旋轉濾網粉塵分離性能的理論分析

簡介： 紡織工業纖維粉塵的分離，提出了采用旋轉濾網粉塵分離的方法，并對其分離粉塵的機理進行了理論分析，通過算例和樣機試驗證明了其可行性，同時旋轉濾網方式比目前使用的金屬平板濾網配清潔吸嘴的方式結構簡單、能耗更低，具有良好的應用前景。
關鍵字：含塵空氣 旋轉濾網 分離粒徑 纖維粉塵 清潔吸嘴

一 引言

　　對于含塵空氣的除塵凈化，主要采取將粉塵同空氣分離的方法，針對不同性質的粉塵，應選擇不同的除塵機理和手段來處理。紡織工業生產過程中產生的粉塵來源于加工物料如棉、毛、絲、麻等原料中含有的相當數量的葉屑、塵土、破籽、蛹屑、棉梗以及草等雜質破碎形成的粉塵，另外加工過程也會產生大量的短纖維塵，因此紡織粉塵是纖維塵和細小顆粒粉塵的混和物。鑒于紡織粉塵并非單一性質的特點，紡織除塵的流程通常采用的是二級過濾除塵的方法來提高效率和減低能耗，其一級過濾主要針對分離纖維塵，二級過濾分離細小顆粒塵。目前國內外普遍使用的紡織除塵系統一級過濾設備由金屬平板濾網及清潔濾網的吸塵嘴和粉塵收集裝置組成。本文所提出的旋轉濾網可用于一級過濾，并使設備結構更簡單、能耗更低。

二 旋轉濾網粉塵分離的原理

1 結構形式、原理

　　金屬錐形濾網同傳動軸相聯，形成高速旋轉，通過風機的抽吸作用，將含塵氣流引入錐形淲網段，空氣中的粉塵在達到錐形網面時，由于高速旋轉使網面表層形成了一個同網面切向速度相等氣流邊界層，此邊界層對粉塵具有離心分離作用，依靠離心力將大顆粒塵及纖維塵拋離網面，并在氣流和重力的引導下落入集塵區，而離心作用去除不掉的細小粉塵則穿透網面進入二級過濾設備。

　　在結構上，金屬錐形網可以同除塵風機的風機軸相聯接制造成濾塵風機，也可由單獨的傳動電機帶動成為一級過濾功能段。

圖1網面上A點顆粒運動速度               圖2網面上A點顆粒的受力分析

　　圖1表示了含塵空氣中的粉塵顆粒在錐形淲網網面上的運動速度，V_t是顆粒跟隨旋轉網面氣流邊界層運動的A點的切向速度；V是通過濾網網孔的過濾空氣流速。V可以分解為平等于旋轉中心軸線O-O的速度分量V_s和垂直于軸線O-O的速度分量V_c。

　　圖2表示了網面上一個顆粒物的受力分析，F_l是塵粒切向運動速度Vt產生的離心力：Fv是由濾速V產生的氣流對顆粒的作用力。離心力F_l有

　　假設粉塵顆粒與過濾氣流的相對運行狀態處在Re≤1的范圍內，氣流對顆粒的作用力符合斯托克司公式。由濾速V產生的氣流對顆粒的作用力F_v的垂直分量F_c和水平分量F_s有

　　當顆粒旋轉濾網表面能夠被分離、不穿透濾網，由圖二可見其所受離心力和斯托克司力的合力ΣF方向必須指向濾網網面的外側，即角度小于圖中的α角，若角度為α時得到的就是最小可分離粒徑。分析圖2可得到如下關系式：

　　將上述公式聯立可得到最小可分離粒徑d_c為

三 分離能力的分析   （來源：www.civilcn.com）

　　通過公式(5)可知：在一定的轉速及濾速下，對已知α角度的濾網，在網面上的任一點A，其能分離的最小粒徑可以通過公式算出，小于此尺度的顆粒有可能穿透濾網。

　　同一種結構的濾網(α角度相同)處理密度相同的粉塵；在相同的濾速V時，轉速n值不同，其網面上同一點的在不同轉速下的最小分離粒徑dc值的關系為：

　　同一種結構的濾網(α角度相同)處理密度相同的粉塵；在相同的轉速n值時，濾速V不同，其網面上同一點的在不同濾速下的最小分離粒徑dc值的關系為：

　　以一個錐形底角α為60º、底邊直徑Ф=50mm的濾網為例進行計算，取不同的旋轉速度n和過濾風速V，數據結果見圖3。

圖360º濾網各點位置的分離直徑

　　從圖3的結果觀察，除去考慮到X坐標上離錐角100mm距離以內的網面由于切向速度過小，分離粉塵的能力差，不作為實用的粉塵分離區域外，在所有組合條件下其能分離的上粒徑范圍從9.9μm～52.8μm。其中在轉速n=2900rpm、濾速V=6m/s的組合條件時，最小分離粒徑從9.9μm～20.4μm。對于紡織工業的纖維粉塵，其中棉纖維的密度ρ以=1500～1550Kg/m³，但因棉纖維在實際條件下、通常以一種松散的集合體絮狀物出現，這種絮狀物的空隙度相當大，因此纖維團的聚合密度ρ要遠比纖維本身密度小，也小于算例中的標準粉塵密度什，故旋轉濾網的分離纖維塵的最小分離粒徑數值將變大，會有部分纖維粉塵穿透濾網網孔，但大多數纖維塵直徑在10μm～30μm、長度在1mm～20mm；由于長度長，在濾網的高速旋轉下，仍然能將纖維攔截下來，飛離網面。因此上述的旋轉濾網的分離方式完全能夠滿足纖維分離的要求。

四 試驗應用

　　采用旋轉濾網分離纖維粉塵的原理，將錐形濾網同No.3.5離心風機軸相聯結組成的濾塵風機，經過大學碳纖維生產線上的除塵實際使用，效果良好，并已取得專利。

五 結論

　　旋轉濾網分離粉塵的方式，由于采用了錐形濾網結構，比平板過濾網在相同的直徑條件下，增加了透風面積，處理含塵空氣量大；旋轉濾網分離粉塵依靠離心力作用清除網面纖維，比使用吸嘴的抽吸方式節能，而且網面阻力保持穩定。如果同風機結合在一體，可減少除塵設備的體積、減少配套設備；能夠達到節省占地、節電和節省投資的目的。

參考文獻

　　[1]孫一堅.工業通風(第二版).北京：中國建筑工業出版社,1985
　　[2]戴元熙，甘長德.紡織工廠通風與除塵.上海：中國紡織大學出版社,1994