石零 朱中奎 常玉鋒 嚴朝雄 劉曉曄

(江漢大學化學與環(huán)境工程學院，工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點實驗室 武漢 430056)

0 引言

雖然電除塵和布袋除塵技術(shù)在當前除塵領域應用較多，但濕式除塵技術(shù)因其特殊的技術(shù)優(yōu)勢和特定應用場合，近年來重新受到重視。李迎超等[1]設計了一套高壓噴霧濕式振動纖維柵全斷面除塵工藝，現(xiàn)場試驗中發(fā)現(xiàn)纖維柵的全塵和呼吸性粉塵除塵效率達到95%以上；邵化振等[2]提出了一種縮放噴管式高壓噴霧引射降塵裝置，研究了最佳引射效果的結(jié)構(gòu)參數(shù)；李小川等[3]探討了流型自激式水幕除塵器在最佳運行參數(shù)時的除塵效率為98.6%；石零等[4-5]基于纖維繞流的過濾思想，研發(fā)了纖維切割氣流的除塵/除霧器，并進行了初步研究。

本文在文獻[4]和文獻[5]的基礎上，以低液氣比、高效凈化氣溶膠粒子為出發(fā)點，研究了風速、液氣比、噴嘴位置及噴霧方向與效率間的關(guān)系。

1 濕式弦切除塵裝置及除塵機理

1.1濕式弦切除塵裝置

實驗除塵系統(tǒng)裝置如圖1所示，除塵裝置主要由霧化系統(tǒng)、除塵除霧轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)、風機系統(tǒng)和排污系統(tǒng)4個部分組成。除塵器主體高度為1 000 mm，直徑230 mm，進出口管的直徑為160 mm，其中核心的部件是除塵除霧轉(zhuǎn)盤，除塵除霧轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，除塵除霧轉(zhuǎn)盤由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

1—進氣管；2—發(fā)塵器；3—噴嘴；4—壓力表；5—流量計；6—增壓泵；7—循環(huán)水箱；8—錐體；9—法蘭；10—筒體；11—除塵除霧轉(zhuǎn)盤；12—電機；13—出氣管；14—測試孔；15—風機；16—排污嘴

圖2 除霧除塵盤結(jié)構(gòu)示意

1.2 除塵機理

含塵氣流在負壓的作用下進入除塵器，高速運動的顆粒物和細小的噴霧液滴發(fā)生強烈碰撞凝聚，大粒徑的顆粒在慣性力的作用下到達液滴的表面或者進入液滴而被捕獲，再通過重力沉降從氣路中分離。小粒徑的顆粒和霧滴由風流拖曳進入筒體，氣流方向急劇變化，一部分液滴以筒體壁面為收塵體，被在筒體壁面收集，實現(xiàn)氣固和氣液分離；再小粒徑的顆粒和霧滴,流經(jīng)除塵除霧轉(zhuǎn)盤時由除塵除霧轉(zhuǎn)盤切割氣流，顆粒和液滴在碰撞、攔截和擴散作用下被弦切纖維捕集，捕集在弦切纖維上的霧滴在纖維表面形成水膜，水膜在離心力作用下攜帶被捕集的顆粒脫離。

2 實驗結(jié)果及分析

以硅微粉作為實驗粉塵，其粒徑分布見文獻[5],采用青島嶗應3012H便攜式大流量低濃度煙塵自動測試儀測量粉塵濃度。系統(tǒng)風量和除塵除霧轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，用分流方式控制噴霧壓力和流量。測試除塵風速分別為1,2,3,3.6 m/s，除塵除霧轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速分別為500,1 000,1 500,2 000 r/min，噴霧順、逆流噴射等條件下的除塵效率。

(1)噴嘴位于進氣管段順流噴射，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，除塵除霧轉(zhuǎn)盤4種轉(zhuǎn)速下不同風速的除塵效率如圖3所示。圖3顯示轉(zhuǎn)速在1 000 r/min以上時，除塵效率大于98%，且在實驗風速范圍內(nèi)，除塵風速對效率影響的敏感性較小。在液氣比一定(0.043 L/m3)時，風速依次為1,2,3 m/s和3.6 m/s增加時，整體上呈現(xiàn)出除塵效率隨除塵除霧轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速增大而升高的趨勢。當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由500 r/min増至1 000 r/min時，除塵效率增幅較大，風速為2 m/s時，除塵效率提高了2.49%。當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由1 000 r/min増至2 000 r/min時，除塵效率的增幅較小，風速為1 m/s和3.6 m/s時，除塵效率幾乎不隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化。

圖3 風速對除塵效率的影響

(2)噴嘴位于進氣管段順流噴射，風速調(diào)節(jié)為1 m/s，不同液氣比和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速下除塵效率如圖4所示。對濕式除塵器性能的一個主要要求就是高效、低液氣比，本實驗在效率為99.88%時，液氣比僅有0.157 2 L/m3。

圖4還顯示在各轉(zhuǎn)速下效率對液氣比呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，高轉(zhuǎn)速和高液氣比時效率在99.8%以上。在所有實驗轉(zhuǎn)速下，其關(guān)系都呈現(xiàn)出相似規(guī)律，以轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為2 000 r/min進行分析，除塵效率隨液氣比的增加而增大，當液氣比由0.077L/m3增大到0.103 7 L/m3時，除塵效率由99.80%提高到99.87%，繼續(xù)增大液氣比，除塵效率幾乎沒有改變。

圖4 轉(zhuǎn)速和液氣比對除塵效率的影響

(3)噴嘴位于進氣管段逆流噴射，除塵除霧轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為1 000 r/min，風速調(diào)節(jié)為1 m/s，液氣比控制為0.043 L/m3，順、逆流霧滴噴射方式對除塵效率的影響如圖5所示。

圖5 順、逆流噴射比對效率的影響

噴嘴位于進氣管段時順、逆流噴射的除塵效率如圖5所示，逆流時風速與除塵效率的關(guān)系和順流時相同。逆流時的除塵效率在各除塵風速下均高于順流時的除塵效率，逆流時氣液相對速度大，噴霧對進氣管壁面的潤濕面積也越大，噴霧停留時間長，對粉塵顆粒物的捕集效率提高。當風速增大時，霧滴沿噴射方向的阻力變大，噴射距離縮短，管道壁面潤濕面積也較少，而且逆流時，噴霧射流末端的液滴會隨著氣流前行，又回到噴嘴處，使液滴富集，霧滴平均粒徑大于順流時的平均粒徑，氣液相對速度越大，霧滴平均粒徑越大，風速較大時，順流和逆流除塵效率接近。由圖5可知，噴嘴位于筒體中間順、逆流噴射的除塵效率卻呈現(xiàn)出相反規(guī)律，順流時的除塵效率整體上高于逆流時的除塵效率。這主要是因為順流噴射時，噴霧在筒體中向上噴射，對筒體的潤濕面積更大，霧滴平均粒徑小，除塵效率高，風速為3 m/s時，除塵效率達到99.69%，當風速較大時，風流攜帶粉塵和霧滴更容易穿過除塵除霧轉(zhuǎn)盤，順流和逆流時除塵效率接近。

3 結(jié)論

(1)濕式弦切除塵除霧器在高風速下具有高凈化效率，在風速為3 m/s，除塵除霧轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速2 000 r/min時，效率可達99.2%。

(2)在進氣噴嘴噴射式，液滴順流和逆流噴射兩種方式下，逆流的除塵效率高于順流的除塵效率。

(3)除塵效率隨液氣比的增加而增大，在0.077 L/m3的液氣比下，除塵效率也大于99%。

(4)僅從效率角度分析，由于切割氣流的次數(shù)增加，效率也應增加，但轉(zhuǎn)速、效率和能耗間應存在一個優(yōu)化值，為取得該優(yōu)化值應繼續(xù)深入研究。