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旋风除尘器

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1.结构 
旋风除尘器的结构由进气口、圆筒体、圆锥体、排气管和排尘装置组成。 
2.工作原理 
当含尘气流由切线进口进入除尘器后,气流在除尘器内作旋转运动,气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动,到达壁面,并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的。
3.旋风除尘器内的流场分析 
(1)流场组成
外涡旋——沿外壁由上向下旋转运动的气流。
内涡旋——沿轴心向上旋转运动的气流。
涡流——由轴向速度与径向速度相互作用形成的涡流。
包括上涡流——旋风除尘器顶盖,排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流,它可降低除尘效率;
下涡流——在除尘器纵向,外层及底部形成的局部涡流。
(2)旋风除尘器内气流与尘粒的运动
含尘气流由切线进口进入除尘器,沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动,这股向下旋转的气流即为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后,转而向上,沿轴心向上旋转,最后经排出管排出。这股向上旋转的气流即为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋,两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时,尘粒在惯性离心力的推动下,要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下,沿壁面落入灰斗。
气流从除尘器顶部向下高速旋转时,顶部的压力发生下降,一部分气流会带着细小的尘粒沿外壁旋转向上,到达顶部后,再沿排出管外壁旋转向下,从排出管排出。这股旋转气流即为上涡旋。如果除尘器进口和顶盖之间保持一定距离,没有进口气流干扰,上涡旋表现比较明显。
对旋风除尘器内气流运动的测定发现,实际的气流运动是很复杂的。除切向和轴向运动外还有径向运动。特·林顿(T.Linden)在测定中发现,外涡旋的径向速度是向心的,内涡旋的径向速度是向外的,速度分布呈对称型。 
(3)切向速度
切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量,也是决定气流中质点离心力大小的主要因素。
切向速度的变化规律为:
外涡旋区:r↑,切向速度ut↓;
内涡旋区:r↑,切向速度ut↑。 
外涡旋的切向速度是随半径r的减小而增加的,在内、外涡旋交界面上,达到最大。可以近似认为,内外涡旋交界面的半径r0≈(0.6~0.65)rp(rp为排出管半径)。内涡旋的切向速度是随r的减小而减小的,类似于刚体的旋转运动。
旋风除尘器内某一断面上的切向速度分布规律可用下式表示:
外涡旋        vr1/nr=c     (5-4-1) 
内涡旋        vt/r=c'   (5-4-2) 
式中  vt——切向速度;
r——距轴心的距离;
c'、c、n——常数,通过实测确定。
一般n=0.5~0.8,如果近似的取n=0.5
(4)径向速度
实测表明,旋风除尘器内的气流除了作切向运动外,还要作径向的运动,外涡旋的径向速度是向心的,而内涡旋的径向速度是向外的。气流的切向分速度vt和径向分速度w对尘粒的分离起着相反的影响,前者产生惯性离心力,使尘粒有向外的径向运动,后者则造成尘粒作向心的径向运动,把它推入内涡旋。 如果近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋。
式中  L——旋风除尘器处理风量,m3/s;
H——假想圆柱面(交界面)面度,m;
r0——交界面的半径,m。
(5)轴向速度
外涡旋的轴向速度向下,内涡旋的轴向速度向上。在内涡旋,随气流逐渐上升,轴向速度不断增大,在排气管底部达到最大值。
(6)压力分布
压力分布:轴向压力变化较小;径向压力变化大,外侧高,中心低,轴心处为负压。
旋风除尘器内轴向各断面上的速度分布差别较小,因此轴向压力的变化较小。从图5-4-20可以看出,切向速度在径向有很大变化,因此径向的压力变化很大(主要是静压),外侧高中心低。这是因为气流在旋风除尘器内作圆周运动时,要有一个向心力与离心力相平衡,所以外侧的压力要比内侧高。在外壁附近静压最高,轴心处静压最低。试验研究表明,即使在正压下运行,旋风除尘器轴心处也保持负压,这种负压能一直延伸到灰斗。据测定,有的旋风除尘器当进口处静压为+900Pa时,除尘器下部静压为-300Pa。因此,除尘器下部不保持严密,会有空气渗入,把已分离的粉尘重新卷入内涡旋。

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