[科普中国]-环流式旋风分离器

环流式旋风除尘器的外形为圆柱圆锥形。启用时，气体从直筒段下部以切向方式进入器内内件，在内件中螺旋上升进行一次分离，达到净化要求的大部分气体直接从顶部排出，少部分气体连同被分离下来的粉尘由顶部特设旁路引入锥体，在锥体内进行二次分离，分离后的流体在锥体下部沿轴心返回一次分离区，少量气体将粉尘送入灰仓后返回器内。

简介环流式旋风除尘器的外形为圆柱圆锥形。启用时，气体从直筒段下部以切向方式进入器内内件，在内件中螺旋上升进行一次分离，达到净化要求的大部分气体直接从顶部排出，少部分气体连同被分离下来的粉尘由顶部特设旁路引入锥体，在锥体内进行二次分离，分离后的流体在锥体下部沿轴心返回一次分离区，少量气体将粉尘送入灰仓后返回器内1。

原理及优点压降低流体由直筒段底部旋转而上，直接从顶部出气口排出，流体流动路线短，且内件中只有一个向上的旋涡，流体沿径向、轴向速度梯度小，流体剪应力小，故压降和能耗低（压降仅为常规型旋风除尘器的二分之一左右）

放大效应小由于器内剪应力小、能耗低，在大直径设备中仍能保证多相流分离所需要的旋转速度，器内流体不易发生湍动，故放大效应小。克服了常规型设备放大效应显著，在大处理量时需多台并联操作的弊病。

分离效率高特殊的流路设计，防止了流体的短路及锥体和灰仓内颗粒的卷扬，使分离效率大幅度提高，且具有操作弹性大、操作稳定性好等特点。

大量工业应用的结果表明，大型环流式旋风除尘器（直径在1.2m以上）的分割粒径可达1.2μm左右，压降仅为500～1000Pa，且直径放大后，不会产生分离效率的显著下降，并具有操作稳定性强，操作弹性大的优点。该系列专利成果分别于2004年12月、2010年12月通过了由山东省科技厅组织、中国科学院余国琮院士和李洪钟院士、工程院金涌院士主持的项目鉴定，其鉴定意见为：达到了同类技术和设备的国际领先水平。并于2005年获山东省技术发明二等奖，2011年获山东省技术发明一等奖1。

推广业绩由青岛科技大学化学工程研究所自主开发的环流式旋风除尘器在1997年获国家发明专利（专利号：ZL 92106712.7），环流循环除尘系统、直流降膜式旋风除雾器等获5项国家实用新型专利（专利号：01243742.5；01243741.7；ZL92219769.5；ZL 02270076.5；ZL 01243740.9），2006年环流循环除尘系统的导流整流器获国家发明专利（专利号：031350585）。利用环流式旋风分离系列专利技术的优越性能，针对工业生产过程逐一进行流场模拟，并依据过程的耐磨损、耐高温、防堵塞等要求调整结构和内构件。累计推广应用600余台套，攻克了四十余项工程技术难题，企业应用后的经济、社会效益显著。现列举部分应用实例如下：

1、由大连理工大学开发的褐煤干馏工艺，其中因烟气温度高（550℃以上）、粉尘含量高等因素，采用常规旋风分离器难以满足分离要求，采用我单位开发的环流式旋风分离器两级串联除尘分离效率可达99.5%以上。已成功应用于陕西神木富油能源科技有限公司褐煤干馏工艺。

2、多晶硅、有机硅单体生产多采用流化床反应器，催化剂为硅铜粉，因涉及军工，多年来国外一直对中国进行技术封锁。该系统除尘的难度在于，硅粉硬度极高，对器壁冲刷严重；要求一级除尘器具有颗粒分级功能，只回收5～10μm以上的粉尘，二级对5μm以下粉尘应彻底去除；一级分离下来的粉尘在不影响反应器内取热构件的前提下，顺利回床。针对上述要求，我公司采用特殊材料制成衬里以提高设备的耐磨性能。由于采用衬里，内构件壁厚大为提高，需对除尘器流场逐一模拟以调整结构尺寸。现已在多晶硅，有机硅行业应用二百余台，为企业创造了良好的经济效益，且使用周期从过去使用E—Ⅱ型高效旋风除尘器仅3个月延长至5年以上。

3、国内由乙炔和醋酸生产醋酸乙烯时，大多数采用流化床反应器，催化剂为椰壳活性炭浸渍醋酸锌经干燥而成。流化床出气的除尘器原采用DⅢ型，存在活性炭对器壁冲刷严重，设备使用周期仅半年，而且因除尘效率不高，催化剂损失严重，并造成后续工段堵塞问题。针对上述工况，采用导流形式降低活性炭对器壁的冲刷。因活性炭为多孔介质，表观密度小，经反复使用后粒度极细，湍流旋涡对颗粒的运动行为影响大，故设计时，在流场模拟的基础上，对整流构件结构进行了反复调整。自2001年始，环流式旋风除尘器已在该行业推广应用40余台，为企业创造了良好的经济效益。在山西三维集团运行的除尘器，一年可为厂家节省催化剂二十余吨，年节约和增收资金壹仟叁百余万元。且设备的使用周期提高到了5年以上，消除了生产中的安全隐患。

4、安徽安庆曙光化工有限公司为我国最大的氰化钠生产基地，年产固体氰化钠4万吨，干燥过程采用从美国引进的高温闪蒸成套技术与装备。生产中发现干燥系统所用旋风分离器效率低、易堵塞、物料损耗高。虽后设洗涤塔进一步净化排气，因氰化钠为剧毒物料，对排气含尘的要求非常高，环评不达标。针对上述工况，我公司在设计时首先通过流场模拟加长了一次分离区高度，调整了导流整流器结构，以提高除尘效率。然后对易积存物料的区域加设导流输送板，利用气体对易积存物料区域的冲击，防止堵塞；同时，依据工况下气体的含水蒸汽量计算出了水分凝析温度，通过调整操作条件与壁面伴管加热，防止水分析出；由此设计的环流式旋风除尘器于2003年5月投入工业使用。经用户测算，环流式旋风除尘器的收率达到了99%以上，解决了设备易堵塞的工程难题，洗涤塔更换循环液的时间从8小时延长至96小时，并于2004年12月顺利通过了“环境管理体系”认证，并为企业年创经济效益近500万元。因环流式旋风除尘器使用效果好，安庆曙光化工集团有限公司已将原美国进口的干燥生产线上的旋风除尘器拆除，更换了环流式旋风除尘器。

5、环流循环除尘系统在超细粉体气流干燥中的应用。环流循环除尘系统于2002年用于广西瑞泉公司超细膨润土气流干燥的除尘。二级旋风除尘器除下的粉尘粒度在2mm以下的达到了75%，应用效果良好。

6、北京矿冶研究总院在浙江、江苏、大连、吉林、内蒙、甘肃等地建立的24条粉末炸药生产线中全部采用环流式旋风除尘器进行炸药收集。使炸药收率从90%提高到98%以上。每年多回收的炸药价值近4千万元。由于压降低，全年可节省电费114万元。

7、同时环流式旋风除尘器还分别用于中国石化齐鲁分公司的高压聚乙烯装置和热电厂硫氨净化装置、北京利德恒环保公司的供热锅炉排烟脱硫除尘、石家庄以岭药业的原料回收等工程1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学