旋風除塵器性能分析論文

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一、旋風除塵器的表態除塵效率

旋風除塵器利用離心力和電場力的共同作用分離粒子。旋風除塵器內安裝電暈極（稱旋風除塵器）但不加電壓的運行工況稱為旋風除塵器的“靜態”工況，此時的除塵效率稱為旋風除塵器的靜態除塵效率。為了研究安裝電暈極對旋風除塵器除塵效率的影響，對常規旋風除塵器和旋風除塵器兩種情況分別進行了各種入口風速下的除塵效率實驗。常規旋風除塵器選用長筒體型，筒體直徑為40mm、入口尺寸為270×110mm，排灰口直徑為116mm。排氣管直徑為200mm，排氣管插入深度460mm。在常規旋風除塵器內安裝電暈極構成旋風除塵器，電暈極由15根直徑4mm鋼筋構成網狀結構并固定在排氣管上。實驗粉塵為400h目滑石粉，發塵濃度控制在5g/m3左右。

常規旋風除塵器安裝電暈極后除塵效率明顯提高，除塵效率的變化規律與常規旋風除塵器除塵效率的變化規律相同，即先隨著入口風速的增加而增加，至一最佳運行工況后，除塵效率又有所降低。常規旋風除塵器最佳運行工況在入口風速V=17m/s左右，此時，其總除塵效率達到了80%；而安裝電暈極以后，旋風除塵器的靜態最佳運行工況約在入口風速V=20m/s左右，靜態總除塵效率達到約85%，增幅為6.3%左右。這說明僅僅安裝電暈極而不加電壓，就能使旋風除塵器的除塵效率明顯提高電暈極。在旋風除塵器內具有提高效率的作用。

二、旋風除塵器的阻力

由上述可知，電暈極在旋風除塵器內具有提高效率的作用，通過實驗發現，電暈極在旋風除塵器內也具有降低阻力的作用。

旋風除塵器阻力系數ξ2=4.81，常規旋風除塵器的阻力系數ξ1=9.21，即旋風除塵器的阻力系數比常規旋風除塵器的阻力系數降低了約47%。因此，靠電暈極的作用，較好的改善了旋風除塵器的阻力特性，與常規旋風除塵器相比，旋風除塵器是一種低阻力的粒子分離設備，這對于節能具有極為重要的實際意義。

綜上所述，在常規旋風除塵器內安裝電暈極，具有降低阻力和提高靜態除塵效率（稱為“降阻增效”）的作用，為什么電暈極會對旋風除塵器的阻力和效率有這么大的影響呢？下面將進行分析。

三、電暈極降阻增效的原因分析

切向速度的大小和徑向速度分布直接影響顆粒分離的效率，同時軸向速度分離影響了粒子在旋風除塵器內有效分離區域的停留時間，必然對顆粒的除塵效率產生較大的影響。

旋風除塵器流動阻力主要由三部分組成：即進口局部阻力、旋風筒內旋渦流場中的阻力、排氣芯管內的流動阻力。

可見，旋風除塵器的阻力和除塵效率與其內部的流場分布密切相關，要分析電暈極降阻增效的原因，就需要知道旋風除塵器內的流場分布。

為了研究電暈極安裝前后旋風除塵器內三維速度分布的變化規律，分別對旋風除塵器內不安裝電暈極（稱常規旋風除塵器）和旋風除塵器內安裝電暈極（稱旋風除塵器）兩種情況在相同的入口流速下進行了流場測試，流場測試儀器為五孔探針，在除塵器錐體部分及其他一些位置，電暈極比較密集，有的地方五孔探針無法插入，測點適當減少。某些斷面在半徑的二分之一到三分之一處均無法讀取數據（4、5孔的壓力不能調到平衡），分析認為由于電暈極對于筒體內流場的擾動，這些位置氣流較為紊亂，使4、5孔無法保持壓力平衡。

1．切向速度的作用

安裝電暈極后，切向速度的分布變得平緩、峰值降低。內渦旋不再是強制渦流動，文獻也得出了類似的結論。另外，內外渦旋交界面半徑明顯外移，即內外渦旋交界面直徑由常規旋風除塵器的0.5de外移為1.2de(de為排氣管直徑)。在筒體和錐體的上半部，下行流區的切向速度有所增大，上行流區的切向速度明顯減小，在除塵器內的整個流動區域，平均切向速度明顯降低。

2．軸向速度的作用

旋風除塵器上、下行流交界面內移，即上行流區變寬。在下行流區，軸向速度的絕對值減小，這說明粉塵粒子在旋風除塵器的有效分離區域內的停留時間增加，這對離心力分離粒子是有利的，能夠提高除塵效率。另外，軸向速度梯度減小，內摩擦阻力降低，有利于旋風除塵器的減阻。

3．徑向速度及壓力分析的作用

徑向速度分布比較紊亂，尤其在電暈極附近，徑向速度分布與常規旋風除塵器相比有較大波動。徑向速度方向基本都是向心的，其值的大小與常規旋風除塵器相比沒有明顯的規律，大多數稍微小于原旋風除塵器的相應值，由于切向速度和徑向速度對粒子的分離起著相反的作用，前者產生離心力使粒子做向外筒壁的徑向運動，后者則使粒子做向心的徑向運動從而進入內漩渦。徑向速度值的減小可提高除塵效率。

就靜壓而言，旋風除塵器下行流區的靜壓值比常規旋風除塵器略低（絕對值增大）；在排氣管底部附近，上行流區靜壓值比常規旋風除塵器增加顯著（絕對值減小），大大高于常規旋風除塵器，總的結果是徑向上壓力梯度減小。

安裝電暈極后，徑向靜壓梯度的減小，意味著液體無論是作旋轉運動還是作軸向流動，各流層間來自外界的法向作用力減小，使得內摩擦阻力降低。這必然引起旋風除塵器的降低。

四、結論

在旋風除塵器內的特定位置上安裝電暈極，在不加電壓的“靜態”條件下，能使旋風除塵器的除塵效率提高約6%。原因是：電暈極對旋風除塵器內的流場分布產生了較大影響，在下行流區切向速度較常規旋風除塵器流場的切向速度稍微增大，下行流區是旋風除塵器的主要有效分離區域，除塵效率的高低主要是由下行流區的切向速度的大小決定的。因此，電暈極對下行流區的切向速度產生的影響（下行流區的切向速度增大）有利于提高除塵效率。旋風除塵器上、下行流交界面內移，即下行流區變寬，在下行流區，軸向速度的絕對值減小，粉塵粒子在旋風除塵器的有效分離區域內的停留時間增加，這對離心力分離粒子是有利的，能夠提高除塵效率。

旋風除塵器內的阻力大大降低，旋風除塵器的阻力系數（ξ2=4.81）比常規旋風除塵器的阻力（ξ1=9.21）降低了約47%。主要原因是：電暈極使旋風除塵器內整個區域的切向速度分布曲線比常規旋風除塵器內的切向速度分布曲線變得平緩，速度的最大值與平均值都有所降低，減少了旋轉動能損失，切向速度梯度減小和徑向靜壓梯度的減小，內摩擦阻力降低，引起旋風除塵器阻力的降低。

【摘要】本文根據旋風除塵器內三維速度分布的測試結果，分析了電暈極的安裝對旋風除塵器除塵效率和阻力的影響。在特定的位置上安裝電暈極能使旋風除塵器內的速度分布更有利于提高離心力的分離作用，通過測試可知，在安裝電暈極但不加電壓（稱“靜態”）的條件下，能使旋風除塵器的除塵效率提高約5%～6%，同時，由于安裝了電暈極，改善了旋風分離內的速度分布，使旋風除塵器內的阻力大大降低，旋風除塵器的阻力系數（ξ1=4.81）比常規旋風除塵器的阻力系數（ξ2=9.21）降低了47%。

【關鍵詞】旋風除塵器除塵效率阻力電暈極降阻增效原因

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