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旋風(fēng)除塵器提高工作效率的辦法
  
2018年6月13日   作者:三河機械

旋風(fēng)除塵器
一、整體旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)的改變
在旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)氣流中,顆粒物受離心力作用作徑向向外(朝向筒錐壁)運動,運動速度可由顆粒物所受的離心力及氣流阻力的運動方程求得。顯然旋風(fēng)除塵器分離的目的就是使顆粒物盡快到達筒錐體邊壁。因此,延長顆粒物在旋風(fēng)除塵器中的運動時間,在氣流作用下提高顆粒物與筒錐體壁相撞的概率,可以提高旋風(fēng)除塵器除塵效率。
Y.Zhu(2001年)提出在普通旋風(fēng)除塵器中增加一個筒壁,這一筒壁將旋風(fēng)除塵設(shè)備內(nèi)部空間劃分為兩個環(huán)形區(qū)域,同時,排氣芯管被移到了下方,排氣芯管中的上升氣流也變成了下降氣流,顆粒物在內(nèi)外兩個外環(huán)形區(qū)域內(nèi)都得到了分離,事實上,這種旋風(fēng)分離器相當(dāng)于將兩個旋風(fēng)子合到了一起。從理論上講,這種改進提高了顆粒物被收集的概率。Y.Zhu型旋風(fēng)除塵器試驗結(jié)果(氣流流量范圍為 10L/min~40L/min,對粒徑范圍為0.6μm~8.8μm顆粒物)與Stairmand旋風(fēng)除塵器的進行了比較有:改進后的旋風(fēng)除塵器,除塵效率得到提高,并且隨氣流流量的增加而增加;同時,對于相同無因次尺寸的旋風(fēng)除塵器來說,前者的阻力也小于后者。Y.Zhu考慮各方面因素給出相應(yīng)優(yōu)化綜合指標(biāo)得出改進旋風(fēng)除塵器性能優(yōu)于傳統(tǒng)的旋風(fēng)除塵器。這種改動后的旋風(fēng)除塵器較原有傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜。
二、在原有旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)上增加附加件
實際應(yīng)用中的系統(tǒng)都比較龐大,采用新的旋風(fēng)除塵器替代原有旋風(fēng)除塵器,勢必導(dǎo)致工程量和成本比較大?;谶@一想法,很多研究者尋找不改變原有旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu),而通過增加附加部件為提高旋風(fēng)性能。
由于旋風(fēng)除塵器對微細(xì)顆粒物效率較低,尤其對PM10(粉塵粒徑小于10μm的顆粒物)的除塵效率隨著顆粒直徑減小逐漸降低。也就是說,在旋風(fēng)除塵器的運行過程中,絕大部分微細(xì)粉塵穿透了分離區(qū)域,導(dǎo)致對微細(xì)粉塵效率下降。A.Plomp等(1996年)提出了加裝二次分離附件的一種旋風(fēng)除塵器,見圖3示意圖。二次分離附件設(shè)置在旋風(fēng)除塵器本體頂部,稱之為POC(post cyclone)。
POC二次分離作用是利用排氣芯管強旋流作用使微細(xì)粉塵受離心力作用向邊壁運動,并與擋板相撞后,通過縫隙1掉入擋板下部的殼體中,另一部分即使在一開始沒有與邊壁相撞,但由于始終受到離心力的作用,在到達POC頂部時,其中也有很大一部分通過縫隙2處而進入擋板與殼體之間的空間,隨后由于 POC中主氣流的約10﹪通過縫隙形成滲 透流,在滲 透推動下,顆粒物被吹出殼體。
研究結(jié)果得知,在特定結(jié)構(gòu)尺寸和運行條件下總效率比改進前提高了2﹪~20﹪;POC的阻力約為旋風(fēng)除塵器本體10﹪,該阻力與滲 透氣流量無關(guān)(在所給參數(shù)范圍內(nèi));對于直徑較大的旋風(fēng)除塵器,尤其在原旋風(fēng)除塵器性能不是很高的情況下,加裝POC的辦法對于提高旋風(fēng)分離的性能很有 效。POC裝置對3μm以上粉塵分離很有 效,對3μm以下的粉塵效果不顯著;滲 透流量及POC裝置的離心力對POC的性能影響顯著;采用穿孔 (較小)內(nèi)擋板可提高分離效率。
三、旋風(fēng)除塵器局部結(jié)構(gòu)改進
許多研究者通過旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣流流動研究認(rèn)為:旋風(fēng)除塵器氣流速度分布在徑向上呈軸不對稱或出現(xiàn)偏心。尤其在錐體下部靠近排塵口附近,有明顯的"偏心";排氣管下口附近,徑向氣流速度較大,有"短路"現(xiàn)象。氣流偏心或短路不利于粉塵分離。
(1) 改變進口結(jié)構(gòu)
鵬鶴環(huán)保針對旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流軸不對稱問題,將其進口由單進口改為雙進口(如圖4),通過雙進口旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場實驗研究表明,雙進口旋風(fēng)除塵器流場的軸對稱性優(yōu)于單進口旋風(fēng)除塵器,雙進口旋風(fēng)除塵器渦核變形??;雙進口旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度高于單進口約6﹪,在準(zhǔn)自 由渦區(qū)衰減也慢;雙進口旋風(fēng)除塵器排氣芯管短路流少于單進口。雙進口旋風(fēng)除塵器比單進口旋風(fēng)除塵器更有利于提高除塵效率和降低設(shè)備阻力。
針對短路流攜塵降低除塵效率的問題,鵬鶴環(huán)保等在進口結(jié)構(gòu)中采用了回轉(zhuǎn)通道(見圖5),以此降低進入旋風(fēng)除塵器空間的向心含塵濃度梯度,并對等截面和變截面兩種通道形式的氣固兩相分離進行了分析。指出采用合理回轉(zhuǎn)角度的進口回轉(zhuǎn)通道,可提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率。這種做法從結(jié)構(gòu)上把旋風(fēng)除塵器的筒體、錐體兩段分離變成進口通道、筒體、錐體三段分離。
(2) 錐體結(jié)構(gòu)改變
Rongbiao Xiang等研究了錐體尺寸對用于大氣采樣的小型旋風(fēng)除塵器的影響情況,以顆粒大小和氣流流速為變化參數(shù),對3個具有不同下部直徑錐體的旋風(fēng)除塵器測出了效率。測定結(jié)果表明:錐體下部直徑大小對旋風(fēng)分離采樣器的效率影響顯著,但是并不顯著影響不同粒徑顆粒物效率之間的變化程度。當(dāng)錐體下部開口部分直徑大于排氣芯管直徑時,該錐體參數(shù)的減小,再不明顯增加阻力的前提下,采樣效率會隨之提高;但是,由阻力測試結(jié)果還可看出錐體部分直徑不宜小于排氣芯管直徑。從理論上講,錐體下部直徑減小能引起切向速度的提高,從而離心力增加;對于具有相同筒體直徑的旋風(fēng)除塵器,若錐體開口小,則切向速度靠近錐壁,這使得顆粒能夠更好的分離,同時,如果錐體開口較小,渦流將觸及錐壁,使顆粒又有可能重新進入出氣氣流,但是由于后者與前者相比對旋風(fēng)采樣器影響較小。總之,適當(dāng)減小錐體下部直徑有利于效率的提高。為了便于新型旋風(fēng)采樣器的設(shè)計,還指出對高 效型Stairmand旋風(fēng)除塵器效率有較好預(yù)測作用的Barth 理論及Leith-Licht理論,對錐體改變旋風(fēng)采樣器的收集效率了也有良好的預(yù)測作用。

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