摘 要：为了改善大气环境，在现有工业通风除尘方式的基础上，将旋风除尘器与布袋除尘器相组合，构成旋风布袋联合除尘试验台，并以某热电厂排灰为样灰，通过改变样灰的浓度、质量和种类，利用联合除尘试验台试验研究在不同状态下含尘气流中PM2.5、PM10的去除效率，以确定旋风布袋联合除尘效果。
关键词：工业除尘；布袋除尘器；旋风除尘器；旋风布袋联合除尘试验台
工业通风是控制工业污染物对室内外空气环境影响和破坏的一门技术，其任务是有效控制污染源散发的粉尘和有害有毒气体，使工作场所或生活环境的粉尘和有害气体浓度控制在标准浓度规定值以下，以保证环境高质量，保障人们的身体健康。随着电厂容量越来越大，用煤量增多，燃煤锅炉产生的烟气使许多城市和地区大气环境质量严重恶化，加强对燃煤电厂排出的废气进行除尘十分重要。为了从源头改善环境污染问题，我们对目前的除尘方式进行优化，选择旋风布袋联合除尘器为研究对象对其除尘效率进行分析。
1 除尘器的除尘原理
1.1旋风除尘器的除尘原理
旋风除尘器是一种干式除尘器，主要原理是通过离心力和重力来进行除尘。当含尘气体进入旋风除尘器筒体后，沿外壁由上而下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外涡旋。在这一过程中，含尘气流中的尘粒质量远大于气体质量，尘粒受较大离心力的作用而碰向筒体壁面，又在重力的作用下落入灰斗。含尘气体外涡旋运动到筒底之后，转变为内涡旋沿筒体向上运动，其中大部分尘粒已在外涡旋的运动过程中除去，得到较干净的气体。之后，较干净的气体沿筒体轴线自下向上旋转，经排风口排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋。
1.2 袋式除尘器的除尘原理
袋式除尘器也属于干式除尘器，是利用纤维加工而成的袋式过滤原件（滤袋）进行过滤除尘。含尘气体进入滤袋之后，在滤袋内表面将粉尘分离捕集，净化后的空气透过滤袋从排气筒排出。由于滤料本身网孔直径较大，一般为 20 μm～50 μm，所以新制滤袋的除尘效率不高，只有待滤袋有了粉尘初层后除尘效率才会高。也就是说，含尘气体经过滤料时，气体中的粉尘一部分由于惯性碰撞直接落入灰斗中，另一部分则被阻留在滤料外表面，随着附着在滤料外表面的粉尘量增加，会在滤料表面形成粉尘初层。袋式除尘器的过滤作用就是依靠粉尘初层进行的。
1.3 旋风布袋除尘器的除尘原理
旋风布袋除尘器是将旋风除尘器与袋式除尘器串联，以旋风除尘器为粗除尘设备、袋式除尘器为细除尘设备的联合除尘器。该联合除尘器包括了上述旋风除尘器和袋式除尘器的全部构造及特点。含尘气体进入旋风除尘器，在重力和离心力共同作用下完成对含尘气体的粗除尘，粗除尘的气体进入布袋除尘器后，通过滤袋外表面的粉尘初层，一部分被阻留并附着在滤袋外表面继续形成粉尘初层，另一部分由于惯性碰撞落入灰斗中，净化的气体则从滤袋内部排出。
2 联合除尘试验台除尘效率研究
2.1试验装置
联合除尘试验台主要由风机电机、风机、出风管、除尘工作区、落灰斗、操作台、进风管、钢丝橡胶软管、投料口、进风管、圆筒体、圆锥体、灰斗等组成，具体装置如图1所示。
2.2 试验目的
试验以含尘气体中 PM2.5和 PM10浓度为指标，定量评价旋风布袋联合除尘试验台效率。公式如下：
式中：η 为联合除尘试验台效率；ρ1为联合除尘试验台进风口气体密度；ρ2为联合除尘试验台出风口气体密度。
2.3 试验步骤
步骤一，用浓度仪正确连接试验台和电脑设备，注意浓度仪导管与气流方向相反安装；步骤二，调节风量调节阀，打开风机，记录此时风速；步骤三，风机运行10 min 后，将试验样灰 1 均匀、缓慢地放入旋风除尘器粉尘盒；步骤四，观察显示器上进、出风口浓度变化曲线，待曲线不再变化时，将浓度变化曲线导出为表格形式；步骤五，彻底关闭风机后，启动气泵，进行反吹清灰；步骤六，重复步骤二至步骤五3次；步骤七，保持风机风速不变，选用试验样灰2重复步骤三至步骤五；步骤八，继续使用试验样灰2，改变风机风速，重复步骤三至步骤五3次；步骤九，先关闭风机、气泵，然后关闭设备总电源。
2.4 试验数据汇总
（1）相同风量下，同种灰尘进行不同试验次数，分析除尘效率。试验时，我们进行了大量重复的试验，在此选择了4组试验数据进行试验分析。第一次试验分析的结果见表1；第二次试验分析的结果见表2；第三次试验分析的结果见表3；第四次试验分析的结果见表4；不同次数试验结果对比分析见图2。
表1 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表（试验一）
表2 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表（试验二）
表3 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表（试验三）
图1 旋风布袋联合除尘试验台
表4 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表（试验四）
由图 2 可以看出，在相同风量、相同质量的同种灰尘的 4 次试验中（每次试验都未清灰），PM2.5、PM10的除尘效率呈上升趋势。由此可以得出结论：在袋式除尘器清灰过程中，同种灰体在同一风量的抽吸下进行除尘，随着试验次数的增加，除尘效率逐步增加并趋于稳定，但如果次数过多时，试验设备积攒灰尘太多，难以清理，导致除尘效率下降。
（2）同种灰尘在不同流量的情况下，除尘效率的对比分析。
第一，联合除尘器风量的计算。查阅资料得知，皮托管的测量原理如图3所示，在试验室我们测得的联合除尘器有两个截面——Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ（如图3所示）。在皮托管探针前，Ⅰ—Ⅰ截面没有任何流动截面的影响，尘埃流体光束是平行的，它们形成一个定期的流速分布，对等于静压各点的横截面；Ⅱ—Ⅱ截面流动受到影响，流体流束密集，气流的流速加快，其静压降低。由2个截面上的伯努利方程整理得到的公式为：
式中：P2为总压力，Pa；P1为静压力，Pa。如图 3 所示，若在物体 B 点开一个孔，由于均匀流场中静压力相等，则 P1＝P2＝P0；令 P2＝P1，v1＝v，则式（2）就变成为：
式中：P-P0为流场中某一点流体的动压力。第二，风量计算。试验装置的进气管道直径D=0.1m，气流密度ρ=1.30 kg/m3，试验数据与计算的结果如表5所示。
第三，计算结论分析说明。试验过程中，由于设备及条件的限制，我们做了一些数据的简略估算。首先，忽略了含尘气流的密度变化。正常情况下，试验中整个含尘气流的密度ρ是应该发生变化的。其次，忽略了含尘气流在整个除尘过程中的压降损失。正常情况下，试验中含尘气流从管道的进口到出口，气流的流量是不一致的，但考虑到试验室的试验装置比较小，滤袋的面积也比较小，我们把计算的修正系数都考虑为 1，忽略了这一部分压降损失。通过这些数据的简化，能够方便地计算出所需要的风量。
第四，相同质量不同流量的含尘气流的试验分析。相同质量浓度的含尘烟气在不同的流量下，分析其除尘效率是分析袋式除尘器性能的重要指标，所以要进行其除尘效率对比。在 0.013 m3/s 的流量下，30 g灰尘的除尘效率分析结果见表 6；在 0.018 m3/s 的流量下，30 g 灰尘的除尘效率分析结果见表 7；在 0.022 m3/s的流量下，30 g 灰尘的除尘效率分析结果见表 8；相同质量不同流量的含尘气流的试验结果分析对比结果见图4。
图2 4次试验PM2.5、PM10除尘效率折线图
图3 皮托管原理图
表5 试验数据统计表
表6 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表
（流量为0.013 m3/s）
表7 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表
（流量为0.018 m3/s）
表8 PM2.5、PM10的质量浓度及除尘效率分析表
（流量为0.022 m3/s）
通过以上3组试验，我们得出了相应的数据并建立了相应的数据表格。通过以上表格，可观察到一些数据的变化，为了更直观地反映这种变化，用数据统计曲线图来进行走势分析（见图4）。从图4可以看出：袋式除尘器的除尘效率随着含尘气体流量的增加而增加。但在实际生产过程中，风量和风速都不能太大。风速太大含尘气流的流速就会过大，一方面会使袋式除尘器的滤料发生抖动容易脱落，另一方面会把吸附在滤料表面的粉尘以及粉尘初层吹掉，反而降低除尘效率。所以，在使用过程中，应选择适当的风量、风速来进行除尘，千万不能适得其反。
图4 除尘效率走势对比图
3 结论
旋风布袋联合除尘器开辟了工业通风除尘新方向，是工业通风除尘新方式，具有良好的应用前景。通过定量分析旋风布袋联合除尘试验台在各工况下的除尘效率，得出旋风布袋联合除尘试验台的除尘效率在同类同质量灰体及相同风量的抽吸下随着除尘次数的增加而增加并逐渐稳定，并且不随粉尘种类的改变而改变的结论。旋风布袋联合除尘器具有效率高、运行安全、对粉尘种类要求低等优点，可以大批生产制造旋风布袋联合除尘器并广泛投入使用，改善现有除尘方式，提高除尘效率，降低空气污染物的排放。
