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        微細(xì)顆粒在固閥洗滌塔內(nèi)的洗滌脫除特性

        2017-04-27 03:39:22陳雪莉朱詩杰代正華華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海市煤氣化工程技術(shù)研究中心上海200237
        關(guān)鍵詞:微珠潤(rùn)濕性氣液

        許 琳, 陳雪莉, 朱詩杰, 代正華(華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海市煤氣化工程技術(shù)研究中心,上海 200237)

        微細(xì)顆粒在固閥洗滌塔內(nèi)的洗滌脫除特性

        許 琳, 陳雪莉, 朱詩杰, 代正華
        (華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海市煤氣化工程技術(shù)研究中心,上海 200237)

        以親水玻璃微珠、改性疏水玻璃微珠、空氣和水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì),采用單因素方法,研究了固閥洗滌塔中顆粒粒徑、入口顆粒濃度、兩相流動(dòng)參數(shù)、顆粒潤(rùn)濕性對(duì)粒徑小于10 μm顆粒的洗滌效率的影響。結(jié)果表明:粒徑大于2 μm的顆粒的洗滌效率均可達(dá)到90%以上;粒徑大于0.5 μm的顆粒,洗滌效率隨粒徑增加而升高;粒徑小于0.1 μm的顆粒,洗滌效率隨粒徑增加而下降;粒徑為0.1~0.5 μm的顆粒,洗滌效率隨粒徑的增加,先升高后降低。對(duì)于粒徑小于2 μm的顆粒,其洗滌效率隨入口顆粒濃度、兩相流動(dòng)參數(shù)的增加,先升高后降低。顆粒潤(rùn)濕性對(duì)粒徑小于2 μm的顆粒,尤其是粒徑為0.1~0.5 μm的顆粒的洗滌效率影響顯著,潤(rùn)濕性越好,洗滌效率越高,而對(duì)粒徑大于2 μm的顆粒的洗滌效率影響不大。

        固閥塔板; 洗滌塔; 微細(xì)顆粒脫除; 洗滌效率

        可吸入細(xì)顆粒物,即粒徑小于10 μm的顆粒(PM10),已成為城市大氣環(huán)境的主要污染物,與呼吸性、心腦血管疾病密切相關(guān),嚴(yán)重威脅人體健康[1]。隨著細(xì)顆粒對(duì)環(huán)境污染和工業(yè)生產(chǎn)影響的日益嚴(yán)重,各種針對(duì)細(xì)顆粒的脫除技術(shù)受到廣泛關(guān)注。目前濕法洗滌被認(rèn)為是對(duì)微細(xì)顆粒物深層凈化的最簡(jiǎn)單有效、經(jīng)濟(jì)的方法[2]。

        很多學(xué)者對(duì)不同濕法洗滌器的洗滌特性進(jìn)行了大量的研究,也有部分研究集中于顆粒本身的物化性質(zhì)對(duì)其洗滌效率的影響。Taheri等[3]研究了篩板塔對(duì)細(xì)顆粒的除塵效果,結(jié)果表明除塵效率與顆粒潤(rùn)濕性和泡沫層密度密切相關(guān)。Bandopadhyay等[4]研究了噴霧-鼓泡塔對(duì)飛灰顆粒的洗滌特性,研究表明在霧化和鼓泡區(qū)域,除塵效率均受入口顆粒濃度的影響。Meikap等[5]研究了改進(jìn)的多級(jí)鼓泡塔對(duì)燃煤飛灰的洗滌特性,結(jié)果表明塔內(nèi)操作條件和塔高度對(duì)洗滌效率有顯著影響,要實(shí)現(xiàn)高效除塵需采用多級(jí)板式塔。王清立等[6]系統(tǒng)地研究了固閥洗滌塔對(duì)煤氣化飛灰顆粒的洗滌特性及相應(yīng)的洗滌機(jī)理,并建立了固閥塔板洗滌效率經(jīng)驗(yàn)式。Stulov等[7]研究了石英、剛玉、煤灰、聚苯乙烯顆粒與水表面發(fā)生撞擊時(shí)被捕集的效率,研究表明親水塵??蓾B透至液滴內(nèi)部,而疏水塵粒在液滴表面沉積將新到達(dá)的顆粒彈回造成無效撞擊。除此之外,近年來相關(guān)濕法除塵的機(jī)理研究也有很多。Jung等[8]提出在水洗塔中,粒徑大于5 μm的顆粒主要受慣性撞擊、重力沉降作用的影響,粒徑小于1 μm的顆粒受布朗運(yùn)動(dòng)作用影響較大。Das等[9]則提出粒徑小于0.1 μm的顆粒在氣流中進(jìn)行不規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng),顆粒與液滴相碰撞并黏附于液滴表面,此時(shí)擴(kuò)散作用是主要的捕集機(jī)理;對(duì)于粒徑大于0.1 μm的顆粒,截留和慣性碰撞機(jī)理起主要作用。

        以上有關(guān)各種濕法洗滌器洗滌特性及其除塵機(jī)理的研究為除塵器的工業(yè)設(shè)計(jì)及操作提供了理論指導(dǎo),但其主要側(cè)重于大顆粒脫除和總洗滌效率的考察,而如今微細(xì)顆粒脫除困難問題日益凸顯,分級(jí)洗滌效率對(duì)于深入了解除塵器洗滌特性更有意義。因此,本文著重研究了固閥洗滌塔中入口顆粒濃度、氣量、兩相流動(dòng)參數(shù)、顆粒潤(rùn)濕性對(duì)粒徑小于10 μm的微細(xì)顆粒洗滌效率的影響,以期深入了解粒徑小于10 μm的微細(xì)顆粒的洗滌特性,為進(jìn)一步提高微細(xì)顆粒的脫除效率提供有力的理論支撐。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)流程

        實(shí)驗(yàn)流程見圖1。來自壓縮機(jī)的空氣經(jīng)冷干機(jī)送入緩沖罐,在氣固混合室中與一定質(zhì)量的固體顆?;旌暇鶆蚝髲南礈焖M(jìn)氣口進(jìn)入塔體內(nèi)。水泵從蓄水池中將水輸送至上層塔板,含塵氣體與水在固閥塔板上進(jìn)行鼓泡接觸實(shí)現(xiàn)洗滌凈化,凈化后的氣體從塔頂端出口排出,洗滌后的廢水從塔體底端出水口排至廢水池。在頂端出氣口設(shè)置采樣系統(tǒng),采樣系統(tǒng)由顆粒物濾棉和采樣架組成,通過過濾方法收集凈化后氣體攜帶的逃逸顆粒,所選用過濾棉對(duì)粒徑超過0.03 μm的粉塵顆粒物的過濾效率在99%以上。

        1—Sampling instrument; 2—Vacuum pump; 3—Scrubbing tower;4—Gas-solid mixture chamber; 5—Gas flowmeter; 6—Electronic weigher; 7—Buffer tank; 8—Air compressor; 9—Waste reservoir; 10—Water reservoir;11—Liquid flowmeter; 12—Water pump

        圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

        Fig.1 Experiment flow chart

        洗滌塔材質(zhì)為有機(jī)玻璃,高830 mm,內(nèi)徑90 mm,板間距為150 mm,塔板數(shù)2層。塔板采用單孔固閥塔板,其結(jié)構(gòu)示意見圖2。固閥的高度為6 mm,直徑為25 mm;溢流堰高度50 mm,長(zhǎng)度為84 mm。

        圖2 固閥塔板示圖

        1.2 實(shí)驗(yàn)材料

        實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為常溫常壓下的水、空氣、玻璃微珠以及疏水改性玻璃微珠。塔板上氣液接觸為蜂窩狀泡沫時(shí)是最佳操作狀態(tài),依據(jù)正常操作工況,選擇實(shí)驗(yàn)氣體流量為4~8 m3/h,液體流量為160~260 L/h。洗滌塔入口顆粒質(zhì)量濃度為5.5~24 g/m3。使用Mastersizer2000粒度儀測(cè)得玻璃微珠的粒徑分布如圖3所示。顆粒粒徑為0.026~11.428 μm,其Sauter平均粒徑約為0.701 μm,中位粒徑為2.365 μm。

        圖3 玻璃微珠原樣粒徑分布

        1.3 顆粒疏水改性及潤(rùn)濕性測(cè)定

        為考察顆粒表面潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率的影響,對(duì)親水玻璃微珠進(jìn)行疏水改性。配制由不同濃度三甲基氯硅烷改性的二氧化硅溶膠,分別加入玻璃微珠原樣,溶膠與微珠質(zhì)量比為2∶1,在室溫下磁力攪拌2 h,水洗抽濾并干燥,從而制備出不同潤(rùn)濕性的改性微珠。顆粒潤(rùn)濕性可由接觸角來衡量,當(dāng)接觸角小于90°時(shí),顆粒是親水的,反之為疏水的。采用光學(xué)接觸角分析儀(ThetaLite)測(cè)試改性微珠壓片樣品與去離子水的接觸角,未改性玻璃微珠接觸角為3.38°,記為0#顆粒。改性微珠接觸角分別為15.02°、50.45°、60.36°、102.99°、119.67°、137.97°,依次標(biāo)記為1#~6#顆粒。通過MS2000粒度儀分析,改性前后玻璃微珠粒徑分布如圖4所示,由圖4可知改性后顆粒與未改性的顆粒粒徑分布基本相當(dāng)。1#~6#改性顆粒的Sauter平均粒徑為0.685~0.86 μm,中位粒徑為2.33~3.444 μm,變化不明顯,因此可認(rèn)為改性前后僅顆粒表面潤(rùn)濕性發(fā)生了改變。

        1.4 洗滌效率計(jì)算方法

        待實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定后,一定測(cè)量時(shí)間t(s)內(nèi),過濾棉過濾前后的質(zhì)量差即收集的逃逸顆粒質(zhì)量,記為m2(g),則可得洗滌塔出口氣體中所攜帶顆粒的平均質(zhì)量流量,記為qm2(g/s),再根據(jù)該時(shí)間段內(nèi)的進(jìn)料量m1(g)即可得到進(jìn)入洗滌塔內(nèi)的顆粒質(zhì)量流量,記為qm1(g/s),通過進(jìn)出口的顆粒質(zhì)量流量可算出洗滌塔的總洗滌效率:

        圖4 玻璃微珠改性前后的粒徑分布

        (1)

        使用Mastersizer2000粒度儀分析過濾棉上收集的顆粒與洗滌塔入口處收集的顆粒,可測(cè)得進(jìn)出口氣體中粒徑為i的顆粒體積分率分別為x1i和x2i。顆粒密度不變,并假設(shè)洗滌過程中顆粒不破碎,因此粒徑為i的顆粒質(zhì)量分率與體積分率相等,可得入口處粒徑為i的顆粒質(zhì)量流量g1i(g/s)與出口處粒徑為i的顆粒質(zhì)量流量g2i(g/s):

        (2)

        (3)

        則分級(jí)洗滌效率為

        (4)

        2 結(jié)果與討論

        2.1 顆粒粒徑對(duì)洗滌效率的影響

        洗滌塔入口顆粒的質(zhì)量濃度為12.5 g/m3,氣體流量為6 m3/h、液體流量為200 L/h的實(shí)驗(yàn)條件下,含塵氣體經(jīng)過洗滌塔凈化前后的顆粒粒徑分布如圖5所示。由圖5可以知,經(jīng)洗滌后氣體中所含顆粒尺寸明顯減小。入口氣體中顆粒的Sauter平均粒徑為0.798 μm,中位粒徑為2.655 μm;經(jīng)過洗滌后出口顆粒的Sauter平均粒徑為0.249 μm,中位粒徑為0.505 μm。

        圖6示出了在入口顆粒質(zhì)量濃度為12.5 g/m3,液體流量200 L/h,不同氣體流量(圖6(a))和入口顆粒質(zhì)量濃度為12.5 g/m3,氣體流量6 m3/h,不同液體流量(圖6(b))實(shí)驗(yàn)條件下,顆粒粒徑對(duì)洗滌效率的影響。由圖6可知,不同氣液流量下,顆粒粒徑對(duì)洗滌效率的影響具有非常類似的變化趨勢(shì)。對(duì)于粒徑大于0.5 μm的顆粒,隨著粒徑增大,洗滌效率迅速升高,粒徑大于2 μm的顆粒的洗滌效率已接近100%。隨著粒徑的增大,顆粒質(zhì)量逐漸增大,在一定氣速下所具有的動(dòng)量增大,難以改變自身運(yùn)動(dòng)軌跡,會(huì)更傾向于直線運(yùn)動(dòng)[10]。粒徑大于0.5 μm的顆粒主要受到截留和慣性碰撞作用,隨著粒徑的增大,其動(dòng)量增大,當(dāng)遇到集塵體時(shí),由于慣性,顆粒更易直線運(yùn)動(dòng),與液滴和氣泡壁發(fā)生碰撞,因此洗滌效率隨粒徑的增大而升高。對(duì)于粒徑小于0.1 μm的顆粒,洗滌過程中主要受布朗擴(kuò)散作用,雖然顆粒動(dòng)量小,不足以在慣性碰撞作用下被捕獲,但是隨著粒徑的減小,其擴(kuò)散系數(shù)增大,更易在布朗作用下運(yùn)動(dòng)到氣液界面,所以洗滌效率隨粒徑減小逐漸升高。

        圖5 洗滌塔入口和出口處的顆粒粒徑分布

        圖6 不同氣、液流量下顆粒粒徑對(duì)洗滌效率的影響

        Byeon等[11]認(rèn)為0.1~0.5 μm為顆粒臨界粒徑范圍,將介于該粒徑段的顆粒從氣流中脫除最為困難。本文研究表明,粒徑為0.1~0.5 μm的顆粒洗滌效率隨粒徑的增加,先升高后降低,其中粒徑為0.18~0.3 μm的顆粒隨著粒徑的增大,洗滌效率有所升高,這恰與擴(kuò)散機(jī)理作用規(guī)律相反,因此必然存在除擴(kuò)散作用外其他未知因素的影響,該因素可能為顆粒間靜電摩擦作用[2]。對(duì)于粒徑為0.18~0.3 μm的微細(xì)顆粒,在隨氣流上升過程中,顆粒之間會(huì)產(chǎn)生靜電摩擦,當(dāng)吸引力大于排斥力時(shí),顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚,導(dǎo)致顆粒粒徑增大,其動(dòng)量也隨之增大,更有利于增強(qiáng)攔截和慣性碰撞作用,從而使洗滌效率略有升高。對(duì)于粒徑為0.3~0.5 μm的顆粒,靜電摩擦作用減弱,擴(kuò)散作用逐漸占據(jù)主導(dǎo),因此隨著粒徑增加,洗滌效率迅速下降。對(duì)于粒徑為0.1~0.18 μm的顆粒,擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較低,攔截作用弱,顆粒之間靜電摩擦力微弱,同時(shí)也沒有足夠的慣性力脫離氣體流線,各種因素共同作用造成其洗滌效率低且變化不大。

        2.2 入口顆粒濃度變化對(duì)不同粒徑顆粒洗滌效率的影響

        當(dāng)氣體流量為6 m3/h,液體流量為180 L/h時(shí),入口顆粒質(zhì)量濃度對(duì)不同粒徑顆粒洗滌效率的影響如圖7所示。由圖7可知,粒徑大于2 μm的顆粒的洗滌效率在99%以上,受入口顆粒質(zhì)量濃度變化影響不大,主要是因?yàn)闈舛鹊脑黾硬]有明顯改善大顆粒間的團(tuán)聚及顆粒與液膜間的碰撞作用。對(duì)于粒徑小于2 μm的顆粒,隨著入口質(zhì)量濃度從5.5 g/m3逐漸增加至12.5 g/m3,洗滌效率明顯升高;而當(dāng)入口質(zhì)量濃度超過12.5 g/m3之后,洗滌效率反而下降。這是由于入口顆粒的質(zhì)量濃度增大,顆粒與顆粒之間、顆粒與液膜之間相互碰撞的幾率增加,小顆粒更易團(tuán)聚成大顆粒,大顆粒與液膜接觸易形成顆粒-液滴團(tuán)聚體,從而被液相帶走,對(duì)洗滌效率增大起到積極的促進(jìn)作用。然而隨著入口顆粒質(zhì)量濃度繼續(xù)增大,沉積在氣泡液膜表面的顆粒濃度將達(dá)到飽和,新到達(dá)的顆粒由于無法被液膜捕獲會(huì)繼續(xù)跟隨氣流離開[12];此外顆粒濃度過高也會(huì)在一定程度上抑制氣泡內(nèi)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)[13],使擴(kuò)散作用減弱,從而導(dǎo)致洗滌效率降低。為保證較高洗滌效率,入口質(zhì)量濃度最好保持在12~14 g/m3范圍內(nèi)。

        圖7 入口顆粒質(zhì)量濃度對(duì)不同粒徑顆粒洗滌效率的影響

        2.3 兩相流動(dòng)參數(shù)變化對(duì)不同粒徑顆粒洗滌效率的影響

        固閥塔板上,氣體沿閥周邊水平方向噴出,進(jìn)入塔板后與液體混合產(chǎn)生了氣泡密集運(yùn)動(dòng),根據(jù)氣液流量大小而有不同的氣液兩相間傳質(zhì)效果。塔板上方整個(gè)泡沫層區(qū)域軸向由低到高,氣泡湍動(dòng)會(huì)經(jīng)歷湍動(dòng)產(chǎn)生區(qū)、強(qiáng)湍動(dòng)區(qū)、湍動(dòng)消減區(qū)、弱湍動(dòng)區(qū)和湍動(dòng)重現(xiàn)區(qū),變化非常復(fù)雜[14]。洗滌塔對(duì)顆粒的洗滌效率很大程度上取決于塔板上氣泡行為、氣液兩相間流動(dòng)和界面特性。為了更深入體現(xiàn)兩相流動(dòng)情況對(duì)洗滌效率的影響,引入兩相流動(dòng)參數(shù)FLV。

        (5)

        式中:QV、QL分別為氣、液兩相的體積流量,m3/s;ρV、ρL分別為氣液兩相的密度,kg/m3。在氣體流量為4~8 m3/h,液體流量為160~260 L/h,入口質(zhì)量濃度為12.5 g/m3下,兩相流動(dòng)參數(shù)變化對(duì)不同粒徑顆粒洗滌效率的影響如圖8所示。由圖8(e)~8(f)可知,對(duì)粒徑大于2 μm的顆粒,兩相流動(dòng)參數(shù)的變化對(duì)其洗滌效率影響不大,洗滌效率均在99%以上,在此不做深入討論。對(duì)于粒徑小于2 μm的顆粒,當(dāng)氣體流量一定時(shí),隨著兩相流動(dòng)參數(shù)的增加,洗滌效率先增大后降低。這是因?yàn)闅怏w流量一定時(shí),兩相流動(dòng)參數(shù)增加,即液體流量增加,提高了氣液相對(duì)速度,增大了氣液接觸面積,大大提高了洗滌效率。Calvert等[15]研究表明,洗滌效率取決于單位表面的捕集效率(單個(gè)氣泡的捕集效率),而不是總的氣液作用面積(氣泡的數(shù)量)。液體流量的增加雖不能明顯地增加氣泡數(shù)量,但會(huì)提高氣泡表面液體的更新速率,積極地促進(jìn)單個(gè)氣泡捕集效率,從而提高整體的洗滌效率。顆粒表面有很多活性點(diǎn),活性點(diǎn)可被偶極分子,如水分子誘導(dǎo)。在較高的液體流量下,偶極水分子和顆粒之間的偶極誘導(dǎo)-偶極相互作用的可能性增加,從而使二者間倫敦力變大[16],提高了洗滌效率。另一方面,液體流量的增加在一定程度上抑制了氣泡對(duì)顆粒的二次夾帶,防止氣泡破裂后將顆粒再次釋放到氣體中[17]。然而隨著兩相流動(dòng)參數(shù)繼續(xù)增加,會(huì)導(dǎo)致洗滌效率下降,這是由于入口顆粒質(zhì)量濃度、氣體流量一定時(shí),隨著流動(dòng)參數(shù)增加,大部分顆粒已被捕集,即使繼續(xù)增加液體流量,氣液有效接觸也不會(huì)有明顯提高[18]。反而,過于強(qiáng)烈的氣液湍動(dòng)會(huì)加劇氣泡間的聚并,使其尺寸增大,氣泡上升速度加快,從而造成洗滌效率的下降。

        由圖8還可發(fā)現(xiàn),相比液體流量,氣體流量的增加可更顯著地提高對(duì)粒徑小于2 μm顆粒的洗滌效率。要達(dá)到一定的洗滌效率,氣體流量越高所需的液體流量相對(duì)越小。在單孔固閥塔板上,氣體流量越大,氣液比表面積和氣含率越增加,而氣泡直徑越小[19-20]。隨著氣體流量的逐漸增加,氣泡聚并的表面張力、靜壓力和促進(jìn)氣泡破碎的湍動(dòng)力、剪切力達(dá)到平衡,此時(shí)氣泡直徑達(dá)到最小值且平均尺寸分布均勻,大量的小氣泡顯著提高了氣液比表面積[21]。氣液比表面積增大,氣液湍動(dòng)劇烈,氣泡中顆粒所受離心力作用逐漸增大,更容易與氣泡液膜接觸碰撞;鄰近顆粒之間發(fā)生碰撞團(tuán)聚使其粒徑和質(zhì)量變大,因此攔截作用與慣性碰撞作用隨之增強(qiáng),從而提高了對(duì)顆粒的脫除效率。

        圖8 不同氣體流量下兩相流動(dòng)參數(shù)FLV對(duì)不同粒徑顆粒的洗滌效率的影響

        2.4 顆粒潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率的影響

        在氣體流量為6 m3/h、液體流量為200 L/h,入口顆粒質(zhì)量濃度為12.5 g/m3時(shí),比較了改性玻璃微珠與原玻璃微珠在該實(shí)驗(yàn)條件下的洗滌效率,結(jié)果見圖9。顆粒的接觸角記為θ(°)。由圖9可知,不同潤(rùn)濕性顆粒的洗滌效率隨粒徑增加有著類似的變化趨勢(shì)。而對(duì)粒徑小于1 μm的顆粒,疏水性顆粒(θ>90°)的洗滌效率遠(yuǎn)低于親水性顆粒(θ<90°),呈現(xiàn)兩極分化的狀態(tài)。該結(jié)果與潤(rùn)濕性好的顆粒比潤(rùn)濕性差的顆粒更易用濕法脫除的說法相符[2-3,19],但更明確地給出了顆粒潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率有明顯影響的粒徑范圍。大多數(shù)親水性顆粒潤(rùn)濕性好,易滲透到液體內(nèi)部或氣泡液膜外壁從而更容易被脫除;而親水性差的顆粒,在洗滌過程中難以被潤(rùn)濕,因此大量顆粒將會(huì)停留并沉積在液滴和氣泡表面形成一定厚度的粉塵層,阻礙了集塵體對(duì)其他顆粒捕集,造成新到達(dá)的顆粒被反彈回氣流中或者直接跟隨氣流被帶走,從而導(dǎo)致洗滌效率的降低,這也是圖中親、疏水顆粒洗滌效率出現(xiàn)兩極分化的原因。當(dāng)粒徑小于0.1 μm或大于0.5 μm時(shí),親水顆粒之間的洗滌效率差距縮小,疏水顆粒之間的洗滌效率差距也縮小。在洗滌過程中,粒徑小于0.1 μm的顆粒主要受到擴(kuò)散作用的影響,粒徑大于0.5 μm的顆粒主要受到慣性碰撞的作用,因此表明顆粒潤(rùn)濕性對(duì)這兩種機(jī)理作用的影響不大。當(dāng)粒徑大于2 μm時(shí),即使接觸角為137.97°、潤(rùn)濕性最差的顆粒,其洗滌效率也高達(dá)90%以上,說明此時(shí)顆粒的潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率已影響不大。當(dāng)粒徑大于2 μm時(shí),不同潤(rùn)濕性顆粒的質(zhì)量差異不大,因此隨著慣性撞擊作用開始占主導(dǎo)地位,洗滌效率相近且均能達(dá)到較高水平,即使添加表面活性劑或潤(rùn)濕劑,對(duì)洗滌效率的提高意義也不大。

        對(duì)于粒徑為0.1~0.5 μm的顆粒,顆粒潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率的影響較為明顯,顆粒潤(rùn)濕性越好,其洗滌效率越高。該粒徑段內(nèi)的顆粒受到擴(kuò)散作用、截留、慣性碰撞還有未知因素共同作用,洗滌特性變化復(fù)雜。顆粒粒徑很小,極難脫離氣體流線,隨著顆粒潤(rùn)濕性變差,即使有偶然的機(jī)會(huì)與液相接觸也很難被潤(rùn)濕,反而會(huì)在表面堆積對(duì)液相的捕集造成阻礙,因此相比其他粒徑范圍的顆粒,潤(rùn)濕性變差會(huì)導(dǎo)致其洗滌效率明顯下降。

        圖9 顆粒潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率的影響

        3 結(jié) 論

        (1) 粒徑大于2 μm的顆粒的洗滌效率在90%以上,而粒徑小于2 μm的顆粒,其洗滌效率隨著入口顆粒質(zhì)量濃度和兩相流動(dòng)參數(shù)的增加,先升高后降低;相比液體流量,氣體流量的增加可更顯著地提高粒徑小于2 μm顆粒的洗滌效率。

        (2) 粒徑為0.18~0.3 μm和大于0.5 μm的顆粒,洗滌效率均隨粒徑的增加而升高;粒徑為0.3~0.5 μm和小于0.1 μm的顆粒,洗滌效率隨粒徑的增加而降低;粒徑為0.1~0.18 μm的顆粒洗滌效率變化不明顯。

        (3) 不同潤(rùn)濕性顆粒的洗滌效率隨粒徑增加有著類似的變化趨勢(shì)。粒徑小于1 μm的顆粒,疏水性顆粒的洗滌效率明顯低于親水性顆粒,呈現(xiàn)兩極分化的狀態(tài)。顆粒潤(rùn)濕性對(duì)粒徑為0.1~0.5 μm的顆粒的洗滌效率影響顯著,顆粒潤(rùn)濕性越好,其洗滌效率越高。而當(dāng)粒徑大于1 μm時(shí),不同潤(rùn)濕性顆粒的洗滌效率差距逐漸縮小,當(dāng)顆粒粒徑大于2 μm時(shí),洗滌效率均能達(dá)到90%以上,此時(shí)顆粒潤(rùn)濕性對(duì)洗滌效率影響不大。

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        Scrubbing Performance of Fine Particulates in Fixed Valve Scrubbing Tower

        XU Lin, CHEN Xue-li, ZHU Shi-jie, DAI Zheng-hua

        (Key Laboratory of Coal Gasification and Energy Chemical Engineering of Ministry of Education,Shanghai Engineering Research Center of Coal Gasification, East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)

        Using hydrophilic and hydrophobic glass beads,air and water as experimental medium,effects of particle size,inlet particle loading,two phase flow parameter and particle wettability on scrubbing efficiency for particles smaller than 10 μm were investigated based on the method of single factor investigation in fixed valve scrubbing tower.The experimental results indicate that for particles larger than 2 μm,the scrubbing efficiency can achieve above 90%.For particles larger than 0.5 μm,the scrubbing efficiency increases upon increasing particle size;For particles smaller than 0.1 μm,the scrubbing efficiency decreases upon increasing particle size;For particles between 0.1 μm and 0.5 μm,the scrubbing efficiency increases initially and decreases later upon increasing particle size;For particles smaller than 2 μm,the scrubbing efficiency enhances at first and then decreases with increasing inlet particle loading and two phase flow parameter.The wettability of particles has a considerable effect on the scrubbing efficiency of particles smaller than 2 μm,especially between 0.1 μm and 0.5 μm.The better the wettability is,the higher the efficiency is.However,the wettability has little effect on the scrubbing efficiency of particles larger than 2 μm.

        fixed valve plate;scrubbing tower;fine particle removal;scrubbing efficiency

        1006-3080(2017)02-0149-07

        10.14135/j.cnki.1006-3080.2017.02.001

        2016-09-19

        上海市科委“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(15DZ1200802);山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(MH2014-01)

        許 琳(1992-),女,河南南陽人,碩士生,研究方向?yàn)闅庖汗倘喾蛛x。E-mail:xl3823355@163.com

        陳雪莉,E-mail:cxl@ecust.edu.cn

        TQ 028.2

        A

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