湿式旋流弦切除尘器性能实验研究*

石零　韩书勇　陈文　代青青

(1.工业烟尘污染控制湖北省重点实验室(江汉大学)　武汉 430056；2.江汉大学化学与环境工程学院　武汉 430056)



湿式旋流弦切除尘器性能实验研究*

石零1,2韩书勇1,2陈文1,2代青青2

(1.工业烟尘污染控制湖北省重点实验室(江汉大学)武汉 430056；2.江汉大学化学与环境工程学院武汉 430056)

摘要旋流弦切除尘器作为一种新型湿式除尘器，具有良好的特性。本文在所建立的实验系统上，按湿式除尘性能测试的相关规范，研究了除尘风速、弦切速度与除尘器效率和压力损失间的关系。实验结果显示：在液气比为定值时(0.05 L/m3)，在实验风速范围内，除尘效率存在极值；压力损失符合流体力学的局部阻力规律，并拟合出了除尘器的局部阻力系数。

关键词湿式除尘器旋转过滤旋流弦切除尘效率压力损失系数

0引言

湿式除尘技术被认为是颗粒物的一种高效去除技术，湿式除尘技术是利用液滴(液柱)为捕集体，在碰撞、拦截和扩散机理的综合作用下实现细颗粒物与气流的分离。湿式除尘技术由于存在设备腐蚀、出口带雾和水处理等问题，曾经不受重视，只在高湿、高温等特殊场合下使用[1]，但湿式除尘器不存在静电除尘器和袋式除尘器中广泛存在的二次扬尘问题，能够大大提高除尘效率，如文丘里除尘器对小至0.1 μm的粉尘仍有很高的除尘效率[2]，朱家骅、石零等对湿式除尘器的最新研究也显示湿式除尘器对微细粉尘去除具有高效性[3-4]，正因为如此，近来湿式除尘技术被重新认识，出现了湿式静电除尘技术等,与湿式除尘技术结合的复合技术，而且发展势头迅猛。

本文首先介绍了湿式旋流弦切除尘器的技术原理，然后是湿式旋流弦切除尘器的除尘效率与风速间的关系，以及除尘器的压力损失等特性被讨论。

1湿式旋流弦切除尘过程

湿式旋流弦切除尘器是由除尘器主体、雾化喷头、旋流弦切盘等主要部件构成。湿式旋流弦切除尘器综合利用了湿式洗涤和纤维过滤的碰撞、拦截和扩散等多种除尘机制，其除尘过程是：含尘气流进入除尘器后首先与雾化液滴相遇，气流中的粉尘被洗涤去除，同时，未被洗涤去除的粉尘进入液滴形成含尘液滴，当含尘液滴与旋流弦切盘相遇时，在旋流和切弦切割气流以及离心力作用下，使含尘液滴去除，除尘原理如图1所示。文献[5]介绍了旋流弦切盘的结构。

2实验装置与实验方法

2.1实验装置

图2是旋流弦切除尘器除尘性能的实验系统图，除尘实验装置分为四部分：尘源系统、循环水喷雾系统、旋流弦切除尘系统和测量系统。

图1　旋流弦切盘及除尘机理示意

1-发尘器；2-液体流量计；3-压力表；4-喷嘴；

在此实验装置上，按照《湿式除尘器性能测试方法》(GB/T 15187—2005)，通过调节电机的频率改变风机风量，进而实现除尘风速的调节，进行一系列关于效率与除尘风速的实验。旋流弦切盘的旋转速度则由专门的电机驱动，通过调节转速完成与转速相关的实验。实验粉尘使用硅微粉，通过发尘装置发尘，发尘浓度控制在200 mg/m3。硅微粉的粒度粉尘采用激光粒度分析仪进行干法测量，测量结果如图3所示，由图读出硅微粉的中位粒径为8.45 μm。液气比的确定是通过监测管道风速和计量液体流量计算得出。除尘器出口浓度按质量法测量，使用烟尘平行采用仪进行测量，每次测量时间为15 min。除尘器的压力差使用U型压力计测量。

图3　硅微粉粒径分布

2.2实验过程

首先启动系统风机、循环水泵、旋流盘转速电机，然后调节风机电机频率和流量计固定液气比，接着调节旋流弦切盘驱动电机转速，使之固定。称取一定量的干燥实验粉尘置入发尘器内。在开始发尘的同时，启动烟尘平行采样仪进行测量。

3实验结果与讨论

3.1除尘风速与除尘器效率间关系

在保持其他参数不变的基础上，实验给出的除尘风速与除尘效率间关系如图4所示。

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

图4显示了在旋流弦切盘转速和液气比固定(0.05 L/m3)的条件下，除尘效率随除尘风速影响的实验曲线。实验曲线显示除尘效率随除尘风速的增加呈现出先下降后升高的趋势，在除尘风速在2 m/s时效率最低。

除尘效率呈现如此变化规律的可能解释是：①由于实验采用的是单谱系粉尘，而且喷嘴液滴的中位径在100 μm左右[6]，一方面较低除尘风速时粉尘主要是由于扩散作用被液滴洗涤，由于除尘风速较低，相比高除尘风速时切弦切割气流的次数比高速时的次数多，所以效率较高，另一方面而未被洗涤且又能在气流所能携带的含尘液滴到达旋流弦切盘处，使旋流弦切盘发挥作用，被旋流弦切盘切割，被切弦拦截、碰撞和扩散被去除的量少(相当于旋流弦切盘很少发挥作用)，在风速小于2 m/s且风速增加时，效率随风速增加而减小；②当除尘风速增加到2 m/s时，可能是由于含尘液滴能够被风流携带的更多，导致效率最低，也有可能是在此转速及此除尘风速的叠加，恰好导致含尘液滴更多穿过旋流弦切盘；③当除尘风速继续增加时，由风速的增加除尘的湍流度增加，细微的含尘液滴由于湍流凝聚使含尘液滴直径增加，再加上大风流下旋流弦切盘的相对速度增加，旋流弦切盘的拦截、碰撞作用增强，所以效率随风速增加而增加。

比较图4(a)和图4(b)可知，当旋流弦切盘的转速增加时，最低除尘效率也向风速增加的方向移动，如在600 r/min时，最低效率出现在2 m/s的风速；而在900 r/min时，最低效率出现在2.25 m/s的风速，两个转速的最低效率均为96.6%。这说明为改善极值下的除尘效率，通过增加旋流弦切盘的转速，仅会改善排放粉尘粒径分布(这是因为在其他条件不变的情况下，因为高风速能携带的粒径也大)，而对提高除尘效率效果欠佳。

3.2旋流弦切转速与除尘效率间关系

图5除尘效率与旋流弦切盘转速间关系

湿式旋流弦切的粉尘去除有部分机制是依靠旋流弦切盘的切弦切割气流来实现的，所以，弦切盘的转速对除尘器的效率是一个重要影响因素。在固定液气比的条件下，图5给出了弦切盘转速与除尘器效率间的实验数据。图5显示弦切盘转速增加除尘器效率也随之提高，两者间呈线性关系，但不同除尘风速下这种关系的显著性不同，低除尘风速下线性关系的斜率较小，而高除尘风速下线性关系的斜率较大。

出现低除尘风速下除尘效率随转速增加而提高幅度较小的可能原因:一是实验使用的中位是8.45 μm的粉尘，由于其中位径较小，再加上液滴之积较大，旋流弦切盘之前粉尘在扩散和惯性的联合作用下被去除发挥了重要作用，而旋流弦切盘切割和惯性作用很小；二是低风速所能携带的含尘液滴到达弦切盘的量少。高风速下除尘效率与转速间的大斜率即是对上述解释的佐证。

3.3除尘风速与除尘器压力损失间关系

除尘器的压力损失是衡量除尘器能耗的关键性技术指标。在湿式旋切除尘器中，其压力损失与除尘风速有关，也可能与旋流弦切盘的转速有关。为准确评估湿式旋流弦切除尘器的压力损失，进行了相关实验，实验结果如图6所示。

图6风速与除尘器压力损失间关系

图中实验数据显示，除尘器压力损失符合式(1)表示的流体力学阻力规律，呈现出较好的风速二次曲线形式。

(1)

式中，ζ为除尘器的压力损失系数；ρ为气体密度，kg/m3；v为除尘器进气口气流速度，m/s。

进一步分析发现，在实验转速范围内，除尘器的压力损失与旋流弦切盘的转速相关性不大。这样的实验结果，为除尘器的压力损失系数准确估算提供了较好的实验数据。

图7除尘器压力损失系数拟合

为了较全面地了解除尘器的压力损失情况，并能对该种除尘器在使用选型时给予指导，按除尘器

进口风速的平方与除尘器压力损失绘制曲线如图7所示，通过对图7的实验数据在95%置信区间内进行拟合，同时，按标况状态取气体密度近似为1.24 kg/m3，得式(1)中的压力损失系数为0.18。

4结论

(1)阐述了湿式旋流弦切除尘器的除尘机理和过程，湿式旋流弦切除尘器的除尘是在湿式洗涤和纤维过滤联合作用下实现的。

(2)得到了湿式旋流弦切除尘器的效率与除尘风速及旋流弦切盘转速间关系。在旋流弦切盘转速和液气比固定条件下，除尘效率随除尘风速的增加呈现出先下降后升高的趋势，在除尘风速为2 m/s时效率最低。

(3)得到了湿式旋流弦切除尘器的效率与旋流弦切盘转速间的关系。弦切盘转速增加除尘器效率也随之提高，两者间呈线性关系，但不同除尘风速下这种关系的显著性不同，低除尘风速下线性关系的斜率较小，而高除尘风速下线性关系的斜率较大。

(4)除尘器压力损失符合流体力学阻力规律，呈现出较好的风速二次曲线形式。通过实验数据，在95%的置信区间内拟合给出了除尘的局部阻力系数。

湿式旋流弦切除尘器具有除尘效率高、压力损失小、耗液量小等明显特点，湿式旋流弦切除尘器的研发丰富了湿式除尘技术。

参考文献

[1]李新宇，张贺军，张德朝.新型矿用湿式除尘器的研制及实验研究[J].山东煤炭科技，2014(9):79-81.

[2]Majid Ali，Changqi Yan，Zhongning Sun， et al. Dust particle removal efficiency of a venture scrubber [J]. Annals of Nuclear Energy，54(2013):178-183.

[3]朱家骅，夏素兰，魏文韫，等.湿法除尘技术进展及变温多相流脱除PM2.5的新方法[J].化工学报，2013，64(1):154-163.

[4]Shi ling，Yang chengwu，Yu xinming, et al. A potential precipitating apparatus and its performance measuring [J]. Applied Mechanics and Materials, 389 (2013):378-382.

[5]石零，余新明.一种无孔雾化弦切旋流除尘器[P].ZL2014201491148,2014-10-08.

[6]石零，韩书勇，陈红梅，等.喷嘴雾化液滴D50不确定评价与分析[J].江汉大学学报,2014,12:5-8.

*基金项目：武汉市科技计划项目(2013061001010482)。

作者简介石零，1968年生，博士,教授,主要研究领域为大气污染控制和微结构热传递技术。

(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