浅谈旋风分离器在燃料乙醇项目粉体专业中的应用

褚磊

摘 要 本文简要介绍了旋风分离器的基本原理和在实际项目中的应用

关键词 旋风分离器 ； 粉体

1. 概述

燃料乙醇项目一般是利用生物物质为原料，经过处理后发酵产生乙醇，目前笔者接触到的项目中，主要用到的原料是水稻、玉米等粮食作物，粉体专业在燃料乙醇项目中涉及的主项都与粮食加工、处理有关，包括仓储、净化、潮粮烘干、脱壳、粉碎、冷却、风送、机械输送以及皮带输送、包装等等。在这些主项中，最常见、应用最广的设备之一便是旋风分离器。旋风分离器结构简单、制造相对容易，作为非标设备可由普通的设备厂家自行生产，是重要的气固分离设备。

2. 结构及工作原理

旋风分离器对应的英文为cyclone separator，因此有时候也称作沙克龙。其主体结构为上部一个直筒，下部是锥段，直筒的顶部为分离净化后的气体出口，直筒的侧面靠近顶部沿切线方向设置含固体物料气体入口，锥段的最底部设置排料口。旋风分离器内部是敞开的空间，没有转动部件，设备本身不用配置电机，也不涉及复杂零部件组合装配，结构相对简单。

含固体物料的气体在管线中风机的带动下进入旋风分离器以后，气体沿着直筒内壁运动，运动形式由直线变为圆周运动，在旋转过程中产生离心力，气体内部包含的固体颗粒被不断甩向外侧，与器壁接触后在重力作用下，沿着锥段内壁下落，在底部聚集并排出，分离后的气体再螺旋上升通过顶部的出口排出，完成整个分离净化过程。由此可见，旋风分离器内部都是旋转的气流，任何直筒段或者锥段的尺寸变化都会对气流的运动状况产生影响，进而影响旋风分离器的分离效率。

2. 项目实际应用情况

旋风分离器在燃料乙醇项目中广泛应用在设备除尘风网、分离卸料等工序中，布置比较灵活，旋风分离器后面可以直接连接风机，或者在风机前面设置布袋除尘器，两个及以上旋风分离器可并联、串联布置。在实际项目应用中，根据旋风分离器处理的物料不同，选择不同形式、不同尺寸的旋风分离器，并且根据用途不同，设置不同的入口风速，以达到理想的分离效果。

3.1项目一

该项目饲料工段设置粉碎工序，粉碎机出口采用负压风送，带料空气通过风管提升进入旋风分离器卸料，物料通过旋风分离器下部出料口排出，进入下道工序，分离后的空气进入脉冲除尘器再次净化后通过风机排入大气，流程简图见图一。

图一 粉碎机出料

粉碎机处理能力约20t/h，旋风分离器筒体直径1600mm，总长约4900mm，风机风量约11650Nm³/h。

3.2项目二

该项目利用两台旋风分离器并联布置，后面直接连接风机，在分离物料的同时为设备建立负压风网，以达到密封、除尘的作用，流程简图见图二。

图二 设备负压风网

旋风分离器筒体直径1750mm，总长约为9550mm，风机风量约36000Nm³/h。

实际上，在笔者接触的工程上应用的除尘或者气固分离设备中，袋式除尘器和旋风除尘器是应用最广泛的，袋式除尘器的主要优点就是除尘效率高，尤其是对微细粉尘的捕集。但是袋式除尘器内部结构相对复杂，有进气箱、出气箱、袋笼、滤袋等等，滤袋决定了除尘器的除尘效率以及使用寿命。袋式除尘器维护工作较多，运行成本较高，有的除尘器还需要连接压缩空气管路，因此在工程设计中，需要综合考虑气体处理量、含尘（或固体颗粒）量、温度、气体性质、排放标准、维护的难易程度、成本等等一系列参数来选择和配置除尘器。

4、存在问题及发展方向

由于旋风分离器自身的结构特点，对于特别细小的粉尘收集分离效率不高；内部的下降和上升气流存在相互重叠、影响的情况，会导致出现短路流、灰斗内气流返混、不同部位的二次扬尘等问题，影响分离效率。

针对旋风分离器效率等方面问题，有研究表明将常见的旋风分离器椎体部分去掉，直筒部分适当延长，并在直筒下端增加下螺旋式出口，这样的结构通过流体计算软件进行数值模拟分析后，可以得到最优结构参数，使其在压降最低的情况下提高分离效率。另外静电旋风除尘器的技术也得到了越来越多的关注和研究，这种复合式的除尘形式在原有的除尘器中形成高压静电场，解决了旋风除尘器不利于捕集微细粉尘的弊端问题，除尘效率更高。但是在静电和旋风的耦合场综合作用下的微粒运动状况相对模糊，整个运动规律及理论体系尚未完整，许多技术问题只能依靠实验和经验，还需要更深入更具体的研究。

5、总结

旋风分离器在燃料乙醇项目中，是粉体专业最常用的设备之一，结构简单、性能稳定、维护容易、耐高温是突出的优点，但是微小粉尘收集率低、内部流场复杂不易控制也是需要提高的方向。随着理论研究、计算流体力学和仿真模型的不断发展，流场的分布和颗粒的运动情况能够更准确地被掌握，更多高效、新型的旋风除尘器会被开发出来，并应用到我国经济建设的各个领域。

参考文献

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