对喷流除尘技术的研究进展

对喷流除尘技术的研究进展 3 李 　雪33 　陈海焱 　韦爱勇 (西南科技大学 ) 摘 　要 　从对喷流除尘机理的完善、喷口结构、雾化水滴的粒径及分布情况、流场的优化和应用领域的 拓展 5个方面进行了综述 ,并提出了今后对喷流除尘器的研究方向。 关键词 　对喷流除尘 　对喷流除尘器 　除尘效率 中图分类号 　TQ02812 + 3　　　文献标识码 　A　　　文章编号 　025426094 (2008) 0120049205 　　对喷流理论 [ 1 ] ( Imp inging Stream ) 是 Elp2 erin[ 2, 3 ]于 20世纪 60年代初提出并进行实验研 究的 ,但直到 1975年才由俄罗斯学者 Lainer[ 4 ]将 其用于除尘过程。对喷流除尘技术利用了粉尘颗 粒在撞击区内来回振荡、碰撞且团聚的机理进行 除尘 ,此技术解决了目前工业上采用传统的袋式 除尘器或电除尘器收集高湿和高粘附性粉尘过程 中存在的一些难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 [ 5 ]。现将对喷流除尘技术及 其研究成果的进展情况作以综合评述。 1　除尘机理及类型 对喷流除尘机理如图 1所示 [ 6 ] ,两股含尘气 流沿同轴相向流动 ,在中间的撞击面进行碰撞 ,使 气固流的轴向速度逐渐消失 ,随后改变流向 90° 向上流动 (该流动速度约为其流量除以除尘器垂 直于流向的横截面积 )。高湿和高粘附性粉尘则 因碰撞而团聚 ,且受反向气流的作用来回振荡 ,增 加了粉尘颗粒在撞击区的停留时间 ,从而强化了 粉尘的团聚效应。最后 ,一部分团聚后较重的粉 图 1　对喷流除尘原理示意图 尘由于重力作用而沉降下来 ,另一部分较轻的粉 尘则被向上流动的气流带走 [ 7 ]。 对喷流的分类方式很多 ,目前较常用的是按 流动类型和撞击面的几何形状分类。图 2中所示 的 a和 b为同轴撞击 , c和 d为旋转撞击 , e和 f是 弧形撞击 , g是带径向流动的平面撞击 , i是带环 形流动的平面撞击 , h和 j分别为管形和环形撞 击 [ 8 ]。大多数对喷流除尘设备都采用同轴对喷 流除尘 ,因其易于操作及掌握。 94第 35卷 　第 1期 　　　　　　　　　　　化 　工 　机 　械 　　　　　　　　　　　　 333 本课题为国家 863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 资助项目 (2001AA642010)。李　雪 ,女 , 1983年 8月生 ,硕士研究生。四川省绵阳市 , 621010。 图 2　对喷流的撞击形式 2　除尘性能研究状况 龚军锋 [ 9 ]在进行对喷流除尘设备单独喷气 的静态标定中发现 ,面积的增大带动喷流推力的 上升和喷口静压 (压力比 )的下降 ,但喷流推力增 加的幅度没有面积增加的幅度大。测试数据表 明 ,从提高除尘效率的角度考虑 ,除尘设备的气流 喷口不宜开得过大。 刘海峰等 [ 10 ]在大喷嘴间距对置撞击流 [ 11 ]径 向速度分布的研究中得出 ,大喷嘴间距四股流撞 击时最大径向速度约为两股流撞击时的 2. 4倍 , 其对应的位置与喷嘴间距有关 ,而与喷嘴直径无 关。 张明星等 [ 12 ]采用倾斜式对喷流除尘方式 ,避 免了粉尘颗粒由于自身的粘附性而粘附在喷嘴对 面的除尘器边壁上 ,通过正交实验 ,得出最优实验 条件为喷嘴风速 25～27m / s、喷嘴间距 0. 20～ 0. 25m、倾斜角度 40～60°。倾斜式对喷流结构增 大了粉尘颗粒在撞击区的停留时间 ,利于粉尘颗 粒在撞击区来回振荡和相互团聚 ,但对喷腔的分 离能力有限 ,当对喷腔大于极限值时 ,除尘效率并 不会有显著的提高。另外 ,该实验只适宜类似硫 酸铵和硝酸铵的混合物粉尘 ,对于不同粒径、粘度 的粉尘颗粒条件结果可能不同 ;加料方式也未说 明以至无法判断所加物料是否是均匀分散状态 ; 其除尘效果无法确定是否完全由对喷流撞击实 现。这 3方面有待于进一步研究。 对于除尘设备喷口的不同几何形状 (圆、椭 圆、矩形及狭缝等 )能否影响其除尘效率 ,至今还 未有报道。因此 ,研究者今后可对不同几何形状 的喷嘴进行实验研究 ,找出能实现最大除尘效率 的最佳喷口。 在对喷流除尘过程中 ,液体的雾化也是至关 重要的。在早期对喷流研究中 ,液体都采用气流 雾化或喷嘴雾化。如图 3a所示 ,气体与液体出喷 嘴后才接触、混合 ,工业上一般称为外混式喷嘴 ( external m ixing nozzle) ;图 3b为结构比较特殊的 Caldun CSL2型内混合式喷嘴 ,即所谓临界喷嘴 ( critical nozzle) ,其特殊结构能保证气体和液体 在喷嘴内进行充分的接触、混合 ,但其阻力也较 大。 图 3　雾化喷嘴的类型 为保证气流雾化喷嘴良好的雾化特性 ,对正 常操作允许的气液流量比范围有严格规定 :质量 流量比 mL /m G 通常在 0. 8～1. 2范围内。如果拟 应用的气液反应或吸收体系的液气比偏离此范 围 ,就难以达到理想的结果 :液气比过低导致过度 雾化 ,给微细物粒的分离和收集造成困难 ;液气比 过大则雾化不良 ,会产生大粒径液滴 [ 11 ] ,但当颗 05 　　　　　　　　化 　工 　机 　械 　　　　　　　　　　　　　　　　2008年 粒本身具有很强粘附性时 ,极易吸水 ,且颗粒的粘 附性随其湿润程度的增加而增强 ,此时润湿含尘 气流更有利于颗粒的相互团聚 ,使除尘效率有所 提高。 张明星 [ 13 ]在对喷流除尘技术在收集硫酸铵 和硝酸铵粉尘中的应用研究中得出 ,喷雾润湿含 尘气流能显著提高除尘效率 (提高 10% ～14% ) , 每千克粉尘最佳喷水量为 0. 18～0. 22 kg,超过该 值后除尘效率无显著变化。此实验对于雾化条件 参数只介绍了喷水量 ,至于雾化水滴的粒径、分布 情况均没有说明 ,这有待于进一步的研究。另外 , 喷雾润湿对于有些粉尘颗粒作用甚微 ,研究者还 应明确采用喷雾润湿来强化粉尘颗粒的团聚效应 对哪些粘性粉尘是有效的。 3　数值模拟现状 通过理论分析和数值模拟相结合的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 了对喷流燃煤烟气湿法脱硫装置中采用的旋涡压 力喷嘴流道内的流场 ,得到了两者相互吻合的结 果 ,说明 Realizable k2ε湍流模型非常适用于计算 这种喷嘴的流场 [ 14 ]。模拟结果不但直观地显示 了喷嘴内流体的流动情况 ,而且得到了实验无法 得到的详细信息 ,这对于喷嘴结构的进一步优化、 对喷流除尘装置的研究和设计具有重要的意义。 在对同轴对喷流浓缩器浓缩稀硫酸的数值模 拟中 ,不同粒径颗粒的速度沿轴向位移的变化为 颗粒粒径越大 ,颗粒获得的最大速度越小 ,颗粒在 运动过程中速度的变化越缓慢 ;反之 ,颗粒在运动 过程中速度的变化也越快。这是因为颗粒粒径越 大 ,颗粒的质量越大 ,从而颗粒惯性也越大的缘 故 [ 15 ]。 通过实验测量和数值模拟 (Realizable k2ε湍 流模型 )相结合的方法研究了四喷嘴对置式对喷 流的流场 ,得到了两者相吻合的结果。模拟结果 再现了装置内的分区流动情况 ;通过对模拟数据 分析 ,得到了回流比沿装置轴向的分布 ,发现喷嘴 顶部高度和喷口速度的大小对顶部空间的回流比 分布影响明显 ,而喷嘴顶部高度和喷口速度对喷 嘴以下空间的回流比分布影响甚小 ,且大约距两 倍喷嘴直径的空间时回流消失 [ 16 ]。 目前 ,在对喷流除尘器流场的研究中 ,大都只 注重单个粉尘颗粒之间的碰撞、团聚效应 ,而忽略 了对除尘器整个流场的系统优化研究 [ 17～19 ] ,如建 立除尘器的几何模型、模拟其气固两相流流场以 及对粉尘颗粒的运动轨迹进行定量的描述来验证 实验室中的不确定因素 ;在应用计算软件中 ,对于 湍动粘度、平均流动中的旋转及旋流流动情况都 应加以全面的考虑。以上均是今后研究的方向。 在一些新型除尘器的设计研发过程中 , Fluent 软件是非常有用的。如对喷流除尘技术 ,目前还 没有完善的除尘机理 ,对流场特性和粉尘颗粒在 除尘器中运动轨迹的研究也只处于理论研究阶 段 ,运用 Fluent软件模拟其流场特性和粉尘颗粒 的运动轨迹并结合实验数据 ,能为其设计研发提 供指导性参数。现今应用的计算流体软件 Flu2 ent,对于单相流的模拟计算效果比较好 ,而对于 两相及多相流的计算有时会存在一些误差 ,模拟 不能与实验相吻合 ,故可采用 ANSYS CFX流体计 算软件 ,此软件对于两相及多相流流体的计算分 析比较准确 ,模拟真实度高。 4　应用领域及应用现状 4. 1　应用领域 目前 ,高湿、高粘附性粉尘的收集一直是困扰 国内外除尘领域的一大难题。传统的高效收集方 法一般是采用电除尘器或袋式除尘器收集 ,但对 高湿、高粘附性粉尘来说 ,效果不甚理想 [ 5 ] ,而对 喷流除尘技术可解决这一难题。对喷流除尘的颗 粒大多具有高湿、高粘附性 ,其特点为能准确定义 和定量描述粉尘粘附性的范围 ,而这正是现代粉 体工程领域研究的一大难点 [ 20 ]。 由于粉尘之间或粉尘与器壁之间存在着粘附 力 ,因此可用粉尘的粘附强度作为 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 粉尘粘附 性的指标。中粘附性粉尘包括湿镁粉、泥煤粉、黄 铁矿粉、氧化铝、氧化锡、水泥、奶粉及面粉等 ;强 粘性粉尘包括潮湿空气中的水泥、石膏粉、熟石 灰、含盐的钠、纤维尘 (石棉、棉纤维、毛纤维 ) 等 [ 21 ]。中粘附性粉尘和强粘附性粉尘都可通过 对喷流除尘的方法除去。需要注意的是 ,对粉尘 的润湿或干燥都将影响粉尘的粘附性。此外 ,粉 尘的分散度也对粉尘的粘附性有很大的影响。因 此 ,对不同的粉尘或含尘气流应采取适当的处理 方法 ,如喷雾化水润湿有助于粉尘的团聚和沉降 , 这样也能拓宽对喷流除尘的应用领域 [ 7 ]。 4. 2　应用现状 国外在对喷流除尘技术的应用方面研究相当 15第 35卷 　第 1期 　　　　　　　　　　　化 　工 　机 　械 　　　　　　　　　　　　 少 ,而且大都是在实验室里进行的。Lainer[ 22 ]等 于 1975年用对喷流除尘技术收集空气中的氧化 铝粉尘 ,收集效率最高可达 92% ;张明星等 [ 7 ]又 于 1996年用磷酸盐粉尘代替氧化铝粉尘 ,做了相 同的实验 ,最高收集效率可达 98﹪。 Berman等 [ 23, 24 ]在 2000年又将对喷流除尘技 术引入脱硫过程中 ,不仅可以起到脱硫的作用 ,而 且兼有除尘的功效。因为对喷流除尘技术能延长 吸附剂 Ca (OH) 2 与 SO2 烟气的接触时间 ,使吸附 剂与 SO2 烟气充分接触 ,在提高吸附效率的同时 (可以使收集效率高达 93% ～97% ) ,又可除尘 , 这样就能省去传统脱硫过程中的除尘工序。另 外 ,基于对喷流除尘技术增加了粉尘颗粒在撞击 区的停留时间 ,也可将对喷流除尘技术用于粉体 改性过程。对撞击除尘技术在增加了改性剂与被 改性对象接触时间的同时 ,也起到了对粉尘收集 的作用 ,这使得对喷流除尘技术在一些特殊的领 域中有着双重的作用 ,但这方面的研究有待进一 步加强。 对喷流除尘机理尚不完善 ,对喷流除尘的关 键是粉尘颗粒的团聚、沉降过程。俄罗斯对这方 面的研究也只是经验性总结 ,并未深入研究 [ 4, 22 ] ; 而以色列的实验研究也有许多不确定因素 [ 19 ] ,如 粉尘颗粒在撞击区来回振荡的次数 [ 2 ] ,粉尘颗粒 团聚、沉降作用的强化机理等 ,这些均有待于进一 步的研究。但是 ,由于粉尘颗粒本身的粘附性到 目前为止尚未有一个准确的数值来衡量 ,这也正 是在这方面深入研究的难点所在。 国内也有极少数这方面的研究 ,而且相当一 部分是借鉴了国外的思路和模型 ,主要是关于最 优除尘速度、含尘浓度 [ 6 ]以及单一颗粒动力学模 型 [ 18 ]的研究、对喷流除尘性能影响因素的正交实 验研究 [ 25 ]、对喷流除尘技术在收集硫酸铵和硝酸 铵粉尘中的应用研究 [ 13 ]。张明星等 [ 13 ]在收集硫 酸铵和硝酸铵混合粉尘中采用倾斜式对喷流除 尘 ,不仅避免了尘粒由于自身的粘附性而粘附在 喷嘴对面的除尘器边壁上 ,而且增大了粉尘颗粒 在撞击区的停留时间 ,有利于粉尘颗粒在撞击区 来回振荡和相互团聚 ,使除尘效率提高了 10% ～ 14%。因此 ,对喷流除尘有很大的研究开发潜能。 5　结束语 对喷流除尘技术是利用粉尘颗粒在撞击区来 回振荡 ,增加了颗粒在撞击区的停留时间 ,从而增 大了颗粒间相互碰撞的几率 ,强化粉尘的团聚效 应的机理进行除尘 ,适合于高湿、高粘附性粉尘的 收集。根据对喷流除尘技术阻力低和能耗低的特 点 ,对喷流除尘器还可作为大型除尘系统的预处 理设备 ,且不会影响整个系统的阻力。但是 ,对喷 流除尘设备的喷口结构 ,雾化水滴的粒径及分布 情况 ,对喷流除尘的机理、流场的优化和应用领域 等方面均未见详细的报道 ,这有待于进一步深入 研究。 参 考 文 献 1　Tam ir A著 ,伍沅 译. 撞击流反应器 (原理和应用 ). 北 京 :化学工业出版社 , 1996. 2～3 2　Elperin I T. 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Keywords　 Imp inging Stream Dust Separation, Imp inging Stream Dust Separator, Dust Separation Efficiency 　　 (上接第 48页 ) 术研究基地杜军高工、合肥水泥研究设计院超细微粉部方苍舟高工、上海理工大学蔡小舒教授、中国矿业大 学高顶教授、内蒙古科技大学张建旗教授、济南微纳颗粒技术有限公司任中京教授等业界精英 ,撰写力作 ,使 本卷更有看点 ,值得期待 ! 内容更新 :重点关注国内外粉体前沿技术 ;超微粉体 (纳米粉体 )的产业化生产及拓展性应用 ;透析热点 粉体产品的市场前景 ;全方位、多角度记录行业发展新面貌 ;重点推介科研院所及专家学者的高新粉体项目 ; 全新收录粉体生产企业、科研院所、高等院校、学会协会等所研发的新成果、新专利、新设备、新工艺 ,使本书 更具指导性、实用性和前瞻性。 发行更广 :新华书店、专业书店、网上书店同步发售 ;积极参加 2008年与粉体相关的各类展会 ,并在现场 展示、售书等 ; DM免费派发粉体相关生产 /科研 /高校 /学会 /协会等。 　　●书网互动 ,增值服务 :一份投入 ,两份回报 ,为企业宣传提供更广阔的途径 ——— 作彩色整版 ,可获赠中国粉体工业通鉴网站 LOGO一年 ,点击链接企业网站 ; 作黑白整版 ,可获赠中国粉体工业通鉴网站首页企业滚动展示 ,点击链接企业网站。 　　●凡入编企业 ,其新产品、新设备、新技术、新工艺、新专利等均优先免费入编。 招商截止时间 : 2008年 6月 30日止 ,版面有限 ,欢迎垂询 浙江杭州办电话 : 0571 - 8878 5188　　浙江新昌办电话 : 0575 - 8689 9158 　　　本书网站 : www. fttj. cn 主编吴宏富专线 : 158 5757 1158 　　　投稿邮箱 : fttj001@ sina. com　　 35第 35卷 　第 1期 　　　　　　　　　　　化 　工 　机 　械