静电旋风除尘器与普通旋风除尘器的性能对比

　　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。静电旋风除尘器上、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 静电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 除尘设备的除尘效率，对于锅炉 脱硫除尘具有很大的意义。
　　静电旋风除尘器内的阻力大大降低，静电旋风除尘器的阻力系数（ξ2=4.81）比常规 多管旋风除尘器的阻力（ξ1=9.21 ）降低了约47%。主要原因是：电晕极使静电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，引起静电旋风除尘器阻力的降低。
一、提高除尘效率
　　静电旋风除尘器是指在旋风除尘器内安装电晕极，工作原理是利用工作时的离心力和电场力的共同作用下分离含尘粒子。静电旋风除尘器的静态工况是指旋风除尘器内安装的电晕极不加电压的运行工况，此时的除尘效率称为静电旋风除尘器的静态除尘效率。通过对常规旋风除尘器和静电旋风除尘器两种情况分别进行各种入口风速下的静电除尘效率实验，得到了安装电晕极对静电旋风除尘器静电除尘效率影响的数据比较。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静电旋风除尘器，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/m3左右。测试结果见下图：

图1　旋风除尘器入口风速与除尘效率的关系
　　通过实验对比，得出的结论是，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，静电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。
　　因此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。
二、改善阻力特性　　
　　在旋风除尘器内安装电晕极，不仅能提高除尘效率，而且同时具有降低阻力的作用，阻力比较图如下：

图2 常规旋风除尘器和静电旋风除尘器的阻力比较
　　计算可得静电旋风除尘器的阻力系数ξ2=4.81，常规旋风除尘器的阻力系数ξ1=9.21，静电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%。很明显，在电晕极的作用下静电旋风除尘器的阻力特性得到了大幅的改善，对于节能具有极为重要的现实意义。静电旋风除尘器相比较常规旋风除尘器，具有更低的阻力。
　　因此，将电晕极安装在常规旋风除尘器内，具有增效降阻的作用，下面接着具体分析原因。
三、增效降阻的原因
　　轴向速度分影响了粒子在静电旋风除尘器内有效分离区域的停留时间，同时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，因此，就对颗粒的除尘效率产生了影响。
　　旋风除尘器内的流动阻力主要由进口局部阻力、旋风筒内旋涡流场中的阻力、排气芯管内的流动阻力这三部分组成。
　　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（称静电旋风除尘器）两种情况在相同的入口流速下进行了流场测试，得出了电晕极安装前后旋风除尘器内三维速度分布的变化规律。
流场测试仪器为五孔探针，流场的部分测试结果见图3、图4。图中右侧的编号为测试断面编号，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。

图3 常规旋风除尘器和静电旋风除尘器的切向速度与轴向速度分布，VT为切向速度，VZ为轴向速度

图4 常规旋风除尘器和静电旋风除尘器的径向速度与静压分布，VR为径向速度，PS为静压
1.切向速度的作用
　　由图3可知，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[3]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。
　　粉尘的分离是靠离心力的作用，离心力与粉尘粒子的切向速度的平方成正比。分析不同径向位置颗粒受力情况及轴向速度的分布特点，作者认为，下行流区是旋风除尘器的主要有效分离区域，除尘效率的高低不是仅仅由切向速度的峰值的大小决定的，而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。同时，由于在静电旋风除尘器内的整个流动区域，平均切向速度明显降低，尤其是内漩涡区的切向速度大幅度减小，使得旋转动能损失减小，这不仅在除尘器本体内，而且在排气管内，由于旋转流动的减弱必然也会减小旋转动能损失。同时，由于速度梯度的降低，使得内磨擦阻力减小，这两方面的作用，必然引起静电旋风除尘器阻力的减小。
2.轴向速度的作用
　　由图3中的轴向速度分布可知，静电旋风除尘器上、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，这说明粉尘粒子在静电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，有利于静电旋风除尘器的减阻。
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，静电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和通常的 布袋除尘器，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。这必然引起静电旋风除尘器的降低。