气力输送旋风分离器

类型及其选择

旋风分离器是用以将被送物料从气固两相流中分离出来的装置。分离器和除尘器在本质上可说属于同一类设备，不同的只是分离器主要用来分离输送的物料，而除尘则主要是气力输送系统中用来回收粉尘或净化输送气体，以保护气源机械和减少环境污染。

按作用原理和构造特点，分离器有容积式、离心式、惯性式和组合式等几种。类型的选用通常取决于物料粒度和空气流量。例如，在港口散粮专用码头和谷物加工企业中使用的气力输送装置上，大多采用容积式和离心分离式。

对分离器的要求是：分离效率高，应保证被运物料的绝大部分（粉状物料）或全部（颗粒状物料）都能从双相流中分离出来；性能稳定，即可输送条件稍有变化时（如风量或混合比发生变化），也要具有稳定的分离能力；结构简单，体积紧凑，重量轻；压力损失小；容易磨损的部位能拆卸更换，检查维修方便。另外要有一定的透明部分(视窗)，以便观察内部状态。

吸送式和压送式系统都可以采用相同构造的分离器。但由于吸送式系统的分离器内压力低于大气压力，漏气会大大降低分离效率，因此需要有气密性较好的卸料器与之匹配，得使物料排卸过程中得漏气量减至最小。

容积式分离器

容积式分离器是一种最常见的用来分离靠自重能沉降的粒状物料的分离器，有时也称之为沉降器。

1.典型的容积式分离器 它的作用原理是，当气固两相流从输料管经进口接管进入有效横截面比管断面大很多倍的筒体时，输送气流速度突然降低到远小于被送物料颗粒的悬浮速度，因而失去了对物料的携带能力，物料颗粒即靠自重而沉降下来，并通过下锥形体下部的排料口由卸料器排出。容积式分离器结构简单，对于粗粒物料分离效率高，物料破损较少，空气动力阻力较小，但它的几何尺寸较大。这种分离器最适宜在大型吸送装置上使用。

2.阻尼式容积分离器 用于中间卸料，它是由外框架和活动架组成。活动架有一通过接管和弧形卸料板，当气缸驱动活动架水平移动时，进料管和接管连通，物料通过。当活动架移至另一位置时，进料管正对着卸料弧形板，物料经弧形板卸下，空气逸出。为了保证固定外框架和活动框架的密封，在接触面采用Ω形橡胶密封圈。为防止卸料筒的磨损，在易磨处设有砂垫床，即混凝土、辉绿岩铸石或刚玉等，这种卸料器阻力小，卸料平稳，常用在高压气力输送装置上。

离心式分离器

离心式分离器也称旋风分离器，他是利用旋转的气固两相流所产生的离心力，将物料（或粉尘）从气流中分离出来的一种设备。由于它结构简单，投资少，占地面积小，操作维护方便，且分离效率高，压力损失较小等优点，所以在中、小型气力输送系统中获得了广泛应用。它除了用来分离物料外，也可作为除尘器使用。

1.工作原理和气流运动

（1）工作原理：旋风分离器的结构。当气固两相流由切向入口进入分离器后，沿外壁自上而下作旋转运动，这股从上向下旋转的气流称为外旋涡，外旋涡到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排出管排出。这股从下向上的气流成为内旋涡。向下的外旋涡和向上的内旋涡旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，固体颗粒在离心的作用下向外壁移动，到达外壁的固体颗粒在向下旋转气流的推动和重力的共同作用下沿锥体壁面下落，进入排料口排出。

（2）旋风分离器内气流运动：旋风分离器内气体的运动实际是非常复杂的三维气固两相湍流运动。气体运动的三维速度，即切向、径向和轴向速度。

1）切向速度vt。对于粉尘颗粒的捕集与分离起着主导作用。含尘气体在切向速度的作用下。使粉尘由里向外离心沉降。

2）径向速度vr。它是影响旋风分离器性能的重要因素。它可以使尘粒沿半径方向，由外向里推移至旋涡中心，阻碍尘粒的下降。所以，径向速度越大，旋风分离器的分离能力越差。

3）轴向速度vz。轴向速度在旋风分离器外部区域（外壁附近）气流方向朝下，而在内层区域气流方向朝上。外层下行、内层上行构成气体双层旋转流动。零轴向速度与器壁平行。

4）涡流。它由轴向速度与径向速度构成。对分离器的性能，尤其是分离效率的影响较大。常见的涡流有：

①短路流。分离器顶盖、排气管外壁与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，而形成局部的上涡流（亦称短路流）。它将夹带着相当数量的细尘粒沿排气管外表面下降，随中心上升气流从排气管逸出，影响了除尘效率。

②纵向旋涡流。它是以旋风除尘器内，外旋流分界面为中心的器内全长上形成单一面循环旋涡流，从而使排气管管端附近气流的径向速度加大，致使其力超过了颗粒所受的离心力，造成短路，影响了分离效率。

③外层旋流中的局部涡流。分离器内壁表面的突起、焊缝等，可产生与主流方向铅垂的涡流，其量虽只有主流的1/5，但它却会使壁面附件或者已经到达壁面的颗粒重新甩到内层旋涡，使较大的尘粒在净化气中出现，降低了除尘器的分离能力。

④底部夹带。 外层旋涡在锥体底部向上返转时可产生局部涡流，能把一部分已经分离下来的粉尘重新卷起。若旋涡流一直向下伸入灰斗，也同样会搅起灰斗中的粉尘，被上升气流带走。底部夹带的粉尘量占从排气管带出粉尘总量的20%～30%。因此，合理的结构设计，对提高旋风除尘效率是很重要的。

2.临界粒径与分离理论

（1）临界粒径：严格讲，大多数的分离过程均有分级的内涵。旋风分离器所能分级的最小颗粒直径，称为临界粒径dc。临界粒径的大小是反映旋风分离器分离效率高低的理论依据。临界粒径越小，旋风分离器的分离性能越高，反之越差。

表明临界粒径的方法有，分离效率为100%的颗粒最小极限粒径dc100 和分离效率为50%的分级粒径dc50，前者，凡大于dc100粒径的颗粒，旋风分离器都可以100%的捕集，而后者对dc50 颗粒粒径既有50%被捕集，也有50%的机率不被捕集。工程上多采用粒径dc50 来设计、选用旋风分离器。

（2）平衡分离理论：分析确定分级临界粒径的理论有多种，其中以平衡分离理论与实践比较吻合，该理论认为：一定粒径d 的颗粒，因旋转气流而产生的离心力F，将会在平衡轨道上与向心气流对它作用的斯托克斯阻力FR 达到平衡，而平衡轨道往往看作是排气管下端由最大切向速度的各点连接起来的一个假相圆筒。这种处于平衡状态的颗粒，由于种种原因，平衡将随时都会遭到破坏，有时离心力F>阻力FR，有时则FR>F。两者出现的几率是相等的。

4.影响旋风分离器性能因素

（1）进口风速：分级粒径是随进口速度的增加而减小的，即除尘效率高。但是，进口速度也不宜过大，速度过高易使气流在分离器内（特别是在其锥形部分）的运动紊流度增大，反而会降低分离效率。

（2）筒体直径D 和排出管直径dp：旋风除尘器的直径越小，则分级粒径dc50 也越小，除尘器效率越高。所以，旋风除尘器直径最好不要超过1m。如果风量较大，可以两个或几个直径较小的分离器并联使用。缩小排气管直径，有利于提高除尘效率。但

是，排气管直径不能取的过小，以免阻力过大。

（3）旋风除尘器筒体和锥体的高度：增加除尘器的筒体和锥体高度，直感上似乎增加了气流在除尘器内的旋转圈数，有利于尘粒的分离。实际上由于上升的内涡旋对下旋的外涡旋的牵引作用，使外涡旋气流在下旋过程中有部分含尘气流不断窜进内涡旋，因此，筒体和锥体的高度过大实际意义不大。实践表明，在锥体部分，由于断面不断减小，尘粒到达外壁的距离也逐渐减小，而气流的切向速度不断增大，这对尘粒的分离都是有利的。所以，现代高效除尘器大多都是长锥体。

（4）除尘器下部的严密性：排料口越严密，漏气率越低，除尘效果越好，当漏气率为5%时，分离效率可以由90%降到50%；漏气率达到15% 时，效率下降更加剧烈。

（5）物料的物理特性：它对分离效果也有较大的影响。物料密度和粒度越大则离心力越大，分离效率越高；反之则分离效率越低。