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环流式旋风除尘器、旋风除雾器及循环环流除尘系统装置,是高校开发的专利技术产品,对于3μm以上的除尘效率达到98—99.5%,该系列专利技术已经通过中国科学研究院和山东省科技厅组织的专家鉴定,该产品在世界范围内旋风除尘设备技术上具有革命性的突破,达到了袋式除尘和静电除尘的水平。
如何收集亚微米粉尘已成为国内外气溶胶和除尘界的一个研究难点。
工业生产排放的大量亚微米粉尘较其他粒径粉尘对人类及环境的危害更大,却难以脱除。
在目前工业上常用的除尘方法中,重力沉降法只能分离100μm以上粗颗粒。
常规的旋风除尘器可分离10μm左右的细颗粒,高效的多管旋风除尘器还可将5μm以上的细粉尘捕集下来;
湿洗分离法是通过液层、液滴和液膜来捕集粉尘的,可分离1~5μm的粉尘,效率高而可靠,但气体内易夹带液雾,而且只能在较低温度下使用,还具有设备较大易产生二次污染的问题;
过滤分离可将1~0.1μm的粉尘有效捕集下来,但设备庞大,造价和运行费用高,且不能处理有结露或粉尘吸潮性强的物系;
静电除尘器对0.01~1μm的粉尘有较好的分离效率,但设备造价过高,操作和管理的要求也比较高。
本公司引进青岛科技大学经过十年研究开发的新型高效循环旋风除尘器和循环除尘系统,有效地克服了上述除尘装置的不足,采用全新的理论、原理结构,解决了气、固、液相分离过程中存在的几十项工程技术难题,除尘颗粒半径最小可达到0.33μm,拓展了旋风除尘器的应用领域,使旋风除尘器达到了静电除尘器和布袋除尘器的除尘效率,比传统的旋风除尘器的气体处理量提高10倍以上,具有压降低、放大效应小、投资少、运行费用低、操作简单、应用范围广等优点;
青岛科技大学开发完成的可以有效捕集到亚微米级粉尘的“环流式旋风分离系列专利技术”,已经通过山东省科技厅和中科院组织的专家鉴定。
采用该技术制作的环流式旋风分离设备,已在国内化工等行业推广应用100余台（套,每年为企业节支增收1.5亿元。
（二设备原理及性能
1.高效环流式旋风除尘器结构及特点:
老式的常规旋风除尘器只经一次分离除尘,其中形成沿边壁自下而上和沿轴心自上而下的两个旋流,气流螺旋角大,容易存在涡流、气流摆尾、除尘效率不高,流体的流动路线长、速度梯度大,所以压降大,能耗高,稳定性差,放大效应显著。
环流式旋风除尘器通过特殊的结构和科学细致的具体设计,打破了传统除尘器的气体流路概念,经二次、三次强化分离,压降低、放大效应小、分离效率高、能耗低,可以更好更细腻地适用不同场合的除尘需要的环流式旋风除尘器。
解决了气、固、液相分离过程中存在的几十项工程技术难题,除尘颗粒半径最小可达到0.5μm以下,拓展了旋风除尘器的应用领域,使旋风除尘器达到了静电除尘器和布袋除尘器的除尘效率,具有压降低、放大效应小、投资少、运行费用低、操作简单、应用范围广等优点。
环流式旋风除尘器由外筒体,借上、下支撑装置与外筒体连接的内筒体,内筒体内部的导流整流器、连接在外筒体下端的锥筒体,以法兰连接在锥筒体下端的排放管,穿过外筒体切向接入内筒体的菱形进口管,安装在外筒体上端的端盖以及安装在端盖上的出口管所构成。
内筒体是一种锥筒体,锥筒体的侧壁向外倾斜α角或者向内倾斜-α角,α在-20~20度之间。
根据除尘的不同要求,还可以设置专门的导流装置。
α角可以更好更细腻地适应不同场合的除尘需要。
当α≥0时,环流式旋风除尘器可用于颗粒物质的分级。
当α≤0（亦即-α时,可用于调整环流量和除尘效率。
内筒体的中间外径A1与外筒体的外径A之比值在30%~90%之间。
这一尺寸比可使压降更低、放大效应更小、分离效率更高、能耗更低,效果显著。
进口管的横剖面为菱形,与外筒体呈蜗旋连接。
菱形的上边与水平面的夹角β在0~80°
之间,这一夹角有利于对进入环隙的流体的导流。
上、下支撑装置与水平面夹角γ在0~45°
之间,这一角度有利于对进入环隙的流体导流。
进而可进一步提高分离效率,降低能耗。
环流式旋风除尘器可以更好更细腻地适用不同场合的除尘需要,压降更低、放大效应更小、分离效率更高、能耗更低。
它可广泛用于固液、液液、气固态物质的分离以及除尘中。
高效环流旋风除尘器是高新技术产品,其切割粒径d50最小可达到0.33μm,因具有分离效率高、压降低、放大效应小、投资少、运行费用低、操作简单、应用范围广等优点。
高效环流旋风除尘器可以去除普通以及粒径小至3μm以下的粉尘,分割直径可达到1.5—3μm,对于中径
3μm的分子筛粉末的除尘效率可达到98%以上,可广泛的应用于水泥窑炉、锅炉、烟道气等工业排放气的除尘中。
1.1工艺原理及特点
流体从外筒体的直筒下部沿着菱形进气管穿过,并以一定的螺旋角直接切入除尘器内筒体的倒锥形内件,经导流板强制导流后,螺旋向上进行一次分离,细粉在旋转上升时逐步向内筒体内壁面靠拢;
加装导流整流器后,气流经过整流,螺旋上升的倾角减小,旋转圈数增加,路径加长。
但它在柱状旋风分离柱内的平均轴向速度不变,亦即其在分离柱内的停留时间不变。
因此,其切向速度增大,粉尘也就获得了更大的离心力。
除尘效率当然也就大大提高了。
气流达到一定高度时,中心处3μm以上的粉尘已经很少,分离后的85%洁净气体从上部中心处的中心排气管顶部直接流出。
而气体中含有的粉尘绝大部分在剩下的15%气体中,这部分粉尘和部分气体从封头下的
特设边壁沿环隙反转向下沿着外筒体内壁向下进行二次分离,粉尘进入灰仓,这部分气体沿锥体轴心再次反转向上,进入内筒体由中心处汇集到旋风进气中再次进行分离。
经过这种环流除尘,对于5μm以上的粉尘去除效率可达到99—100%以上,对2—3μm粒度粉尘的去除效率可达到90%以上。
2.环流循环除尘系统结构及特点:
环流式旋风除尘器压降低、除尘效率高,可以去除3.0μm以上的尘粒,除尘效率达到98%以上,已成功应用于复合肥、硫酸生产、流化床反应等系统的除尘,效果良好。
但是,用它去除2—3μm以下的尘粒困难则较大。
目前有些工业排放气中（如工业窑炉、锅炉、烟道气等,含有1μm左右及0.5~3μm的粉尘较多。
要去除这部分粉尘,目前可以用电除尘或布袋除尘的方法。
按国家环保局的要求,2005年底前所有水泥立窑均需加烟气排放除尘装置,使排放烟气达标。
由取样检测可知,立窑排放气所含粉尘中,1μm以下粉尘的量占总尘量的7.92%,2μm以下的占19.05%,3μm以下的为24.83%,与水泥产品的粒度分布基本一致。
按传统观念,只有采用静电、湿洗和过滤分离（如布袋才能完成除尘任务。
由于水泥的吸潮性很强,易造成糊袋,从而导致压降上升,布袋损坏过快,运行费用高,且难以长期稳定运行,另外布袋除尘的设备投资很高、不适合易燃、易爆气体;
由于水泥粉尘的介电常数不适合于进行静电除尘,采用静电除尘时,需向系统中喷水,以改变介电常数。
所带来的问题是极板极易腐蚀,且易产生极板粘结水泥,影响除尘效果;
而湿洗除尘已被禁止采用。
故水泥立窑除尘的工业实施难度很大。
总之,目前去除0.5-3μm左右的粉尘难度很大,除尘的成本也较高。
环流式循环除尘系统的推出克服了上述缺点和不足,不但能去除较大粒径的粉尘,而且能去除0.5-3μm左右的细小粉尘,设备投资少、除尘成本低。
环流式循环除尘系统由两台环流式旋风除尘器、循环风机、柱状旋风、导流整流器组成。
前一级环流式旋风除尘器的外筒体上再加接一柱状筒体,筒体的顶部边壁处还与一矩形管相连通,而此矩形管即为第二级环流式旋风除尘器的进口管。
第二级环流式除尘器的排气管连接一风机,由风机将二级环流式除尘器的排气送入第一级环流式旋风除尘器的进口循环管中,循环管切向接入柱状筒体的下部。
换句话说,第一级环流式除尘器的外筒体上端和封头下端之间还可以连接着一个柱状筒体,第二级环流式除尘器的进口管连接在这个柱状筒体的顶部边壁处。
2.1环流循环除尘系统工作原理:
由一级环流式旋风除尘器进行第一次高效除尘,过程为:
加装导流整流器后,气流经过整流,螺旋上升的倾角减小,
旋转圈数增加,路径加长。
但它的平均轴向速度不变,亦即其在分离柱内的停留时间不变。
气流达到内筒的顶部时,中心处3μm以下的粉尘已经很少。
分离后的85%的洁净气体从上部中心处的中心排气管顶部直接流出。
而气体中含有的粉尘绝大部分在剩下的15%气体中,这部分粉尘和部分气体从封头下的特设边壁沿环隙反转向下沿着外筒体内壁向下进行二次分离,粉尘进入灰仓,这部分气体沿锥体轴心再次反转向上,进入内筒体由中心处汇集到旋风进气中再次进行分离。
一级环流旋风除尘器中心管排出的含有剩余3μm以上粒径的粉尘流体自下而上在一级环流旋风除尘器外接的柱状旋风中旋转上升,细粉尘在旋转上升时逐步向壁面靠拢。
柱状旋风筒体的高度可通过stokes公式计算,到达一定高度时,中心处0.5μm以上的粉尘含量已很低,预计对0.5-1μm粒度粉尘的去除效率可达90%以上,洁净气体从上部中心处的中心排气管排出;
同时粉尘和部分气流从封头下的边壁经矩形管进入二级环流式旋风除尘器的进口管,重新循环参与一级除尘。
由于细粉不从一级环流式旋风除尘器顶部的中心排气口排出,循环气中的细粉尘浓度提高,二级除尘总能除掉一部分细粉尘,浓度达到一定时,形成平衡,如此循环,可使整个系统的除尘效率达95-99%以上,分割粒径D50降至0.5μm以下。
环流式旋风除尘器的进口管可以有多少个。
但由其进入的含尘气体应同向旋转,柱状筒体上的出口矩形管也为切向,内筒体可以带有导流件,有利于含尘气体的旋转上升。
环流循环除尘系统能去除小至0.5μm以下的尘粒、除尘效率高、投资少、除尘成本低的环流式循环除尘系统。
其除尘效率可达95%以上。
它可广泛应用于工业窑炉、锅炉、烟道气等工业排放气的除尘中。
3.环流循环除尘系统的导流整流器:
3.1环流循环除尘系统的导流整流器结构原理:
环流式循环除尘系统由两级环流式旋风除尘器组成,每一级都有外筒体、内筒体、锥筒体、排灰管、封头、排气管和进气管,第一级的外筒体上端连接柱状旋风分离柱,其顶部边壁与第二级的进气管连通,第二级的排气管通过风机返回第一级与其进气管连通,它的除尘效率可达98%以上,而且可去除0.5μm以下的粉尘。
但是,它也存在着下述不足:
1、在柱状旋风分离段中的流形不规范;
2、在锥筒体部位流体有摆尾现象。
这两点对除尘效率都有影响。
为了克服上述不足,消除流体的摆尾现象,使其流形规范,除尘效率大大提高,在环流循环除尘系统的柱状旋风分离柱的下端内部安装环流循环除尘系统的导流整流器。
环流循环除尘系统由两级环流旋风除尘器组成,每一级都包括外筒体、内筒体、锥筒体、排灰管、封头、排气管和进气管;
第一级的外筒体上端连接柱状旋风分离柱,其顶部边壁与第二级的进气管连通。
第二级的排气管通过风机返回第一级与其进气管连通;
导流整流器包括焊接在柱状旋风分离柱下端中心进气管内侧且均布的叶片以及叶片固连在一起的导流锥,叶片与水平面成仰角α。
因此,其切向速度增大,粉尘也就获得了更大的离心力,除尘效率当然也就大大提高了。
导流锥的上、下两端均为流线形,流线形结构的导流锥使流体渐缩式流过导流整流器,然后渐开式流出导流整流器;
在次过程中,流体被稳流,消除了摆尾现象,流型趋于规范,且流体螺旋上升的倾角改变,除尘效率得到大大提高。
叶片为3~8个时,效果较好,叶片的数量应当根据柱状旋风分离柱的具体尺寸、流体的含尘量以及环流循环除尘系统的设计能力等参数视需要而定。
叶片与水平面所成仰角α=10~30°
时,气流螺旋上升的倾角较为适宜,螺旋上升的倾角过大时,旋转圈数减小,气流的路径缩短,其切向速度亦减小,粉尘所受的离心力也就减小,除尘效率当然就降低了,螺旋上升的倾角过小时,因为含尘气流在柱状旋风分离柱内的平均轴向速度不变,亦即其在分离柱内的停留时间不变,因此,其切向速度增大,湍流强度增大,反而不利于除尘、导流除尘效率降低,且压降增大。
叶片也可以为弧形,其切线与水平面所成仰角A=10~30°
弧形叶片有利于流体的整形、稳流,可进一步消除摆尾现象,使流形更加规范,除尘效率也就会进一步得到提高。
导流整流器能多方式消除流体的摆尾现象,使流型更加规范,从而大大提高了除尘效率。
当气流流速在
26~32m/s时,除尘效率最高。
本发明可使系统的分割直径D50值达0.33~0.66μm,取得了意料不到的效果。
它可广泛应用于各种需亚微米级除尘的工业、环保领域中。
4.技术创新
新型环流式旋风除尘器和循环除尘系统通过内构件导流、独特的流体分离原理、气体分流技术,彻底改变了传统旋风除尘器的缺点,解决了气、固、液相分离过程中存在的几十项工程技术难题,除尘颗粒半径最小可达到0.33μm,拓展了旋风除尘器的应用领域,使旋风除尘器达到了静电除尘器和布袋除尘器的除尘效率,比传统的旋风除尘器的气体处理量提高10倍以上,具有压降低、放大效应小、投资少、运行费用低、操作简单、应用范围广等优点;
其各项性能指标均处于同类设备的国际领先水平,这标志着旋风除尘技术取得了突破性进展。
5.产品特点
①工艺先进,除尘效率高;
②系统压降小,高效节能;
③无转动部件稳定可靠④无须检修运行成本低
⑤适合高温高黏的气体⑥适合易燃易爆的气体
6.性能指标比较
1.环流式旋风除尘器
与国外的B型高效多管旋风除尘器相比,压降由1500-2000Pa降至500-900Pa;
分割直径d50从3-5μm下降至1.5μm。
2.环流循环除尘系统装置
对于1-3μm的粉尘,除尘效率达到了95%以上,分割直径d50下降至0.5μm左右,压降不大于2500Pa。
对于5μm以上的粉尘,除尘效率达到99.5—100%。
3.直流式旋风除雾器
与国内外同类除雾器相比,排气含雾量从30mg/m3降至10mg/m3以下,压降由1500-2000Pa降至600Pa。
8.除尘效率对比
除尘器型号
除尘效率
粒径分布
1μm以下
2μm以下
3μm以下
5μm以下
累积百分率
平均粒径
（%
μm
2.82
5.55
8.17
13.82
20.36
常规旋风除尘器一旋
1.08
2.14
3.18
5.20
48.12
常规旋风除尘器二旋
1.38
2.65
3.80
33.56
常规旋风除尘器三旋
1.33
2.57
3.64
5.40
32.23
布袋除尘器
26.51
58.56
71.74
86.26
2.83
环流式旋风除尘器二旋
25.83
59.89
76.26
92.48
环流式旋风除尘器三旋
35.01
74.92
88.98
99.11
1.55
9.高效环流式旋风除尘器设备
型号
指标
公称直径
处理量范围
设备总高
压降
分割直径
mm
m3/h
<
CHXF—200
200
100—300
700
900
1.5
CHXF—300
300
>
300—800
1100
CHXF—500
500
800—2000
1600
CHXF—800
800
2000—5500
3500
2
CHXF—1000
1000
5500—10000
4200
2.5
CHXF—1400
1400
10000—16000
6200
CHXF—1600
16000—28000
7000
CHXF—2000
2000
28000—35000
8500
1200
CHXF—2400
240035000—50000
10500
注:
分割直径指空气除尘d50值根据分离物料性质、粉尘粒径的大小、粉尘含量、风量、风速为用户设计制造各种型号的高效环流式旋风除尘器。
环流式旋风除尘器的应用领域
目前在工业上常用的除尘方法中,重力沉降法能分离100μm以上颗粒;
常规的旋风除尘器能分离10μm以上颗粒;
高效多管旋风除尘器能分离5μm以上的细粉尘;
湿洗除尘可捕集1-5μm的粉尘,气体内易夹带液雾,会产生二次污染,只能在较低温度下使用（设备大;
电除尘和布袋除尘可捕集0.1-1μm的粉尘,但
造价和运行成本过高（设备庞大,不能处理
有结露或粉尘吸潮性强的物系。
我公司开发的循环式旋风除尘器,解决了上述除尘器存在的压降大、能耗高、分离效率低及运行成本高等问题,除尘效率已达到布袋除尘器和静电除尘器的效果,成为大气粉尘治理技术的首选节能型专利产品。
可广泛地应用于工业窑炉、工业锅炉、石油化工、冶金采矿、医药食品、轻工建材等行业的尾气除尘。
1.1石油炼制
目前,国内外大型炼油厂的催化裂化单元大多采用循环流化床工艺。
该单元的关键设备之一是旋风除尘器,其中包括:
提升管反应器出口的快速分离装置、沉降器内一、二级内旋风除尘器、外旋风除尘器、再生器一、二级内旋风除尘器和多管式的三级外旋风除尘器。
上述设备分离效率的高低直接关系到炼油过程催化剂的耗量级烟气轮机的使用寿命,其压降的大小亦影响到系统能耗和能量的回收。
若能开发出适合该系统的新型高效、低阻旋风除尘器,能大幅度降低该单元的操作费用,创造巨大的经济效益。
因循环式旋风除尘器的分离效率高、压降小,是催化裂化单元较理想的分离除尘设备,能大幅降低运行成本。
1.2,工业窑炉的排烟除尘
1.2.1大型流化床锅炉
的旋风预除尘
采用旋风预除尘可将烟气中没有充分燃烧的煤回收,送回锅炉重复燃烧,以节省用煤。
现有装备的缺点是压降大,除尘效率低。
环流式旋风除尘器在此领域的应用潜力很大,以400t/h锅炉为例,应用环流式旋风除尘器的优势在于:
1压降低,约节省用电20%,每小时节省用电200度,全年节电160余万度。
2效率高,可使后续静电除尘装备减少一个电场,节省设备投资约60万元。
3可使煤的燃烧率提高1-2%;
400t/h锅炉年用煤量约30余万吨,全年节省煤4000吨。
综上所述,环流式旋风除尘器可在此领域创造极大的经济和社会效益。
近年来,大型火力发电厂改造和新上项目很多,每个厂均需400t/h锅炉数台,按每套60-80万元售价计算,一个大型发电厂的旋风除尘投资可达二百余万元。
1.2.2水泥窑炉的除尘
由于水泥的吸潮性很强,易造成糊袋,从而导致压降上升,布袋损坏过快,运行费用高,且难以长期稳定运行;
本公司引进青岛科技大学化学工程研究室开发的专利产品环流式旋风除尘器具有低阻、高效,放大效应小,造价低,能长期稳定运行等优点,若两级串联使用对以上粒度分布粉末的除尘效率可达95%以上,能使排放烟气直接达到国家排放标准。
我国现有需改造的水泥立窑、立波尔窑很多,一套8万吨/年水泥立窑的除尘工程总造价超过30万元,一套立波尔窑的旋风除尘器造价可达100万元左右,而且水泥生产中的物料输送、装卸、粉碎、包装等过程均须旋风除尘,市场巨大1.2.3工业锅炉:
各种燃煤、燃油、燃气的工业锅炉及高炉煤气、煤粉炉、流化床锅炉的尾气除尘。
采用循环式旋风除尘器可将烟气中未充分燃烧的煤回收燃烧,使煤的燃烧率提高1.5-2%,可节电20%。
1.2.4其他工业窑炉
包括焦化炉、焦干炉、陶瓷及各种建材燃烧炉,数量众多。
1.3钢铁厂、冶金:
钢铁行业中的高炉、电炉、转炉、烧结炉的高温烟气除尘及矿石和焦炭的装卸料除尘。
由于环流式旋风除尘器降压低,除尘效率高,在钢厂的许多场合均可取代布袋式除尘器,且运行和设备投资费用低,能长期稳定连续运行,与布袋式相比具有显著优势。
其应用场合包括:
1.3.1矿石及焦碳的卸料与上料
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