旋风除尘器的结构与工作原理
1．结构
旋风除尘器的结构由进气口、圆筒体、圆锥体、排气管和排尘装置组成，如图5-4-1所示。
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图5-4-1旋风除尘器组成结构图
2．工作原理
当含尘气流由切线进口进入除尘器后，气流在除尘器内作旋转运动，气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动，到达壁面，并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的。
3．旋风除尘器内的流场分析
（1）流场组成
外涡旋——沿外壁由上向下旋转运动的气流。
内涡旋——沿轴心向上旋转运动的气流。
涡流——由轴向速度与径向速度相互作用形成的涡流。
包括上涡流——旋风除尘器顶盖，排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流，它可降低除尘效率；
下涡流——在除尘器纵向，外层及底部形成的局部涡流。
（2）旋风除尘器内气流与尘粒的运动
含尘气流由切线进口进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，这股向下旋转的气流即为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流即为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋，两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。
气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力发生下降，一部分气流会带着细小的尘粒沿外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，从排出管排出。这股旋转气流即为上涡旋。如果除尘器进口和顶盖之间保持一定距离，没有进口气流干扰，上涡旋表现比较明显。
对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的。除切向和轴向运动外还有径向运动。特·林顿（T.Linden）在测定中发现，外涡旋的径向速度是向心的，内涡旋的径向速度是向外的，速度分布呈对称型。
（3）切向速度
切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力大小的主要因素。
切向速度的变化规律为：
外涡旋区：r↑，切向速度ut↓；
内涡旋区：r↑，切向速度ut↑。
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图5-4-2旋风除尘器内部的速度分布和压力分布
图5-4-2所示为实测的除尘器某一断面上的速度分布和压力分布
从该图可以看出，外涡旋的切向速度是随半径r的减小而增加的，在内、外涡旋交界面上，达到最大。可以近似认为，内外涡旋交界面的半径r0≈（0.6～0.65）rp（rp为排出管半径）。内涡旋的切向速度是随r的减小而减小的，类似于刚体的旋转运动。
旋风除尘器内某一断面上的切向速度分布规律可用下式表示：
外涡旋vr1/nr=c（5-4-1）
内涡旋vt/r=c‘（5-4-2）
式中
vt——切向速度；
r——距轴心的距离；
c‘、c、n——常数，通过实测确定。
一般n=0.5～0.8，如果近似的取n=0.5
（4）径向速度
实测表明，旋风除尘器内的气流除了作切向运动外，还要作径向的运动，外涡旋的径向速度是向心的，而内涡旋的径向速度是向外的。气流的切向分速度vt和径向分速度w对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒有向外的径向运动，后者则造成尘粒作向心的径向运动，把它推入内涡旋。
如果近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，见图5-4-3所示，那末在交界面上气流的平均径向速度
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（5-4-4）
式中
L——旋风除尘器处理风量，m3/s；
H——假想圆柱面（交界面）面度，m；
r0——交界面的半径，m。
（5）轴向速度
外涡旋的轴向速度向下，内涡旋的轴向速度向上。在内涡旋，随气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。
（6）压力分布
压力分布：轴向压力变化较小；径向压力变化大，外侧高，中心低，轴心处为负压。
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图5-4-3交界面上气流的径向速度
旋风除尘器内轴向各断面上的速度分布差别较小，因此轴向压力的变化较小。从图5-4-20可以看出，切向速度在径向有很大变化，因此径向的压力变化很大（主要是静压），外侧高中心低。这是因为气流在旋风除尘器内作圆周运动时，要有一个向心力与离心力相平衡，所以外侧的压力要比内侧高。在外壁附近静压最高，轴心处静压最低。试验研究表明，即使在正压下运行，旋风除尘器轴心处也保持负压，这种负压能一直延伸到灰斗。据测定，有的旋风除尘器当进口处静压为+900Pa时，除尘器下部静压为－300Pa。因此，除尘器下部不保持严密，会有空气渗入，把已分离的粉尘重新卷入内涡旋。
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