旋风除尘器的性能分析

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旋风除尘器的性能分析

　　【摘 要】本文根据旋风除尘器内三维速度分布的测试结果，分析了电晕极的安装对旋风除尘器除尘效率和阻力的影响。在特定的位置上安装电晕极能使旋风除尘器内的速度分布更有利于提高离心力的分离作用，通过测试可知，在安装电晕极但不加电压（称“静态”）的条件下，能使旋风除尘器的除尘效率提高约5%～6%，同时，由于安装了电晕极，改善了旋风分离内的速度分布，使旋风除尘器内的阻力大大降低，旋风除尘器的阻力系数（ξ1=4.81）比常规旋风除尘器的阻力系数（ξ2=9.21）降低了47%。
　　【关键词】旋风除尘器 除尘效率 阻力电晕极降阻增效原因
　　
　　一、旋风除尘器的表态除尘效率
　　
　　旋风除尘器利用离心力和电场力的共同作用分离粒子。旋风除尘器内安装电晕极（称旋风除尘器）但不加电压的运行工况称为旋风除尘器的“静态”工况，此时的除尘效率称为旋风除尘器的静态除尘效率。为了研究安装电晕极对旋风除尘器除尘效率的影响，对常规旋风除尘器和旋风除尘器两种情况分别进行了各种入口风速下的除尘效率实验。常规旋风除尘器选用长筒体型，筒体直径为40mm、入口尺寸为270×110mm，排灰口直径为116 mm。排气管直径为200 mm，排气管插入深度460 mm。在常规旋风除尘器内安装电晕极构成旋风除尘器，电晕极由15根直径4 mm钢筋构成网状结构并固定在排气管上。实验粉尘为400h目滑石粉，发尘浓度控制在5g/m?3左右。
　　常规旋风除尘器安装电晕极后除尘效率明显提高，除尘效率的变化规律与常规旋风除尘器除尘效率的变化规律相同，即先随着入口风速的增加而增加，至一最佳运行工况后，除尘效率又有所降低。常规旋风除尘器最佳运行工况在入口风速V=17m/s左右，此时，其总除尘效率达到了80%；而安装电晕极以后，旋风除尘器的静态最佳运行工况约在入口风速V=20 m/s左右，静态总除尘效率达到约85%，增幅为6.3%左右。这说明仅仅安装电晕极而不加电压，就能使旋风除尘器的除尘效率明显提高电晕极。在旋风除尘器内具有提高效率的作用。
　　
　　二、旋风除尘器的阻力
　　
　　由上述可知，电晕极在旋风除尘器内具有提高效率的作用，通过实验发现，电晕极在旋风除尘器内也具有降低阻力的作用。
　　旋风除尘器阻力系数ξ2=4.81，常规旋风除尘器的阻力系数ξ1=9.21，即旋风除尘器的阻力系数比常规旋风除尘器的阻力系数降低了约47%。因此，靠电晕极的作用，较好的改善了旋风除尘器的阻力特性，与常规旋风除尘器相比，旋风除尘器是一种低阻力的粒子分离设备，这对于节能具有极为重要的实际意义。
　　综上所述，在常规旋风除尘器内安装电晕极，具有降低阻力和提高静态除尘效率（称为“降阻增效”）的作用，为什么电晕极会对旋风除尘器的阻力和效率有这么大的影响呢？下面将进行分析。
　　
　　三、电晕极降阻增效的原因分析
　　
　　切向速度的大小和径向速度分布直接影响颗粒分离的效率，同时轴向速度分离影响了粒子在旋风除尘器内有效分离区域的停留时间，必然对颗粒的除尘效率产生较大的影响。
　　旋风除尘器流动阻力主要由三部分组成：即进口局部阻力、旋风筒内旋涡流场中的阻力、排气芯管内的流动阻力。
　　可见，旋风除尘器的阻力和除尘效率与其内部的流场分布密切相关，要分析电晕极降阻增效的原因，就需要知道旋风除尘器内的流场分布。
　　为了研究电晕极安装前后旋风除尘器内三维速度分布的变化规律，分别对旋风除尘器内不安装电晕极（称常规旋风除尘器）和旋风除尘器内安装电晕极（称旋风除尘器）两种情况在相同的入口流速下进行了流场测试，流场测试仪器为五孔探针，在除尘器锥体部分及其他一些位置，电晕极比较密集，有的地方五孔探针无法插入，测点适当减少。某些断面在半径的二分之一到三分之一处均无法读取数据（4、5孔的压力不能调到平衡），分析认为由于电晕极对于筒体内流场的扰动，这些位置气流较为紊乱，使4、5孔无法保持压力平衡。

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　　1．切向速度的作用
　　安装电晕极后，切向速度的分布变得平缓、峰值降低。内涡旋不再是强制涡流动，文献也得出了类似的结论。另外，内外涡旋交界面半径明显外移，即内外涡旋交界面直径由常规旋风除尘器的0.5 de外移为1.2de(de为排气管直径)。在筒体和锥体的上半部，下行流区的切向速度有所增大，上行流区的切向速度明显减小，在除尘器内的整个流动区域，平均切向速度明显降低。
　　2．轴向速度的作用
　　旋风除尘器上、下行流交界面内移，即上行流区变宽。在下行流区，轴向速度的绝对值减小，这说明粉尘粒子在旋风除尘器的有效分离区域内的停留时间增加，这对离心力分离粒子是有利的，能够提高除尘效率。另外，轴向速度梯度减小，内摩擦阻力降低，有利于旋风除尘器的减阻。
　　3．径向速度及压力分析的作用
　　径向速度分布比较紊乱，尤其在电晕极附近，径向速度分布与常规旋风除尘器相比有较大波动。径向速度方向基本都是向心的，其值的大小与常规旋风除尘器相比没有明显的规律，大多数稍微小于原旋风除尘器的相应值，由于切向速度和径向速度对粒子的分离起着相反的作用，前者产生离心力使粒子做向外筒壁的径向运动，后者则使粒子做向心的径向运动从而进入内漩涡。径向速度值的减小可提高除尘效率。
　　就静压而言，旋风除尘器下行流区的静压值比常规旋风除尘器略低（绝对值增大）；在排气管底部附近，上行流区静压值比常规旋风除尘器增加显著（绝对值减小），大大高于常规旋风除尘器，总的结果是径向上压力梯度减小。
　　安装电晕极后，径向静压梯度的减小，意味着液体无论是作旋转运动还是作轴向流动，各流层间来自外界的法向作用力减小，使得内摩擦阻力降低。这必然引起旋风除尘器的降低。
　　
　　四、结论
　　
　　在旋风除尘器内的特定位置上安装电晕极，在不加电压的“静态”条件下，能使旋风除尘器的除尘效率提高约6%。原因是：电晕极对旋风除尘器内的流场分布产生了较大影响，在下行流区切向速度较常规旋风除尘器流场的切向速度稍微增大，下行流区是旋风除尘器的主要有效分离区域，除尘效率的高低主要是由下行流区的切向速度的大小决定的。因此，电晕极对下行流区的切向速度产生的影响（下行流区的切向速度增大）有利于提高除尘效率。旋风除尘器上、下行流交界面内移，即下行流区变宽，在下行流区，轴向速度的绝对值减小，粉尘粒子在旋风除尘器的有效分离区域内的停留时间增加，这对离心力分离粒子是有利的，能够提高除尘效率。
　　旋风除尘器内的阻力大大降低，旋风除尘器的阻力系数（ξ2=4.81）比常规旋风除尘器的阻力（ξ1=9.21）降低了约47%。主要原因是：电晕极使旋风除尘器内整个区域的切向速度分布曲线比常规旋风除尘器内的切向速度分布曲线变得平缓，速度的最大值与平均值都有所降低，减少了旋转动能损失，切向速度梯度减小和径向静压梯度的减小，内摩擦阻力降低，引起旋风除尘器阻力的降低。
　　
　　参考文献：?
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　　[2]张吉光，李华.旋风分离器流场的实验研究.流体机械，2002，（9）.
　　[3]亢燕铭，沈恒根.高效旋风器降阻条件下的流场特征.西安建筑科技大学学报，1997，29（1）：18-21