淺談噴流除塵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

劉景艷

(遼寧省本鋼設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪117000)

對(duì)噴流除塵技術(shù)利用了粉塵顆粒在撞擊區(qū)來回振蕩、碰撞且團(tuán)聚的機(jī)理進(jìn)行除塵，此技術(shù)解決了目前工業(yè)上采用傳統(tǒng)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?，F(xiàn)將對(duì)噴流除塵技術(shù)及其研究成果的進(jìn)展情況作以綜合評(píng)述。顆粒的來回振蕩是由慣性引起的，當(dāng)顆粒滲入第一股流體后，因相向流動(dòng)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(duì)噴流除塵技術(shù)最早是由俄羅斯Lainer等人于1975年提出并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的[1,2]。對(duì)噴流除塵機(jī)理是兩股含塵氣流沿同軸相向流動(dòng)到它們中間的撞擊面，在新的方向上，向上流動(dòng)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(duì)高濕、高黏附性粉塵來說，則會(huì)因?yàn)榕鲎捕鴪F(tuán)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(qū)的停留時(shí)間，從而強(qiáng)化了粉塵的團(tuán)聚效應(yīng)。同時(shí)，由于粉塵顆粒的團(tuán)聚效應(yīng),有效地增大了粉塵顆粒的粒，使其更容易在后續(xù)設(shè)備中除去。

1 對(duì)噴流除塵的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用領(lǐng)域

目前，高濕、高黏附性粉塵的收集一直是困擾國(guó)內(nèi)外除塵領(lǐng)域的一大難題。傳統(tǒng)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(duì)高濕、高黏附性粉塵來說,均存在嚴(yán)重的問題。在脫硫脫硝中,對(duì)高濕條件下產(chǎn)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(duì)高濕、高黏附性粉塵來說，效果不甚理想，而對(duì)噴流除塵技術(shù)可解決這一難題。對(duì)噴流除塵的顆粒大多具有高濕、高黏附性，其特點(diǎn)為能準(zhǔn)確定義和定量描述粉塵黏附性的范圍，而這正是現(xiàn)代粉體工程領(lǐng)域研究的一大難點(diǎn)。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(qiáng)度作為評(píng)價(jià)粉塵黏附性的指標(biāo)。因此，對(duì)不同的粉塵或含塵氣流應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ鐕婌F化水潤(rùn)濕有助于粉塵的團(tuán)聚和沉降，這樣也能拓寬對(duì)噴流除塵的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外在對(duì)噴流除塵技術(shù)的應(yīng)用方面研究相當(dāng)少，而且大都是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。對(duì)噴流除塵機(jī)理尚不完善，對(duì)噴流除塵的關(guān)鍵是粉塵顆粒的團(tuán)聚、沉降過程。俄羅斯對(duì)這方面的研究也只是經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，并未深入研究；而以色列的實(shí)驗(yàn)研究也有許多不確定因素，如粉塵顆粒在撞擊區(qū)來回振蕩的次數(shù)，粉塵顆粒團(tuán)聚、沉降作用的強(qiáng)化機(jī)理等，這些均有待于進(jìn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值來衡量，這也正是在這方面深入研究的難點(diǎn)所在。國(guó)內(nèi)也有極少數(shù)這方面的研究，而且相當(dāng)一部分是借鑒了國(guó)外的思路和模型，主要是關(guān)于最優(yōu)除塵速度、含塵濃度以及單一顆粒動(dòng)力學(xué)模型的研究、對(duì)噴流除塵性能影響因素的正交實(shí)驗(yàn)研究、對(duì)噴流除塵技術(shù)在收集硫酸銨和硝酸銨粉塵中的應(yīng)用研究。在收集硫酸銨和硝酸銨混合粉塵中采用傾斜式對(duì)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(duì)面的除塵器邊壁上，而且增大了粉塵顆粒在撞擊區(qū)的停留時(shí)間，有利于粉塵顆粒在撞擊區(qū)來回振蕩和相互團(tuán)聚，使除塵效率提高了10%～14%。因此，對(duì)噴流除塵有很大的研究開發(fā)潛能[4]。

2 對(duì)噴流除塵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 對(duì)噴流結(jié)構(gòu)的研究

對(duì)噴流裝置從結(jié)構(gòu)方面分為三種：水平式對(duì)噴、傾斜式對(duì)噴和曲線同軸切向式對(duì)噴,對(duì)前兩者的研究比較廣泛。通過進(jìn)一步研究得出增大噴管的傾斜角度能增加粉塵在撞擊區(qū)的平均停留時(shí)間定。就噴流裝置的結(jié)構(gòu)與除塵效率而言，傾斜式對(duì)噴結(jié)構(gòu)優(yōu)于其余兩種。

2.2 數(shù)學(xué)模型的研究

在建立數(shù)學(xué)模型方面主要是關(guān)于粉塵碰撞、團(tuán)聚過程的動(dòng)力學(xué)模型和對(duì)噴流流場(chǎng)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(duì)撞擊區(qū)顆粒的濃度分布和連續(xù)相分布的影響。Berman等人在假設(shè)粉塵顆粒是球形的、顆粒之間的碰撞只發(fā)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(jìn)口速度、含塵氣流的濃度等因素對(duì)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(dòng)力學(xué)模型，但該模型是基于顆粒在液體中流動(dòng)的基本理論來確定顆粒沉降的比例和區(qū)域。張和平等人從顆粒受力分析出發(fā)，建立了單顆粒的動(dòng)力學(xué)模型。

3 研究的發(fā)展

3.1 對(duì)噴流除塵機(jī)理尚不完善

對(duì)噴流除塵的關(guān)鍵是粉塵顆粒的團(tuán)聚、沉降過程。但這方面的研究只是經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié),并未深入研究，實(shí)驗(yàn)研究也有存在許多的不確定因素，如粉塵顆粒在撞擊區(qū)來回振蕩的次數(shù),粉塵顆粒團(tuán)聚、沉降作用的強(qiáng)化機(jī)理有待深入研究等尚未有一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值來衡量，這也正是在這方面深入研究的難點(diǎn)所在。

3.2 對(duì)噴流除塵器流場(chǎng)的研究

在粉塵顆粒碰撞和團(tuán)聚的研究中，都只注重了單個(gè)粉塵顆粒之間的相互碰撞效應(yīng)，而忽略了對(duì)除塵器整個(gè)流場(chǎng)的系統(tǒng)優(yōu)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(chǎng)，并對(duì)粉塵顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行定量的描述，用以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室中的不確定因素，這也是今后研究的一個(gè)重要方向。

結(jié)論

對(duì)噴流除塵器是利用粉塵顆粒在撞擊區(qū)來回振蕩,增加顆粒在撞擊區(qū)的停留時(shí)間,從而增大顆粒間相互碰撞的概率,強(qiáng)化粉塵的團(tuán)聚效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行除塵,適合于高濕、高黏附性粉塵的收集。在對(duì)噴流除塵的機(jī)理、流場(chǎng)的優(yōu)化和應(yīng)用領(lǐng)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?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991:8 10

[2]嵇敬文.除塵器[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1981:1822

[3]胡鑒仲,隋鵬程.袋式收塵器手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1984:18 22

[4]孫熙.袋式除塵器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:149 450