1、旋风分离器分离性能的改进摘要：通过将单进口旋风分离器入口方式改造为轴对称型回转通道形式（即采用双进口与单进口等长通道长度的新型切向进气方式） ，从旋风分离器的进风量、入口含尘量及阻力损失等方面，分析了轴对称型进口回转通道对旋风分离器分离性能的影响。分级分离效率的试验与计算结果表明，新型旋风分离器的分离性能不仅优于单进口，而且稍优于Stairmand 高效旋风分离器。 关键词：旋风分离器；进气方式；进口回转通道；轴对称；分离性能 中图分类号： U664 文献标识码： A 一、旋风分离器的作用 旋风分离器的主要功能是尽可能的除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固分离，以保证管道及设备
2、的正常运行, 已经广泛地应用于石油化工、冶金、矿山、机械和电力等工业部门。 二、普通旋风分离器的缺点 以往的旋风分离器结构一般采用单进口切向或涡向旋流反转式进气方式，国外常采用多个渐开线进口或多孔切向进气小直径旋风子组合旋风分离器用于天然气除尘及炼油石催化剂颗粒捕集等，对于这些类型的分离器，已有的研究表明，旋风分离器内会出现气流偏心或气流轴不对称问题。这必将影响旋风分离器的分离性能，针对此缺点，笔者提出了轴对称型进口回转通道，即采用双进口轴对称切向进气通道方案。 三、轴对称进口回转通道的特点 旋风分离器的进口通道形式对其分离性能起着决定性作用。研究结果表明，轴对称型进口的旋风分离器的流畅，其轴
3、对称性优于单进口，涡核变形比较小，在过轴直径上具有较好的轴对称性，呈准轴对称，单进口旋风分离器涡核偏心，排气芯管的短路流比较大。为了便于对照，设计了轴对称型进口通道和单进口型通道的旋风分离器的入口总面积相等，其通道长度和进口通道示意图分别见图 1、2。这种进口通道与以往不同之处在于改变以往进口直通道为回转通道，而且适当加长了进口通道长度。 图 1 分离器通道长度示意图 图 2 两种进口通道示意图 四、试验 试验过程是在大气压力为 96.3kPa，空气的干球温度为 15.0、湿球温度为 9.5的条件下进行的，试验装置图参见文献6 ，处理风量用标准集流器测定，用质量法测旋风分离器的效率，试验用粉尘
4、取自西安钢铁厂燃煤粉加热炉收尘，真密度为 1958kg/m3，其粒径分布呈对数正态分布，质量中位径为 8.46m ，几何标准差为 2.15，线性相关系数为0.9999。试验研究方法采用正交试验设计方法7，考虑了旋风分离器的阻力损失、入口含尘浓度及风量的变化。 五、试验结果分析 1. 进口通道长度的变化 对于单进口旋风器，保持入口面积一定，当通风系统的风量控制阀开度相同时，随着旋风分离器进口通道长度的加长，分离器的分离效率明显提高，阻力稍有变化。图 3 给出了通道长度 分别为/6、/2、2/3、 时的分离器全效率的测定值。分析可知，适当选取分离器的通道长度，可以明显改善分离器的分离性能。文献6表
5、明，对于同一通道长度的单、双进口旋风分离器，双进口旋风器的分离效率高于单进口的，双进口旋风器的阻力明显下降，较等长通道长度的单进口旋风器阻力下降了 31.65% 。 2. 压力损失随入口风速变化 随着试验装置风量控制阀开度的增大，入口总面积相等的轴对称型进口通道和单进口通道旋风分离器的压力损失都会增加，但当两者的通风量相等时，前者的压力损失比后者要小得多，即采用轴对称型进口通道，可以降低旋风分离器的压力损失，压力损失 3. 收尘效率随风量变化 对于同一型号的分离器，分离器的阻力系统为常数，当系统风量变化时，阻力损失随之而变化。分离器的收尘效率随阻力损失变化关系曲线见图 5，该图也定性反映了风量
6、变化对分离器收尘效率的影响。保持旋风分离器的入口含尘浓度基本一致，随着风量控制阀开度的增大，轴对称型进口通道和单进口通道旋风分离器的收尘效率都有上升趋势，但当分离器的阻力损失相等时，前者的收尘效率比后者要有所提高。 4. 收尘效率随入口含尘量变化 保持旋风分离器的风量控制阀开度相同，随着轴对称型进口通道和单进口通道旋风分离器入口含尘量的增大，两者的收尘效率在含尘量大于 10g/m3 时都略有上升，当含尘量一定时，前者的收尘效率比后者要高，轴对称进口通道有利于粉尘分离，收尘效率随分离器的入口粉尘量变化的关系曲线见图 6。 六、分级分离效率试验计算结果的比较 为了进一步验证轴对称型进口通道和单进口
7、通道旋风分离器分离能力的强弱，仅改变分离器的入口个数及通道形式，将两种分离器设计为Stairmand 高效旋风分离器8，其结构尺寸见表 1。 分级分离效率的计算采用平衡尘粒模型，文献6的研究已经将该计算模型与 Licht.W 径向混合模型9做了比较，认为平衡尘粒模型考虑了三维涡汇升降流对尘粒的作用，用于分级效率的计算是可靠的。 图 7、8 分别给出了轴对称型进口通道，单进口通道和 Stairmand旋风分离器的分割粒径、分级分离效率随粉尘粒径变化的曲线。两图表明，轴对称型进口通道旋风分离器的分割粒径比单进口型和 Stairmand的要小，随着粉尘粒径的增加，分级分离效率增大，但轴对称型进口通道
8、旋风分离器的分离能力比后者要强，其分离性能与后两者相比较优。 表 1Stairmand 高效旋风分离器的结构尺寸及性能测试结果 结论 通过以上分析比较,将旋风分离器的进口改为轴对称进口回转通道的入口形式，该通道具有进气通道长、尾部喉口宽度小的特点；提高了旋风分离器的收尘效率，降低了其压力损失，改进了旋风分离器的分离性能。 参考文献: 1 冯伯华，陈自新，李步年等，化学工程手册（5）.北京：化学工业出版社，1991 2 姬忠礼，时铭显. 蜗壳式旋风分离器内流场的特点.石油大学学报，1992，16（1）：4753 3 柳绮年，贾复，张蝶丽等.旋风分离器三维流场的测定. 力学学报，1978（3）：182191 4 沈恒根，叶 龙，许晋源等.旋风分离器平衡尘粒模型.动力工程，1996，16（1）：3336 5 沈恒根，党义荣，刁永发等.双进口旋风分离器内流场的研究.西安建筑科技大学学报，1997，29（3）：275277 6 刁永发.双进口旋风分离器分离性能的研究：硕士论文.西安：西安建筑科技大学，1997 7 栾军. 试验设计的技术与方法.上海：上海交通大学出版社，1987 . 5 8 陈明绍，吴光兴，张大中等到此之外。除尘技术的基本理论与应用.北京：中国建筑工业出版社，1981
