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      目前,工業(yè)上常用的氣固分離方法包括旋風除塵、濕洗分離、布袋除塵和靜電除塵等方法。濕洗分離法通過液層液滴和液膜來捕集粉塵,可分離15pm的粉塵,效率高且可靠,缺點是氣體內(nèi)易夾帶液霧造成管道腐蝕或結(jié)垢,一般只能在較低溫度下使用,同時還存在設(shè)備較大,易產(chǎn)生二次污染的弊端,所以在工業(yè)上的應用較少。布袋除塵可有效地捕集0.1~1m的粉塵,缺點是設(shè)備龐大,造價和運行費用高,易發(fā)生糊袋和頂袋破損。靜電除塵器對0.01~1m的粉塵有較好的分離效率,缺點是一次性投資大,對操作和管理的要求較高,當粉塵含濕量大或者需要噴水調(diào)節(jié)粉塵的介電常數(shù)時,腐蝕問題難以解決。
      環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)是青島科技大學化學工程研究室在傳統(tǒng)旋風除塵器基礎(chǔ)上開發(fā)的新型氣固分離設(shè)備,已被廣泛地應用于石油、化工、治金和環(huán)保等行業(yè)。隨著環(huán)保要求的提高,工業(yè)上對氣體中細粉塵(<5m)的分離需求迫切,為了提高旋風除塵器對細粉塵的分離能力,本研究考察了3種結(jié)構(gòu)環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)對細粉塵的分離性能1環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)的工作原理與結(jié)構(gòu)環(huán)流式旋風除塵器具有與傳統(tǒng)旋風除塵器不同的結(jié)構(gòu),具有壓降低、分離效率高及放大效應小等優(yōu)點。利用2臺環(huán)流式旋風除塵器和分離柱,構(gòu)成了如圖1所示的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng),空氣由鼓風機輸送,流量由蝶閥控制,孔板流量計測量;粉塵從加科口由壓縮空氣帶入,氣固混合后,進入一級環(huán)流式旋風除塵器,一次分離后氣體進入柱狀分離柱進行強化分離,浄化氣由柱狀分離器頂部的排氣管進入濾袋后排空;少部分氣體攜帶在分離柱內(nèi)被甩向器壁的細粉塵經(jīng)切向出口進入二級環(huán)流式旋風除塵器。從二級環(huán)流式旋風除塵器排出的氣體經(jīng)引風機返回分離柱或一級進氣口。由2級分離器分離下來的粉塵經(jīng)排灰口進入灰斗。
這種循環(huán)除塵系統(tǒng)對亞微米級顆粒的分離效率比單環(huán)流式旋風除塵器提高很多。但是,在實驗過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在一些不利因素,即在柱狀分離段中存在流型不規(guī)范的問題,在錐體部位的流體有擺尾現(xiàn)象,這都將對除塵效率產(chǎn)生不利影響。為了消除這些弊端,提高除塵效率,研究者對環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)作了進一步改進,在柱狀分離段和級環(huán)流式旋風除塵器之間加導流整流器。整流器結(jié)構(gòu)由葉片、導流錐和內(nèi)圓柱組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。加整流器后,氣流經(jīng)過整流,改變了螺旋上升的傾角,旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加,路徑増長,由于分離柱內(nèi)平均軸向速度不變,即氣體在器內(nèi)的停留時間不變,故切向速度増大,使粉塵可以獲得更大的離心力,從而提高效率。導流錐具有流線烈結(jié)構(gòu),使流體漸縮式流進整流器,然后漸牙式流整流器,能夠?qū)α黧w起到很好的穩(wěn)流作用,克服了擺尾現(xiàn)象。
2實驗
實驗物系為分子篩空氣,分子篩的粒徑分布如表1所示,粒徑<3.2m的細顆粒占53%。入口氣體的速度范圍為23~30ms,含塵濃度為3~7gym。

實驗利用壓降、總除塵效率和粒級效率曲線對設(shè)備性能進行評價。壓降由U型管壓差計測定,級壓降的測壓點位于一級進口和分離柱切向出口處,二級壓降的測壓點位于二級分離器的氣體進口和出口處?？偡蛛x效率的計算公式為：

 除塵總效率=（一級+二級灰合粉塵總重量）/進料總重量

物料重量由精密數(shù)字天平測算,儀器的精度為0.01g。
3結(jié)果與討論
3.1分離效率
對于3種不同結(jié)構(gòu)的除塵系統(tǒng),實驗測定了分離效率與入口風速的關(guān)系,實驗數(shù)據(jù)如圖3所示。可以看出：

(1)隨著氣體流速的増大,總分離效率先増大后減小,中間有一個最大值;

(2)加整流器的除塵系統(tǒng)效率較高,加導流錐比不加導流錐的除塵效率要高這些現(xiàn)象說明帶有導流錐的整流器的確對流場起到了穩(wěn)流和強化分離的作用。
3.2壓降
實驗考察了3種不同結(jié)構(gòu)除塵系統(tǒng)的入口風速對壓降的影響,實驗數(shù)據(jù)如圖4所示。一級壓降隨著入口風速的增大而增大,加整流器和加導流錐都會増加一級壓降。二級壓降一般在0.80~1.30kPa之間。很明顯,加整流器后,氣流在整流器作用下改變了旋轉(zhuǎn)傾斜角度,產(chǎn)生新的能量損失,節(jié)流效應也導致了靜壓能的損失,從而使得壓降增加。導流錐使得流體流動的截面積較小,也增加了阻力損失。

3.3粒級效率曲線
為了清楚地了解該除塵系統(tǒng)對不同粒徑顆粒的分離情況,特別測繪了粒級效率曲線。分級效率是指單一級別粒度顆粒的分離效率,是評價環(huán)流式旋

n_x——分級除塵效率;
S_bx——平均粒徑為xμm,粒徑范圍在△x內(nèi)的粉塵捕集量(g/s);
S_jx——進口處平均粒徑為xμm,粒徑范圍在內(nèi)的粉塵量(g/s)；
f_j——進口粉塵中粒徑為出xμm的質(zhì)量頻率；
f_b——角出口粉塵中粒徑為xμm的質(zhì)量頻率;
S_hx——出口處平均粒徑為m,粒徑范圍在△x內(nèi)的粉塵量(g/s)
n——總除塵效率;

△P——壓力損失(P)。
根據(jù)前述實驗,加有導流錐的整流器的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)性能最好,所以將其粒徑與分級效率的關(guān)系繪成曲線,如圖5所示。可以看出,該曲線由2部分組成。粒徑>4m時,分級效率隨著粒徑的增大而増大,符合理論預測。但當顆粒粒徑<4pm時,分級效率先增大后減小,在2.8pm處達到最大(70%)。這顯示了該種除塵系統(tǒng)對細顆粒有特別的分離能力。分析其原因:

(1)分子間作用力和靜電引力有助于顆粒之間的聚集+列,大顆粒對細顆粒的夾帶與細顆粒的聚并,增加了細顆粒的分離;

(2)環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)能夠強化細顆粒的聚并和夾帶。

4.結(jié)論
為了進一步提高環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)對細粉塵的分離性能,實驗考察了3種不同結(jié)構(gòu)的分離性能。
通過分析其效率、壓降和粒級效率曲線等實驗結(jié)果可以得出如下結(jié)論：
(1)3種結(jié)構(gòu)中,加有導流錐整流器的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)效率最高,相應其一級壓降略有增加。
(2)直徑在2.8pm左右的顆粒由于容易被大顆粒夾帶分離,其分離效率比4pm左右的顆粒高。