石零　韓書勇　陳文　代青青

(1.工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江漢大學(xué))　武漢 430056；2.江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院　武漢 430056)

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濕式旋流弦切除塵器性能實(shí)驗(yàn)研究*

石零1,2韓書勇1,2陳文1,2代青青2

(1.工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江漢大學(xué))武漢 430056；2.江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院武漢 430056)

摘要旋流弦切除塵器作為一種新型濕式除塵器，具有良好的特性。本文在所建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，按濕式除塵性能測試的相關(guān)規(guī)范，研究了除塵風(fēng)速、弦切速度與除塵器效率和壓力損失間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在液氣比為定值時(0.05 L/m3)，在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)，除塵效率存在極值；壓力損失符合流體力學(xué)的局部阻力規(guī)律，并擬合出了除塵器的局部阻力系數(shù)。

關(guān)鍵詞濕式除塵器旋轉(zhuǎn)過濾旋流弦切除塵效率壓力損失系數(shù)

0引言

濕式除塵技術(shù)被認(rèn)為是顆粒物的一種高效去除技術(shù)，濕式除塵技術(shù)是利用液滴(液柱)為捕集體，在碰撞、攔截和擴(kuò)散機(jī)理的綜合作用下實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物與氣流的分離。濕式除塵技術(shù)由于存在設(shè)備腐蝕、出口帶霧和水處理等問題，曾經(jīng)不受重視，只在高濕、高溫等特殊場合下使用[1]，但濕式除塵器不存在靜電除塵器和袋式除塵器中廣泛存在的二次揚(yáng)塵問題，能夠大大提高除塵效率，如文丘里除塵器對小至0.1 μm的粉塵仍有很高的除塵效率[2]，朱家驊、石零等對濕式除塵器的最新研究也顯示濕式除塵器對微細(xì)粉塵去除具有高效性[3-4]，正因?yàn)槿绱耍鼇頋袷匠龎m技術(shù)被重新認(rèn)識，出現(xiàn)了濕式靜電除塵技術(shù)等,與濕式除塵技術(shù)結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，而且發(fā)展勢頭迅猛。

本文首先介紹了濕式旋流弦切除塵器的技術(shù)原理，然后是濕式旋流弦切除塵器的除塵效率與風(fēng)速間的關(guān)系，以及除塵器的壓力損失等特性被討論。

1濕式旋流弦切除塵過程

濕式旋流弦切除塵器是由除塵器主體、霧化噴頭、旋流弦切盤等主要部件構(gòu)成。濕式旋流弦切除塵器綜合利用了濕式洗滌和纖維過濾的碰撞、攔截和擴(kuò)散等多種除塵機(jī)制，其除塵過程是：含塵氣流進(jìn)入除塵器后首先與霧化液滴相遇，氣流中的粉塵被洗滌去除，同時，未被洗滌去除的粉塵進(jìn)入液滴形成含塵液滴，當(dāng)含塵液滴與旋流弦切盤相遇時，在旋流和切弦切割氣流以及離心力作用下，使含塵液滴去除，除塵原理如圖1所示。文獻(xiàn)[5]介紹了旋流弦切盤的結(jié)構(gòu)。

2實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

圖2是旋流弦切除塵器除塵性能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖，除塵實(shí)驗(yàn)裝置分為四部分：塵源系統(tǒng)、循環(huán)水噴霧系統(tǒng)、旋流弦切除塵系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。

圖1　旋流弦切盤及除塵機(jī)理示意

1-發(fā)塵器；2-液體流量計(jì)；3-壓力表；4-噴嘴；

在此實(shí)驗(yàn)裝置上，按照《濕式除塵器性能測試方法》(GB/T 15187—2005)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)速的調(diào)節(jié)，進(jìn)行一系列關(guān)于效率與除塵風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)。旋流弦切盤的旋轉(zhuǎn)速度則由專門的電機(jī)驅(qū)動，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速完成與轉(zhuǎn)速相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)粉塵使用硅微粉，通過發(fā)塵裝置發(fā)塵，發(fā)塵濃度控制在200 mg/m3。硅微粉的粒度粉塵采用激光粒度分析儀進(jìn)行干法測量，測量結(jié)果如圖3所示，由圖讀出硅微粉的中位粒徑為8.45 μm。液氣比的確定是通過監(jiān)測管道風(fēng)速和計(jì)量液體流量計(jì)算得出。除塵器出口濃度按質(zhì)量法測量，使用煙塵平行采用儀進(jìn)行測量，每次測量時間為15 min。除塵器的壓力差使用U型壓力計(jì)測量。

圖3　硅微粉粒徑分布

2.2實(shí)驗(yàn)過程

首先啟動系統(tǒng)風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、旋流盤轉(zhuǎn)速電機(jī)，然后調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率和流量計(jì)固定液氣比，接著調(diào)節(jié)旋流弦切盤驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速，使之固定。稱取一定量的干燥實(shí)驗(yàn)粉塵置入發(fā)塵器內(nèi)。在開始發(fā)塵的同時，啟動煙塵平行采樣儀進(jìn)行測量。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1除塵風(fēng)速與除塵器效率間關(guān)系

在保持其他參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)給出的除塵風(fēng)速與除塵效率間關(guān)系如圖4所示。

(a)600 r/min　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)900 r/min

圖4顯示了在旋流弦切盤轉(zhuǎn)速和液氣比固定(0.05 L/m3)的條件下，除塵效率隨除塵風(fēng)速影響的實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)曲線顯示除塵效率隨除塵風(fēng)速的增加呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢，在除塵風(fēng)速在2 m/s時效率最低。

除塵效率呈現(xiàn)如此變化規(guī)律的可能解釋是：①由于實(shí)驗(yàn)采用的是單譜系粉塵，而且噴嘴液滴的中位徑在100 μm左右[6]，一方面較低除塵風(fēng)速時粉塵主要是由于擴(kuò)散作用被液滴洗滌，由于除塵風(fēng)速較低，相比高除塵風(fēng)速時切弦切割氣流的次數(shù)比高速時的次數(shù)多，所以效率較高，另一方面而未被洗滌且又能在氣流所能攜帶的含塵液滴到達(dá)旋流弦切盤處，使旋流弦切盤發(fā)揮作用，被旋流弦切盤切割，被切弦攔截、碰撞和擴(kuò)散被去除的量少(相當(dāng)于旋流弦切盤很少發(fā)揮作用)，在風(fēng)速小于2 m/s且風(fēng)速增加時，效率隨風(fēng)速增加而減??；②當(dāng)除塵風(fēng)速增加到2 m/s時，可能是由于含塵液滴能夠被風(fēng)流攜帶的更多，導(dǎo)致效率最低，也有可能是在此轉(zhuǎn)速及此除塵風(fēng)速的疊加，恰好導(dǎo)致含塵液滴更多穿過旋流弦切盤；③當(dāng)除塵風(fēng)速繼續(xù)增加時，由風(fēng)速的增加除塵的湍流度增加，細(xì)微的含塵液滴由于湍流凝聚使含塵液滴直徑增加，再加上大風(fēng)流下旋流弦切盤的相對速度增加，旋流弦切盤的攔截、碰撞作用增強(qiáng)，所以效率隨風(fēng)速增加而增加。

比較圖4(a)和圖4(b)可知，當(dāng)旋流弦切盤的轉(zhuǎn)速增加時，最低除塵效率也向風(fēng)速增加的方向移動，如在600 r/min時，最低效率出現(xiàn)在2 m/s的風(fēng)速；而在900 r/min時，最低效率出現(xiàn)在2.25 m/s的風(fēng)速，兩個轉(zhuǎn)速的最低效率均為96.6%。這說明為改善極值下的除塵效率，通過增加旋流弦切盤的轉(zhuǎn)速，僅會改善排放粉塵粒徑分布(這是因?yàn)樵谄渌麠l件不變的情況下，因?yàn)楦唢L(fēng)速能攜帶的粒徑也大)，而對提高除塵效率效果欠佳。

3.2旋流弦切轉(zhuǎn)速與除塵效率間關(guān)系

圖5除塵效率與旋流弦切盤轉(zhuǎn)速間關(guān)系

濕式旋流弦切的粉塵去除有部分機(jī)制是依靠旋流弦切盤的切弦切割氣流來實(shí)現(xiàn)的，所以，弦切盤的轉(zhuǎn)速對除塵器的效率是一個重要影響因素。在固定液氣比的條件下，圖5給出了弦切盤轉(zhuǎn)速與除塵器效率間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖5顯示弦切盤轉(zhuǎn)速增加除塵器效率也隨之提高，兩者間呈線性關(guān)系，但不同除塵風(fēng)速下這種關(guān)系的顯著性不同，低除塵風(fēng)速下線性關(guān)系的斜率較小，而高除塵風(fēng)速下線性關(guān)系的斜率較大。

出現(xiàn)低除塵風(fēng)速下除塵效率隨轉(zhuǎn)速增加而提高幅度較小的可能原因:一是實(shí)驗(yàn)使用的中位是8.45 μm的粉塵，由于其中位徑較小，再加上液滴之積較大，旋流弦切盤之前粉塵在擴(kuò)散和慣性的聯(lián)合作用下被去除發(fā)揮了重要作用，而旋流弦切盤切割和慣性作用很?。欢堑惋L(fēng)速所能攜帶的含塵液滴到達(dá)弦切盤的量少。高風(fēng)速下除塵效率與轉(zhuǎn)速間的大斜率即是對上述解釋的佐證。

3.3除塵風(fēng)速與除塵器壓力損失間關(guān)系

除塵器的壓力損失是衡量除塵器能耗的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)。在濕式旋切除塵器中，其壓力損失與除塵風(fēng)速有關(guān)，也可能與旋流弦切盤的轉(zhuǎn)速有關(guān)。為準(zhǔn)確評估濕式旋流弦切除塵器的壓力損失，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6風(fēng)速與除塵器壓力損失間關(guān)系

圖中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，除塵器壓力損失符合式(1)表示的流體力學(xué)阻力規(guī)律，呈現(xiàn)出較好的風(fēng)速二次曲線形式。

(1)

式中，ζ為除塵器的壓力損失系數(shù)；ρ為氣體密度，kg/m3；v為除塵器進(jìn)氣口氣流速度，m/s。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，除塵器的壓力損失與旋流弦切盤的轉(zhuǎn)速相關(guān)性不大。這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為除塵器的壓力損失系數(shù)準(zhǔn)確估算提供了較好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖7除塵器壓力損失系數(shù)擬合

為了較全面地了解除塵器的壓力損失情況，并能對該種除塵器在使用選型時給予指導(dǎo)，按除塵器

進(jìn)口風(fēng)速的平方與除塵器壓力損失繪制曲線如圖7所示，通過對圖7的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在95%置信區(qū)間內(nèi)進(jìn)行擬合，同時，按標(biāo)況狀態(tài)取氣體密度近似為1.24 kg/m3，得式(1)中的壓力損失系數(shù)為0.18。

4結(jié)論

(1)闡述了濕式旋流弦切除塵器的除塵機(jī)理和過程，濕式旋流弦切除塵器的除塵是在濕式洗滌和纖維過濾聯(lián)合作用下實(shí)現(xiàn)的。

(2)得到了濕式旋流弦切除塵器的效率與除塵風(fēng)速及旋流弦切盤轉(zhuǎn)速間關(guān)系。在旋流弦切盤轉(zhuǎn)速和液氣比固定條件下，除塵效率隨除塵風(fēng)速的增加呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢，在除塵風(fēng)速為2 m/s時效率最低。

(3)得到了濕式旋流弦切除塵器的效率與旋流弦切盤轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。弦切盤轉(zhuǎn)速增加除塵器效率也隨之提高，兩者間呈線性關(guān)系，但不同除塵風(fēng)速下這種關(guān)系的顯著性不同，低除塵風(fēng)速下線性關(guān)系的斜率較小，而高除塵風(fēng)速下線性關(guān)系的斜率較大。

(4)除塵器壓力損失符合流體力學(xué)阻力規(guī)律，呈現(xiàn)出較好的風(fēng)速二次曲線形式。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)擬合給出了除塵的局部阻力系數(shù)。

濕式旋流弦切除塵器具有除塵效率高、壓力損失小、耗液量小等明顯特點(diǎn)，濕式旋流弦切除塵器的研發(fā)豐富了濕式除塵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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*基金項(xiàng)目：武漢市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013061001010482)。

作者簡介石零，1968年生，博士,教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)榇髿馕廴究刂坪臀⒔Y(jié)構(gòu)熱傳遞技術(shù)。

(收稿日期：2015-06-26)

Experimental Investigation on the Performance of a Wet Cyclone String-tangent Precipitator

SHI Ling1,2HAN Shuyong1,2CHEN Wen1,2DAI Qingqing2

(1.HubeiKeyLaboratoryofIndustrial&DustPollutionControl,JianghanUniversityWuhan430056)

AbstractWet cyclone string-tangent precipitator is a novel precipitator with good characteristics. According to the measuring method for performances of wet dust collectrs, experiments are conducted. The relationships, which are between the airflow velocity and rotational speed with the dust removal efficiency and the pressure loss,are investigated. Results shows that while the liquid-gas ratio of (0.05 L/m3) is a constant, there is a dust removal efficiency extrema in the range of experimental velocity. The pressure loss is in line with the laws of hydrodynamic resistance, and the coefficient of pressure loss of the precipitator is given in the paper.

Key Wordswet dust collectorcentrifugation filtrationcyclone string-tangentdust removal efficiencycoefficient of pressure loss