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文丘里除尘器除尘性能试验研究

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-10-12 10:26:40

摘要:实验研究文丘里各操作参数对除尘性能的影响,结果表明,影响除尘效率的主要因素是液气比、喉管速度及入口粉尘浓度。除尘效率应根据实际需要调节各个参数以降低压力损失。

关键词:文丘里除尘器;液气比;喉管气速;文丘里湿式除尘器;湿式除尘器

文丘里除尘器是一种高效湿式洗涤器,具有结构简单、造价低廉、操作方便、净化效率高等优点,在捕集被污染气体中的细小粉尘以及吸收气态污染物方面具有独特的优越性,故在大气污染控制与化工领域中应用广泛。

1除尘原理

文丘里除尘器的除尘吸收有害气体的过程可分为雾化、凝聚和脱水三个环节,前两个环节在文丘里管内进行,后一个环节在脱水器内完成。含尘气体由进气管进水收缩管后流速逐渐增大,在喉管气体流速达到最大值,在收缩管和喉管中气液两相之间的相对流速达到最大值。从喷嘴喷射出来的水滴,在高速气流冲击下雾化,能量由高速气流供给。在喉管处气体和水分充分接触,尘粒表面附着的气膜被冲破,使尘粒被水湿润,发生激烈的凝聚。在扩散管中,气流速度减小,压力回升,以尘粒为凝结核的凝聚作用形成,凝聚成粒径较大的含尘水滴,更易于被捕集。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后,在重力、离心力等作用下,干净气体与水、尘分离,达到除尘洗涤气体的目的。

文丘里除尘器

2试验装置

试验装置见图1。整个系统采用正压运行,试验步骤为:(1)启动风机,调节风机人口阀门,使之达到试验所需气体流量;(2)测定气流动压,计算气体流量、管道内平均气速和喉管气速;(3)开启水泵,测定其流量,调节阀门使之达到一定液气比;(4)启动加尘装置,加入滑石粉;(5)进行采样,测量与分析。

文丘里除尘器

试验时,高压水由压力喷嘴喷入,在文氏管内进行气液混合,尘粒与液滴碰撞、凝聚。从文氏管流出的气液混合物经旋流器,含尘液滴分离下来,洁净气体被引风机经风道排出。

本实验中文丘里管的主要尺寸为:进气管直径100m³,文丘里喉管直径45m³,长度50m³;收缩管直径100m³,收缩管收缩角26。;扩散管直径100m³,扩散管扩散角7°。

2.1试验仪器

本试验主要采用试验仪器有三维激光相位多普勒(APV/LDV)测试仪、秒表、毕托管、u型管、气体压力表、流量计、精密天平等。

2.2实验条件和实验粉尘

实验用粉尘为标准粉尘,实验具体工况为:环境温度142.2℃,大气压力1.01×105Pa,空气密度1.185kg/m³,粉尘真密度1.9952g/cm³,入口粉尘浓度分别为1g/m³、2g/m³、3g/m³、4g/m³、5g/m³,粉尘粒径0.05µm、0.1µm、0.3µm。

2.3气体流量和流速的测量和计算

根据毕托管测得的气流动压,按照下式可以计算出该点的气体速度:

文丘里除尘器

式中µ1——气体入口气速,m/s;ρi——气体的密度,km³;ρ——形管压差计液体密度,kg/m³。

文丘里除尘器

2.4喷嘴位置及气体压力测量

喷嘴选用碗型喷嘴,进水管直径20mm、喷嘴外径45mm,流量0~1m³/h。液体的导入方式为,喷嘴中心沿收缩管中心轴向顺流喷射。喷嘴位置确定原则为:喷射水碰撞到文丘里管的收缩段管壁后,再反射到喉管进口,并交在文氏管中心线上。试验中压力测量主要采用气体压力表及U型管测量。

3除尘效率

文丘里洗涤器、旋流器均采用有机玻璃制成。文丘里管的除尘效率η可用下式表示:

文丘里除尘器

式中,Sb——单位时间内捕集的粉尘量,kg/h;Sh——单位时间内出口管的粉尘量,kg/h;Sj——单位时间内进口管的粉尘量,kg/h。

4试验结果与讨论

4.1喉管气速对文丘里除尘器的影响

文丘里管入口粉尘浓度2mg/m³,由图2可知:随着喉管速度的增大,除尘效率效率增大;粉尘粒径越大,除尘效率越高。当粉尘粒径达到0.3µm时,除尘效率在99%以上。文丘里洗涤器主要依靠喉口处的高速气体提供动力,喉管气速增大,吸收液被雾化为细小液滴,雾化效果更好,气液接触面积增大,分布更为均匀,并使气体与液滴处于高度湍流的状态完成对粉尘的吸收。喉口气速比较小时,[广州新瑞环.保]气体对吸收液体的雾化效果不好。提高喉口气速,对雾化效果和气液混合均匀程度的提高比较明显,使除尘效率提高的幅度比较大。而当喉口气速增大到一定值时,对吸收液体的雾化效果和气液混合均匀程度均以达到了一个比较高的程度,此时提高喉口气速对其影响不大。在两方面综合作用下,吸收效率上升的幅度逐渐变小。同时喉管气速的增加还会导致文丘里管压降增幅较大,如图3所示。

文丘里除尘器

4.2不同液气比下喉管速度对压力损失的影响

在液气比不同的情况下,文丘里洗涤器的压力损失与喉管气速基本上为双曲线关系,如图3所示。同时实验数据表明,文丘里洗涤器的压力损失对气速变化比对液气比变化要敏感得多。

4.3气体含尘浓度对文丘里除尘器的影响

入口粉尘粒径0.1µm,除尘率与含尘浓度的关系如图4所示。

从图4可以看出,除尘效率随着粉尘浓度的增加而增大,当粉尘浓度增大到一定数值时,除尘效率增加速度变缓。粉尘浓度的增加,液滴与粉尘团聚的机率增大,团聚颗粒比表面积增大,与颗粒碰撞吸附的机率增大,使除尘效率增加。但团聚粉尘颗粒吸收粉尘的总能力是有一定限度的,随着初始粉尘浓度的升高,浆料吸收粉尘的量小于初始粉尘浓度的提高量,使除尘效率增长变缓甚至呈现下降趋势。

文丘里除尘器

4.4液气比对文丘里除尘器的影响

粒径0.1µm,喉管气速100m/s,人口粉尘浓度2g/m³,液气比与除尘效率的关系如图5所示。

文丘里除尘器

从图5中可以看出,在其它条件固定的情况下,增加液气比就是增加了吸收液的流量,使得有更多的水被雾化成小液滴,粉尘与液滴的接触面增大,粉尘吸收得更好,所以除尘效率随液气比的增加而上升。随着液气比的增加,除尘效率提高的幅度逐渐下降,当液气比达到一定的数值后,除尘效率将趋向于极值。继续增加液气比,除尘效率趋于稳定,而压力损失却相应的增大,如图3所示,导致能耗的增加,操作费用增加。因此,需要根据除尘效率的实际情况来调节液气比。

5结论

(1)喉管速度增大,除尘效率效率增大;粉尘粒径越大,除尘效率越高,当粉尘粒径达到0.3µm时,除尘效率在99%以上。

(2)文丘里洗涤器的压力损失主要的影响因素是气速。

(3)在一定条件下,除尘效率随着粉尘浓度的增加而增大,但粉尘浓度达到一定数值时,除尘效率增长变缓。

(4)液气比对文丘里除尘效率影响较大,液气比越大除尘效率越大,同时压力损失也越大,因此需要根据实际需要调节液气比。

(本文作者:李明涛,刘国荣,杨胜[中国石油大学(华东)],来源:《化工装备技术》第29卷第5期2008年)

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