双层滤料颗粒床布风板及其压降分析

文_闫雪松 杨国华 张立东 宁波大学海运学院

工业生产过程中产生的高温含尘烟气，是造成下游设备侵蚀、结垢、堵塞的主要原因，如在水泥和玻璃炉窑中，含尘烟气会造成SCR脱硝技术中催化剂的中毒和磨损，传统对气体先降温再除尘的除尘方式也会造成热量的大量损失，降低了工艺过程中余热利用系统的工作效率，所以，发展高温除尘技术势在必行。国际上广泛认可采用低成本的耐高温、耐腐蚀颗粒充当过滤介质的颗粒床是最有前景的高温除尘技术之一，宁波大学开创了双层滤料颗粒床高温除尘新方法，采用了上粗下细、上轻下重的两种滤料，解决了微细粉尘过滤效率不好的问题，实现了梯级过滤，获得了高过滤效率、低压降的优异性能。

双层滤料颗粒床的工程应用中，只采用厚稳流层的布风方式经常会出现流化死床现象，厚稳流层对气流均布的调控能力有限，反吹气速过大时，稳流层容易穿孔，导致漏料和布风不均，布风板作为气固流化床均布气流的重要组成构件，在改善床内流化质量上发挥了关键作用。布风板的开孔率、开孔孔径和开孔形状往往是设计过程中需要考虑的重要参数，因此研究过程中围绕这三个参数进行了讨论，为新型布风装置布风板的选择提供参考依据。

1 试验系统

图1为布风板装置的测试试验系统，主要试验装置包括罗茨风机、玻璃转子流量计、双层滤料颗粒床床体、布袋除尘器以及相关数据采集器。整个系统由罗茨风机提供反吹气流，使双层滤料颗粒床达到流化状态，由转子流量计显示反吹气流的大小，通过DLK301压差变送器连接Agilent34970A数据采集仪，获取试验过程中的压力信号。

图1 布风板装置测试试验系统

试验过程中，参考以往的设计经验，选取的布风板开孔率为低开孔率布风板，孔径范围为2～4.5mm。第一排布风板孔径2mm，开孔率依次为0.76%、1.48%、2.44%和3.64%。第二排开孔率2.44%，孔径依次为2、2.5、3.5和4.5mm。第三排为栅条形布风板，缝宽1mm，开孔率依次为1.48%、2.44%和3.64%。

2 试验结果与分析

2.1 布风板开孔形状对压降的影响

试验选取开孔率均为2.44%，而孔径为2mm的圆孔形布风板和缝宽1mm的栅条形布风板。图2所示，在反吹气速的增加的过程中，布风板造成的压降值逐渐增大，且开孔率越小，压降上升趋势越快。实际上，气流穿过布风板的小孔时会形成多股射流，此时气体主流同周围气流存在速度不等的间断面，间断面失稳后产生涡旋，并同周围气流发生碰撞摩擦，气流产生阻力损失，还可以看出，各开孔率下栅条形布风板和圆孔形布风板的压降值随反吹气速的增加趋势相互接近，这表明相同开孔率下的布风板，开孔形状对压降特性的影响较小，考虑制造成本时，可用更廉价的栅条形布风板取代圆孔形布风板。

图2 开孔形状对布风板阻降特性的影响

2.2 布风板开孔率对压降的影响

选取开孔孔径均为2mm，开孔率依次为0.76%、1.48%、2.44%和3.64%的四块圆孔形布风板，试验结果如图3，随着开孔率的增加，布风板压降出现下降现象。开孔率从0.76%到3.64%的变化过程中，布风板压降先是急剧下降，当开孔率大于1.48%后，下降趋势变缓。可能是因为在相同的反吹气速下，气流经过布风板上的小孔时，形成复杂的回流区。当布风板开孔率较小时，主流区和各个回流区中的流体质点发生碰撞摩擦的几率更大且更剧烈，这导致更多的流体微团脱离并重新附着于主流，从而使得能量消耗更容易，气流通过时布风板表现出更大的压降值。而当开孔率增大到一定值时，这种碰撞导致的能量损失被削弱，布风板的压降下降趋势减缓。

图3 开孔率对布风板阻降特性的影响

2.3 布风板孔径对压降的影响

选取开孔率均为2.44%，开孔孔径依次为2、2.5、3.5、4.5mm的四块圆孔形布风板进行试验，结果如图4，在孔径增加的过程中，布风板压降值随之上升。当反吹气速为0.55m/s时，布风板压降由孔径为2mm时的651.84Pa增加至孔径为4.5mm时的999.15Pa，可见孔径对压降性能存在一定影响。孔径从2mm增至2.5mm时，压降上升迅速，从2.5mm增至3.5mm时，趋于缓慢，而从3.5mm增至4.5mm时，又开始迅速上升。这主要是因为气流通过布风板的阻力损失值由单孔的阻力损失和孔数决定，孔径大时，孔数越少，单孔阻力损失越大。

图4 开孔孔径对布风板阻降特性的影响

3 结语

本文对双层滤料颗粒床流化时，布风板的压降特性进行了试验研究，结果表明相同开孔率下，栅条形布风板和圆孔形布风板具有相近的压降特性。对于圆孔形布风板，相同孔径下压降随着开孔率增加而减小，相同开孔率下压降随着孔径的增加而增大。在布风板开孔率、孔径和开孔形状三个因素中，开孔率对压降特性的影响最大，其次为孔径，开孔形状对压降特性的影响较小。