旋風除塵器在糧食加工作業中的運用及結構設計研究

◎王長興

引 言

旋風除塵器是一種控制空氣顆粒狀污染物排放的常見設備， 在許多糧食加工生產場所如糧食清選烘干、 種子生產儲存、 飼料加工等廠院中廣泛應用。 旋風除塵器的內部結構沒有運動和易損的部件， 運行成本和故障率低， 對在糧食生產中產生的灰塵有著明顯的作用。 該除塵設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。 一般旋風式除塵器的工作原理是當含塵氣體通過風機的做功， 在除塵器殼體內作旋轉方向運動， 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， 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。 該旋風除塵器在原基礎上增加百葉板， 內膽整體鑲入箱體中， 安裝百葉擋板， 百葉擋板在氣體流動方向成環形排列。 在含沉氣體經過常規的處理后由排風管排出過程中，氣體中未被處理的細小塵粒再與百葉擋板發生碰撞， 在重力與摩擦力的作用下落入沉降室。 在同等工作情況下， 該結構具有緊密、 節省空間、 除塵效率高等優點。 本文通過對該旋風除塵器各個組成部分的分析優化， 為讀者提供參考價值。

一、 旋風除塵器的優缺點

（一） 旋風除塵器的憂點

旋風除塵器的內部結構沒有運動和易損的部件， 運行成本和故障率低， 利用自身的結構特點來達到實際的除塵效果。 其制造、 安裝、 操作和后期維護方便簡單。

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

旋風除塵器在處理大風量時便于多臺并聯使用， 在運行狀態下， 旋風除塵器的處理流程主要是在進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， 滿足使用需要。

（二） 旋風除塵器的缺點

當含塵氣體從除塵器頂部螺旋線進口切向進入除塵器殼體時， 灰塵在離心力的作用下被甩向殼體內壁， 在重力和摩擦力的作用下落入除塵器底部。 在實際除塵作業中， 根據粉塵的物理性質， 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， 達不到除塵效果。

氣體通過風機的做功， 在除塵器殼體內作旋轉方向運動， 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， 并且集中堆積于殼體壁上， 增加殼體的磨損。

二、 旋風除塵器的工作原理和結構設計

（一） 旋風除塵器的工作原理

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

（二） 除塵器各部分的結構設計

在旋風除塵器中， 主要依靠進氣管實現氣流的旋轉流動， 進氣管連接風機與除塵器殼體， 含塵氣體由風機做功通過進氣管進入除塵器內。 旋風除塵器普遍采用切向進氣口， 對于蝸殼進氣口而言， 通常漸開線角度會設置成45°、120°、 180°或者270°。 旋風除塵器運行效率同進口面積、 風量關系密切， 進口面積小于筒體斷面，則通入旋風除塵器的氣流切線速度較大， 能夠更好的處理粉塵， 還要保障進氣管風速比風管風速要大。 一般都會運用截面比較高的進氣口， 使寬高比處于0.3-1.0。

出氣管的作用是排出經過處理的氣體， 氣流通過旋風除塵器后， 經過旋轉達到錐底時， 會向上運動形成內旋流， 并從排氣管順利排出。 通道高度、 截面積的差異會直接影響排氣受到的阻力大小進而影響除塵效果。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影響到除塵器的效率， 通常設計旋風除塵器的排氣管時， 會將排氣管的直徑、 圓筒體直徑之比設置為0.5。 排風管在殼體中的最底面低于進氣口的最低面， 增加含沉氣流在除塵器中的運動時間。

圖1 旋風除塵器的組成部分

圖2 含塵氣體在殼體內的運動方向

當含塵氣體進入到該除塵器后， 灰塵隨著空氣在殼體內旋轉流動， 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， 落入沉降室， 顆粒小， 比重輕的粉塵氣體由排風口排出過程中， 灰塵與百葉擋板發生碰撞， 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內旋流， 結合此運動特性， 安裝百葉擋板， 百葉擋板為半弧形， 在氣體流動方向成環形有序排列， 其角度與進氣口軸向方向成60-90°百葉板的截面積與內膽截面積之比0.15-0.25。

旋風除塵器在持續風力積累的作用下殼體內出現上灰環， 會導致粉塵進入內漩渦影響除塵效率。 在消除氣流干擾性的過程中， 經常會運用蝸殼形式的殼體設計， 降低除塵阻力，從而提升處理風量。 工作時進入到除塵器殼體內的含塵氣體旋轉流向為從上到下。 運動到錐體下方以后， 受到結構的影響， 發生反方向運動從排氣管排出。 灰塵在重力的作用下落入灰斗底部， 除塵室成圓柱體， 圓柱體的高度應高于進氣口的高度。 以型號為4-72-4.0的功率5.5Kw， 流量為4012-7419m·h離心風機為例， 其除塵室的直徑為1.6m,高度為1.5m。

旋風除塵器的灰斗大多設計成圓錐體， 因為圓錐體的主要功能為轉變主氣流的流動方向由上到下， 使含沉氣體在殼體中更好的做螺旋線運動， 錐體的角度應該大于60°便于向排灰口推送粉塵。 錐體的長度越長除塵效率越高， 考慮到實際生產和應用， 錐底長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構， 排塵閥應該考慮自身的密封性。 經驗表明排灰閥的漏風率大于10%時， 將嚴重影響除塵器的使用效率。

（三） 旋風除塵器的設計應用效果

旋風除塵器的直徑越小， 含塵氣流的旋轉半徑越小， 粉塵顆粒所受的離心力越大， 除塵效率越高，但是過于小的直徑會導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,處理較大風量時， 可選取適當的型號并聯一起使用。 影響旋風除塵器除塵效率的因素有很多， 如灰塵的顆粒大小、 粘度、 進風的速度等， 常規的旋風除塵器除塵效率一般在60%到75%之間， 該旋風除塵器在一般旋風除塵器的基礎上進行了優化設計， 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小塵粒再與百葉擋板發生碰撞， 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除塵器。

結 語

隨著我國的糧食加工機械化水平的提高， 迎合新時代發展趨勢， 關乎操作人員健康的工作環境越來越受到重視。 本文結合實際的糧食生產需要， 通過科學選取， 確保設計的除塵設備符合設計要求，明確除塵器各個部分的結構， 結合相關計算打造性能較優、 滿足標準、 方便后期維護的旋風除塵器，滿足實際使用要求。 旋風除塵器以其自身結構簡單、 處理灰塵方便， 可并聯、 耐高溫等優點， 在糧食加工生產中有著廣泛的應用發展前景。