旋風(fēng)分離器課件

懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場(chǎng)作用力產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與流體相分離或者使顆粒相增稠、流體相澄清，這一類操作均稱之為沉降。隨外場(chǎng)作用方式不同，可以區(qū)分為重力沉降、離心沉降和電沉降三種主要方式。重力沉降分離中，顆粒沉降速度的大小決定了流-固兩相分離的難易程度。當(dāng)顆粒與流體的密度差不大、粒徑也不大時(shí)，沉降速度會(huì)很小，故低密度的細(xì)顆粒就很難分離。沉降重力沉降重力沉降是利用流體中的固體顆粒受重力作用而沉降的原理，將顆粒和流體分離。在層流區(qū)(Rep<2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在顆粒含量較多的濃懸浮液中，只要所含顆粒粒徑大小相差不超過(guò)6倍，則所有顆粒都將以大致相同的速度沉降。其原因?yàn)轭w粒與顆粒之間相互碰撞產(chǎn)生動(dòng)量交換，使大顆粒沉降受阻滯而小顆粒被加速。顆粒群的沉降呈現(xiàn)如下規(guī)律：混合均勻懸浮液在直立圓筒中靜置即會(huì)從上到下出現(xiàn)A、B、C、D四個(gè)分區(qū)。A為清液區(qū)，B為均勻沉降區(qū)，C為濃縮區(qū)，D為沉聚區(qū)。隨著沉降過(guò)程進(jìn)行，A、D兩區(qū)逐漸擴(kuò)大，B區(qū)逐漸縮小，A、B兩區(qū)界面為清水與渾水的分界面，故此界面又稱為渾液面。該界面將等速下行直至與B、C兩區(qū)的界面合并，B區(qū)消失。A、B界面相對(duì)于器壁下行的速度uc稱為原始懸浮液中顆粒的表觀沉降速度。顆粒在流體中的沉降速度ut要大于表觀沉降速度uc。

自由沉降干擾沉降干擾沉降試驗(yàn)B區(qū)消失后，A、C界面下行直至C區(qū)消失，此時(shí)刻稱為臨界沉降點(diǎn)，體系只有A、D兩區(qū)且界面清晰。此后便轉(zhuǎn)入沉淀壓縮過(guò)程，沉淀區(qū)顆粒之間的間隙逐漸緊縮，液體被排擠而上升到清液區(qū)，顆粒壓緊階段所需的時(shí)間往往很長(zhǎng)。含塵氣體從進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)大段后流速降為u進(jìn)入降塵段，塵粒隨氣流向出口端流動(dòng)的同時(shí)，以u(píng)t的速度在垂直方向上沉降。顆粒從氣流中沉降分離的條件是：氣體的停留時(shí)間大于沉降時(shí)間降塵室

可見降塵室的生產(chǎn)能力理論上正比于顆粒的沉降速度和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積，而與沉降室高度無(wú)關(guān)。在氣速相同情況下，裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。因?yàn)楦舭彘g基本上保持了相同的流動(dòng)速度，而顆粒達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短。為了便于清灰，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。當(dāng)氣體處理量一定時(shí)，可求得理論上該降塵室所能全部捕集的最小顆粒粒徑顯然，粒徑小于dpmin的顆粒在停留時(shí)間t內(nèi)就不能全部沉降下來(lái)。降塵室的最大生產(chǎn)能力為含塵氣體以較高的線速度切向進(jìn)入器內(nèi)，在外筒與排氣管之間形成旋轉(zhuǎn)向下的外螺旋流場(chǎng)，到達(dá)錐底后以相同旋向折轉(zhuǎn)向上形成內(nèi)螺旋流場(chǎng)直至達(dá)到上部排氣管流出。顆粒在內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中均會(huì)受離心力作用向器壁方向拋出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。氣體因此而得到凈化。離心沉降旋風(fēng)分離器重力場(chǎng)中顆粒沉降速度一般很小，將其置于離心離心力場(chǎng)中，顆粒的沉降速度（如顆粒細(xì)小，Rep<2.0，斯托克斯定律）為增大旋轉(zhuǎn)半徑r和提高轉(zhuǎn)速w均可使離心分離因素達(dá)到很高數(shù)值，即離心沉降速度ur將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力沉降速度u。稱粒級(jí)效率。根據(jù)顆粒的粒徑大小分級(jí)，將入口氣體中某一粒級(jí)di的顆粒被旋風(fēng)分離器除掉的分率定義為粒級(jí)效率旋風(fēng)分離器的分離效率總效率被旋風(fēng)分離器除掉的總的顆粒質(zhì)量占進(jìn)口含塵氣體中全部顆粒質(zhì)量的分率總效率與分效率的關(guān)系分效率旋風(fēng)分離器能夠全部除掉的最小顆粒粒徑。假定顆粒的離心沉降最大距離為進(jìn)氣矩形管寬度B，則該粒徑的顆粒沉降分離所需的時(shí)間假定氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為N（標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器可取N=5）、平均旋轉(zhuǎn)半徑為r，則其平均停留時(shí)間為臨界粒徑此式表達(dá)了能夠100%分離掉的最小顆粒直徑，指出了旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對(duì)分離效率的影響。由此式可見若停留時(shí)間等于沉降時(shí)間，解出臨界粒徑為即旋風(fēng)分離器的尺寸越小，進(jìn)口流速越高，能完全除盡的顆粒直徑就越小，分離效率越高。5/12/2024旋風(fēng)分離器內(nèi)的流場(chǎng)十分復(fù)雜，影響阻力的因素很多，可以概括為：氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能損失；消耗于氣流旋轉(zhuǎn)的加速度損失；摩擦阻力損失以及各個(gè)部位局部阻力損失等。工程上采用經(jīng)驗(yàn)公式，即將阻力損失Dp表達(dá)為提高入口氣速ui雖可提高分離效率，但阻力卻成平方地增加，這是不經(jīng)濟(jì)的。一般將氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓降控制在0.5~2kPa左右，即將入口氣速限制在15～25m/s內(nèi)，而采取縮小直徑、多臺(tái)并聯(lián)的方式以綜合滿足分離效率與處理大氣量的要求。旋風(fēng)分離器的阻力損失式中阻力系數(shù)z主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定。同一結(jié)構(gòu)型式、不論其尺寸大小，阻力系數(shù)z接近定值。常用型號(hào)的旋風(fēng)分離器z值在5.0～8.0之間。

CLP/B型旋風(fēng)分離器 CLK擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器A=0.6DD2=0.43DS=0.28D+0.3A A=DD2=0.1DS=1.1DB=0.3DH1=1.7DS2=0.28D B=0.26DH1=2DE=1.65DD1=0.6DH2=2.3Da=14o

D1=0.5DH2=3D b=

45o

旋風(fēng)分離器分類繁多，分類方法也不同。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，旋風(fēng)分離器可分為：長(zhǎng)錐體、圓筒體、擴(kuò)散式以及旁通式。我國(guó)已定型了多種旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B以及CLK型等。對(duì)各種型號(hào)的旋風(fēng)分離器一般以圓筒直徑D來(lái)表示其各部分的比例尺寸，詳細(xì)尺寸及性能指標(biāo)可查閱有關(guān)資料手冊(cè)。CLP型是一種帶旁路的旋風(fēng)分離器，有A、B兩種形式，圖為CLP/B型。其特點(diǎn)為進(jìn)氣口上沿梢低于筒體頂部，因此含塵氣體進(jìn)入筒體后隨之分為兩路，較大的顆粒隨向下旋轉(zhuǎn)的主流氣體運(yùn)動(dòng)，沉到筒壁落下；細(xì)微粒則隨一小部分氣體在頂部旋轉(zhuǎn)聚集形成灰環(huán)，再隨氣流經(jīng)旁路分離室旋轉(zhuǎn)向下并沿壁面落下。這種結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器能促進(jìn)細(xì)粉塵的聚結(jié)，固對(duì)細(xì)粉的分離較高。阻力系數(shù)一般為6-7。旋風(fēng)分離器的分類CLK型為擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，又稱帶倒錐體的旋風(fēng)除塵器，并裝有反射屏，反射屏可使已被分離的粉塵沿著錐體與反射屏之間的環(huán)縫落入灰斗，有效防止了上升的凈化氣體重新把粉塵卷起帶出，從而提高了除塵效率。適用于捕集粒度在5-10μm以下的干燥的非纖維顆粒粉塵。阻力系數(shù)在7.5-9之間。例如近年來(lái)我國(guó)開發(fā)的石油催化裂化再生煙氣高度凈化旋風(fēng)分離器，采用帶導(dǎo)向葉片的PDC型高效分離單管，可用多達(dá)90根單管組裝成多管并聯(lián)的大型旋風(fēng)分離器，處理600～700℃的含有微小催化劑顆粒的高溫?zé)煔猓渑R界粒徑dc≯8.0mm，負(fù)荷可達(dá)1500Nm3/min，分離總效率h0≥92%。PDC型旋風(fēng)分離器式中q為顆粒的荷電量，E為顆粒所在位置處的電場(chǎng)強(qiáng)度。電沉降電沉降是一種具有很高的分離效率、很低的流動(dòng)阻力的氣體除塵方式。在金屬圓管的中心安放與高壓直流電源相聯(lián)的金屬絲作為放電極，圓管壁面接地作為集塵極。在兩極間施加1～6萬(wàn)伏的直流電壓。當(dāng)含塵氣體從底部進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，放電極周圍形成電暈放電使氣體電離產(chǎn)生大量自由電子和負(fù)離子，附著在顆粒上使顆粒帶負(fù)電。在電場(chǎng)力的作用下帶負(fù)電的顆粒向正極（集塵極）管壁移動(dòng)，當(dāng)其與集塵極接觸后，隨即失去電荷成為中性粒子附于電極表面，并借助振動(dòng)脫落進(jìn)入灰斗。顆粒電沉降運(yùn)動(dòng)過(guò)程也服從斯托克斯定律。如果粒徑為dp的顆粒所受的電場(chǎng)力為1—電極暈2—電子或負(fù)離子 3—塵粒4—集塵極5—供電裝置電除塵原理與結(jié)構(gòu)示意圖顆粒在電