新型煙氣雙聯旋風除塵器設計與改進

陶文華

(江西中煙工業有限責任公司 南昌卷煙廠，江西 南昌 330029)

新型煙氣雙聯旋風除塵器設計與改進

陶文華

(江西中煙工業有限責任公司 南昌卷煙廠，江西 南昌 330029)

旋風除塵器是利用旋轉的含塵氣體產生的慣性離心力，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線設計旋風除塵器時，選取邊界層理論為依據，結合自身條件，設計新型雙聯旋風除塵器，改變以前采用單聯旋風除塵器的模式，以提高除塵效率，并解決因燃燒系統熱交換器堵塞導致熱交換效率降低的問題。此改進取得了較好的經濟效益和社會效益。

二氧化碳膨脹煙絲生產線；雙聯旋風除塵器；除塵效率

0 引言

把粉塵從煙氣中分離出來的設備叫除塵器。在卷煙工業中，由于廠房大，灰塵多，除塵設備的應用對于凈化車間、安全生產起到很關鍵的作用。目前，車間除塵設備多數采用旋風除塵機理，其結構簡單，但在實際使用過程中，除塵效果存在一定問題。文中研究一種新型煙氣雙聯旋風除塵器設計與改進。

1 旋風除塵器的除塵機理與結構(圖1)

含塵氣體從進氣口以較高的速度沿圓筒切線方向進入，氣流由直線運動變為圓周運動，并向上、向下流動，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動(稱為外旋流)。含塵氣體在旋轉過程中產生離心加速度，由于塵粒產生的離心力比空氣黏性阻力大很多倍，使塵粒產生徑向遠離旋轉中心的運動，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錐體排入集灰斗內。旋轉下降的外旋氣流在圓錐部分運動時隨圓錐形收縮而向除塵器中心靠攏，當氣流到達錐體下端某一位置時，便以同樣的旋轉方向在除塵器中部形成一股作自下而上的螺旋運動氣流(稱為內旋流)，并經排氣管向外排出，部分未捕集的粉塵顆粒也隨氣流而排入大氣中[3]。

1—進氣管；2—頂蓋；3—排氣管；4—圓筒體； 5—圓錐體；6—外旋流；7—內旋流；8—排灰管 圖1 旋風除塵器結構示意圖

2 基于邊界層理論的設計方法

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

Leith設計法是一種半經驗設計法， Leith設計法在同時考慮了除塵效率和壓降損失的基礎上決定切向直入式旋風除塵器最佳尺寸比。計算旋風除塵器的分級效率有著不同的理論和方法，由于各自的假設前提不同，所得出的結果也不一致。Leith和Licht通過分析前人的方法，基于徑向返混假設，以嚴密的數學理論導出了除塵效率計算公式，由于此公式幾乎考慮了旋風除塵器中所有各重要尺寸對除塵性能的影響，完全能夠反映旋風除塵器中流動狀態，用其計算效率與實測值比較吻合。

其計算公式表示為：

(1)

Leith通過試算得出：

(2)

3 新型煙氣雙聯旋風除塵器

基于以上設計方法，贛州卷煙廠二氧化碳膨脹煙絲生產線新型煙氣旋風除塵器采用雙聯并聯模式，旋風除塵器采用隔板分開進風口，隔板將氣體均勻分開，分別進入兩個除塵器，含塵氣流進入除塵器后，沿殼體內壁由上向下作旋轉運動，同時有少量氣體沿徑向運動到中心區域。當旋轉氣流的大部分到達錐體底部后，轉而向上沿軸心旋轉，最后由兩排氣管排出，匯合后送入回風管道。結構如圖2所示。

設計參數為:空氣密度ρ=112 kg/ m3，處理風量Q=3.44m3/ s ，設計阻力F=1750 Pa，進口風速v=28m/s， 氣體溫度T=300℃。通過設計計算，最佳旋風除塵器結構尺寸見表1。

表1 雙聯旋風除塵器(單側)結構尺寸 mm

圖2 新型煙氣雙聯除塵器結構圖

新型煙氣雙聯旋風除塵器在贛州卷煙廠為首次應用(圖3)。觀察一段時間的單機及整線運行情況為：

圖3 新型煙氣雙聯除塵器實物圖

1) 觀察圖4中集灰斗實際情況，煙塵收集量明顯增加。說明在整個熱端氣體循環系統中，通過新型煙氣雙聯除塵器，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 新型煙氣雙聯除塵器實物圖

2) 新型煙氣雙聯旋風除塵器的結構模式為左右對稱，這種結構模式理論上可以改善設備振動特性。經過對其振動頻率的測定，可以有效證明這一點。

3) 在膨脹煙絲生產線中，如果旋風除塵器除塵效果不佳，容易導致燃燒系統熱交換器的管束內壁出現煙塵堵塞，熱交換效率因此降低，從而增加量燃料消耗。經過拆解熱交換器，發現各管道內壁無煙塵粘連，說明雙聯煙氣塵器除塵效率較好。在比對燃燒爐升溫后，發現在新型煙氣除塵器系統下，升溫時間平均減少10%以上。如圖5所示。

圖5 新舊除塵器下燃燒爐升溫時間

經初步測算，由于贛州卷煙廠項目使用了新型煙氣除塵器，較之以往設計，每小時可節約30%左右的天然氣(10m3/h)，按每天設備運行8h，每年工作240天計算，一年可節約天然氣19200 m3,如圖6所示。

圖6 新舊除塵器下天然氣用量圖

4 結語

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

[1] 金國淼，等. 除塵設備[M]. 北京：化學工業出版社，2002.

[2] 嵇敬文. 除塵器[M]. 北京：中國建筑工業出版社，1981 .

[3] 王連澤，彥騎森. 旋風除塵器內切向速度的理論計算[J]. 暖通空調，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. 旋風分離器內氣固分離模型的研究進展[J]. 中國粉體技術，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，研究方向為設備管理及技術改造。

TP273

B

1671-5276(2015)05-0219-03

2014-1-24