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1、环 境 工 程1999年10月第17卷第5期35文丘里洗涤器除尘操作参数的优化3设计与工程实践胡金榜 陈志强 宗润宽 王书肖 田 天 王凤东(天津大学化工学院,天津300072)摘要 通过理论分析,对工业文丘里洗涤器的操作参数进行了优化设计,推导出了最佳气速与液气比的计算公式,并已应用于工业生产。关键词 文丘里洗涤器 操作参数 优化 工业实践1 引言近年来,随着我国经济的飞速发展,以煤炭为主要构成的能源消耗持续增长,排放到大气中的烟尘和SO2也日益增多。据统计,1997年我国尘排放量达1873万t,SO2排放图1 文丘里洗涤器的几何形状量达2346万t。烟尘和SO2已造成了严重的 在文丘里
2、洗涤器中,捕尘体均为液滴和大气污染,因此,必须采取经济有效的技术措液膜,气液两相接触表面是液滴和液膜表面。施来控制烟尘和SO2等有害气体的排放量。用液滴捕集含尘气体中的粉尘粒子,实际上湿式洗涤器是一类很重要的气体净化设涉及到惯性碰撞、拦截、扩散力、离心力和重[1]备,其中,文丘里洗涤器效率最高,可用以力等沉降捕尘机理,但对于粒径大于015μm去除粒径小于011μm的粉尘粒子和气态污的粉尘粒子,在没有强电场力作用下,主要捕[4]染物,除尘效率可达9910%,脱硫效率可达尘机理是惯性碰撞。液体在收缩段和喉[2]90%。而且,它造价低廉,结构简单(无运管中雾化为细小的液滴,气体完全被液体所[3]动
3、件),能处理潮湿和腐蚀性的气体。但饱和,尘粒表面附着的气膜被冲破,使尘粒被其对于细小粉尘和二氧化硫的高捕集率是以液体润湿,因此在尘粒与液滴或尘粒之间发所提供的能量及气体压力损失为代价的,因生剧烈的碰撞、凝聚。在扩散段气体速度逐此对其进行优化,尽可能降低能耗,对这种设渐降低和压力逐渐回升,液滴由于惯性影响备的进一步推广使用是很有意义的。其速度可能高于气速,使这种以尘粒为凝结2 文丘里洗涤器除尘理论核的凝聚作用发生得更快。在文丘里管后必文丘里洗涤器的几何形状如图1所示,须设置雾沫分离器,比如旋风分离器、百叶窗主要由收缩段、喉管和扩散段3部分组成。除雾器等,从气流中除去含尘液滴。除尘过程分为雾化、
4、凝聚和除雾3个阶段。3 文丘里洗涤器除尘操作参数优化前两过程在文氏管内进行,后一过程在雾沫在一定的气体流量和捕集效率下,使压[2]分离器内完成。力损失最小,或在一定压力损失下,获得最大3天津市自然科学基金资助(项目编号963606411)和天津捕集效率,均称为文丘里洗涤器的优化。在市科委“九五”攻关项目(编号963107911)实际应用中,文丘里洗涤器的设计多采用经环 境 工 程361999年10月第17卷第5期[5]验方法。Lapple和Kamack发现对于一定1F(KP0,f)=-0.7-KP0f+1.41nKP0的粉尘粒子,许多洗涤器的捕集效率是能量KP0f0.49消耗,即压力损失的函
5、数,几乎不受洗涤器设+1+0.70.7+KP0f[6]计型式的影响。在此基础上,Semrau根据(5)接触能理论,提出了一简单的除尘效率方程,则文丘里洗涤器的传质单元数为NOGbη=1-exp(-aEt)(1)2Q1υgρt1dd=-F(KP0,f)(6)式中η———洗涤器的总净化效率;55Qgμg[8]Et———洗涤器的总能耗;Cooper定义的洗涤器操作数为Np=a、b———特性参数,取决被捕集的粉尘τΔΡ(7)μg特性。[9][7]根据文献,ΔΡ=ΔΡ1+ΔΡ2+ΔΡ3Calvert发展了接触能理论,提出了“切(8)割2功率”关系,给出了一些典型装置的切割式中ΔΡ1———摩擦压力损失;
6、直径同气相压降的关系曲线。本研究利用工业实践中最常用的Calvert捕集效率方程来ΔΡ2———气液混合流动压力损失;研究文丘里洗涤器的最佳操作性能。ΔΡ3———气体加速压力损失。2Calvert捕集效率方程为:fρtgυgtLHΔΡ1=(9)2DHt2Q1υgρttddη=1-expF(Kp0,f)(2)55Qgμg式中LH———文丘里洗涤器的总特征长度m;式中Q———气体体积流量m3/h;ft———Moody摩擦系数,ft=f(Re,ε/gQ3DH),在完全湍流区内,ft只与相1———液体体积流量m/h;υ———喉管内气体速度m/s;对粗糙度(ε/DH)有关,而与雷诺gt3准数无关;ρ1—
7、——液体密度kg/m;DHt———文氏管喉管直径m;μg———气体粘度Pa/s;421Q12DHtDHtdd———液滴直径m;ΔΡ2=2ρ1QυgtD+D(1-β)+βgHeHef———经验参数,对于疏水性粉尘推荐f(10)值取0125,对于亲水性粉尘推荐式中DHe———文氏管扩散段出口直径m;f值取014～015,实践表明,对于β———喉管出口处的液滴速度与喉管气大型洗涤器f=015。速的比值,无量纲。KP
