淺談噴流除塵技術的應用和發展

劉景艷

(遼寧省本鋼設計研究院，遼寧 本溪117000)

對噴流除塵技術利用了粉塵顆粒在撞擊區來回振蕩、碰撞且團聚的機理進行除塵，此技術解決了目前工業上采用傳統的袋式除塵器或電除塵器收集高濕和高粘附性粉塵過程中存在的一些難題。現將對噴流除塵技術及其研究成果的進展情況作以綜合評述。顆粒的來回振蕩是由慣性引起的，當顆粒滲入第一股流體后，因相向流動的氣固流的阻力而減速，而后又被該氣固流加速,再次回到原來的流體中。對噴流除塵技術最早是由俄羅斯Lainer等人于1975年提出并進行實驗的[1,2]。對噴流除塵機理是兩股含塵氣流沿同軸相向流動到它們中間的撞擊面，在新的方向上，向上流動的氣體速度約為其流量除以該除塵器垂直于流向的橫斷面積。對高濕、高黏附性粉塵來說，則會因為碰撞而團聚，而粉塵顆粒的相互滲透及來回振蕩增加了粉塵顆粒在撞擊區的停留時間，從而強化了粉塵的團聚效應。同時，由于粉塵顆粒的團聚效應,有效地增大了粉塵顆粒的粒，使其更容易在后續設備中除去。

1 對噴流除塵的應用領域和應用現狀

1.1 應用領域

目前，高濕、高黏附性粉塵的收集一直是困擾國內外除塵領域的一大難題。傳統的高效收集方法一般采用電除塵器或袋式除塵器收集,但對高濕、高黏附性粉塵來說,均存在嚴重的問題。在脫硫脫硝中,對高濕條件下產生的硫酸銨和硝酸銨的收集,如采用脈沖電暈等離子體法,這類粉塵易黏附在電除塵器的極板上,造成電暈線肥大和收塵極板上粉塵堆積,但對高濕、高黏附性粉塵來說，效果不甚理想，而對噴流除塵技術可解決這一難題。對噴流除塵的顆粒大多具有高濕、高黏附性，其特點為能準確定義和定量描述粉塵黏附性的范圍，而這正是現代粉體工程領域研究的一大難點。由于粉塵之間或粉塵與器壁之間存在著黏附力，因此可用粉塵的黏附強度作為評價粉塵黏附性的指標。因此，對不同的粉塵或含塵氣流應采取適當的處理方法，如噴霧化水潤濕有助于粉塵的團聚和沉降，這樣也能拓寬對噴流除塵的應用領域[3]。

1.2 應用現狀

國外在對噴流除塵技術的應用方面研究相當少，而且大都是在實驗室里進行的。對噴流除塵機理尚不完善，對噴流除塵的關鍵是粉塵顆粒的團聚、沉降過程。俄羅斯對這方面的研究也只是經驗性總結，并未深入研究；而以色列的實驗研究也有許多不確定因素，如粉塵顆粒在撞擊區來回振蕩的次數，粉塵顆粒團聚、沉降作用的強化機理等，這些均有待于進一步的研究。但是，由于粉塵顆粒本身的黏附性到目前為止尚未有一個標準的數值來衡量，這也正是在這方面深入研究的難點所在。國內也有極少數這方面的研究，而且相當一部分是借鑒了國外的思路和模型，主要是關于最優除塵速度、含塵濃度以及單一顆粒動力學模型的研究、對噴流除塵性能影響因素的正交實驗研究、對噴流除塵技術在收集硫酸銨和硝酸銨粉塵中的應用研究。在收集硫酸銨和硝酸銨混合粉塵中采用傾斜式對噴流除塵，不僅避免了塵粒由于自身的黏附性而黏附在噴嘴對面的除塵器邊壁上，而且增大了粉塵顆粒在撞擊區的停留時間，有利于粉塵顆粒在撞擊區來回振蕩和相互團聚，使除塵效率提高了10%～14%。因此，對噴流除塵有很大的研究開發潛能[4]。

2 對噴流除塵技術的研究現狀

2.1 對噴流結構的研究

對噴流裝置從結構方面分為三種：水平式對噴、傾斜式對噴和曲線同軸切向式對噴,對前兩者的研究比較廣泛。通過進一步研究得出增大噴管的傾斜角度能增加粉塵在撞擊區的平均停留時間定。就噴流裝置的結構與除塵效率而言，傾斜式對噴結構優于其余兩種。

2.2 數學模型的研究

在建立數學模型方面主要是關于粉塵碰撞、團聚過程的動力學模型和對噴流流場特性模型方面的研究。Kitron等人建立了氣固懸浮顆粒的蒙特卡羅模型，分析了顆粒滲入反向流對撞擊區顆粒的濃度分布和連續相分布的影響。Berman等人在假設粉塵顆粒是球形的、顆粒之間的碰撞只發生在大顆粒與小顆粒之間、大顆粒能滲入反向流而小顆粒不能的條件下，分析指出了粉塵黏附性、噴嘴的進口速度、含塵氣流的濃度等因素對除塵效率的影響。隨后，Berman等人又于2003年建立了粉塵碰撞的動力學模型，但該模型是基于顆粒在液體中流動的基本理論來確定顆粒沉降的比例和區域。張和平等人從顆粒受力分析出發，建立了單顆粒的動力學模型。

3 研究的發展

3.1 對噴流除塵機理尚不完善

對噴流除塵的關鍵是粉塵顆粒的團聚、沉降過程。但這方面的研究只是經驗性的總結,并未深入研究，實驗研究也有存在許多的不確定因素，如粉塵顆粒在撞擊區來回振蕩的次數,粉塵顆粒團聚、沉降作用的強化機理有待深入研究等尚未有一個準確的數值來衡量，這也正是在這方面深入研究的難點所在。

3.2 對噴流除塵器流場的研究

在粉塵顆粒碰撞和團聚的研究中，都只注重了單個粉塵顆粒之間的相互碰撞效應，而忽略了對除塵器整個流場的系統優化的研究。如建立除塵器的幾何模型，模擬其氣固兩相流流場，并對粉塵顆粒的運動軌跡進行定量的描述，用以驗證實驗室中的不確定因素，這也是今后研究的一個重要方向。

結論

對噴流除塵器是利用粉塵顆粒在撞擊區來回振蕩,增加顆粒在撞擊區的停留時間,從而增大顆粒間相互碰撞的概率,強化粉塵的團聚效應的機理進行除塵,適合于高濕、高黏附性粉塵的收集。在對噴流除塵的機理、流場的優化和應用領域等方面還需深入研究

[1]松本俊次.電收塵器[M].王成霞,譯.上海:上海科學技術文獻出版社,1991:8 10

[2]嵇敬文.除塵器[M].北京:中國建筑工業出版社,1981:1822

[3]胡鑒仲,隋鵬程.袋式收塵器手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1984:18 22

[4]孫熙.袋式除塵器技術與應用[M].北京:機械工業出版社,2004:149 450