煤矿现代化 ２０１２年第５期 墨篁 旋风分离器的设计方法 郭建军 ，刘文生 （１．贵州鑫晟煤化工有限公司，六盘水５５３０００；２．中煤科工集团南京设计研究院，南京２１００３１） 摘要旋风分离器是广泛应用于能源、食品、医药、化工以及冶金等行业的气固分离 设备。在总结多种旋风分离器设计方法的基础上，提出一种简易的设计方法。 关键词旋风分离器；压降；筒体直径；临界粒径 中图分类号：ＴＱ０５１．８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９－０７９７（２０１２）０５—００５４—０２ 旋风分离器是利用旋转的含尘气流所产生的离 旋风分离器的压力损失主要有下列几个方面： 心力，将固体颗粒从气流中分离出来的一种气固分 ①进口管的摩擦损失；②气体进入旋风分离器内，因 离设备。由于其操作费用低，结构简单、维护方便而 膨胀或压缩而造成的能量损失；③气体在旋风分离 被广泛应用于能源、食品、医药、化工以及冶金电力 器中与器壁的摩擦所引起的能量损失；④旋风分离 等行业中【２＿。 器内气体因旋转而产生的能量耗散；⑤排气管内摩 旋风分离器的分离、捕集过程是一种极为复杂 擦损失，气体因同时进行旋转运动和直线运动需要 的三维、二相湍流运动过程，理论研究还很不完善嘲。 消耗更多的能量；⑥排气管内气体旋转时的动能转 各种旋风分离器的设计工作往往依赖于经验设计和 化为静压能的损失【”。 大量的工业试验，因此，如何提高旋风分离器设计计 算精度及效率，降低设计成本就显得十分重要。本文 在综合多种设计方法的基础上，总结了一种简易的 设计方法。 旋风分离器的设计受分离效率、压降和流量三 个特性参数相互制约，必须同时满足要求。一般流量 为给定初始值，设计思路主要分为三种：一种是根据 流量和压降设计旋风分离器尺寸，采用分离效率进 行校核；另一种是根据流量和分离效率设计尺寸，采 用压降进行校核；最后一种是根据流量和旋风分离 ａ一分离器入口高厦，ｍＩｈ～分离器入口宽度，ｍ； 器入口速度设计尺寸，对压降和分离效率进行校核。 Ｄ 分离器直径，ｍ；Ｄｃ一排气管直径，ｍ； 由于第一种方法校核方便，试算成功率比较高，故本 Ｄ 一分离器排灰口直径，ｍ；ｈｃ一排气管插入浓度，ｍ； 文采用第一种方法。 ｈ～分离器简体高，ｍ；Ｈ一分离器总高，ｍ。 １ 根据压降和流量，确定筒体直径 图１ 典型旋风除尘器结构简图 产生压力损失的原因众多，要详尽计算旋风分 压力损失是旋风分离器的主要性能参数，直接 离器各部分的压力损失很难。通常，压力损失的表达 关系到能量消耗和风机的选型，对低压操作的旋风 式用进口速度头表示较为方便。为减少压力损失和 分离器，压力损失指标尤其重要，因此必须给予重点 人口气流对筒体内气流的撞击、干扰以及其内旋转 考虑［ 。 气流的涡流，进口形式大多从切向进口直入式改为 本文在研究了煤矿电力无功补偿系统的原理和 ［１１］ 潘松，黄继业，曾毓．ＳＯＰＣ技术实用教程［Ｍ】．北京：清华大 硬件设计，对补偿信号的检测原理上，论述了煤矿供 学出版社，２００５． 电线路数学模型，无功补偿装置的原理和无功补偿 ［２］ 夏宇闻．Ｖｅｒｉｌｏｇ数字系统设计教程【Ｍ］．北京：北京航天航空 信号的提取算法、信号采集和数据存储结构及工作 大学，２００３． 原理；论述了数据存储方式。本文研究的成果已经应 【３］ 张立，丘东元，张波．基于ＤＳＰ的高压动态无功补偿控制 用在山西晋煤集团寺河矿中，效果较好。 器设计［Ｊ］，电力自动化设备２０１０（３）． ［４］ 苏晓梨，玉振明．基于捕获功能的电压频率及相序检测方 参考文献： 法【Ｊ】，梧９’Ｉ，Ｉ学院学报２０１０（６）． （收稿日期：２０１２—７—８） ·５４· 煤石广现代化 ２０１２年第５期 总第１１０期 １８０。、３６０。的蜗壳式，但现有文献上的压力损失计 算式均只适用于切向进口，不具有通用性。本文采用 文献［３】中提出的压力损失计算的修正式，以适用于 任何进口形式，计算式形式如下： Ａ ｐ： １ ｃｊ ｐ Ｖ ＮＨ 式中：ｃｉ为人ＬＩ型式阻力系数，具体数值见表１；Ｐ 为气体密度，ｋｇ］ｍ ；Ｖｉ为人Ｅｌ速度，ｍ／ｓ，其幂指数Ｉ１ 在１．５～２之间变化，一般ｎ可取为２。 ＮＨ按下式计算： Ｅ￡ｃ ＮＨ＝＝ｌ１．３ｆ、 １３ ／ ） ＋３．３３ （２） 式中：ｆｌ为旋风分离器的进口高度系数；ｆ２为旋风分 离器的进口宽度系数；ｆ３为旋风分离器的排气管直 径系数。具体数值见表１。 表１入口阻力系数 ７－．Ｎ为ｖ ：—ａｂ （３） 式中：。为旋风分离器进口高度，ＩＴＩ；ｂ为旋风分离器 进口高度，ｍ。 且 ａ＝ｆｌＤ （４） ｂ＝ｆ２Ｄ （５） 式中：Ｄ。为分离器简体直径，ｍ。 将（４）、（５）式代入（３）式得： Ｖｊ＝ Ｑ２一 （６） ： 。将（２）、（６）式代入（１）式，整理得： ｆ（等＋器）．器］ ㈩ 旋风分离器的简体直径Ｄｎ确定后，其它结构尺 寸，如图１所示，可参考表２中列出的比例关系确定Ｉ１】。 ２校核入口速度 把简体直径Ｄ。代入式（６），计算得到入口速度 Ｖｉ。一般取人口速度为１５～２５ｍ／ｓ，最高不应超过 ３５ｒｒｄｓ［”。如果计算出的ｖｉ在此范围内，则符合设计要 求；如果不在此范围内，则适当调整ｆＩ、ｆ２、￡的值，重 新计算，直到符合要求为止。 ３校核临界粒径 旋风分离器初步设计完成后，为减少大量的工 业试验、降低设计成本，要对分离效率进行校核。分 ·５５· 离效率的计算，需要掌握烟气中颗粒的粒径分布，在 不知道颗粒粒径分布的情况下，也可以采用设计要 求的临界粒径ｄｃ值，进行理论校核计算。Ｉ 界粒径 是指分离器能１００％分离出的颗粒的最小粒径Ｉ ２＿，它 可以从侧面反映除尘效率的高低。 计算ｄｃ的方法有若干种，大部分计算式过于复 杂，或者包含的一些参数的选取比较困难。范贵生等 人『４Ｊ基于转圈理论重新建立分离条件，改进了Ｒｏｓｉｎ 公式，导出新的临界粒径的计算表达式。其形式如 下： ｄｃ＝６ｂ、／ （８） 式中： 为气体粘度，Ｐａ ｓ；Ｄ 为排气管直径，ｍ；Ｌ 为入口管下缘至排气管人口断面之间的垂直距离 （Ｌ＝ｈ 一ａ），Ｉｎ；Ｐ 为固体颗粒密度，ｋｇ／ｍ ；Ｐ为气体 密度，ｋｇ／ｍ３。其余符号意义同上。 表２几种典型旋风分离器的结构尺寸 该计算过程相对较简单，涵盖结构参数较全面。 由该式计算出临界粒径ｄｃ，与设计要求的临界粒径 相比较，若不符合设计要求，则重新调整口、ｂ、Ｄｅ的 值，直到满足设计要求为止。 要特别注意的是，本公式不适用于Ｌ等于零或 小于零的情况。 ４结束语 根据众多学者的研究成果，总结出旋风分离器的 简易设计方法，使设计工作得到有效简化，在保障精 度的前提下可以高效地完成旋风分离器的设计任务。 参考文献： 『１］岑可法，倪明江，骆仲泱．循环流化床锅炉理论设计与运 行『Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９７． ［２］金国淼．除尘设备【Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２． 【３】蔡安国．旋风分离器设计计算的研究［Ｊ］．化工矿物与加 工，２００３，（８１：２１－２３． ［４】 范贵生，赵满全，等．旋风分离器临界粒径计算的一种新 方法叭粮食与饲料工业，２００４，（５）：１３～１５． 【５】 刘忠文．旋风分离器简捷设计计算方法『Ｊ１．化工设备与管 道，１９９５，ｆ６）：１９—２２． （收稿日期：２０１２—５—１２）
