旋风分离器的压力损失和除尘效率
(一)、压力损失ΔP:
1.产生压力损失的原因:
(1).进口管的摩擦损失；
(2).气体进入旋风分离器内,因膨胀或压缩而造成的能量损失；
(3).气体在旋风分离器中与器壁的摩擦所引起的能量损失；
(4).旋风分离器内气体因旋转而产生的能量损失；
(5).排气管内摩擦损失,同时旋转运动较直线运动需要消耗更多的能量；
(6).排气管内气体旋转时的动能转化为静压能的损失。
2.旋风分离器压力损失计算式:
(1).一般情况下,旋风分离器的压力损失ΔP在1000～2000Pa,特殊设计的例外。
(2).压力损失应该用旋风分离器进、出口全压之差来表示,即
ΔP=(Pq)j-(Pq)h
而全压为: 全压(Pq)=静压(Pz)＋动压(Pd)
又动压为: Pd=v2·ρg/2 (Pa)
∴ΔP=【(Pz)j＋vj2·ρg/2】-【(Pz)h＋vh2·ρg/2】
=【(Pz)j-(Pz)h】＋【(vj2-vh2)·ρg/2】 (Pa)
式中:(Pq)j,(Pq)h---旋风分离器进、出口全压,(Pa)；
(Pz)j,(Pz)h---旋风分离器进、出口静压,(Pa)；
(Pd)j,(Pd)h---旋风分离器进、出口动压,(Pa)；
vj,vh----旋风分离器进、出口速度,(m/s)；
ρg----气体的密度,(kg/m3)。
如果进、出口截面积相同,则vj=vh,所以有:
ΔP=(Pz)j-(Pz)h (Pa)
即压力损失可用进、出口静压差来表示,进、出口静压差采用U形管即可在进、出口的管壁测出。如果进、出口截面积不相同,则还要用原始计算式计算,除了测出静压,还要测出系统的流量,才能计算出动压。
(3).计算旋风分离器压力损失的常用计算式:
为了使压力损失计算时采用与动压计算相类似的计算式,引进了一个阻力系数ζ,定义为旋风分离器的压力损失与进口动压头之比。即
ΔP
ζ= ------(无量纲)
vj2·ρg/2
∴ΔP=ζ·(vj2·ρg)/2 (Pa)
这是我们常用的阻力计算形式,在管道局部阻力计算时也用该式,只是阻力系数是不同的值,但一定要注意v的定义。
另外还有不同的阻力系数计算式,我们在非标旋风分离器设计时再介绍。
(二)、旋风分离器的除尘效率:
1.临界分离粒径:
对旋风分离器内气体流动的研究可知,关键的分离区是从排气管下至排灰口间的准自由涡与核心气流交界处,即大致在旋转半径为0.65倍排气管半径r1(即r0=0.65r1)处有最大的圆周速度,在此假想的圆筒面上离心力最大,此时颗粒的离心沉降速度ur与粒径dp的关系可用下式表示:
18μg·ur·r0
dp2= ---(m)(斯托克斯阻力区)
(ρp-ρg)·ut
式中,ur----颗粒的径向沉降速度,(m/s)；
ut----气流的圆周(切向)速度,(m/s)；
μg----空气粘度,(Pa·s)；
r0----排气管的半径,(m)；
ρg----气体密度,(kg/m3)；
ρp----颗粒密度,(kg/m3)。
对于一定型号的旋风分离器,在正常操作风速范围(一般为14～22m/s)内,临界分离半径dk可用下式计算,
dk=K×｛9μg·D2/【π·H1·(ρp-ρg)·ui】｝0.5 (m)
式中:D----旋风分离器外圆直筒的直径,(m)；
H1----排气管下口至排灰口之间的有效分离高度,(m)；
Ui----气流入口速度,即操作风速,(m/s)；
K----与旋风分离器型号及操作风速有关的常数,对于常用型号的分离器,根据经验可取K=0.6～0.8。
2.除尘效率:
由理论和半经验公式可以求出旋风分离器在一定操作工况下对某一粉尘
粒径dp的分级分离效率ηp,但计算式很复杂。在这里介绍一个较为简单
的除尘效率计算式。
ηt=1-P·Ci-q
式中:P----与旋风分离器的结构和粉尘性质有关的常数,P=0.1～0.3；
Ci----标准状况下的粉尘浓度,(g/Nm3)；
q----与操作条件有关的常数,一般地,取q=0.046～0.048。
