高效多管除尘器的研究与应用

高效多管除尘器的研究与应用

摘要对高效多管除尘器的性能与工作原理进行分析，指出原高效多管除尘器结构设计的不足，从而对其结构进行了研究设计，其中包括沉淀室、管数的确定、材质的选择与旋风体的设计。

关键词高效多管除尘器结构设计旋风体除尘工作原理

Research and application of high-efficiency multi-cyclone dust removal Abstract Performance and principle of work of high-efficiency multi-cyclone was analyzed,and the structural design shortages of original high-efficiency multi-cyclone was pointed out.its structure was researched and design,，includes setting chamber and pipe number determination,material selection and design of cyclones.

Keywords high-efficiency multi-cyclone structural design cyclone separator dust removal principle

1 前言Introduction

旋风除尘器是一种古老的收尘设备，有近百年的应用历史，多管除尘器是组合式旋风除尘器，由于投资低、结构简单、操作方便、实用可靠，得到广泛的使用。多管除尘器在我国烧结厂的应用已有数十年之久，在现代钢铁厂建设中，宝钢Ⅰ期烧结厂余热回收系统采用的342管除尘器，目前链篦机回转窑球团厂回热风收尘均采用多管除尘器，多达100多台。老式多管除尘器的单管处理风量仅为7.5m3/min左右，除尘效率最高为80﹪。由于单管处理风量低，使整台设备的重量和体积增大，除尘效率差，灰尘随废气、废烟排到大气中，从而造成环境的污染。与老式多管除尘器相比，高效多管除尘器采用了三级除尘，如图1所示。第一级除尘为阻拦式卧式旋风除尘；第二级为重力除尘；第三级为多管旋风分离除尘。最大不同是取消了旋流叶片，直接切向进风。单管处理风量达到10～14m3/min，除尘效率能达到94﹪以上。高效多管除尘器的卧式旋风器、立式旋风器的材料均采用高铬铸铁，这样耐磨、耐腐蚀性能得到提高，除尘器的使用寿命大大提高。

图1 高效多管除尘器示意图Figure 1 Schematic diagram of high efficiency multi-tube dust collector

1.一级除尘

2.二级除尘

3.三级除尘

4.卸料灰斗

5.支撑结构1. First-class dust 2. Second-class dust 3. Third-class dust 4. Discharge hopper 5. Support structure

2 高效多管除尘器结构的设计structural design of high-efficiency multi-cyclone dust remover 2.1 一级除尘结构的设计First-level dust removal structure design

烧结厂排出的烟气中，灰尘颗粒大小不均，大颗粒尘粒所占比重相当大，烧结机不铺底料时烟气中大于50μm的尘粒占一半左右，这些粗大的颗粒对除尘设备的磨损最为厉害。在一级除尘中，这些粗大的颗粒被卧式旋风器的叶片所阻挡住，进入灰斗。进入下一环节的烟气大尘粒减少，有利于保护二级、三级除尘设备，提高设备的使用寿命，最终提高除尘效率。因此一级出尘结构的设计是必要的。一级除尘器的结构如图2所示。卧式旋风器叶片是直接铸造成与水平方向成25°角，与安装叶片的圆筒铸成一体，如图3所示。其结构特征：一、导向叶片采用自然流畅的正螺旋面结构, 含尘风流进入卧式旋风器后改变方向产生旋转，旋风效果好, 阻力损失小。二、导向叶片与旋风筒采用耐磨性极好的高铬铸铁精密铸造, 重量轻,使用寿命长,除尘效率高。这种结构减少了叶片的安装，维护与修理，提高了卧式旋风器的使用寿命。每个卧式旋风器的处理风量有限，要想达到现场处理风量的要求，就多个卧式旋风器并列使用。

图2一级除尘器的结构示意图图3 卧式旋风器叶片示意图

1. 后支撑板

2.支撑架

3. 卧式旋风器

4.前支撑板 1.叶片 2.连接圆管

1. Rear the support plate

2. Support frame

3. Horizontal cyclone

4. Front support plate 1. Leaves 2. Connection tube

Schematic of first-class dust remover

Horizontal-type cyclone leaf blade schematic drawing

2.2 二级除尘结构的设计Second-level dust removal structure design

二级除尘结构为沉降室，主要目的是使风流均匀地进入下一级多管收尘器，沉尘是辅助作用。沉降室的设计必须科学，否则不能很好地发挥它应起的作用。由于尘粒随风进入沉降室后，它们在重力的作用下往下降落的同时，还存在一个向前的运动，如果到

达沉降室出气口时，尘粒还未沉降，则将会被风气带入高效多管除尘器本体。尘粒的运动轨迹方程如公式（1）所示。

t S v = （1）

沉

v H t = （2） 沉

v H v S = （3） 气尘

尘沉ρρk d 62.3v = （4）

式（1）～（4）中：S---沉降室长度； v---气流断面速度； t---沉降时间； H---沉降室高度；沉v ---尘粒沉降速度； 尘d ---尘粒直径；尘ρ---尘粒密度； 气ρ---空气密

度；k---与雷诺数有关的阻力系数。

要想使尘粒充分沉降下来，应从以下两方面考虑，一是S 足够长，二是v 足够小。计算得出，沉降室S 的长度要大于最低值，如果场地允许，还可以加长。这样就要求沉降室增大空间，从而风速减小。

2.3三级除尘结构的设计Third-level dust removal structure design

一级与二级对粗粒度灰尘起收尘作用，另外可使风量分布均匀，使单管负荷几乎相同。三级除尘结构为三级多管除尘器的核心设备，由若干个立式离心式旋风器组成。有研究表明，单管处理风量过大，风速增大，尘粒易被风带走，单管处理风量过小，风速减小，不易产生旋流而无法出去尘粒，其处理风量取值为10～14 m 3/min ，最好除尘效果处理风量为13.1 m 3/min 。单管处理风量确定后，为保证设备总的处理风量，在设计过程中就要保证足够的立式旋风器的个数。其管数可按照公式（5）计算。

n=Q/q （5）

式（5）中n---管数；Q---入口风量；q---单管处理风量。Equation (5) n --- number of tubes; Q --- entrance air flow; q --- single-tube handle air volume.

进风

排风

图4立式旋风器结构示意图 图5 老式多管旋风子进风方式图

1．导气管2．旋风子外壳 1．导气管 2．旋风子外壳 3．导流叶栅片4．螺旋叶片

Fig 4 Schematic diagram of vertical cyclone

Figure 5 Multiple Cyclone old-fashioned way to figure into the wind

1. Airway

2. Cyclone casing

3. Cascades Diversion film

4. Helical vane

其基本原理是利用旋转气流中，灰尘受到离心力作用，从气流中分离出来，沿着旋风筒内壁，在向下气流与重力作用下，从旋风子排灰口掉入灰斗中，完成收尘作用，离心力按下式计算：

R u m z 2

（6） 式中 Z —离心力，kg ； u —旋风气流圆周（切向）速度，m/s ；m —尘粒质量，kg ；R —旋转半径，m 。

从（6）式中Z 大，收尘效率高，因为较小的粉尘，本身质量很小，从气流中分离出来要受到空气阻力，Z 大时较小颗粒灰尘才能克服阻力，才能分离出来，m 是灰尘属性，是客观条件，要Z 大，就要u 高R 要小，多管除尘器旋风子内径比旋风除尘器小很多，因此较小颗粒灰尘可以分离出来，收尘效率就高，这就是多管收尘效率高于旋风除尘器的主要原因，但R 又不能太小，R 受处理能力制约，因为气流旋转呈螺旋式运动，靠近旋风子内壁螺旋式旋转向下，到达锥体部分排尘口又向上，从导气管排出。

因为旋风子的处理能力与轴向风速和旋风子截面积乘积成正比，这里轴向风速是假定的，并不是真正的，我们称名义轴向风速，当名义轴向风速高时，气流螺旋选流线的螺距就大，则尘粒在旋风子内旋转圈数就少，收尘效率下降，因此名义轴向风速受到限制，老式多管为4～4.5m/s ，当旋风子R 小时，截面积就小，旋风子处理能力就小。从（6）式中，圆周速度u 大，z 就大，且z 与u 2成正比，但u 又受到能量的制约，能量也与u 2

成正比，在消耗一定能量的前提下，尽量提高圆周速度，这就是高效多管要解决的核心问题。

立式旋风子结构的设计：其结构尺寸经过精密设计，入风口的尺寸与导气管的尺寸有一定的关系，导气管延伸到入风口的下端70～80 mm，这样就能防止进风的短路流。

最新高效多管旋风子为蜗壳切向进风，见图4。为了获得圆周速度，老式多管进风从旋风子上口端部轴向进入，通过导流叶片，生硬地将轴向气流弊成旋转气流，将轴向风速变为旋转圆周速度，导流叶片分导流叶栅式与螺旋叶片式两种，见图5。从图5与图4比较，老式多管有如下缺点：1．风流被叶片强迫拐约90°角，增加多余的阻力损失30%～40%；

2．叶片缝隙小，螺旋导角小，气流含水较高时，尘粒湿度大容易堵塞叶片，部分单管被堵死以后，其余单管负荷增加，收尘效率下降；

3．装配需要，导流叶片外圆与旋风子内壁之间要预留间隙（x），一般间隙为0.7±0.2mm，在压差作用下，形成环形间隙流动，其流量（△v）与间隙尺寸的3次方成正比，安装时又保证不了导气管与旋风子外壳的同轴度，加上磨损，造成偏心间隙，最大偏心间隙流量将增大2.5倍。初步计算，间隙流量将达到单管流量的13%～16%，不能形成旋转气流，对收尘不起作用，最新高效多管没有间隙流量，显然收尘效率相应提高。

4．加工工作量大，导流叶片外圆与旋风子内壁都要车削加工，过去做法旋风子内壁车削长度约300mm。

3 结论Conclusion

1）高效多管除尘器具有老式多管除尘器无法比拟的优点。除尘效果好，维修安装方便，维修周期长。

2）尽管高效多管除尘器的效率达不到电除尘器，但其成本低，且对大颗粒的除尘效果优于电除尘，因此在烧结除尘系统中，其仍占有一席之地。经检测，除尘效率达到96﹪以上，符合(GB9078-1996)《工业炉窑大气污染物排放标准》中的要求。此规格的高效多管除尘器的设计已获得国家专利，并在很多烧结厂广泛应用，其中包头德顺烧结厂，河北唐山烧结厂等，均已使用本产品。其中包头德顺烧结厂烧结机头除尘后为白烟，与电除尘烟颜色一致，冷却段使用，几乎看不到烟，得到用户高度好评。

参考文献：References

1.刘凤英，陶瓷多管除尘器性能分析优化设计及应用的探讨，铁法科技.1998.1，29～33页，总第47期。

2.郭伟，李全胜，关于高效多管除尘器设计的优化，烧结球团.2004年7月，第29卷第4