气流对向剪切旋转填料床除尘性能研究

发布时间：2020-04-05 23:10

【摘要】：近年来,我国多个地区频繁发生大规模雾霾天气,不仅对人们的出行带来了不便,更重要的是严重威胁人体健康。究其原因是煤基工业的快速发展,其排放的气体中含有大量的细颗粒物,造成了空气污染。为此,我国对锅炉、火电厂大气污染物排放标准进行了多次修订,对燃煤电厂全面推进超低排放,我国控制工业粉尘排放以治理雾霾的决心和力度在不断加大。在日益严格的环保标准下之下,各火电厂以及燃煤工厂展开了大规模的改造行动以实现超低排放。在不改变工业锅炉原有除尘系统的条件下,引进高效低耗、占地面积小、维修操作简单的除尘技术和工业锅炉原有除尘系统协同工作,以实现工业锅炉粉尘达标排放。超重力湿法除尘技术,将填料捕集、离心捕集和液滴捕集等多种除尘机理有机的耦合在一起,解决了目前除尘技术存在成本高、能耗高和效率低的问题。但是在目前超低排放的严格标准之下,有必要对目前传统旋转填料床的除尘性能进一步升级。气流对向剪切旋转填料床(CAS-RPB)是一种新型过程强化设备,它的填料转子由互相嵌套的填料环组成,这些相互嵌套的填料环可以同转或者逆转,逆向旋转时可以对气体产生巨大的剪切作用,增大气体的湍动程度,当在填料环外缘加装形体阻力件后,可以进一步增加湍动能,使气体边界层发生分离,形成了气流漩涡,降低边界层厚度,减小气相传质阻力,同时使床内液体分布更加均匀。研究表明气相湍流强度的增大对细颗粒物的捕集有明显的促进作用。基于此,本文探究了气流对向剪切旋转填料床的除尘性能。本文参考工业锅炉水膜除尘器出口粉尘浓度,以太原第二热电厂的粉煤灰来模拟低浓度(200 mg/m~3左右)含尘气体,测定了模拟粉尘的粒径分布和平均粒径;以气流对向剪切旋转填料床为除尘设备,考察了转盘旋转方式、超重力因子、气速、液气比对除尘效率的影响规律,确定了适宜操作条件下的总除尘效率和分级除尘效率。改变粉尘浓度以以考察CAS-RPB所适宜处理的粉尘浓度范围;测定了CAS-RPB除尘过程中的气相压降;考察了液体性质对CAS-RPB除尘效果的影响。CAS-RPB脱除低浓度模拟含尘气体时,实验得出其适宜的操作条件为加形体阻力件,两转盘逆转,超重力因子101,气速1.33 m/s,液气比0.8 L/m~2,在此条件下的总除尘效率高达98.47%,此时出口浓度仅有3.06mg/m~3。CAS-RPB的分级效率曲线显示,CAS-RPB的切割粒d_c为0.01μm,适宜操作条件下对能完全去除PM2.5,对PM1.0的去除率高达92%。通过对CAS-RPB在除尘过程中的气相压降研究表明,在两转盘同转和逆转时其压降都随着超重力因子、气速的增大有明显的增加,液气比对压降的影响相对来说不太明显,湿床时两转盘逆转的压降高于同转,适宜操作条件下床的压降为500Pa左右,属于低能耗除尘设备。通过选择十二烷基苯磺酸钠作为添加剂改变液体表面张力,研究液体表面张力的变化对CAS-RPB除尘效率的影响,结果表明,使用质量浓度为0.03%的十二烷基苯磺酸溶液作为洗涤液,总除尘效率提升至99.76%;分级除尘效率也有明显的提高,对PM1.0的分级效率达到了100。通过选择甘油作为添加剂改变液体粘度,研究液体粘度的变化对CAS-RPB除尘效率的影响,增加液体粘度后,两转盘同转和逆转时总除尘效率都呈现了下降的趋势。两转盘同转时下降非常明显,总除尘效率从95.63%下降到了78.87%,降低了14.76%;两转盘逆转时总除尘效率从98.47%下降到了93.3%,仅降低了5.17%;两转盘同转时对PM2.5的去除率仅为88.3%,而此时两转盘逆转时对PM2.5的去除率仍有95.6%。综上所述,将CAS-RPB应用于除尘过程具有除尘效率高,对细颗粒物脱除能力强,能耗低等特点,本研究为CAS-RPB在除尘应用中的参数选择提供依据,为工业化规模设计、操作和运行提供基础数据,为深度净化含尘气体提供一项新的选择。
【图文】：

示意图,旋转填料床,填料,湿法除尘技术

中北大学学位论文重力湿法除尘技术机理力湿法除尘技术耦合了离心沉降、过滤、机械旋转、惯性碰撞、扩散及水及液滴凝并等多种除尘机制，具有除尘效率高，能耗低的优点[6]，同时，相比，，超重力旋转填料床还具有适用适用范围广，压降低，一次性投资小的优势。因此，利用超重力湿法除尘技术深度脱除工业气体中的细颗粒物国大气污染现状具有重要的现实意义。以逆流旋转填料床的结构来分析超重力湿法除尘机理·，将旋转填料床划分9]。如图 1.1 所示

分布图,速度矢量,阻力件

等人的研究中，通过CFD模拟了CAS-RPB设备中的气相流场，对模拟结果进行分析，发现CAS-RPB设备中的气体流场充满了周向的旋流，以气流速度矢量图（图1.3）进行观察，设备中的气流可以在形体阻力件的背面产生湍流强化区。以气流湍动能分布图（图1.4）进行观察，也可以对湍流强化区的存在进行验证。该研究的结果表明，形体阻力件的存在可以使得气体的湍流程度得到增强。图1.3 速度矢量图4.36e+013.92e+013.49e+013.06e+012.62e+012.19e+011.75e+011.32e+018.82e+00图1.4 湍动能分布图在2014年师小杰等人的研究中，对气流对向剪切旋转填料床的填料环的外缘加装了丝网状形体阻力件（如图1.8所示），研究了各种操作参数对CO2-NaOH体系中气相传质系数和气相体积传质系数的作用规律。对实验结果数据的分析表明，加装了丝网状形体阻力件后，气膜控制传质过程的效果确实得到了加强。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701.2

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