氣力輸送旋風分離器

類型及其選擇

旋風分離器是用以將被送物料從氣固兩相流中分離出來的裝置。分離器和除塵器在本質上可說屬于同一類設備，不同的只是分離器主要用來分離輸送的物料，而除塵則主要是氣力輸送系統中用來回收粉塵或凈化輸送氣體，以保護氣源機械和減少環境污染。

按作用原理和構造特點，分離器有容積式、離心式、慣性式和組合式等幾種。類型的選用通常取決于物料粒度和空氣流量。例如，在港口散糧專用碼頭和谷物加工企業中使用的氣力輸送裝置上，大多采用容積式和離心分離式。

對分離器的要求是：分離效率高，應保證被運物料的絕大部分（粉狀物料）或全部（顆粒狀物料）都能從雙相流中分離出來；性能穩定，即可輸送條件稍有變化時（如風量或混合比發生變化），也要具有穩定的分離能力；結構簡單，體積緊湊，重量輕；壓力損失小；容易磨損的部位能拆卸更換，檢查維修方便。另外要有一定的透明部分(視窗)，以便觀察內部狀態。

吸送式和壓送式系統都可以采用相同構造的分離器。但由于吸送式系統的分離器內壓力低于大氣壓力，漏氣會大大降低分離效率，因此需要有氣密性較好的卸料器與之匹配，得使物料排卸過程中得漏氣量減至最小。

容積式分離器

容積式分離器是一種見的用來分離靠自重能沉降的粒狀物料的分離器，有時也稱之為沉降器。

1.典型的容積式分離器 它的作用原理是，當氣固兩相流從輸料管經進口接管進入有效橫截面比管斷面大很多倍的筒體時，輸送氣流速度突然降低到遠小于被送物料顆粒的懸浮速度，因而失去了對物料的攜帶能力，物料顆粒即靠自重而沉降下來，并通過下錐形體下部的排料口由卸料器排出。容積式分離器結構簡單，對于粗粒物料分離效率高，物料破損較少，空氣動力阻力較小，但它的幾何尺寸較大。這種分離器宜在大型吸送裝置上使用。

2.阻尼式容積分離器 用于中間卸料，它是由外框架和活動架組成。活動架有一通過接管和弧形卸料板，當氣缸驅動活動架水平移動時，進料管和接管連通，物料通過。當活動架移至另一位置時，進料管正對著卸料弧形板，物料經弧形板卸下，空氣逸出。為了保證固定外框架和活動框架的密封，在接觸面采用Ω形橡膠密封圈。為防止卸料筒的磨損，在易磨處設有砂墊床，即混凝土、輝綠巖鑄石或剛玉等，這種卸料器阻力小，卸料平穩，常用在高壓氣力輸送裝置上。

離心式分離器

離心式分離器也稱旋風分離器，他是利用旋轉的氣固兩相流所產生的離心力，將物料（或粉塵）從氣流中分離出來的一種設備。由于它結構簡單，投資少，占地面積小，操作維護方便，且分離效率高，壓力損失較小等優點，所以在中、小型氣力輸送系統中獲得了廣泛應用。它除了用來分離物料外，也可作為除塵器使用。

1.工作原理和氣流運動

（1）工作原理：旋風分離器的結構。當氣固兩相流由切向入口進入分離器后，沿外壁自上而下作旋轉運動，這股從上向下旋轉的氣流稱為外旋渦，外旋渦到達錐體底部后，轉而向上，沿軸心向上旋轉，最后從排出管排出。這股從下向上的氣流成為內旋渦。向下的外旋渦和向上的內旋渦旋轉方向是相同的。氣流作旋轉運動時，固體顆粒在離心的作用下向外壁移動，到達外壁的固體顆粒在向下旋轉氣流的推動和重力的共同作用下沿錐體壁面下落，進入排料口排出。

（2）旋風分離器內氣流運動：旋風分離器內氣體的運動實際是非常復雜的三維氣固兩相湍流運動。氣體運動的三維速度，即切向、徑向和軸向速度。

1）切向速度vt。對于粉塵顆粒的捕集與分離起著主導作用。含塵氣體在切向速度的作用下。使粉塵由里向外離心沉降。

2）徑向速度vr。它是影響旋風分離器性能的重要因素。它可以使塵粒沿半徑方向，由外向里推移至旋渦中心，阻礙塵粒的下降。所以，徑向速度越大，旋風分離器的分離能力越差。

3）軸向速度vz。軸向速度在旋風分離器外部區域（外壁附近）氣流方向朝下，而在內層區域氣流方向朝上。外層下行、內層上行構成氣體雙層旋轉流動。零軸向速度與器壁平行。

4）渦流。它由軸向速度與徑向速度構成。對分離器的性能，尤其是分離效率的影響較大。常見的渦流有：

①短路流。分離器頂蓋、排氣管外壁與筒體內壁之間，由于徑向速度與軸向速度的存在，而形成局部的上渦流（亦稱短路流）。它將夾帶著相當數量的細塵粒沿排氣管外表面下降，隨中心上升氣流從排氣管逸出，影響了除塵效率。

②縱向旋渦流。它是以旋風除塵器內，外旋流分界面為中心的器內全長上形成單一面循環旋渦流，從而使排氣管管端附近氣流的徑向速度加大，致使其力超過了顆粒所受的離心力，造成短路，影響了分離效率。

③外層旋流中的局部渦流。分離器內壁表面的突起、焊縫等，可產生與主流方向鉛垂的渦流，其量雖只有主流的1/5，但它卻會使壁面附件或者已經到達壁面的顆粒重新甩到內層旋渦，使較大的塵粒在凈化氣中出現，降低了除塵器的分離能力。

④底部夾帶。 外層旋渦在錐體底部向上返轉時可產生局部渦流，能把一部分已經分離下來的粉塵重新卷起。若旋渦流一直向下伸入灰斗，也同樣會攪起灰斗中的粉塵，被上升氣流帶走。底部夾帶的粉塵量占從排氣管帶出粉塵總量的20%～30%。因此，合理的結構設計，對提高旋風除塵效率是很重要的。

2.臨界粒徑與分離理論

（1）臨界粒徑：嚴格講，大多數的分離過程均有分級的內涵。旋風分離器所能分級的最小顆粒直徑，稱為臨界粒徑dc。臨界粒徑的大小是反映旋風分離器分離效率高低的理論依據。臨界粒徑越小，旋風分離器的分離性能越高，反之越差。

表明臨界粒徑的方法有，分離效率為99%的顆粒最小極限粒徑dc100 和分離效率為50%的分級粒徑dc50，前者，凡大于dc100粒徑的顆粒，旋風分離器都可以99%的捕集，而后者對dc50 顆粒粒徑既有50%被捕集，也有50%的機率不被捕集。工程上多采用粒徑dc50 來設計、選用旋風分離器。

（2）平衡分離理論：分析確定分級臨界粒徑的理論有多種，其中以平衡分離理論與實踐比較吻合，該理論認為：一定粒徑d 的顆粒，因旋轉氣流而產生的離心力F，將會在平衡軌道上與向心氣流對它作用的斯托克斯阻力FR 達到平衡，而平衡軌道往往看作是排氣管下端由切向速度的各點連接起來的一個假相圓筒。這種處于平衡狀態的顆粒，由于種種原因，平衡將隨時都會遭到破壞，有時離心力F>阻力FR，有時則FR>F。兩者出現的幾率是相等的。

4.影響旋風分離器性能因素

（1）進口風速：分級粒徑是隨進口速度的增加而減小的，即除塵效率高。但是，進口速度也不宜過大，速度過高易使氣流在分離器內（特別是在其錐形部分）的運動紊流度增大，反而會降低分離效率。

（2）筒體直徑D 和排出管直徑dp：旋風除塵器的直徑越小，則分級粒徑dc50 也越小，除塵器效率越高。所以，旋風除塵器直徑不要超過1m。如果風量較大，可以兩個或幾個直徑較小的分離器并聯使用。縮小排氣管直徑，有利于提高除塵效率。但

是，排氣管直徑不能取的過小，以免阻力過大。

（3）旋風除塵器筒體和錐體的高度：增加除塵器的筒體和錐體高度，直感上似乎增加了氣流在除塵器內的旋轉圈數，有利于塵粒的分離。實際上由于上升的內渦旋對下旋的外渦旋的牽引作用，使外渦旋氣流在下旋過程中有部分含塵氣流不斷竄進內渦旋，因此，筒體和錐體的高度過大實際意義不大。實踐表明，在錐體部分，由于斷面不斷減小，塵粒到達外壁的距離也逐漸減小，而氣流的切向速度不斷增大，這對塵粒的分離都是有利的。所以，現代高效除塵器大多都是長錐體。

（4）除塵器下部的嚴密性：排料口越嚴密，漏氣率越低，除塵效果越好，當漏氣率為5%時，分離效率可以由90%降到50%；漏氣率達到15% 時，效率下降更加劇烈。

（5）物料的物理特性：它對分離效果也有較大的影響。物料密度和粒度越大則離心力越大，分離效率越高；反之則分離效率越低。