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摘要：本文对水泥厂旋风收尘器的工作原理、结构及主要技术参数做了详细介绍。
关键词：旋风收尘器
0 引言
随着全社会对环保节能的日益重视，水泥生产中的粉尘治理如何提高效率就成为大家的共识。处理含尘气体的除尘器中，一般有重力沉降式除尘器、离心力沉降式除尘器、过滤式除尘器、静电式除尘器等几种。水泥厂收尘设备的分类及原理简介如下：
①重力沉降式收尘设备：即利用重力作用使粉尘颗粒沉降下来，落到灰斗或容器底部。如：烟室、沉降室、惯性收尘器等。
②离心力沉降式收尘设备：含尘气体在筒体内旋转运动，利用粉尘颗粒的离心力作用，从气体中分离出来并被收集。如：旋风收尘器等。
③过滤式收尘设备：含尘气体通过过滤介质，由于阻挡、吸附、润湿等作用，使粉尘颗粒被阻截下来。如：袋式收尘器、颗粒层收尘器、水收尘器等。
④静电式收尘设备：在高压直流电场内，利用电晕放电作用，使空气电离、粉尘粒子带电，靠电场引力的作用，将粉尘颗粒收集、含尘气体被净化。如：各种形式的电收尘器等。
本文要介绍的是旋风收尘器。
旋风除尘器是利用粉尘颗粒在离心力作用下沉降的原理设计的一种除尘设备，它没有运动部件，结构简单，造价低，维护方便，耐高温高压，适用于含尘浓度高的情况，如果收集10微米以上的粉尘颗粒，收尘效率一般可达到70～90%。对10微米以下的粉尘颗粒收尘效率很低（5～15%），因此，经常把它做粗净化用或用于二级收尘系统的第一级。
使用旋风收尘器时，必须保证收尘器的密闭性，特别是防止灰斗及卸灰阀的漏风。否则，该处因漏风将使灰斗内粉尘产生二次飞扬，带至旋风收尘器的出口排出；同时造成收尘效率降低，漏风1%，收尘效率降低5%；漏风5%，收尘效率降低50%；漏风15%，收尘效率接近为0。
1 旋风收尘器的工作原理
当含尘气体由进气口以较高的速度（一般为12-25m/s）沿外旋筒的切向进入外旋筒后，形成旋转运动，由于内外筒体及顶盖的限制，逼迫气流在其间由上向下做螺旋线形的旋转运动，称为外旋流。含尘气体旋转运动过程中，产生很大的离心力。由于固体尘粒惯性力比气体大得多，被甩向筒壁失去能量沿壁滑下，与气流逐渐分离，在外圆筒壁下部形成料粒浓集区，经排灰口进入储灰箱中。旋转下降的外旋流沿锥体向下运动时，随着圆锥的收缩而向收尘器中心靠拢，旋转气流进入排气管半径范围附近。由于下面呈密封状态而迫使气流旋转上升，称为内旋流，也称核心流，最后净化气体经排气管向外排出。
2 旋风收尘器的结构
2.1 单体结构 单体结构见图1，含尘气体通过进口起旋器产生旋转气流，粉尘在离心力作用下脱离气流和筒锥体边壁运动，到达壁附近的粉尘在气流的作用下进入收尘灰斗，去除了粉尘的气体汇向轴心区域由排气芯管排出。
2.2 结构改进措施 旋风器在长期使用中，为了达到低阻高效性能其结构不断进行改进，改进措施主要有：
①进气通道由切向进气改为回转通道进气，通过改变含尘气体的浓度分布、减少短路流排尘量。回转通道在90°左右时阻力较小。
②把传统的单进口改为多进口，有效地改进旋转流气流偏心，同时旋风器阻力显著下降。
③在筒锥体上加排尘通道，防止到达壁面的粉尘二次返混。
④采用锥体下部装有二次分离装置（反射屏或中间小灰斗）防止收尘二次返混。
⑤排气芯管上部加装二次分离器，利用排气强旋转流进行微细粉尘的二次分离，对捕集短路粉尘极为有效。
⑥在筒锥体分离空间加装减阻件降阻等。
2.3 组合式旋风收尘器 处理气体量较大时，可以采用多个旋风器单体进行并联组合。组合式旋风收尘器：
①处理较大气体量；
②保持较高的收尘效率；
③用多个相同型号及规格的旋风收尘器并联。旋风收尘器组的流体阻力为单筒旋风收尘器的1.1倍，处理气体总量为各个单筒处理气体量之和。多筒组合可以采用分支并联和环状并联方式，见图2。组合技术的关键在于含尘气流分配的均匀性和防止气流串流。分支并联一般采用双旋风器、四旋风器方式。对于处理气体量较大时，也可以采用母管分支并联方式。分支旋风器一般采用涡壳排气方式。
2.4 旋风收尘器的使用 旋风器单体直径一般控制在200～1000mm，特殊情况下可以超过1000mm。旋风器单体安装角度应不小于45°，宜大于粉尘的流动角，对于气体量负荷变化较大的系统尤其要注意。
旋风器单体组合应注意含尘气流的均匀性分配和增加防止气流串流的技术措施。旋风器组合空间的进气区、灰斗区、排气区应严格分开，连接处不得漏风。
对旋风器性能影响较大的因素是运行管理不善造成的灰斗漏风和排灰不及时造成的锥体下部堵管。它不仅影响除尘效率，还会加剧旋风器筒锥体磨损影响使用寿命。
根据使用条件可以选用不同材料制作旋风器，如钢板、有机塑料板、玻璃钢等；铸铁、铸钢浇筑；陶土、石英砂、白刚玉烧制。也可以采用矾土水泥骨料、灰绿岩铸石等材料作钢制件的耐磨内衬。
除尘器串联使用时，在与低性能除尘器串联使用时，应将高效旋风器放在后级。在与高性能除尘器串联使用时，就将旋风器放在前级。除高浓度场合外，一般不采用同种旋风器串联使用。
3 旋风收尘器的主要技术参数
3.1 结构参数 旋风收尘器的结构尺寸一般以筒体直径D3（m）为定性尺寸给出其它部位的无因次壁比值，旋风收尘器在筒体直径D3确定以后，可以按照无因次结构比值KD1、KD2、KD4、KH1、KH2、KH3、KH4、Ka、Kb确定其他部位尺寸，参见图1。即：KD1=D2/D3，KD2=D2/D3，KD4=D4/D3，KH1=H1/D3，KH2=H2/D3，KH3=H3/D3，KH4=H4/D3=KH2+KH3-KH1，Ka=a/D3，Kb=b/D3。
其中，D3为筒体直径，D1为内筒芯管出口直径，D2为内筒芯管进口直径，D4为锥体下部直径（排灰口直径），H1为内筒芯管插入深度，H2为筒体高度，H3为锥体高度，H4为内筒芯管进口截面到锥体排灰口的距离（也称为分离区高度），a为进口宽度，b为进口高度。下表列出了部分旋风收尘器的结构参数。
3.2 旋风器进口速度和筒体截面标称速度 旋风器进口速度vo（m/s）指气流L（m3/h）由旋风器进口进入时的速度，筒体截面标称速度va(m/s)是指气流量L与旋风器筒体截面面积的比值，即
vo=L/(3600KaKbD32) va=l/(3600πD32)（1）
3.3 阻力计算
ΔP=ξPd；PdO=ρvo2/2或Pda=ρva2/2（2）
式中:ΔP——旋风收尘器阻力，
Pa；Pd——气流动压；
PdO、Pda——分别对应于进口截面和筒体面得气流动压，
Pa；ρ——气体密度，Kg/m3。
P=355KB/(273+t)（空气）；ρ=366KB/(273+t) （一般烟气） （3）
式中的KB为环境压力B的修正系数，KB=B/Ba，Ba为标准大气压力（101.3KPa）；t为气体温度，℃；ξ为设备厂家提供的旋风收尘器阻力系数，常见旋风收尘器的阻力系数ξ见表2、3，可以用ξO或ξa表示。
ξO为对应于进口截面的阻力系数，ξa为对应于筒体截面的阻力系数，可以反映同一直径的不同类型旋风器在处理相同风量时的阻力大小。ξO与ξa之间的关系为：
ξa/ξO=0.62（KaKb）-2（4）
旋风收尘器安装方式不同会对旋风器阻力计算值产生影响，如旋风器出口方式采用出口涡壳比采用圆管弯头阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，与单个使用也有差别，可以通过工程经验进行修正。
一般来讲，同类型直径大小不同的旋风器阻力相同。
3.4 收尘效率计算
3.4.1 分级效率
3.4.2 分割粒径
3.4.3 总效率
式中x=dc；f（x）表示含塵气体中粉尘的质量分布密度，一般可以用R-R分布曲线或对数正态分布函数标表示。
实际应用中一般采用粒级分布累计质量表示，分为n个粒级给出，收尘效率计算还可以表示为：
其中，ηi（dpi，dpi+1）粒级收尘效率可以取ηi[kdpi+(1-k)dpi+1，0< k<1.0，通常取k为0.5。
对于某些场合采用理论计算除尘效率往往误差比较大，通常可以采用计算与实际应用相结合的办法修正，亦可参照类似工程进行判定。
参考文献：
[1]孙一坚主编.简明通风设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1997.
[2]嵇敬文编.除尘器.北京：中国建筑工业出版社，1981.
[3]陈明绍，吴光兴，张大中等编著.除尘技术的基本理论与应用，北京：中国建筑工业出版社，1981.
[4]童志权主编.工业废气交纳化与利用，北京：化学工业出版社，2001.
[5]沈恒根，刁永发，许晋源.平衡尘粒模型用于旋风分离器分级效率的计算，环境工程，1998，16（6）：29-31.
[6]沈恒根，亢燕铭，高洪澜等.离心式除尘器，中华人民共和国机械行业标准JB/T 9054-2000。北京：机械科学研究院，2000.
关键词：旋风收尘器
0 引言
随着全社会对环保节能的日益重视，水泥生产中的粉尘治理如何提高效率就成为大家的共识。处理含尘气体的除尘器中，一般有重力沉降式除尘器、离心力沉降式除尘器、过滤式除尘器、静电式除尘器等几种。水泥厂收尘设备的分类及原理简介如下：
①重力沉降式收尘设备：即利用重力作用使粉尘颗粒沉降下来，落到灰斗或容器底部。如：烟室、沉降室、惯性收尘器等。
②离心力沉降式收尘设备：含尘气体在筒体内旋转运动，利用粉尘颗粒的离心力作用，从气体中分离出来并被收集。如：旋风收尘器等。
③过滤式收尘设备：含尘气体通过过滤介质，由于阻挡、吸附、润湿等作用，使粉尘颗粒被阻截下来。如：袋式收尘器、颗粒层收尘器、水收尘器等。
④静电式收尘设备：在高压直流电场内，利用电晕放电作用，使空气电离、粉尘粒子带电，靠电场引力的作用，将粉尘颗粒收集、含尘气体被净化。如：各种形式的电收尘器等。
本文要介绍的是旋风收尘器。
旋风除尘器是利用粉尘颗粒在离心力作用下沉降的原理设计的一种除尘设备，它没有运动部件，结构简单，造价低，维护方便，耐高温高压，适用于含尘浓度高的情况，如果收集10微米以上的粉尘颗粒，收尘效率一般可达到70～90%。对10微米以下的粉尘颗粒收尘效率很低（5～15%），因此，经常把它做粗净化用或用于二级收尘系统的第一级。
使用旋风收尘器时，必须保证收尘器的密闭性，特别是防止灰斗及卸灰阀的漏风。否则，该处因漏风将使灰斗内粉尘产生二次飞扬，带至旋风收尘器的出口排出；同时造成收尘效率降低，漏风1%，收尘效率降低5%；漏风5%，收尘效率降低50%；漏风15%，收尘效率接近为0。
1 旋风收尘器的工作原理
当含尘气体由进气口以较高的速度（一般为12-25m/s）沿外旋筒的切向进入外旋筒后，形成旋转运动，由于内外筒体及顶盖的限制，逼迫气流在其间由上向下做螺旋线形的旋转运动，称为外旋流。含尘气体旋转运动过程中，产生很大的离心力。由于固体尘粒惯性力比气体大得多，被甩向筒壁失去能量沿壁滑下，与气流逐渐分离，在外圆筒壁下部形成料粒浓集区，经排灰口进入储灰箱中。旋转下降的外旋流沿锥体向下运动时，随着圆锥的收缩而向收尘器中心靠拢，旋转气流进入排气管半径范围附近。由于下面呈密封状态而迫使气流旋转上升，称为内旋流，也称核心流，最后净化气体经排气管向外排出。
2 旋风收尘器的结构
2.1 单体结构 单体结构见图1，含尘气体通过进口起旋器产生旋转气流，粉尘在离心力作用下脱离气流和筒锥体边壁运动，到达壁附近的粉尘在气流的作用下进入收尘灰斗，去除了粉尘的气体汇向轴心区域由排气芯管排出。
2.2 结构改进措施 旋风器在长期使用中，为了达到低阻高效性能其结构不断进行改进，改进措施主要有：
①进气通道由切向进气改为回转通道进气，通过改变含尘气体的浓度分布、减少短路流排尘量。回转通道在90°左右时阻力较小。
②把传统的单进口改为多进口，有效地改进旋转流气流偏心，同时旋风器阻力显著下降。
③在筒锥体上加排尘通道，防止到达壁面的粉尘二次返混。
④采用锥体下部装有二次分离装置（反射屏或中间小灰斗）防止收尘二次返混。
⑤排气芯管上部加装二次分离器，利用排气强旋转流进行微细粉尘的二次分离，对捕集短路粉尘极为有效。
⑥在筒锥体分离空间加装减阻件降阻等。
2.3 组合式旋风收尘器 处理气体量较大时，可以采用多个旋风器单体进行并联组合。组合式旋风收尘器：
①处理较大气体量；
②保持较高的收尘效率；
③用多个相同型号及规格的旋风收尘器并联。旋风收尘器组的流体阻力为单筒旋风收尘器的1.1倍，处理气体总量为各个单筒处理气体量之和。多筒组合可以采用分支并联和环状并联方式，见图2。组合技术的关键在于含尘气流分配的均匀性和防止气流串流。分支并联一般采用双旋风器、四旋风器方式。对于处理气体量较大时，也可以采用母管分支并联方式。分支旋风器一般采用涡壳排气方式。
2.4 旋风收尘器的使用 旋风器单体直径一般控制在200～1000mm，特殊情况下可以超过1000mm。旋风器单体安装角度应不小于45°，宜大于粉尘的流动角，对于气体量负荷变化较大的系统尤其要注意。
旋风器单体组合应注意含尘气流的均匀性分配和增加防止气流串流的技术措施。旋风器组合空间的进气区、灰斗区、排气区应严格分开，连接处不得漏风。
对旋风器性能影响较大的因素是运行管理不善造成的灰斗漏风和排灰不及时造成的锥体下部堵管。它不仅影响除尘效率，还会加剧旋风器筒锥体磨损影响使用寿命。
根据使用条件可以选用不同材料制作旋风器，如钢板、有机塑料板、玻璃钢等；铸铁、铸钢浇筑；陶土、石英砂、白刚玉烧制。也可以采用矾土水泥骨料、灰绿岩铸石等材料作钢制件的耐磨内衬。
除尘器串联使用时，在与低性能除尘器串联使用时，应将高效旋风器放在后级。在与高性能除尘器串联使用时，就将旋风器放在前级。除高浓度场合外，一般不采用同种旋风器串联使用。
3 旋风收尘器的主要技术参数
3.1 结构参数 旋风收尘器的结构尺寸一般以筒体直径D3（m）为定性尺寸给出其它部位的无因次壁比值，旋风收尘器在筒体直径D3确定以后，可以按照无因次结构比值KD1、KD2、KD4、KH1、KH2、KH3、KH4、Ka、Kb确定其他部位尺寸，参见图1。即：KD1=D2/D3，KD2=D2/D3，KD4=D4/D3，KH1=H1/D3，KH2=H2/D3，KH3=H3/D3，KH4=H4/D3=KH2+KH3-KH1，Ka=a/D3，Kb=b/D3。
其中，D3为筒体直径，D1为内筒芯管出口直径，D2为内筒芯管进口直径，D4为锥体下部直径（排灰口直径），H1为内筒芯管插入深度，H2为筒体高度，H3为锥体高度，H4为内筒芯管进口截面到锥体排灰口的距离（也称为分离区高度），a为进口宽度，b为进口高度。下表列出了部分旋风收尘器的结构参数。
3.2 旋风器进口速度和筒体截面标称速度 旋风器进口速度vo（m/s）指气流L（m3/h）由旋风器进口进入时的速度，筒体截面标称速度va(m/s)是指气流量L与旋风器筒体截面面积的比值，即
vo=L/(3600KaKbD32) va=l/(3600πD32)（1）
3.3 阻力计算
ΔP=ξPd；PdO=ρvo2/2或Pda=ρva2/2（2）
式中:ΔP——旋风收尘器阻力，
Pa；Pd——气流动压；
PdO、Pda——分别对应于进口截面和筒体面得气流动压，
Pa；ρ——气体密度，Kg/m3。
P=355KB/(273+t)（空气）；ρ=366KB/(273+t) （一般烟气） （3）
式中的KB为环境压力B的修正系数，KB=B/Ba，Ba为标准大气压力（101.3KPa）；t为气体温度，℃；ξ为设备厂家提供的旋风收尘器阻力系数，常见旋风收尘器的阻力系数ξ见表2、3，可以用ξO或ξa表示。
ξO为对应于进口截面的阻力系数，ξa为对应于筒体截面的阻力系数，可以反映同一直径的不同类型旋风器在处理相同风量时的阻力大小。ξO与ξa之间的关系为：
ξa/ξO=0.62（KaKb）-2（4）
旋风收尘器安装方式不同会对旋风器阻力计算值产生影响，如旋风器出口方式采用出口涡壳比采用圆管弯头阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，与单个使用也有差别，可以通过工程经验进行修正。
一般来讲，同类型直径大小不同的旋风器阻力相同。
3.4 收尘效率计算
3.4.1 分级效率
3.4.2 分割粒径
3.4.3 总效率
式中x=dc；f（x）表示含塵气体中粉尘的质量分布密度，一般可以用R-R分布曲线或对数正态分布函数标表示。
实际应用中一般采用粒级分布累计质量表示，分为n个粒级给出，收尘效率计算还可以表示为：
其中，ηi（dpi，dpi+1）粒级收尘效率可以取ηi[kdpi+(1-k)dpi+1，0< k<1.0，通常取k为0.5。
对于某些场合采用理论计算除尘效率往往误差比较大，通常可以采用计算与实际应用相结合的办法修正，亦可参照类似工程进行判定。
参考文献：
[1]孙一坚主编.简明通风设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1997.
[2]嵇敬文编.除尘器.北京：中国建筑工业出版社，1981.
[3]陈明绍，吴光兴，张大中等编著.除尘技术的基本理论与应用，北京：中国建筑工业出版社，1981.
[4]童志权主编.工业废气交纳化与利用，北京：化学工业出版社，2001.
[5]沈恒根，刁永发，许晋源.平衡尘粒模型用于旋风分离器分级效率的计算，环境工程，1998，16（6）：29-31.
[6]沈恒根，亢燕铭，高洪澜等.离心式除尘器，中华人民共和国机械行业标准JB/T 9054-2000。北京：机械科学研究院，2000.