1、3天津市自然科學基金資助(項目編號963606411 和天津市科委“九五”攻關項目(編號963107911文丘里洗滌器除塵操作參數的優化設計與工程實踐3胡金榜陳志強宗潤寬田(天津大學化工學院, 摘要, 推導出了最佳氣速與液優化工業實踐1引言近年來, 隨著我國經濟的飛速發展, 以煤炭為主要構成的能源消耗持續增長, 排放到大氣中的煙塵和S O 2也日益增多。據統計, 1997年我國塵排放量達1873萬t ,S O 2排放量達2346萬t 。煙塵和S O 2已造成了嚴重的大氣污染, 因此, 必須采取經濟有效的技術措施來控制煙塵和S O 2等有害氣體的排放量。濕式洗滌器是一類很重要的氣體凈化設備, 其

2、中, 文丘里洗滌器效率最高1, 可用以去除粒徑小于011m 的粉塵粒子和氣態污染物, 除塵效率可達9910%, 脫硫效率可達90%2。而且, 它造價低廉, 結構簡單(無運動件 , 能處理潮濕和腐蝕性的氣體3。但其對于細小粉塵和二氧化硫的高捕集率是以所提供的能量及氣體壓力損失為代價的, 因此對其進行優化, 盡可能降低能耗, 對這種設備的進一步推廣使用是很有意義的。2文丘里洗滌器除塵理論文丘里洗滌器的幾何形狀如圖1所示,主要由收縮段、喉管和擴散段3部分組成。除塵過程分為霧化、凝聚和除霧3個階段。前兩過程在文氏管內進行, 后一過程在霧沫2圖1文丘里洗滌器的幾何形狀在文丘里洗滌器中, 捕塵體均為液滴和

3、液膜, 氣液兩相接觸表面是液滴和液膜表面。用液滴捕集含塵氣體中的粉塵粒子, 實際上涉及到慣性碰撞、攔截、擴散力、離心力和重力等沉降捕塵機理, 但對于粒徑大于015m 的粉塵粒子, 在沒有強電場力作用下, 主要捕塵機理是慣性碰撞4。液體在收縮段和喉管中霧化為細小的液滴, 氣體完全被液體所飽和, 塵粒表面附著的氣膜被沖破, 使塵粒被液體潤濕, 因此在塵粒與液滴或塵粒之間發生劇烈的碰撞、凝聚。在擴散段氣體速度逐漸降低和壓力逐漸回升, 液滴由于慣性影響其速度可能高于氣速, 使這種以塵粒為凝結核的凝聚作用發生得更快。在文丘里管后必須設置霧沫分離器, 比如旋風分離器、百葉窗除霧器等, 從氣流中除去含塵液滴

4、。3文丘里洗滌器除塵操作參數優化在一定的氣體流量和捕集效率下, 使壓力損失最小, 或在一定壓力損失下, 獲得最大捕集效率, 均稱為文丘里洗滌器的優化。在實際應用中, 文丘里洗滌器的設計多采用經環境工程驗方法。La pple 和Kamack 5發現對于一定的粉塵粒子, 許多洗滌器的捕集效率是能量消耗, 即壓力損失的函數, 幾乎不受洗滌器設計型式的影響。在此基礎上,S emrau 6根據接觸能理論, 提出了一簡單的除塵效率方程,=1-exp (-a E b t (1式中洗滌器的總凈化效率;E t 洗滌器的總能耗; a 、b Ca , 提出了“切割2功率”關系, 給出了一些典型裝置的切割直徑同氣相壓

5、降的關系曲線。本研究利用工業實踐中最常用的Ca lvert 捕集效率方程來研究文丘里洗滌器的最佳操作性能。Ca lvert :=1-exp 55Q gg F (K p 0, f (2式中Q g 氣體體積流量m 3/h;Q 1液體體積流量m 3/h; gt 喉管內氣體速度m/s; 1液體密度kg/m 3; g 氣體粘度P a/s; d d 液滴直徑m; f 經驗參數, 對于疏水性粉塵推薦f 值取0125, 對于親水性粉塵推薦f 值取014015, 實踐表明, 對于大型洗滌器f =015。K P 0按喉管氣速確定的慣性碰撞參數, K P 0=d d(3粒子弛豫時間, 取決于氣體和粉塵的性質, =2

6、18g(4式中p 粉塵密度kg/m 3; d 塵粒直徑m; C 坎寧漢滑移校正系數。F (K P 0, f =P 0-0. -K P 0f +1. 41n0. 7+0. 7+K P 0(5N O G=-g g F 0 (6 N p =g(7 根據文獻9, =1+2+3(8式中1摩擦壓力損失;2氣液混合流動壓力損失; 3氣體加速壓力損失。1=22D Ht(9式中L H 文丘里洗滌器的總特征長度m;f t Mo ody 摩擦系數, f t =f (Re , /D H , 在完全湍流區內, f t 只與相對粗糙度(/D H 有關, 而與雷諾準數無關;D Ht 2=21Q g 2gt D 4+D 2(

7、1- +(10式中D He 文氏管擴散段出口直徑m;喉管出口處的液滴速度與喉管氣速的比值, 無量綱。根據文獻10, 工業文丘里洗滌器=015時為最優值。3=2g 2gtD 4-D (11式中D Hi 文氏管收縮段入口直徑m 。當文丘里洗滌器進出口斷面面積相等時, 理論上氣流加速壓力損失3應為零。又由于摩擦壓力損失對粒子捕集沒有貢獻,所以式(7 中的=2, 即環境工程=1g 2gt(12其中=2D 4+D H 2(1- +將式(3 、(5 、(7 、(12 代入式(6 , 得到N O G =55K 2P 0N P F (K P 0, f =55N p G (f K P 0(其中G (f P K

8、P 0-0. 707+f K (14方程(13 表明, 當操作數和f 2/一定時,G (f K P 0 最大時可得到最大的傳質單元數。G (f K P 0 只是f K P 0的函數, G (f K P 0 對f K P 0的函數關系曲線如圖2所示, 可見當f K P 0=111時G (f K P 0 有最大值, 即最優f K P 0為:(f K P 03=d d=1. 1(15式(15 表明, 在實際操作中, 最佳液滴粒徑與粉塵粒子的停止距離大約相等。將式(15 代入式(13 、(14 , 即可得到在給定操作數和f 2/時文丘里洗滌器理論上能達到的最大傳質單元數N 3O G =010124Np

9、(16實際操作中, 由于各種不理想因素的影響, 最大傳質單元數總是小于理論最大傳質單元數。圖2G (f KP 0 對f KP 0的函數曲線4文丘里洗滌器的最佳操作條件在壓力損失一定時, 可以預測最佳喉管氣速和液氣比以達到最大理論捕集效率。對于預霧化噴霧的文丘里洗滌器, 液滴由噴嘴產生, 可根據實際情況選取合適的液氣比, 而采用盡可能小的氣速。最佳操作氣, 即3gt =1Q 1/015(17即d d =gt+0. 918Q 115(18式(18 與式(12 、(15 聯立, 即可得到最佳操:3gt 2110153165f015(19 Q 3=1(3gt 2(20將式(19 、(20 求得的最佳氣

10、速和液氣比代入式(18 中即可得到最佳液滴直徑。如果給定總捕集效率, 則可由式(2 、(16 得出所需的洗滌器操作數, 代入式(7 即可求出理論最小壓力損失。5工業實踐天津市河北區第五供熱站鍋爐型號為SZL71/115/70A 型, 使用煤種為A , 采用天津大學研制的WX 7型除塵脫硫器, 被列入天津市示范工程。經有關部門驗收測得鍋爐出口煙氣煙塵濃度為1679m g /m 3, 煙氣流量=17551Nm 3/h ,凈化后煙氣煙塵濃度為46mg/m 3, 除塵效率達到9711%, 脫硫效率達到8912%, 林格曼黑度一級以下, 文丘里洗滌器壓力損失為1710P a 。現以其為例來說明上述優化結

11、果的應用。測得粉塵真密度2200kg/m 3; 氣體密度112kg/m 3; 氣體粘度118P a s 。要求對1m 粉塵粒子的捕集效率不小于97%。所用的文丘里洗滌器D Ht /D H e =01814, 液氣比為環境工程1125L/Nm 3, 從而計算得到=01635。設計程序如下:(1 確定所需的傳質單元數N O GN O G =-ln (1-=-ln (1-97% =3. 5(2 所需的最小操作數為N p =0. 0124=0. 01240. 635=716. 9查得Cunningham C 11164, =218g×11810-5. 9×10-6s=7. 9

12、15;10-6=1633. 5P a(3 預測洗滌器的空氣動力學切割直徑d 50同上, 可求得所需傳質單元數N O G =-ln (1-=-ln (1-50% =0. 693最小操作數N p =0. 0124=0. 01240. 635=142在以上所求得的壓力損失下, 由式(7 可得捕集效率為50%的粉塵粒子的馳豫時間=1633. 5=1. 59×10-6s 由式(4 即可求得洗滌器的空氣動力學切割粒徑:d 50=0. 4m 。(4 采用預霧化噴霧方式, 由式(17 求得最佳氣速3gt =1Q 1/Q 015=45. 4m/s經工業實踐表明, 采用優化值后, 文丘里洗滌器除塵脫硫性

13、能完全能達到預期得效果。6結論通過理論分析表明, 在相同壓力損失下,存在達到最大捕集效率的最優操作條件, 并推導出了最佳氣速與液氣比的計算公式。該結論還有待于進一步研究和實驗驗證, 使其更好地指導工業設計。參考文獻1ller , ar Mus e tz , ltz. Venturier Te ch 2, 北京:中國環,198512593S. Vis wanath an. Mod e ling o f Venturi S crubb er P erfor 2m anc e. Ind. Eng. Ch em. Res . 1997. 36:430843174K. Holzer. Na abs ch

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18、程two 2s tag e abs orption o f the turb ogrid tray tower and a c erta in d egre e o f e c onom ic b ene fit may a ls o b e g iven.K eyw ords turb ogrid tray tower ,HC l was te g as and abs orptive purificationOPTIMIZING THE OPER ATING P AR AMETERS OF VE NT URI SCR UBBER AND ITS E NG INEERING PR ACTIC

19、E Hu Ji al (35Abstract Through the oretica l ana lys is, the d es and venturis crubb ers are o ptim ized ,and the equ ationsfor optimum ity are d edu c ed. The equ ations have b een a pplied to K eyw ords venturi s erc ia l practic eDESIG ROOM FOR INTER NAL 2COMBUSTION E NG INE Zhou Zhaoj u et al (3

20、9On the b as iso f a c ous tic res earch ,the d es ign es s entia lso f the m eas uring ro om forinterna l 2c ombus tion eng ine noise are pres ented ,and the c omm on pos s ib ility o f a nois e m eas ure 2m ent ro om and a tria l run ro om is d em ons trated.K eyw ords interna l 2c ombus tion eng

21、ine ,s ound power leve l and nois e m eas urem entCOMPREHE NSIVE TRE ATME NT OF NOISE FROM ROOT S BLOWER ROOM Shi Shuwei et al (42 Abstract A res earch on the c om prehens ive treatm ent o f the nois e from a s e parate R o ot s b lower ro om wasc ondu cted b y the c los ing m eas ures . The res u l

22、ts s h owed that the nois e leve l o f the b lower ro om c ou ld b e redu c ed b y 30d B a fter the ins ta llation o f the lob ed s qu are b locking mu ffler and in the c ons id eration o f a forc ed ventilating c o oling in the b lower ro om.K eyw ord R o ot s b lower ,nois e and treatm entAPP LICA

23、TION OF S LUDGE FROM CONVERTER DE DUSTING F ACI LITIES TO NEW DRY DES U LPH UR ATION TECH NIQUE L i Qiyong (45Abstract The s ludg e from the c onverter d edus ting fa c ilities c an b e s ubs tituted for the cas t iron chipsin the makingo f a d es u lphurizing ag ent o f c oke oven g as und er c ond

24、 itionso f the s lud g e/ric e hus k ratio (by v olum e =12,water =30%40%and pH =810. It has b een proved by the produ ction practic e that the d es u lphurizing e ffic iency can b e u p to 9916%9918%.It c an lower the c os t o f the g asprodu ction ,redu c e lab our intens ity as we ll asim prove the qu a lity o f the c ivil gas . C ons id erab le environm enta l and e c onom ic b ene fits c an b e obta ined.K eyw ords s ludg e from c onverter d edus