋風除塵器的進口氣量，m3/h；
A——旋風除塵器的進口截麵積，m2。
所以（yǐ），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（kǒu）氣量成正比，而（ér）旋風除塵器的進口氣量（liàng）是由引風機的進風（fēng）量決定的。
可見，提（tí）高進風口氣流速度，可（kě）增大除塵（chén）器內氣流的（de）切向（xiàng）速度，使粉塵受到的離（lí）心力增加，有（yǒu）利於（yú）提高其除塵效率，同時，也可提高處（chù）理含塵風量。但進（jìn）風口氣流速（sù）度提高，徑向和軸向速度也隨（suí）之增大，紊（wěn）流的影（yǐng）響增大。對每（měi）一種（zhǒng）特定（dìng）的粉塵旋風除塵器都有一個臨界進風口氣流速度（dù），當超過（guò）這個風速後，紊流的影響比分離作用（yòng）增加更快（kuài），使部分已分離的粉塵重新被帶走，影響除塵效果。另（lìng）外，進風口氣流增加，除塵阻力也（yě）會（huì）急（jí）劇上（shàng）升，壓損增大，電耗增加。綜合考慮旋風除塵器的除塵效果和經濟性，進風口的（de）氣流速（sù）度控製在12~20m/s之間，好不超過25m/s，一般選14m/s為宜。
3.2.2 粉塵（chén）的狀況
粉塵（chén）顆粒大小是影響出口濃度的關鍵因素。處於旋風除塵器外旋流的粉塵，在徑向同時受到兩種力的作（zuò）用，一是由旋轉氣流的切向速（sù）度所產（chǎn）生的離心力，使粉塵（chén）受到向（xiàng）外的推移作用；另一個是由旋轉氣流的徑向速度所產生的向心力，使（shǐ）粉塵受到（dào）向內的推移作用。在內、外旋（xuán）流的交界麵上，如果切向速度產生的離心力大於（yú）徑向速度產生的向心力，則粉塵在慣性離心力的推動下向外壁移動，從而被分離（lí）出來；如果切向速度產生的離心力大（dà）於徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入（rù）內旋流，好後經排風管排出。如果切向速度產生的離心力等於（yú）徑向速度產生（shēng）的向心力，即作用在粉塵顆粒上的（de）外力等於零，從理（lǐ）論上講，粉塵應在交界麵上不（bú）停地旋轉。實際上由於氣流（liú）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有50%的（de）可能進入內旋流，有50%的可能向外壁移動，除塵效率應為50%。此時分離的臨界粉塵顆粒稱為分（fèn）割粒徑。這時，內、外旋流的（de）交界麵就像一張孔徑為分割粒徑的（de）篩網，大於分割粒徑的粉塵被（bèi）篩網截留並捕（bǔ）集下來（lái），小於分割（gē）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，該除塵器的除塵效率愈高。離心力的大小與粉塵顆粒有關，顆粒愈大，受到離心力愈大（dà）。當（dāng）粉塵的粒徑和切向速度愈大，徑向速（sù）度和排風管的直徑愈小時，除（chú）塵效（xiào）果愈好。氣體中的灰分濃度也是影響出口濃（nóng）度的關鍵因素。粉塵濃度增大時，粉塵易於凝（níng）聚，使較小的塵粒凝聚在一起而被捕集，同時，大顆粒向器壁移動過程（chéng）中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被（bèi）分離（lí）。但由於除塵器內向下高速（sù）旋轉的氣流使其頂部的壓力下降，部分氣流也會挾帶細小的塵粒沿外壁旋轉向上（shàng）到達頂部後，沿排氣管外壁（bì）旋轉向下（xià）由排氣管排出，導致旋（xuán）風除（chú）塵器的除塵效率不可能為100%。
根據除塵效率計算公（gōng）式：η=（1-So/Si）×100%
式中：η——除塵效（xiào）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效率不可能為100%，當進口粉塵流入量增（zēng）加後，除塵效率雖有（yǒu）提高，排風管排出粉塵的絕（jué）對量也會大大增加（jiā）。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（qǔ）多個旋風除塵器串聯使用（yòng）的多級除塵（chén）方式，達到減少排放的目的。
3.2.3 運（yùn）行的影響
旋風除塵（chén）器下部的嚴密性是影響除塵效率的（de）又（yòu）一個重要因素。含塵氣體進入旋風除塵器後（hòu），沿外壁自上而下作（zuò）螺旋形（xíng）旋轉運動，這股向下旋轉的氣流到達錐體底部（bù）後，轉而向上，沿軸心向上旋轉。旋風（fēng）除塵器內的壓（yā）力分布，是軸向各斷麵的（de）壓力變化較小，徑（jìng）向的壓（yā）力變化較大（主要指靜壓），這是由氣（qì）流的軸向速度和徑向速度的分布決定的。氣流在筒內作圓周運動，外側的壓力高於（yú）內側，而在外壁（bì）附近靜壓（yā）高（gāo），軸心處靜壓低。即使旋（xuán）風除（chú）塵器在正壓下運動，軸心處也為負壓，且一直延伸到排灰口（kǒu）處的負壓（yā）好，稍不嚴密，就（jiù）會產（chǎn）生較大的漏風，已沉集（jí）下來的粉塵勢必被上（shàng）升氣流帶出排氣管。所以，要使除塵效率達到設計（jì）要求，就要保（bǎo）證排灰口的嚴密（mì）性（xìng），並在保證排灰口的嚴密性的情況下（xià），及時（shí）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（jiù）會在底（dǐ）部流轉，導致錐體（tǐ）過度磨損。
4 除塵器結構改進
在（zài）旋風除塵器的眾多性能指標中，壓力損失和分（fèn）離效（xiào）率是（shì）好為重要的參數，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，即采用旁路式旋風除塵器，它主要是在普通旋風除塵器的基（jī）礎上增加一個螺旋形（xíng）的旁路分離室，在除塵（chén）器頂部形（xíng）成的上（shàng）渦旋粉（fěn）塵環，從旁路分離室引至（zhì）錐（zhuī）體部分。這樣可使導致除塵效率降低的二次（cì）流變為（wéi）能起粉塵聚集作（zuò）用的上渦（wō）旋氣流，提高除塵效率。除此之外，還可通過添加導向葉片、改變氣流進（jìn）口形狀等措施來消除上灰環。為了解決邊壁處的（de）二次揚塵問（wèn）題，可采用環縫氣墊耐磨旋風除塵器，它是（shì）在普通旋風除塵器內側設（shè）置環縫套圈（quān），粉塵在旋轉（zhuǎn）氣流作用下向邊壁靠近，然後利用靠近邊（biān）壁處的下（xià）行氣流（liú）將粉塵融入（rù）環縫，由於環縫的存在，不僅要（yào）以（yǐ）減少二次揚塵，而且使高速旋轉的上（shàng）、下灰（huī）環消（xiāo）失，提高（gāo）除塵效率。但這些方法實際使用效果並不是十分理想。現在提出一種新的改進方法使旋（xuán）風除塵器的分離性能得到極大提高。改進後的新型旋風除塵器結構見圖3。
這種新型旋風除（chú）塵器（qì）在結構相主要改進如下：①進（jìn）口管下斜（xié）5o-10o，使氣流在旋（xuán）轉的同時保證（zhèng）了向下的旋轉。並且下傾角確保了（le）塵粒反彈時絕（jué）對折射朝下。向下旋轉，引起除塵器頂部倒（dǎo）空形（xíng）成上渦旋氣流產生頂部（bù）灰環，灰環沿著排氣管道外（wài）表麵旋轉向下時（shí），會在排風管入口處（chù）與已（yǐ）淨化廢氣的上旋氣流（liú）混合，而後經排風管排出除（chú）塵器。②進口管采用（yòng）180o的半圈螺進筒後才旋轉，而（ér）改進型（xíng）則是（shì）確保塵氣調整旋轉（zhuǎn）起來後才進筒。③進口螺旋道截麵遞減，增大（dà）了氣流旋轉起來後離（lí）心力。含粉塵的氣（qì）體（tǐ）在螺旋道中實現1.4倍加速。提高了（le）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（qì）流在（zài）分離器中的停留時間（jiān），有利於小顆粒的沉降完全，且使向下旋轉（zhuǎn）的氣體平緩地轉變成折（shé）轉向上（shàng）的旋轉，從而使除（chú）塵效率得以提高。⑤除塵器下設緩衝（chōng）料（liào）鬥，有效改善廢氣在筒（tǒng）體內的流動工況，減少（shǎo）了灰鬥的反混現（xiàn）象和下灰（huī）環可能產生的二次揚塵。⑥出風管增長，直到螺旋軌道的底部（bù），防止了內側部分（fèn）塵粒裹進出風管。⑦進口、加速段、出口的截麵（miàn）積之比擴大為1：0.7：2，即出口網速是進口速度的一半；出口風速是內（nèi）部加速段的1/3。改進型除塵器粒子的離心力比在傳統型除塵器中（zhōng）的離心力增（zēng）大了1.4倍以上。而出口處，負壓對粒子的吸力比傳統型約（yuē）小了1/4。因此，氣流進筒後，塵粒因慣性大，使得稍小些的顆粒在氣流在旋風除塵器中停留時間內也能得到分離。出風（fēng）網速降低，也使得部分細小的顆粒能擺（bǎi）脫上升氣流的吸力而有機會沉降下來，從而（ér）使其分享（xiǎng）。
5 小結
如何提高旋風（fēng）除塵器（qì）效率是當前飼料行業需要解（jiě）決的一個重要課題。研究和分析影響旋（xuán）風除塵器除塵效（xiào）率的因素，是設計、選用、管理和維護（hù）旋（xuán）風除塵器（qì）的前提，也是探求提高旋風除（chú）塵器（qì）除塵效率途徑的（de）必由之路。由於旋（xuán）風除塵（chén）器內氣流速度及粉塵（chén）微粒的運動等（děng）都較為（wéi）複雜，影（yǐng）響其除塵效率的因素較多，需要我（wǒ）們進行全麵分析，綜合考慮，尋求好優設計方案和運行（háng）管理方法。當前，旋風除塵器仍以其結構簡單、體（tǐ）積小、製造維修方便、除塵效率較為理想（xiǎng）等優點，成為目前飼料企業主要除塵設備之一。隨（suí）著旋（xuán）風除塵（chén）器認識的進（jìn）一步的深入和完善，它必將在（zài）飼料行業除塵中發揮更大的作用。
