電暈線布置方式對靜電旋風(fēng)除塵器除塵性能影響的研究

1、.電暈線布置方式對靜電旋風(fēng)除塵器除塵性能影響的研究2000年9月第17卷第3期沈陽航空工業(yè)學(xué)院oumShenyazlgnstltuteofAeronauticalEngineering,電暈線布置方式對靜電旋風(fēng)除塵器除塵性能影響的研究王毒一(沈刖鼽牽L.業(yè)學(xué)院安全工程系)噥tl'摘要本文在對靜屯旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場及濃度場分析的基礎(chǔ)上.提出了電暈線靠近筒壁布置的構(gòu)想,并通過實(shí)驗(yàn)證明,壁面布置方式太大提高了靜電力的作用,提高丁除塵性能.明顯儻于傳統(tǒng)的中心布置電暈線方式,井從理論上給予了分析與探討.美鍵詞靜電旋風(fēng)除塵器.脒塵效率.電暈線布置方式中圖分類號:TM152文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A0引言靜電旋

2、風(fēng)除塵器是集靜電除塵器的高性能及旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉為一身的新型除塵設(shè)備.有關(guān)它的研究盡管取得了較大的進(jìn)展,但這項(xiàng)技術(shù)還遠(yuǎn)沒被完善,因此有必要對不同結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)除塵器,不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行深人的研究,以求達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì),使之早日能為環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn).本文采用雖為廣泛使用的切向折返式旋風(fēng)除塵器為試驗(yàn)?zāi)Ｐ?在對旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場及粉塵分布的測試結(jié)果的基礎(chǔ)上,協(xié)調(diào)電防塵器的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求,提出了電暈線靠近筒壁布置的構(gòu)想,并對此模型做了較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,同時與中心布置電暈線方式進(jìn)行了比較分析,證明沿壁面布置電暈線方式的優(yōu)越性.1實(shí)驗(yàn)裝置與測試方法實(shí)驗(yàn)裝置主體的切向折返式旋風(fēng)器簡體采用2】11n1厚鋼

3、板制成,外簡直徑為400rnm,簡體高600ram,切向人口高度為150ram,寬度為100mm.排氣管采用聚氯乙烯塑料管,簡體頂蓋采用6ram厚的電術(shù)板,以提高其絕緣性能.電暈極用直徑為1mm的鋼絲制做,沿壁面布置六根,其布置方式及尺寸參見圖1.圖l電暈線布置形式及簡體結(jié)構(gòu)尺寸示意圖cram整個測試系統(tǒng)由以下三個部分組成:(1)發(fā)塵和排風(fēng)系統(tǒng)發(fā)塵采用氣溶腔振動離心式發(fā)塵器.采用收稿日期:19990826作者簡介:王志(1973一),男.內(nèi)蒙,安全工程專業(yè)一_滑石粉為粉塵,其密度為2700kg/m3,介電常數(shù)為E.=60,分散度用SA-CP2型離心式粒度分布測定儀測定,分散度見表1所示,粉塵沈

4、陽航空工業(yè)學(xué)院第17卷的質(zhì)量中位徑dd=12m.排風(fēng)系統(tǒng)采用44211.No.28型離心式通風(fēng)機(jī).風(fēng)機(jī)風(fēng)量為4020/'h.氣壓為2040Pa,凈化后氣體排出室外,本實(shí)驗(yàn)人口風(fēng)速控制在215m/s范圍內(nèi),通過擋板控制風(fēng)量.表1粉塵直徑姍)質(zhì)量百分比(%)<22.1258.5S10】471O204282O30261>305.8(2)粉塵的荷電系統(tǒng)采用筒體內(nèi)懸掛的電暈線電暈放電來完成荷電.所用的直流高壓負(fù)電源由型號為CGD的塵源控制電源提供,該電源額定電壓為100kv,額定電流10mA,高壓導(dǎo)線由高壓絕緣材料一聚四氯乙烯管包裹.(3)測試系統(tǒng)采用Y一61型傾斜式

5、壓差計(jì)測定除塵器的阻力.通過測定人口管與出口管處的動壓,推算出各管路中的風(fēng)速.粉塵采樣采用等速采樣法,采樣時間為5分鐘.收塵效率采用濾膜稱重法,采用TG328A型電光分析天平.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析本實(shí)驗(yàn)的目的是為了掌握此種靜電旋風(fēng)除塵器的除塵性能,重點(diǎn)對二種布置方式進(jìn)行驗(yàn)證與分析.沿壁面電暈線布置方式的伏安特性曲線如圖2所示,其起暈電壓為10kv,擊穿電壓為30kV.1二0堪蚪圖2電暈線沿壁面布置伏安特性曲線2.1沿壁面布置方法除塵特性21.1總除塵效率與電場電壓的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)在保持發(fā)塵濃度和人口風(fēng)速不變的情況下,逐漸將電壓由OkV升至25kV,測得每種電壓下的除塵效率.然后變換人口風(fēng)速.重復(fù)做四組

6、數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3,4所示享靜餐垂眷礙量電場電l_(kV)圖3除塵效率與電壓的關(guān)系曲線電場電址lkv0圖4效率增加與電壓的關(guān)系圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同一風(fēng)速下,電壓升得越高,除塵效率越高,這在低風(fēng)速情況下尤為明顯.這與前面的理分析及國內(nèi)外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是一致的.電場電壓的升高,提高了筒內(nèi)的電場強(qiáng)度,使達(dá)到飽和荷電的粒子數(shù)增多,同時也增大了飽和粒子所受的電場力,這樣由靜電作用引起的分離速度就越大.因此,提高電場電壓,將有利于提高靜電旋風(fēng)除塵器的除塵效率.由實(shí)驗(yàn)曲線可知,當(dāng)風(fēng)速為3.4m/s時,不加電壓時效率為72%,施加25kv電壓后效率為89.9%,提高了17.9%;當(dāng)風(fēng)速為96m/s時,不加電壓與

7、施加25kv電壓后的效率分別為踟%和87%,提高了7%.但電場電壓不能無限度地提高,它受電暈極與集塵極之間的間距等條件限制,電壓過高,則發(fā)生擊穿,本裝置第3期王志:電暈線布置方式對靜電旋風(fēng)除塵器除塵性能影響的研究79的擊穿電壓為3Okv.另外由實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以看出電壓為5kV時,針對風(fēng)速3.4m/s曲線,其效率提高幅度甚微.但當(dāng)提高為lOkv時.其提高幅度較大.這說明,當(dāng)電壓低壓lOkv時,電暈極不能起暈放電或放電的程度太弱,粉塵荷電量小,所受的電場力也很小,靜電力作用甚微.當(dāng)電壓大于lOkv時,電暈放電開始,粒子受到的電場力增大,推動粉塵移向筒壁,提高了旋風(fēng)器的除塵效率.21.2除塵效率與入

8、口風(fēng)速的關(guān)系保持人口濃度不變,施加電壓不變,逐漸增大人口風(fēng)速,其調(diào)節(jié)范圍為215m/s,測得每一點(diǎn)風(fēng)速情況下的除塵效率.改變電壓,重復(fù)做五次.實(shí)驗(yàn)見圖5.tnJ囤5置寡塵效率與風(fēng)速的關(guān)系曲線從圖中我們可以看出,當(dāng)不加高壓電場時,其除塵效率特性與一般旋風(fēng)器的相一致,除塵效率隨著風(fēng)速的增大而增大,最后趨于一穩(wěn)定值.當(dāng)施加高壓后,如在l0kv25kv之問時,除塵效率隨風(fēng)速增大而有所降低,但下降幅度很小,在風(fēng)速為16m/s時趨同于不加電壓時的除生效率,在整個風(fēng)速范圍內(nèi)保持著較高的除塵效率,因此這種靜電旋風(fēng)除塵器具有較高的負(fù)荷波動適應(yīng)能力.靜電旋風(fēng)器在施加一定電壓后,如25kv時,在人風(fēng)121風(fēng)速為21

9、6m/s的范圍內(nèi).除塵效率提高l_8%到20%,在較低風(fēng)速時,提高幅度較大.風(fēng)速越大,除塵效率越低,這與一般電除塵器的效率特性是相一致的.很明顯,當(dāng)風(fēng)速增大時,雖然離心力有所增加,但同時粉塵在除塵器筒體內(nèi)的停留時間縮短.粉塵來不及充分荷電,電場力的作用得不到充分發(fā)揮;另外,由于風(fēng)速的增大,簡體內(nèi)紊流作用及灰斗內(nèi)灰塵返混等的影響也限制了除塵效率的提高.在本實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi),當(dāng)風(fēng)速大于16m/s時,返混作用已不能忽略.當(dāng)風(fēng)速較小時,旋風(fēng)的分離作用就不大了,靜電作用對除塵起決定作用,這時靜電旋風(fēng)除塵器就如同管式靜電除塵器了.圖中電壓為5kv時除塵效率隨著風(fēng)速變化的曲線不同于其它加電壓后的曲線,而類似于不加

10、電壓時的曲線形式,這主要是當(dāng)電壓小于lOkV時,役有發(fā)生電暈放電,靜電作用很微弱造成的.22中心懸掛電暈線方案的對比實(shí)驗(yàn)研究改造原模型的電暈線布置結(jié)構(gòu),在排氣管中問懸掛一根直徑為lrnm的鋼絲做為放電極.將施加25kv電壓,保持發(fā)塵濃度不變的情況下,變換風(fēng)速測得在不同風(fēng)速下的除塵效率與沿壁面布置電暈線在同一狀況下的除塵效率曲線同畫于一張圖上,進(jìn)行比較,從圖6中可以看到,中心懸掛方式在加電壓25kv時,除塵效率有了較大提高,但提高幅度明顯低于沿壁面布置方式,且在12m/s的風(fēng)速時就趨同于不加電時的除塵效率.在同等電壓下,原l沿壁布置方式比中心布置方式的效率高3%5%,且曲線較為平穩(wěn),保持較高的效

11、率.分析其原因如下:(1)旋風(fēng)器內(nèi)流動路徑復(fù)雜.呈高度紊流狀態(tài).此時對于微小粉塵無論是電場力還是離心力都被氣流的渦流及紊流所掩蓋.做著不規(guī)律運(yùn)動,只有靠近邊壁的微細(xì)粉塵才有機(jī)會進(jìn)入邊界層而被搜集,而靠近中心排氣管下面的粉塵由于被上旋高速氣流攜帶,荷電后很快溢出,靜電力起的作用甚微.(2)中心布置電暈線很難使在邊壁旋轉(zhuǎn)的粉塵完全荷電,另外在進(jìn)口處內(nèi)筒與外筒之間的電場死角處,也無法荷上足夠的電荷.沿壁面布置電暈線可使粉塵荷上更多的電荷.(3)靠近壁面布置,由于縮小了極間距,因此不用太高的電壓即可形成很強(qiáng)的電場強(qiáng)度,提高了靜電作用力.(4)從旋風(fēng)器濃度場測試結(jié)果分析,徑向濃度遠(yuǎn)沒達(dá)到Leith所設(shè)想

12、的均勻分布,并且在連壁附近形成灰環(huán)其濃度要大于中心區(qū)十幾倍80沈陽航空工業(yè)學(xué)院第l7卷之多.因此對此部分粉塵的收集應(yīng)成為首要目標(biāo).直接將放電極置于灰環(huán)附近,可直接作用于_軛塵濃度區(qū),提高收集效率.圈6二種電暈線布置方式的對比實(shí)驗(yàn)因此可以說在同等'隋況下,沿壁面布置電暈線要優(yōu)于中心布置方式,可使粉塵充分荷電,增加了靜電力的分離作用.3結(jié)論通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們可以得到靜電旋風(fēng)器的如下除塵特性:(1)靜電旋風(fēng)除塵器在保證足夠的停罄時間的條件下,能有顯著地提高除塵效率,而不增加系統(tǒng)的阻力,且有很強(qiáng)的實(shí)用價值.(2)此種靜電旋風(fēng)除塵器模型在小于16m/S的風(fēng)速范圍內(nèi)都保持著較高的除塵效率.風(fēng)速

13、越低,除塵效率越高.在氣體負(fù)荷變動的情況下仍能保持著較高的除塵效率,因此非常適應(yīng)于負(fù)荷波動大的工業(yè)窯爐和民用鍋爐上.(3)由兩種屯暈線布置方式的對比實(shí)驗(yàn)可知,沿壁面布置電暈線要優(yōu)于中心懸掛暈線布置方式,同等電壓下,更能充分發(fā)揮其靜電力作用.參考文獻(xiàn)1PW.DiemElectrostaticallyEnhancedCycloneSeparatorspowderThnoogy.i982,3i2王志,欒昌才靜i乜旋風(fēng)除生器除塵機(jī)理的研究煤礦安生,l997,28(1i)3王甚.靜電旋周腺塵器性能的理論及宴驗(yàn)研究.東北大學(xué)碩士論文.I9984雁純熙.強(qiáng)英等.旋風(fēng)除塵器流場和濃度場的測腰丹析,道風(fēng)除坐,1992f1)TheStudyontheEffectofCoronaElectrodeLayoutontheDustingPerformanceofElectr0cycl0neWANGZhiABSTRACtInthispaper.bascdontheanalysistheflowandtheconce13.tratlon.fieldsofeltrocydone.anewcoronaelectrodelayoutisdevelopedforenhancingtheelectrostaticforcesinordertoilnproveeltrocy