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旋風除（chú）塵器是（shì）利用含塵（chén）氣流作旋轉運動產生的（de）離心力，將塵（chén）粒從氣體中分離並捕（bǔ）集下來的裝置。旋風除塵器與其它除塵器相比，具有結（jié）構簡單、沒有運動部件、造價便宜、除塵效率較高、維（wéi）護管（guǎn）理方（fāng）便以及適（shì）用麵寬的特點，對於收集（jí）5~10μm以上的塵粒，其除塵效率可達90%左右。廣泛用於工業爐窯（yáo）煙氣除塵和工廠通風除塵，工業氣力輸送係（xì）統氣固兩相分離與物料氣力烘幹回收等。旋風除塵器除可以作為高濃度除塵係統的預除塵器，能與其它類型高（gāo）效除塵器串聯使用，在飼料行業（yè）也得到了廣泛的應（yīng）用，如（rú）原料（liào）粉碎（suì）、冷卻等生產（chǎn）的除塵。然而，許多飼料（liào）企業的旋風除塵器（qì）運行效率並不高，排放指標未達到設計要求（qiú），研究（jiū）和探（tàn）討旋風除塵器效率影響因素，對提高（gāo）其除塵（chén）效（xiào）率具有重要（yào）的現實意義。
1 結構與原理
旋風除（chú）塵器按氣流進入方式分為切流（liú）轉式（shì）、軸流反轉式、直流式等。飼料（liào）行業除塵器（qì）所使用的主要是切流反轉式。其工作原理為：含（hán）塵氣體通過（guò）進口（kǒu）起旋器（qì）產生旋轉氣流，進入旋風除（chú）塵器後，沿外壁自（zì）上（shàng）而下作螺（luó）旋形旋轉運動，這股向下旋（xuán）轉的氣流到達錐體底部後，轉而向上（shàng），沿軸心（xīn）向上旋轉，其結構見（jiàn）圖1。氣流作旋轉運（yùn）動時，塵粒在慣性離心力（lì）的作用下移向外壁，在（zài）氣流和重力共同作用下沿壁麵落入灰鬥，去除了（le）粉塵的氣體（tǐ）匯向軸心區域由排氣（qì）芯（xīn）管排出。
旋風除塵器的性（xìng）能通常以其處理量、效率（lǜ）、阻力降3個主要技術指標來表示。處理量係指除塵器裝置在單位時間內所（suǒ）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塵氣體中所含粉塵量的百分比；阻力降有時稱壓力降，它代表含塵氣體經過除塵裝置所消耗能（néng）量大（dà）小的一個（gè）主要指標，壓力損失大（dà）的除（chú）塵裝置，在工作時（shí）能量（liàng）消耗就大，運轉費用高（gāo）。
2 流體流動狀態
旋風（fēng）除塵器的氣流是由切（qiē）向、徑向及軸向構成的複（fù）雜紊流狀態（見圖2）。①切（qiē）向速度：切向（xiàng）速度在內、外旋流中方向一致朝外。切向速度在內旋流中隨筒體半徑的減小而（ér）減小，在外旋流中隨（suí）筒體半徑的（de）減小而（ér）增加，在內、外（wài）旋流的交界麵處達到好值。切向分速度使粉塵顆粒在徑向方向加速度的作用下產（chǎn）生由內向外的離心沉降速度，從而把（bǎ）粉塵顆（kē）粒（lì）推到圓筒壁而被分離。②徑向速度：徑向速度在內旋流中方向朝外，在外旋流中方（fāng）向朝（cháo）內，在（zài）內、外旋流的交界麵處形成一個（gè）假想的圓柱麵。徑向分速度使得粉塵顆粒在半徑方向由外（wài）向內推到中心部（bù）渦核而隨上升氣（qì）流排離旋風除塵器（qì），形成了旋風分離（lí）器的主流，使得旋風除塵器中氣、固相物質的較好（hǎo）的分離。徑向分速度的存在也導致了內旋氣流在上長過程中流動狀態的極度混亂，湍動劇烈形成大量旋渦，把在沉降段（圓筒部分）已與氣（qì）體分離的塵粒重新又（yòu）攪拌起來，造（zào）成部分塵粒被氣體一起排離旋風除塵器的二次揚塵現象，形成了旋風分離器（qì）的次流，結果使旋風分離器效率下降。旋（xuán）風器的邊壁處和錐體氣旋的交換（huàn）處是二次揚塵的主要區（qū）域。③軸向速度：軸向（xiàng）速度在筒體（tǐ）外壁附近方向朝下（xià），靠近軸心部分方向朝上，且在軸心底部（bù）速度好。當氣流由錐筒體詢問反轉上升時，軸向速度會將已除下的粉塵（chén）重新帶走，形成返混現象（xiàng），影響除塵效率。
此外，由（yóu）於軸向分速（sù）度和徑向分速度的存在，使得旋風除塵（chén）器（qì）在工作時經常形成上灰環和下灰環，其中灰環對於粉塵顆粒捕（bǔ）集分離（lí）有一定的作（zuò）用（yòng），而上灰環的存在（zài）使得原來已被捕（bǔ）集（jí）分離有一（yī）定的作用，而（ér）上灰環的（de）存在（zài）使得原來已被捕集分離有一定（dìng）的作（zuò）用，而上灰（huī）環的存在（zài）使得原來已被捕集分離在圓柱體邊壁的粉塵先沿外筒壁向上移動，然後沿（yán）頂蓋向內移動，又沿內（nèi）筒的外壁（bì）向（xiàng）下移，好（hǎo）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不好的辦法，必須（xū）從三方麵著手，一是消除“上灰環”避免塵粒（lì）走短路；二（èr）是盡量減少氣體分離段的湍流，降低二次揚（yáng）塵的機會；三是克服塵粒在分離段的（de）負（fù）沉降運（yùn）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（chú）塵器的各個部件（jiàn）都有一定的尺寸比例，每一個比（bǐ）例（lì）關（guān）係的變動，都能影響旋風除塵器的效率和壓力損失。其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。它們的變化對除塵器性能的影（yǐng）響關係（xì）見表1。在使用時應注意，表1中所示的尺寸隻能（néng）在一定範圍內進行調整，當超過某一界（jiè）限時，有利（lì）因素也能轉化為不利因素。另外，有的因素對於提（tí）高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對因素的調整必須兼顧。
3.1.1 進氣口
旋風除塵器的進氣（qì）口是形成旋轉（zhuǎn）氣流的關（guān）鍵部件，是（shì）影響除塵效率和（hé）壓力損失的主（zhǔ）要因（yīn）素。切向進（jìn）氣的進口麵積對除塵器有很大（dà）的影響，進氣口麵積相對於筒體斷麵小時，進入除塵器（qì）的氣流切線速度大，有利於粉塵的分離。
3.1.2 圓筒體直徑和高度
圓筒體直徑是構成旋風除塵器的好基本尺寸。旋（xuán）轉（zhuǎn）氣流的切向速（sù）度對粉塵產生的離心力與圓筒（tǒng）體直徑（jìng）成反比，在相同的切（qiē）線速（sù）度下，筒體直徑D越小，氣（qì）流的旋轉半（bàn）徑越小，粒子受到的離心力越大，塵粒越容易被（bèi）捕集。因此，應適當選擇較小的圓筒體直（zhí）徑，但若筒體直徑選（xuǎn）擇過小，器（qì）壁與排氣管太近，粒子又容易逃逸；筒體直徑太小還容易引起堵塞，尤（yóu）其是對於粘性物料。當處理風量較大時，因筒（tǒng）體直徑小處（chù）理含塵風量有限，可采用幾台旋風除塵器並（bìng）聯運行的方法解（jiě）決。並（bìng）聯運行處理的風量為各（gè）除塵器處理風量（liàng）之和，阻力僅為單個（gè）除塵器在處理它所承擔的那部分風量的阻力。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（bèi）阻擋而增大阻力。因此，並聯使用時（shí）台數不宜過多。筒體總高度（dù）是指除塵（chén）器圓筒（tǒng）體和（hé）錐筒體兩部分高度之和。增加筒體總（zǒng）高度，可（kě）增加氣流在除塵器（qì）內的旋轉圈數，使含塵氣流中的粉塵與氣（qì）流分離的（de）機會增多，但筒體總高度增（zēng）加，外旋流中向心力（lì）的（de）徑向（xiàng）速（sù）度使部分細小粉塵進入內旋流的機會也隨之增加（jiā），從而又降低除塵效率。筒體總（zǒng）高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜，錐筒體部（bù）分，由於其半徑不斷減小，氣流的切向速（sù）度不斷增加，粉塵（chén）到達外壁的距離也不斷減小，除塵效果比圓筒體部分好。因此，在筒體總高度一定的情況（kuàng）下，適當增加錐筒體部分的高度，有利提高除塵效率。一般圓筒體部分的高度為其直徑的1.5倍，錐筒（tǒng）體（tǐ）高度為圓筒體直（zhí）徑的2.5倍時，可獲得（dé）較為理想（xiǎng）的除塵效率（lǜ）。
3.1.3 排（pái）風管
排風管的直徑（jìng）和插入深度對旋風除（chú）塵（chén）器效（xiào）率影響（xiǎng）較大。排風管直徑必須選擇一個合適的值，排風管直徑減小（xiǎo），可減小（xiǎo）內旋流的旋轉範圍，粉塵不易從排風管排出；有利於提高除塵效（xiào）率，但同時出風口速度增加，阻力損失增大。若增（zēng）大排風管直徑，雖阻力損失可明顯減小，但由於排風管與圓筒體管壁（bì）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直（zhí）接混入排風管中排出，從而降低除塵效率。一般（bān）認為排（pái）風管直徑為圓（yuán）筒體直（zhí）徑的（de）0.5~0.6倍為宜。排風管（guǎn）插入過淺，易造成（chéng）進風口含塵氣流（liú）直接進入排風（fēng）管，影響除塵效率；排風和插入深度一（yī）般以略低進風（fēng）口底部的位置為宜。
3.1.4 排灰（huī）口（kǒu）
排灰口的大小（xiǎo）與結構對除塵效率有直接的影響。增大排灰口直徑可使除（chú）塵器提高壓力除，對提高（gāo）除塵效（xiào）率有利，但（dàn）排灰口直徑太大會導致粉塵（chén）的重新揚起。通常采用排灰口直（zhí）徑Do=(0.5-0.1)Dc。
3.2 操（cāo）作工藝參數
在旋風除塵器尺寸和（hé）結構定型的情況下，其除（chú）塵效率關鍵（jiàn）在於運行因素的影響。
3.2.1 流速
旋風除塵器是（shì）利（lì）用離心力來除塵的，離心（xīn）力愈大，除塵效果愈好。在圓周運動（或曲線運動）中粉塵所受（shòu）到的離心力為：F=ma
式中：F——離心力，N；
m——粉塵的質量，kg；
a——粉塵（chén）的離心加速度，m/s2 。
因為，a=VT2 /R
式中：VT——塵（chén）粒的切（qiē）向速度，m/s；
R——氣（qì）流的旋轉半徑，m。
所以，F=mVT2 /R
可見，在旋（xuán）風（fēng）除塵器的結構（gòu）固定（R不變（biàn）），粉塵（chén）相同（m穩定）的情況下，增加（jiā）旋風除塵器入口的（de）氣流速度，旋風除塵器的離心力就愈大（dà）。而旋風除塵器的進（jìn）口氣（qì）量為：Q=3600 AVT
式中：Q——旋（xuán）風除塵器的進口（kǒu）氣量，m3/h；
A——旋風（fēng）除塵器的進（jìn）口截麵積，m2。
所（suǒ）以，在結構固（gù）定（dìng）（R不（bú）變，A不變）、粉（fěn）塵（chén）相同（m穩定）的情（qíng）況下（xià），除塵（chén）器入口的氣（qì）流速度與（yǔ）進口氣量成正比（bǐ），而旋風除塵（chén）器的進口氣量是（shì）由引風機的進風量決定的。
可見，提高進風口氣流速度，可增大除塵器內氣流的切向速（sù）度，使粉塵受到的離（lí）心力增加，有利於提（tí）高其除塵效率，同時，也可提高處理含塵風量。但進風口氣流速度提高，徑向和軸向速（sù）度也隨之增大，紊流的影響增大。對每一（yī）種特定的粉塵旋風除塵器都（dōu）有一個臨界進風口氣流速度，當超（chāo）過這個風速後，紊流的影響比分離作用增加更快，使部分已分（fèn）離的粉塵重（chóng）新被帶走，影響除塵效果。另外，進（jìn）風口氣流增加，除塵阻力也會急劇上升，壓損增大，電耗增加。綜合考（kǎo）慮旋風除塵器的除塵效果和經濟性，進風口的（de）氣流速度控（kòng）製在12~20m/s之間，好不（bú）超過25m/s，一般選14m/s為宜。
3.2.2 粉塵的狀況
粉塵顆（kē）粒大小是影響出口濃度（dù）的關鍵（jiàn）因素。處於旋（xuán）風除塵器外旋（xuán）流的粉塵（chén），在徑向同時受到兩種力的作用，一是由旋轉氣流的切向（xiàng）速度所產生的離心力，使粉塵受到向外的推移作用；另一個是由（yóu）旋轉（zhuǎn）氣流的徑向速度所產生的向心（xīn）力，使粉塵受到向內的推移作用。在內（nèi）、外旋流的交界麵上，如果切向速度（dù）產（chǎn）生的離心力大於（yú）徑向速（sù）度產生的向心力，則粉塵在（zài）慣性離心力的推動下向外壁移動，從而被分離出來；如果切向速度產生的離（lí）心力大於徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心（xīn）力的推動下進入內旋流，好後經排風管排出。如果切向速度產生（shēng）的離心力等於（yú）徑向速度產生（shēng）的向心（xīn）力，即作用在粉塵顆粒上的外力等於（yú）零，從理論上講，粉塵應在交界（jiè）麵上不停地旋轉。實際（jì）上由於氣流處於紊流狀態及各種隨機因素的影響（xiǎng），處（chù）於這種狀（zhuàng）態的（de）粉塵有50%的可（kě）能進入內旋（xuán）流，有50%的可能向外壁移動，除塵效率應為（wéi）50%。此時分離的臨界粉塵顆粒稱為分割粒徑。這時，內（nèi）、外旋（xuán）流的交界麵就像一張孔徑為分割粒徑的篩網（wǎng），大於分割粒徑的粉塵被篩網截留並捕集下來，小於（yú）分割粒徑的粉塵，則通過篩網人排風管中（zhōng）排出。旋風除塵器捕集下來的粉塵粒徑愈小（xiǎo），該除塵器的除（chú）塵效率愈高。離心（xīn）力的（de）大（dà）小與粉塵顆粒有關，顆粒愈大，受到離心力愈大。當粉（fěn）塵的粒徑和切向速度愈大，徑向（xiàng）速度和排風（fēng）管的直徑愈小時，除塵效果愈好（hǎo）。氣體（tǐ）中的灰分濃度（dù）也是影響出口濃度的關鍵因素。粉塵濃度增大時，粉（fěn）塵易（yì）於凝聚，使較小的（de）塵粒凝聚在一起而被捕集，同（tóng）時，大顆粒向器壁移動過程中也會將小顆粒挾帶至器壁或撞擊而被分離。但（dàn）由於除塵器內向下（xià）高速旋轉的氣流（liú）使其頂部的壓力下降，部分氣流也會挾帶細小（xiǎo）的塵（chén）粒沿外壁旋轉向上到達頂部後，沿排氣管外壁旋轉向下由排氣管排出（chū），導致旋風除塵器的除（chú）塵效率不可能為100%。
根據除塵效率計算公式：η=（1-So/Si）×100%
式中：η——除塵效率；
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（xiào）率不可能為100%，當進口粉塵流入量（liàng）增加後，除塵效率雖有提高，排風管排出粉塵的絕對量也會大大增加。所以，要使排放口的粉塵濃度降低，則要降低入口粉塵濃（nóng）度，可采取多個旋風除塵（chén）器串聯使用的多級除塵方式，達（dá）到減少（shǎo）排放的目的。
3.2.3 運行（háng）的影響
旋風除塵器下部的嚴密性是影（yǐng）響除塵效率的又一個重要因素。含塵氣體進（jìn）入旋風除塵器後，沿外壁自（zì）上而下作螺旋形旋轉運動，這股向下旋（xuán）轉的氣流到達（dá）錐體底部後（hòu），轉而（ér）向上，沿軸心向上旋轉。旋風除塵器內的壓力分布，是軸向各斷麵的壓力變化較小，徑（jìng）向的壓力變化較大（主（zhǔ）要指靜壓），這是由氣流（liú）的軸向速度和徑向速度（dù）的分布（bù）決定的。氣流在筒內作（zuò）圓周運動，外側的壓力高於內側，而在外壁附近靜壓高，軸心處靜壓低。即使旋風除（chú）塵器在正（zhèng）壓下運動，軸心處（chù）也為負壓，且一直延伸到排灰口處的負壓好，稍不嚴密，就（jiù）會產生（shēng）較大的漏（lòu）風，已沉集下來的（de）粉塵勢必被上升氣流（liú）帶出排氣管。所以，要使除塵效率達到（dào）設計要求，就要保（bǎo）證排灰（huī）口的嚴密性，並在保證排灰口的嚴密性的情況下，及時清除除塵器錐體底部的粉塵，若不能連續及時地排出（chū），高濃度粉塵就會在（zài）底部流（liú）轉，導致錐體過度磨損。
4 除塵器結（jié）構改進
在旋風除塵器的眾多性能指標（biāo）中，壓力損失和分離效率是好為重要的參數，其症結是消除“上灰環”。解決上灰環問（wèn）題的方法之一是通過設置灰塵隔離室，即采用旁路式旋風除塵器，它主要是在普通（tōng）旋風除塵器的基礎上增加一個螺旋形的旁路分離室，在除塵器頂部形成的上（shàng）渦旋粉塵環，從旁路（lù）分離室引至錐體部分。這樣可使導致除塵效率降低的二次（cì）流變為能起粉（fěn）塵聚集作用的上渦旋氣流，提高（gāo）除塵效率。除此之外，還可通過添（tiān）加導向葉（yè）片、改變氣流進口形狀等（děng）措施來消（xiāo）除上（shàng）灰環。為了解決邊壁處的二次揚塵問題，可采用（yòng）環縫氣墊耐磨旋風除塵器，它是在（zài）普通旋風（fēng）除塵器內側設置環縫套圈，粉塵在旋（xuán）轉氣流（liú）作用下（xià）向邊壁靠近，然（rán）後（hòu）利用靠近邊壁處的下行氣流（liú）將粉塵融入（rù）環（huán）縫，由（yóu）於環縫的存在，不僅要以減少二次揚塵，而且使高速旋轉的上、下灰環消失，提高除塵效率。但這些方（fāng）法實際使（shǐ）用效果並（bìng）不是十分理想。現在提出一種新的改進方法使旋風除塵器的分（fèn）離（lí）性能得到極大提高。改進（jìn）後（hòu）的新型旋風除塵器（qì）結構見圖3。
這種新型旋風除塵器（qì）在結構相主要改進如下：①進（jìn）口管下斜5o-10o，使氣流在旋轉的同時保證了向下（xià）的旋轉。並（bìng）且下傾角確保了塵（chén）粒反彈時絕對折射朝下。向下旋轉，引起除（chú）塵器頂部倒空形成上渦旋氣流產生頂部灰環，灰環沿著排氣管道（dào）外（wài）表麵旋轉向下時，會在排（pái）風管（guǎn）入口處與已淨化廢氣的上旋氣（qì）流混合，而後經排（pái）風管排出除塵器（qì）。②進口管采用180o的（de）半圈螺進筒後才旋轉，而改進型則是確保塵氣調整旋轉起來後才（cái）進筒。③進口螺旋道截麵遞減，增大了氣流旋轉起來後離心力。含粉塵的氣體在螺旋道中實現1.4倍加速。提高了塵粒的慣性，降低了塵粒（lì）沉降的（de）時間。④錐體長度加長並采用200小錐角，增加了氣流在分離器中的（de）停留時間，有利於小顆（kē）粒的沉（chén）降完全，且使向下旋（xuán）轉的氣體平緩地轉變成折轉向上（shàng）的（de）旋轉，從而使除塵效率得以提高。⑤除塵器下設緩衝料鬥，有效改善廢氣在（zài）筒體內的流動工況，減少了灰鬥的（de）反混現象（xiàng）和下灰環（huán）可能產生的二次揚塵。⑥出（chū）風管（guǎn）增長，直到螺旋軌道的底部，防止了內側部分塵粒裹進出風管。⑦進口（kǒu）、加速段、出口的截麵積之比擴大為1：0.7：2，即出口網速是進口速度的一半；出口風速（sù）是內部加速段的（de）1/3。改進（jìn）型（xíng）除塵器粒子（zǐ）的離（lí）心力比在（zài）傳統型（xíng）除塵器中的離心力增大了1.4倍（bèi）以上（shàng）。而出口處，負壓對粒子的（de）吸力比傳統（tǒng）型約小（xiǎo）了1/4。因此，氣流（liú）進筒後，塵粒因慣性大，使得（dé）稍小些的顆粒在氣流（liú）在旋風除（chú）塵器中停留時間內也能得到分離。出風網速降低，也使得部分細小的顆粒能擺（bǎi）脫上升氣流的吸力而（ér）有機會沉降下來，從而使其分享。
5 小結
如何提（tí）高旋風除塵器效率是當前飼料行（háng）業需要解決的一個重要課題。研究和（hé）分析影響旋風除塵器除塵效（xiào）率的因素，是設計、選用、管理和（hé）維護旋（xuán）風除塵器的前提，也（yě）是（shì）探求提高旋風除塵器除塵效率途徑的必由之路（lù）。由於旋風除（chú）塵器內氣（qì）流速度及粉塵微粒（lì）的運（yùn）動等都較（jiào）為複（fù）雜，影響其除塵效率的（de）因素較多，需要我們進行（háng）全麵分析，綜合考慮（lǜ），尋求好優設計（jì）方案和運行管（guǎn）理方法。當前（qián），旋風（fēng）除塵器仍以其結構簡單、體積（jī）小、製造維修方便、除塵效率較為理想等（děng）優點，成為目前飼料（liào）企業主要除塵設備之一。隨著旋風除塵器認（rèn）識的進一步的（de）深入和完善，它必將在飼料行業除塵中發揮更大的作用。
