旋轉(zhuǎn)纖維除塵實(shí)驗(yàn)研究*

石零 朱中奎 常玉鋒 嚴(yán)朝雄 劉曉曄

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

0 引言

雖然電除塵和布袋除塵技術(shù)在當(dāng)前除塵領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)用場合，近年來重新受到重視。李迎超等[1]設(shè)計(jì)了一套高壓噴霧濕式振動(dòng)纖維柵全斷面除塵工藝，現(xiàn)場試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)纖維柵的全塵和呼吸性粉塵除塵效率達(dá)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(yùn)行參數(shù)時(shí)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(jìn)行了初步研究。

本文在文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，以低液氣比、高效凈化氣溶膠粒子為出發(fā)點(diǎn)，研究了風(fēng)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(jī)理

1.1濕式弦切除塵裝置

實(shí)驗(yàn)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(fēng)機(jī)系統(tǒng)和排污系統(tǒng)4個(gè)部分組成。除塵器主體高度為1 000 mm，直徑230 mm，進(jìn)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(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

1—進(jìn)氣管；2—發(fā)塵器；3—噴嘴；4—壓力表；5—流量計(jì)；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(jī)；13—出氣管；14—測試孔；15—風(fēng)機(jī)；16—排污嘴

圖2 除霧除塵盤結(jié)構(gòu)示意

1.2 除塵機(jī)理

含塵氣流在負(fù)壓的作用下進(jìn)入除塵器，高速運(yùn)動(dòng)的顆粒物和細(xì)小的噴霧液滴發(fā)生強(qiáng)烈碰撞凝聚，大粒徑的顆粒在慣性力的作用下到達(dá)液滴的表面或者進(jìn)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(fēng)流拖曳進(jìn)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(shí)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(shí)由除塵除霧轉(zhuǎn)盤切割氣流，顆粒和液滴在碰撞、攔截和擴(kuò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以硅微粉作為實(shí)驗(yàn)粉塵，其粒徑分布見文獻(xiàn)[5],采用青島嶗應(yīng)3012H便攜式大流量低濃度煙塵自動(dòng)測試儀測量粉塵濃度。系統(tǒng)風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(fēng)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(shí)，除塵效率大于98%，且在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)，除塵風(fēng)速對(duì)效率影響的敏感性較小。在液氣比一定(0.043 L/m3)時(shí)，風(fēng)速依次為1,2,3 m/s和3.6 m/s增加時(shí)，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(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由500 r/min増至1 000 r/min時(shí)，除塵效率增幅較大，風(fēng)速為2 m/s時(shí)，除塵效率提高了2.49%。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速由1 000 r/min増至2 000 r/min時(shí)，除塵效率的增幅較小，風(fēng)速為1 m/s和3.6 m/s時(shí)，除塵效率幾乎不隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化。

圖3 風(fēng)速對(duì)除塵效率的影響

(2)噴嘴位于進(jìn)氣管段順流噴射，風(fēng)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(duì)濕式除塵器性能的一個(gè)主要要求就是高效、低液氣比，本實(shí)驗(yàn)在效率為99.88%時(shí)，液氣比僅有0.157 2 L/m3。

圖4還顯示在各轉(zhuǎn)速下效率對(duì)液氣比呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，高轉(zhuǎn)速和高液氣比時(shí)效率在99.8%以上。在所有實(shí)驗(yàn)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(jìn)行分析，除塵效率隨液氣比的增加而增大，當(dāng)液氣比由0.077L/m3增大到0.103 7 L/m3時(shí)，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(duì)除塵效率的影響

(3)噴嘴位于進(jìn)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(fēng)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(duì)除塵效率的影響如圖5所示。

圖5 順、逆流噴射比對(duì)效率的影響

噴嘴位于進(jìn)氣管段時(shí)順、逆流噴射的除塵效率如圖5所示，逆流時(shí)風(fēng)速與除塵效率的關(guān)系和順流時(shí)相同。逆流時(shí)的除塵效率在各除塵風(fēng)速下均高于順流時(shí)的除塵效率，逆流時(shí)氣液相對(duì)速度大，噴霧對(duì)進(jìn)氣管壁面的潤濕面積也越大，噴霧停留時(shí)間長，對(duì)粉塵顆粒物的捕集效率提高。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，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(shí)，噴霧射流末端的液滴會(huì)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(shí)的平均粒徑，氣液相對(duì)速度越大，霧滴平均粒徑越大，風(fēng)速較大時(shí)，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(shí)的除塵效率整體上高于逆流時(shí)的除塵效率。這主要是因?yàn)轫樍鲊娚鋾r(shí)，噴霧在筒體中向上噴射，對(duì)筒體的潤濕面積更大，霧滴平均粒徑小，除塵效率高，風(fēng)速為3 m/s時(shí)，除塵效率達(dá)到99.69%，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，風(fēng)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(shí)除塵效率接近。

3 結(jié)論

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

(2)在進(jìn)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(yīng)增加，但轉(zhuǎn)速、效率和能耗間應(yīng)存在一個(gè)優(yōu)化值，為取得該優(yōu)化值應(yīng)繼續(xù)深入研究。