新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)與改進(jìn)

陶文華

(江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 南昌卷煙廠，江西 南昌 330029)

新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)與改進(jìn)

陶文華

(江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 南昌卷煙廠，江西 南昌 330029)

旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體產(chǎn)生的慣性離心力，將煙氣粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣—固分離裝置[1-2]。在為贛州卷煙廠二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器時(shí)，選取邊界層理論為依據(jù)，結(jié)合自身?xiàng)l件，設(shè)計(jì)新型雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器，改變以前采用單聯(lián)旋風(fēng)除塵器的模式，以提高除塵效率，并解決因燃燒系統(tǒng)熱交換器堵塞導(dǎo)致熱交換效率降低的問題。此改進(jìn)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線；雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器；除塵效率

0 引言

把粉塵從煙氣中分離出來的設(shè)備叫除塵器。在卷煙工業(yè)中，由于廠房大，灰塵多，除塵設(shè)備的應(yīng)用對(duì)于凈化車間、安全生產(chǎn)起到很關(guān)鍵的作用。目前，車間除塵設(shè)備多數(shù)采用旋風(fēng)除塵機(jī)理，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際使用過程中，除塵效果存在一定問題。文中研究一種新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

1 旋風(fēng)除塵器的除塵機(jī)理與結(jié)構(gòu)(圖1)

含塵氣體從進(jìn)氣口以較高的速度沿圓筒切線方向進(jìn)入，氣流由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，并向上、向下流動(dòng)，向上的氣流被頂蓋阻擋返回，向下的氣流在筒體部分和錐體部分作自上而下的螺旋運(yùn)動(dòng)(稱為外旋流)。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心加速度，由于塵粒產(chǎn)生的離心力比空氣黏性阻力大很多倍，使塵粒產(chǎn)生徑向遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)，因此將塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸便與氣體相分離沿器壁經(jīng)錐體排入集灰斗內(nèi)。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在圓錐部分運(yùn)動(dòng)時(shí)隨圓錐形收縮而向除塵器中心靠攏，當(dāng)氣流到達(dá)錐體下端某一位置時(shí)，便以同樣的旋轉(zhuǎn)方向在除塵器中部形成一股作自下而上的螺旋運(yùn)動(dòng)氣流(稱為內(nèi)旋流)，并經(jīng)排氣管向外排出，部分未捕集的粉塵顆粒也隨氣流而排入大氣中[3]。

1—進(jìn)氣管；2—頂蓋；3—排氣管；4—圓筒體； 5—圓錐體；6—外旋流；7—內(nèi)旋流；8—排灰管 圖1 旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

2 基于邊界層理論的設(shè)計(jì)方法

邊界層理論是1972年Leith與Licht類比靜電除塵器的分離機(jī)理提出的，并提出了由此機(jī)理得出的分級(jí)效率公式，由于考慮了所有幾何尺寸的影響，因而結(jié)果與實(shí)際較吻合，已被廣泛應(yīng)用[4-5]。

Leith設(shè)計(jì)法是一種半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法， Leith設(shè)計(jì)法在同時(shí)考慮了除塵效率和壓降損失的基礎(chǔ)上決定切向直入式旋風(fēng)除塵器最佳尺寸比。計(jì)算旋風(fēng)除塵器的分級(jí)效率有著不同的理論和方法，由于各自的假設(shè)前提不同，所得出的結(jié)果也不一致。Leith和Licht通過分析前人的方法，基于徑向返混假設(shè)，以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論導(dǎo)出了除塵效率計(jì)算公式，由于此公式幾乎考慮了旋風(fēng)除塵器中所有各重要尺寸對(duì)除塵性能的影響，完全能夠反映旋風(fēng)除塵器中流動(dòng)狀態(tài)，用其計(jì)算效率與實(shí)測(cè)值比較吻合。

其計(jì)算公式表示為：

(1)

Leith通過試算得出：

(2)

3 新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器

基于以上設(shè)計(jì)方法，贛州卷煙廠二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線新型煙氣旋風(fēng)除塵器采用雙聯(lián)并聯(lián)模式，旋風(fēng)除塵器采用隔板分開進(jìn)風(fēng)口，隔板將氣體均勻分開，分別進(jìn)入兩個(gè)除塵器，含塵氣流進(jìn)入除塵器后，沿殼體內(nèi)壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的大部分到達(dá)錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)，最后由兩排氣管排出，匯合后送入回風(fēng)管道。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

設(shè)計(jì)參數(shù)為:空氣密度ρ=112 kg/ m3，處理風(fēng)量Q=3.44m3/ s ，設(shè)計(jì)阻力F=1750 Pa，進(jìn)口風(fēng)速v=28m/s， 氣體溫度T=300℃。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，最佳旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

表1 雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器(單側(cè))結(jié)構(gòu)尺寸 mm

圖2 新型煙氣雙聯(lián)除塵器結(jié)構(gòu)圖

新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器在贛州卷煙廠為首次應(yīng)用(圖3)。觀察一段時(shí)間的單機(jī)及整線運(yùn)行情況為：

圖3 新型煙氣雙聯(lián)除塵器實(shí)物圖

1) 觀察圖4中集灰斗實(shí)際情況，煙塵收集量明顯增加。說明在整個(gè)熱端氣體循環(huán)系統(tǒng)中，通過新型煙氣雙聯(lián)除塵器，能夠有效的將煙塵收集到集灰斗中，除塵效率明顯提高。

圖4 新型煙氣雙聯(lián)除塵器實(shí)物圖

2) 新型煙氣雙聯(lián)旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)模式為左右對(duì)稱，這種結(jié)構(gòu)模式理論上可以改善設(shè)備振動(dòng)特性。經(jīng)過對(duì)其振動(dòng)頻率的測(cè)定，可以有效證明這一點(diǎn)。

3) 在膨脹煙絲生產(chǎn)線中，如果旋風(fēng)除塵器除塵效果不佳，容易導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)熱交換器的管束內(nèi)壁出現(xiàn)煙塵堵塞，熱交換效率因此降低，從而增加量燃料消耗。經(jīng)過拆解熱交換器，發(fā)現(xiàn)各管道內(nèi)壁無煙塵粘連，說明雙聯(lián)煙氣塵器除塵效率較好。在比對(duì)燃燒爐升溫后，發(fā)現(xiàn)在新型煙氣除塵器系統(tǒng)下，升溫時(shí)間平均減少10%以上。如圖5所示。

圖5 新舊除塵器下燃燒爐升溫時(shí)間

經(jīng)初步測(cè)算，由于贛州卷煙廠項(xiàng)目使用了新型煙氣除塵器，較之以往設(shè)計(jì)，每小時(shí)可節(jié)約30%左右的天然氣(10m3/h)，按每天設(shè)備運(yùn)行8h，每年工作240天計(jì)算，一年可節(jié)約天然氣19200 m3,如圖6所示。

圖6 新舊除塵器下天然氣用量圖

4 結(jié)語

新型煙氣雙聯(lián)除塵器在煙氣分離方面取得了較好效果，也有效改善了設(shè)備振動(dòng)特性。由于除塵效率提高，間接解決了燃燒系統(tǒng)熱交換器的管束堵塞問題，節(jié)省了能源，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。不足之處是設(shè)備外形較大，占地面積較多。

[1] 金國(guó)淼，等. 除塵設(shè)備[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] 嵇敬文. 除塵器[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981 .

[3] 王連澤，彥騎森. 旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度的理論計(jì)算[J]. 暖通空調(diào)，1998，(3)：70-72.

[4] Leith D ,Licht W. The collection efficiency of cyclone type particale collectors a new theoretical approach[J]. AICHE Symp Ser,1972,126.

[5] 趙兵濤，沈恒根，徐文元，等. 旋風(fēng)分離器內(nèi)氣固分離模型的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)粉體技術(shù)，2003，(6)：45-48.

Design and Improvement of Double Dusty Gas Cyclone

TAO Wenhua

(Nanchang Tobacco Cigarette Factory, China Jiangxi Tobacco Industry Co., Ltd., Nanchang 330029,China)

A centrifugal force is generated by rotation in the dusty gas cyclone. The dust is separated from the flue gas stream in the dry gas-solid separation devices[1- 2]. When the cyclone is designed for the carbon dioxide inflation production line in Ganzhou tobacco cigaretle factory, according to its own conditions, and the boundary layer theory, this paper the designs new double cyclone to improve the collection efficiency and the thermal efficiency which can be lowered due to the blockage of the combustion heat exchange system. The good economic and social benefits are achieved by this improvement.

carbon dioxide expansion tobacco production line; double cyclone; removal efficiency

陶文華(1969-)，男，江西南昌人，工程師，碩士，研究方向?yàn)樵O(shè)備管理及技術(shù)改造。

TP273

B

1671-5276(2015)05-0219-03

2014-1-24