离心脉冲静电除尘是将高压脉冲静电除尘与旋风除尘相结合的新除尘技术,它具有除尘效率高、结构简单等特点,可广泛应用于化工、冶金、建材等行业,应用前景广阔。除尘器的结构决定其内部流场、浓度场分布。通过颗粒浓度场的研究,可以为优化离心脉冲静电除尘器的结构、分析其分离机理和改善除尘性能等提供重要依据。目前国内外对旋风除尘器的测试分析研究[1 —4 ]做了一定工作,并获得了
一些成果,而对离心脉冲静电除尘器的颗粒浓度场测试研究还未开展。本文作者在离心脉冲静电除尘器性能研究[3 ,4 ]的基础上,对离心脉冲静电除尘器内的浓度场进行测试分析研究,得出了在一定切向入口风速、工作电压、入口粉尘浓度下其颗粒浓度场分布规律及实测回归方程。
1 实验装置及测试方法
111 模型装置
离心脉冲静电除尘器实验装置系统见文献[5 ,6 ] 。除尘器内颗粒浓度场每测试断面上测试点布置如图1 所示,轴向测试断面布置如图2 所示。
图1 断面径向测试点布置
Fig1 1 Measuring point layout in cross
section radial direction
除尘器筒体上0°、90°、180°和270°4 个方位设有
图2 轴向测试面布置图
Fig1 2 Measuring plane layout in axial direction
测试孔,筒体沿轴向共有7 个水平断面,每2 个测试断面相距200 mm ,每2 个径向测试点相距40 mm ,可进行颗粒浓度场的测试。
112 浓度采样装置
采样系统由采样头、滤膜盒、调节阀、浮子流量计、稳压瓶及抽气机组成。其中采样头是用细玻璃管弯制而成的,取样口径为315 mm。采样系统如图
3 所示。
图3 采样系统
Fig1 3 Sampling system
113 测试方法
除尘器内每测试点浓度根据等速采样原理进行采样[5 ] 。除尘器内为三维旋转速度场,由于本实验技术条件限制,难以做到采样头正对气流方向,只能做到正对切向速度方向。每次采样由浮子流量计控制抽气泵的抽气量,尽量保证采样头入口风速与此
点的切向速度相等。试验时入口粉尘浓度控制在310 g/ Nm3 ,采样1 min ,每点采样至少重复3 次。气流入口速度保持一定,脉冲直流基础电压为80 kV ,脉冲幅值为基础直流的2 倍, 脉冲宽度为10 —30μs[7 ] 。粉尘是事先烘干的滑石粉,过滤器中的滤
膜也事先烘干称重,收集粉尘后再烘干称重,得到收尘量,再除以采样流量,即可得出该点的含尘浓度。粉尘取样及滤膜处理严格按有关规定要求进行。2 颗粒浓度场测试结果与分析
211 切向速度分布
为了确定采样速度,需要先测定除尘器内各测试点的切向风速。在气流切向入口速度保持一定时,测定的结果表明,除尘器内切向速度分布形式在内旋流呈准强制涡分布,外旋流呈准自由涡分布,内外旋流交界面的切向速度为最大。在准自由涡区[6 ]
vt = k ( D/ ri) nvi
式中:
vt ———切向速度(m/ s) ;
D ———筒体直径400 mm;
vi ———切向入口风速(m/ s) ;
ri ———测试点半径(m) 。
实测数据回归分析得到在外旋流准自由涡区所
得n = 0125 —016 , k = 018 —112。实验结果与前人
的[1 —4 ]相近。
212 除尘器颗粒浓度场分布
根据对除尘器筒体不同截面, 0°、90°、180°和270°4 个方位颗粒浓度测试,得到了除尘器粉尘浓度分布,除螺旋形灰束附近区域外,整个浓度场基本上是轴对称的。选取0°方位进行详细颗粒浓度测试,每个测试点浓度取样重复3 次,计算出粉尘浓度
并求出平均值。测定的条件:气流切向入口速度为9114 m/ s ,脉冲直流基础电压为80 kV。离心脉冲静电除尘器颗粒浓度沿径向、轴向分布测试结果见图
4 和图7 ,其颗粒浓度分布回归方程为:
C = Ci·exp (113559 x1 + 317 x2 – 318855)
式中:
C ———颗粒浓度场粉尘浓度(g/ Nm3) ;
Ci ———入口粉尘浓度(g/ Nm3) ;
x1 ———测试断面的径向位置(由轴心到筒壁)
(m) ;
x2 ———测试断面的轴向位置(由1 # 断面到7 #
断面并以1 # 断面为基准面) (m) 。
为了研究其浓度分布特点,在保持相同的气流切向入口速度9114 m/ s 时,测定了旋风除尘器颗粒浓度沿径向、轴向分布测试结果如图5 和图8 所示。旋风静电除尘器颗粒浓度沿径向、轴向分布测试结果如图6 和图9 所示。
从图4 和图7 可看出,离心脉冲静电除尘器颗粒浓度场沿径向从中心向壁面浓度递增,轴心附近
图4 离心脉冲静电断面径向浓度分布
Fig. 4 Concentration distribution in
radial direction of CIESP
图5 旋风断面径向浓度分布
Fig. 5 Concentration distribution in radial
direction of cyclone
图6 旋风静电断面径向浓度分布
Fig. 6 Concentration distribution in radial direction
of cyclone with static electricity
的浓度只有边壁浓度的几分之一。沿轴向从上往下浓度递增。实验还发现1 # 、7 # 断面浓度分布规律性不强。这是因为1 # 断面距入风口较近,从而引起浓度的混乱,而7 # 断面距筒底较近,除尘器的气流返混现象较明显,也引起浓度的混乱。
对比图4、图5 与图6 ,可发现离心脉冲静电除尘器内各测试点的粉尘浓度明显低于旋风静电的,而旋风静电的明显低于旋风的。这是由于在脉冲电晕放电下,粉尘荷电及被极板收集的速度很快,体现了脉冲供电的高除尘效率。观察边壁的粉尘浓度,
有同样的规律。旋风除尘器边壁的粉尘浓度低于旋风静电的,而旋风静电的高于旋风脉冲静电的。这是因为粉尘采样嘴中心距边壁有一小段距离,旋风除尘器内粉尘在离心力的作用下到达边壁,但在气流的作用下有二次返流的现象。而离心脉冲静电及旋风静电除尘器内粉尘在离心力和电场力的作用下到达边壁,由于极板电场力的吸附作用,粉尘二次返流的较小,又因为脉冲供电情况下板电流密度更高,分布更趋均匀,且粉尘的荷电量更大,极板对粉尘的吸附力就更强些,粉尘二次返流现象更小,所以测得浓度最低。
由图4 可看出,从012 r/ R 至018 r/ R ,1 # 至4 #
断面的各点浓度基本不变,径向浓度几乎趋向均匀。并且在017 r/ R 处有所降低,而旋风静电、旋风的浓度分布无此现象。这主要是脉冲供电在起作用。从图7、图8 和图9 可知,在同一径向距离上,粉尘浓度随高度下降而增加,其曲线的斜率也随高度
下降而增加。但旋风脉冲静电的轴向浓度最低,曲线的斜率也随高度下降增加最慢。
图7 离心脉冲静电轴向浓度分布
Fig. 7 Concentration distribution in axial
direction of CIESP
通过上述测定分析,电场力对粉尘浓度分布有一定的影响,其粉尘浓度分布规律与旋风除尘器的有所不同。电场力可充分降低除尘器内粉尘浓度,使其粉尘浓度分布趋向均匀。
3 结论
离心脉冲静电除尘器内粉尘运动一部分呈浓度
图8 旋风轴向浓度分布
Fig. 8 Concentration distribution in axial
direction of cyclone
图9 旋风静电轴向浓度分布
Fig. 9 Concentration distribution in axial
direction of cyclone with static electricity
极高的束状螺旋运动进入灰斗,其余呈分散分布,分散分布粉尘沿半径从中心向外递增,外壁浓度较大,同一半径的柱面上,浓度随高度下降而递增,整个浓度场,除灰束区域外,大致呈轴对称分布。在相同的切向入口风速下,离心脉冲静电除尘器内分散分布粉尘浓度明显低于旋风及旋风静电的,除尘器内粉尘浓度分布几乎趋向均匀。
参考文献
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通风除尘,1992 , (1) :5 —11
[2 ] 唐纯熙. 旋风器中两相流场粉尘粒度分布测试及粉尘分
离过程分析. 通风除尘,1993 , (3) :1 —5
[3 ] 谭天佑,梁凤珍. 工业通风除尘技术. 北京:中国建筑工
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[4 ] 柳绮年,等. 旋风分离器三维流场的测定. 力学学报,
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STATICS , DIALIAN , 2001. 339 —342
[6 ] 李济吾,蔡伟建,董冰岩. 离心脉冲静电除尘模型的除尘
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[7 ] 李济吾,等. 电除尘器高压脉冲供电收尘技术研究. 环
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