旋風除塵器的結構與工作原理
1．結構
旋風除塵器的結構由進氣口、圓筒體、圓錐體、排氣管和排塵裝置組成，如圖5-4-1所示。
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圖5-4-1旋風除塵器組成結構圖
2．工作原理
當含塵氣流由切線進口進入除塵器后，氣流在除塵器內作旋轉運動，氣流中的塵粒在離心力作用下向外壁移動，到達壁面，并在氣流和重力作用下沿壁落入灰斗而達到分離的目的。
3．旋風除塵器內的流場分析
（1）流場組成
外渦旋——沿外壁由上向下旋轉運動的氣流。
內渦旋——沿軸心向上旋轉運動的氣流。
渦流——由軸向速度與徑向速度相互作用形成的渦流。
包括上渦流——旋風除塵器頂蓋，排氣管外面與筒體內壁之間形成的局部渦流，它可降低除塵效率；
下渦流——在除塵器縱向，外層及底部形成的局部渦流。
（2）旋風除塵器內氣流與塵粒的運動
含塵氣流由切線進口進入除塵器，沿外壁由上向下作螺旋形旋轉運動，這股向下旋轉的氣流即為外渦旋。外渦旋到達錐體底部后，轉而向上，沿軸心向上旋轉，最后經排出管排出。這股向上旋轉的氣流即為內渦旋。向下的外渦旋和向上的內渦旋，兩者的旋轉方向是相同的。氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性離心力的推動下，要向外壁移動。到達外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。
氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，頂部的壓力發生下降，一部分氣流會帶著細小的塵粒沿外壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉向下，從排出管排出。這股旋轉氣流即為上渦旋。如果除塵器進口和頂蓋之間保持一定距離，沒有進口氣流干擾，上渦旋表現比較明顯。
對旋風除塵器內氣流運動的測定發現，實際的氣流運動是很復雜的。除切向和軸向運動外還有徑向運動。特·林頓（T.Linden）在測定中發現，外渦旋的徑向速度是向心的，內渦旋的徑向速度是向外的，速度分布呈對稱型。
（3）切向速度
切向速度是決定氣流速度大小的主要速度分量，也是決定氣流中質點離心力大小的主要因素。
切向速度的變化規律為：
外渦旋區：r↑，切向速度ut↓；
內渦旋區：r↑，切向速度ut↑。
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圖5-4-2旋風除塵器內部的速度分布和壓力分布
圖5-4-2所示為實測的除塵器某一斷面上的速度分布和壓力分布
從該圖可以看出，外渦旋的切向速度是隨半徑r的減小而增加的，在內、外渦旋交界面上，達到最大。可以近似認為，內外渦旋交界面的半徑r0≈（0.6～0.65）rp（rp為排出管半徑）。內渦旋的切向速度是隨r的減小而減小的，類似于剛體的旋轉運動。
旋風除塵器內某一斷面上的切向速度分布規律可用下式表示：
外渦旋vr1/nr=c（5-4-1）
內渦旋vt/r=c‘（5-4-2）
式中
vt——切向速度；
r——距軸心的距離；
c‘、c、n——常數，通過實測確定。
一般n=0.5～0.8，如果近似的取n=0.5
（4）徑向速度
實測表明，旋風除塵器內的氣流除了作切向運動外，還要作徑向的運動，外渦旋的徑向速度是向心的，而內渦旋的徑向速度是向外的。氣流的切向分速度vt和徑向分速度w對塵粒的分離起著相反的影響，前者產生慣性離心力，使塵粒有向外的徑向運動，后者則造成塵粒作向心的徑向運動，把它推入內渦旋。
如果近似認為外渦旋氣流均勻地經過內、外渦旋交界面進入內渦旋，見圖5-4-3所示，那末在交界面上氣流的平均徑向速度
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（5-4-4）
式中
L——旋風除塵器處理風量，m3/s；
H——假想圓柱面（交界面）面度，m；
r0——交界面的半徑，m。
（5）軸向速度
外渦旋的軸向速度向下，內渦旋的軸向速度向上。在內渦旋，隨氣流逐漸上升，軸向速度不斷增大，在排氣管底部達到最大值。
（6）壓力分布
壓力分布：軸向壓力變化較小；徑向壓力變化大，外側高，中心低，軸心處為負壓。
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圖5-4-3交界面上氣流的徑向速度
旋風除塵器內軸向各斷面上的速度分布差別較小，因此軸向壓力的變化較小。從圖5-4-20可以看出，切向速度在徑向有很大變化，因此徑向的壓力變化很大（主要是靜壓），外側高中心低。這是因為氣流在旋風除塵器內作圓周運動時，要有一個向心力與離心力相平衡，所以外側的壓力要比內側高。在外壁附近靜壓最高，軸心處靜壓最低。試驗研究表明，即使在正壓下運行，旋風除塵器軸心處也保持負壓，這種負壓能一直延伸到灰斗。據測定，有的旋風除塵器當進口處靜壓為+900Pa時，除塵器下部靜壓為－300Pa。因此，除塵器下部不保持嚴密，會有空氣滲入，把已分離的粉塵重新卷入內渦旋。
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