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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度可由顆粒物所受的離心力及氣流阻力的運(yùn)動(dòng)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(dá)筒錐體邊壁。因此，延長(zhǎng)顆粒物在旋風(fēng)除塵器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(gè)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(gè)環(huán)形區(qū)域，同時(shí)，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(gè)外環(huán)形區(qū)域內(nèi)都得到了分離，事實(shí)上，這種旋風(fēng)分離器相當(dāng)于將兩個(gè)旋風(fēng)子合到了一起。從理論上講，這種改進(jìn)提高了顆粒物被收集的概率。Y.Zhu型旋風(fēng)除塵器試驗(yàn)結(jié)果(氣流流量范圍為 10L/min～40L/min，對(duì)粒徑范圍為0.6μm～8.8μm顆粒物)與Stairmand旋風(fēng)除塵器的進(jìn)行了比較有：改進(jìn)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(shí)，對(duì)于相同無(wú)因次尺寸的旋風(fēng)除塵器來(lái)說(shuō)，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(jìn)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(dòng)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(shí)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(shì)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?cè)行L(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)，而通過(guò)增加附加部件為提高旋風(fēng)性能。
由于旋風(fēng)除塵器對(duì)微細(xì)顆粒物效率較低，尤其對(duì)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(shuō)，在旋風(fēng)除塵器的運(yùn)行過(guò)程中，絕大部分微細(xì)粉塵穿透了分離區(qū)域，導(dǎo)致對(duì)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(jiàn)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(chēng)之為POC(post cyclone)。
POC二次分離作用是利用排氣芯管強(qiáng)旋流作用使微細(xì)粉塵受離心力作用向邊壁運(yùn)動(dòng)，并與擋板相撞后，通過(guò)縫隙1掉入擋板下部的殼體中，另一部分即使在一開(kāi)始沒(méi)有與邊壁相撞，但由于始終受到離心力的作用，在到達(dá)POC頂部時(shí)，其中也有很大一部分通過(guò)縫隙2處而進(jìn)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(guò)縫隙形成滲 透流，在滲 透推動(dòng)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(yùn)行條件下總效率比改進(jìn)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(wú)關(guān)(在所給參數(shù)范圍內(nèi))；對(duì)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(duì)于提高旋風(fēng)分離的性能很有 效。POC裝置對(duì)3μm以上粉塵分離很有 效，對(duì)3μm以下的粉塵效果不顯著；滲 透流量及POC裝置的離心力對(duì)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(jìn)
許多研究者通過(guò)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣流流動(dòng)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(duì)稱(chēng)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(jìn)口結(jié)構(gòu)
鵬鶴環(huán)保針對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流軸不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，將其進(jìn)口由單進(jìn)口改為雙進(jìn)口(如圖4)，通過(guò)雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究表明，雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)的軸對(duì)稱(chēng)性?xún)?yōu)于單進(jìn)口旋風(fēng)除塵器，雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器渦核變形??；雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度高于單進(jìn)口約6﹪，在準(zhǔn)自 由渦區(qū)衰減也慢；雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器排氣芯管短路流少于單進(jìn)口。雙進(jìn)口旋風(fēng)除塵器比單進(jìn)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(duì)短路流攜塵降低除塵效率的問(wèn)題，鵬鶴環(huán)保等在進(jìn)口結(jié)構(gòu)中采用了回轉(zhuǎn)通道(見(jiàn)圖5)，以此降低進(jìn)入旋風(fēng)除塵器空間的向心含塵濃度梯度，并對(duì)等截面和變截面兩種通道形式的氣固兩相分離進(jìn)行了分析。指出采用合理回轉(zhuǎn)角度的進(jìn)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(jìn)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(duì)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(duì)3個(gè)具有不同下部直徑錐體的旋風(fēng)除塵器測(cè)出了效率。測(cè)定結(jié)果表明：錐體下部直徑大小對(duì)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(kāi)口部分直徑大于排氣芯管直徑時(shí)，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(huì)隨之提高；但是，由阻力測(cè)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(duì)于具有相同筒體直徑的旋風(fēng)除塵器，若錐體開(kāi)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(shí)，如果錐體開(kāi)口較小，渦流將觸及錐壁，使顆粒又有可能重新進(jìn)入出氣氣流，但是由于后者與前者相比對(duì)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(jì)，還指出對(duì)高 效型Stairmand旋風(fēng)除塵器效率有較好預(yù)測(cè)作用的Barth 理論及Leith-Licht理論，對(duì)錐體改變旋風(fēng)采樣器的收集效率了也有良好的預(yù)測(cè)作用。
