旋风除尘器在炼钢厂的应用

李鹏程

内容摘要：旋风除尘器是除尘装置的一种，现已发展成为多种类型。在冶金行业有多种类型的应用。但该种除尘器在炼钢单元运用较少，其实经过研究分析，对旋风除尘器与其他除尘器相结合，能够在炼钢单元得到广泛应用。例如旋风除尘器+布袋除尘器或者湿法除尘+旋风脱水器等，都得到了较好的使用效果。本文章对此进行研究。

关 键 词：旋风除尘器；除尘器相组合；除尘效率；

炼钢是冶金业制造生产的主要活动之一，而炼钢各工序会产生大量烟尘。随着国家环保部对外排要求的进一步提高，对炼钢外排的除尘设备的运行稳定性及要求也更高。而炼钢厂铁水脱硫为布袋除尘，在使用过程中，除尘器布袋频繁烧漏导致外排超标，不满足除尘环保的要求。因此对该除尘器进行优化改造迫在眉睫。通过研究分析，布袋烧损原因为铁水脱硫过程中，烟尘中含有大量带高温大颗粒。因烟尘产生位置与除尘器位置短，高温大颗粒物质进入除尘器烧损布袋。通过对各种除尘器性能进行比较以及现场位置及空间的考虑，旋风除尘器是最合适的改造方案。

一、旋风除尘器的优越性

旋风除尘器的基本原理是使含尘烟气气流相对除尘器作旋转运动，通过气流旋转产生的离心力将大颗粒从气流中脱离出来，并捕集于除尘器壁，再通过重力作用使尘粒落入灰斗。根据除尘烟气在旋风除尘器的进入方式，可分切向进入式和轴向进入两类。考虑空间位置及安装难度，我们这次对于脱硫除尘改造选择切向进入式。

旋风除尘器主要由进气管、圆筒体、圆锥体、排气管和卸灰设备等组成。该除尘器结构简单，易于制造和安装，设备建设费用较低。在各种除尘器中，旋风式除尘器投资少，维护量小，占用空间小，同时除尘效率也是较高的。相对于重力除尘器，作用于粒子上的离心力是重力的10倍 以上，所以旋风除尘器的效率高于重力除尘器。它主要用于去除10μm以上的粒子，因此，旋风除尘器适用于高温烟气的粗除尘，是应用广泛的一种除尘器，因此，后面配套布袋除尘，则可以满足大部分烟气的除尘要求。

因此旋风除尘器具有除尘效率高（80%以上，大颗粒100%），结构简单，加工制造容易，投资低和压力损失适中以及安装位置占地小等优点，而改造的目的是去除烟气中的大颗粒，因此决定了改造最合适方式是加装旋风除尘器。

二、旋风除尘器的设计选型

旋风除尘器的各部分设备都有的尺寸要求，每一个尺寸的变化，都可能影响旋风除尘器的效果.

1、结构形式选择

因脱硫除尘器处理风量要求大于500000m³/h，风速17m/s,若采用单筒除尘，则需除尘器入口高度超过五米，整个除尘器超过十五米以上，不利于制造及施工，因此采用四筒并联方式，每个小除尘器处理量在125000 m³/h以上，则满足除尘要求。

2、进气口的设计

旋风除尘器的进气口截面是影响除尘效率主要因素。进气口面积相对于圆筒体截面越小，进入除尘器的气流切线速度就越大，大颗粒物质越容易分离。因此设计进气口高2.5米，宽0.9米，在保证处理风量满足要求的同时，增大气流的切线速度。

3、圆筒体直径和高度

旋风除尘器圆筒体直径是旋风除尘器的主要尺寸之一。从公式F（离心力）=m（粉尘质量）×a（加速度），a=V2/R，F=mV/R可以看出，当烟气速度一定时，气流的离心力与圆筒体直径成反比，筒体直径越小，粉尘受到的离心力越大，越容易脱离烟气。但若筒体直径过小，除尘筒壁与出气风管间距太小，脱离的粉尘又容易二次吸入，影响除尘效果。为满足大风量要求，不想除尘器太过庞大，可采用几台旋风除尘器组合的方法解决。旋风除尘器并联组合运行，不但能够增加除尘器处理的风量，同时不增加单个除尘器阻力，因此应用较多。

旋风除尘器筒体总高度是影响除尘器效率的另一关键尺寸，其值为除尘器圆筒体和锥筒体两部分高度之和。筒体总高度越高，气流在除尘器内的旋转圈数越多，烟气中的粉尘与气流分离的越多。但筒体总高度不是越高越好，除了增加加工制造难度外，内外旋流中易紊乱，从而又降低除尘效率。经测试，筒体总高度一般是圆筒体直径的4倍。对于下部锥筒体部分，由于其直径逐渐减小，气流的切向速度逐渐增加，烟气颗粒到达外壁的距离也逐渐减小，粉尘颗粒越易脱离。因此，当除尘器直筒体部分的高度是其直径的1.5倍，锥筒体高度是圆筒体直径的2.4～2.6倍左右时，除尘效率较高。因此，设计四个单除尘器，合并为总除尘器。每个除尘器圆筒直径设计为3.2米，筒体部分的高度为5米，锥筒体高度为8米，符合设计要求。

4、流速的影响

在旋风除尘器中，烟气的流速是除尘效果保证的关键因素。流速越高，离心力愈大，除尘效果愈好。从公式F=mV/R。可以看出，增加旋风除尘器入口的烟气气流速度，旋风除尘器的离心力就愈大。

因此，提高烟气气流速度，烟气中粗颗粒脱离旋转气流的机会增加，可提高旋风除尘器除尘效率。从另一方面来看，烟气气流速度提高，径向和轴向流动速度也增大，产生紊流的影响增大。当超过临界风速后，紊流产生的作用比离心力产生的分离作用更大，使一些已脱离的颗粒重新被吸走。综合考虑该除尘器的除尘效果以及风机能力、除尘器位置等因素，进风口的气流速度控制在14~22 m/s之间范围，因此该脱硫旋转除尘器烟气流速设计到17 m/s。

设计后的除尘器如下图所示：

三、结论：

通过对旋风除尘器的结构尺寸合理设计，能够达到预期效果。炼钢厂脱硫除尘器自加装旋风除尘器以来，滤带的损坏减少90%，同时满足外排浓度要求。鉴于旋风除尘器与袋式除尘器组合的良好效果， 为其他应用场合提供了参考。如转炉二次除尘，加装旋风除尘器后，可缩短风管长度，减少用地面积等。另对于一次除尘，旋风除尘器也有广阔的应用范围，如OG系统+旋风除尘器，可有效去除烟气中的水滴，达到精除尘的效果，满足外排要求，这是下一步研究方向。

参考文献：

[1] 金国淼．除尘设备：化学工业出版社，2002

[2]张殿印吧，王纯．除尘器手册：化学工业出版社，2004

[3]顾然．旋风分离器接管角焊缝裂纹原因分析及处理：特种设备安全技术，2005

[4]刘福顺，谷春荣，徐冰，许世根，王铁．旋风分离器的设计选型及工程应用：中国环境监测，1996