細(xì)顆粒的旋風(fēng)除塵
目前,工業(yè)上常用的氣固分離方法包括旋風(fēng)除塵、濕洗分離、布袋除塵和靜電除塵等方法。濕洗分離法通過液層液滴和液膜來捕集粉塵,可分離15pm的粉塵,效率高且可靠,缺點(diǎn)是氣體內(nèi)易夾帶液霧造成管道腐蝕或結(jié)垢,一般只能在較低溫度下使用,同時(shí)還存在設(shè)備較大,易產(chǎn)生二次污染的弊端,所以在工業(yè)上的應(yīng)用較少。布袋除塵可有效地捕集0.1~1m的粉塵,缺點(diǎn)是設(shè)備龐大,造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用高,易發(fā)生糊袋和頂袋破損。靜電除塵器對(duì)0.01~1m的粉塵有較好的分離效率,缺點(diǎn)是一次性投資大,對(duì)操作和管理的要求較高,當(dāng)粉塵含濕量大或者需要噴水調(diào)節(jié)粉塵的介電常數(shù)時(shí),腐蝕問題難以解決。
環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)是青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究室在傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器基礎(chǔ)上開發(fā)的新型氣固分離設(shè)備,已被廣泛地應(yīng)用于石油、化工、治金和環(huán)保等行業(yè)。隨著環(huán)保要求的提高,工業(yè)上對(duì)氣體中細(xì)粉塵(<5m)的分離需求迫切,為了提高旋風(fēng)除塵器對(duì)細(xì)粉塵的分離能力,本研究考察了3種結(jié)構(gòu)環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)對(duì)細(xì)粉塵的分離性能1環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)的工作原理與結(jié)構(gòu)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器具有與傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器不同的結(jié)構(gòu),具有壓降低、分離效率高及放大效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。利用2臺(tái)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器和分離柱,構(gòu)成了如圖1所示的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng),空氣由鼓風(fēng)機(jī)輸送,流量由蝶閥控制,孔板流量計(jì)測量;粉塵從加科口由壓縮空氣帶入,氣固混合后,進(jìn)入一級(jí)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器,一次分離后氣體進(jìn)入柱狀分離柱進(jìn)行強(qiáng)化分離,浄化氣由柱狀分離器頂部的排氣管進(jìn)入濾袋后排空;少部分氣體攜帶在分離柱內(nèi)被甩向器壁的細(xì)粉塵經(jīng)切向出口進(jìn)入二級(jí)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器。從二級(jí)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器排出的氣體經(jīng)引風(fēng)機(jī)返回分離柱或一級(jí)進(jìn)氣口。由2級(jí)分離器分離下來的粉塵經(jīng)排灰口進(jìn)入灰斗。
這種循環(huán)除塵系統(tǒng)對(duì)亞微米級(jí)顆粒的分離效率比單環(huán)流式旋風(fēng)除塵器提高很多。但是,在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在一些不利因素,即在柱狀分離段中存在流型不規(guī)范的問題,在錐體部位的流體有擺尾現(xiàn)象,這都將對(duì)除塵效率產(chǎn)生不利影響。為了消除這些弊端,提高除塵效率,研究者對(duì)環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)作了進(jìn)一步改進(jìn),在柱狀分離段和級(jí)環(huán)流式旋風(fēng)除塵器之間加導(dǎo)流整流器。整流器結(jié)構(gòu)由葉片、導(dǎo)流錐和內(nèi)圓柱組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。加整流器后,氣流經(jīng)過整流,改變了螺旋上升的傾角,旋轉(zhuǎn)圈數(shù)增加,路徑増長,由于分離柱內(nèi)平均軸向速度不變,即氣體在器內(nèi)的停留時(shí)間不變,故切向速度増大,使粉塵可以獲得更大的離心力,從而提高效率。導(dǎo)流錐具有流線烈結(jié)構(gòu),使流體漸縮式流進(jìn)整流器,然后漸牙式流整流器,能夠?qū)α黧w起到很好的穩(wěn)流作用,克服了擺尾現(xiàn)象。
2實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)物系為分子篩空氣,分子篩的粒徑分布如表1所示,粒徑<3.2m的細(xì)顆粒占53%。入口氣體的速度范圍為23~30ms,含塵濃度為3~7gym。
實(shí)驗(yàn)利用壓降、總除塵效率和粒級(jí)效率曲線對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。壓降由U型管壓差計(jì)測定,級(jí)壓降的測壓點(diǎn)位于一級(jí)進(jìn)口和分離柱切向出口處,二級(jí)壓降的測壓點(diǎn)位于二級(jí)分離器的氣體進(jìn)口和出口處??偡蛛x效率的計(jì)算公式為:
除塵總效率=(一級(jí)+二級(jí)灰合粉塵總重量)/進(jìn)料總重量
物料重量由精密數(shù)字天平測算,儀器的精度為0.01g。
3結(jié)果與討論
3.1分離效率
對(duì)于3種不同結(jié)構(gòu)的除塵系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)測定了分離效率與入口風(fēng)速的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示??梢钥闯觯?/span>
(1)隨著氣體流速的増大,總分離效率先増大后減小,中間有一個(gè)最大值;
(2)加整流器的除塵系統(tǒng)效率較高,加導(dǎo)流錐比不加導(dǎo)流錐的除塵效率要高這些現(xiàn)象說明帶有導(dǎo)流錐的整流器的確對(duì)流場起到了穩(wěn)流和強(qiáng)化分離的作用。
3.2壓降
實(shí)驗(yàn)考察了3種不同結(jié)構(gòu)除塵系統(tǒng)的入口風(fēng)速對(duì)壓降的影響,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。一級(jí)壓降隨著入口風(fēng)速的增大而增大,加整流器和加導(dǎo)流錐都會(huì)増加一級(jí)壓降。二級(jí)壓降一般在0.80~1.30kPa之間。很明顯,加整流器后,氣流在整流器作用下改變了旋轉(zhuǎn)傾斜角度,產(chǎn)生新的能量損失,節(jié)流效應(yīng)也導(dǎo)致了靜壓能的損失,從而使得壓降增加。導(dǎo)流錐使得流體流動(dòng)的截面積較小,也增加了阻力損失。
3.3粒級(jí)效率曲線
為了清楚地了解該除塵系統(tǒng)對(duì)不同粒徑顆粒的分離情況,特別測繪了粒級(jí)效率曲線。分級(jí)效率是指單一級(jí)別粒度顆粒的分離效率,是評(píng)價(jià)環(huán)流式旋
nx——分級(jí)除塵效率;
Sbx——平均粒徑為xμm,粒徑范圍在△x內(nèi)的粉塵捕集量(g/s);
Sjx——進(jìn)口處平均粒徑為xμm,粒徑范圍在內(nèi)的粉塵量(g/s);
fj——進(jìn)口粉塵中粒徑為出xμm的質(zhì)量頻率;
fb——角出口粉塵中粒徑為xμm的質(zhì)量頻率;
Shx——出口處平均粒徑為m,粒徑范圍在△x內(nèi)的粉塵量(g/s)
n——總除塵效率;
△P——壓力損失(P)。
根據(jù)前述實(shí)驗(yàn),加有導(dǎo)流錐的整流器的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)性能最好,所以將其粒徑與分級(jí)效率的關(guān)系繪成曲線,如圖5所示??梢钥闯?該曲線由2部分組成。粒徑>4m時(shí),分級(jí)效率隨著粒徑的增大而増大,符合理論預(yù)測。但當(dāng)顆粒粒徑<4pm時(shí),分級(jí)效率先增大后減小,在2.8pm處達(dá)到最大(70%)。這顯示了該種除塵系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒有特別的分離能力。分析其原因:
(1)分子間作用力和靜電引力有助于顆粒之間的聚集+列,大顆粒對(duì)細(xì)顆粒的夾帶與細(xì)顆粒的聚并,增加了細(xì)顆粒的分離;
(2)環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)能夠強(qiáng)化細(xì)顆粒的聚并和夾帶。
4.結(jié)論
為了進(jìn)一步提高環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)對(duì)細(xì)粉塵的分離性能,實(shí)驗(yàn)考察了3種不同結(jié)構(gòu)的分離性能。
通過分析其效率、壓降和粒級(jí)效率曲線等實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)論:
(1)3種結(jié)構(gòu)中,加有導(dǎo)流錐整流器的環(huán)流循環(huán)除塵系統(tǒng)效率最高,相應(yīng)其一級(jí)壓降略有增加。
(2)直徑在2.8pm左右的顆粒由于容易被大顆粒夾帶分離,其分離效率比4pm左右的顆粒高。
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