高效湿式除尘器流体特性及其应用研究

发布时间：2017-06-19 21:12

  本文关键词：高效湿式除尘器流体特性及其应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,我国是全球受粉尘污染状况比较严重的国家之一,尽管粉尘的净化技术与生产工艺在不断提高,但大气环境污染状况仍逐年加剧,已经严重威胁到人类的生存环境,减少大气污染和保护环境便具有十分重要的意义。近年来,湿法除尘设备因其能耗低、适用范围广等原因而在工业生产中取得了越来越广泛的应用。本文研究的高效湿式除尘器属于湿法除尘设备,现已获得了国家发明专利和实用新型专利授权,由于在设计时,主要基于冲激式除尘器,依赖于经验设计而成,缺少利用流体力学等理论知识,对除尘器内部的流体形态以及除尘机理未进行详尽的分析研究。在查阅国内外大量文献资料的基础上,采用欧拉多相流模型中的VOF模型和离散相模型,利用FLUENT软件对高效湿式除尘器的内部流场进行深入研究,探究了高效湿式除尘器的流体特性和除尘机理,并模拟了不同进口风速下除尘器内部流场、除尘效率以及阻力的变化情况,并与实验数据进行对比分析,找到了高效湿式除尘器最佳处理风量。同时依据安徽省某矿选矿厂的实际情况对高效湿式除尘器进行了现场应用研究,主要研究内容如下:(1)应用FLUENT软件的多相流数值模拟技术对高效湿式除尘器的流体特性和除尘机理进行数值模拟分析。包括对不同进口风速下的除尘器内部流场情况和除尘器的除尘效率、阻力的变化情况进行分析研究。(2)通过实验方法检验高效湿式除尘器的除尘性能,在不同除尘器进口风速下,探究除尘器的除尘效率和阻力的变化情况,找出高效湿式除尘器的最佳处理风量。(3)采用实验对比研究方法,将高效湿式除尘器在安徽省某矿选矿厂进行现场应用研究,探究高效湿式除尘器在现场的除尘效果。通过对高效湿式除尘器进行实验、数值模拟以及现场应用进行研究与分析,结果表明:含尘气体进入除尘器,由于流动面积突然增大,会在除尘器内造成较大量涡流,尤其是W型通道周围,产生的涡流更多,从而增加了含尘气流在除尘器内的停留时间,有利于粉尘的碰撞、凝并,设置W型通道较好地提高了除尘效率。随着进口风速的增加,在除尘器内和W型通道周围产生的涡流越大,数量越多,增加了粉尘与水的接触,加速了粉尘的凝并和沉降,使得除尘效率不断提高;但当速度增大到一定程度,粉尘会在涡流中旋转,不利于粉尘与水接触,反而会降低高效湿式除尘器的除尘效率。在进口风速的增加的同时,在除尘器内造成的负压也会增大,致使除尘器的压降增大,增加了除尘阻力,除尘器容易损耗。实验验证了随着进口风速的增加,除尘器的除尘效率呈现先增加后减少的趋势,并得到了最佳处理风量为4700.16~5011.20 h/3m。尽管实验过程中,进口风速改变范围较宽,但除尘效率均在99.89%以上,显示高效湿式除尘器在处理风量上能够有比较宽的适用范围。高效湿式除尘器的现场应用,显著减少了各作业岗位的粉尘浓度,减少了粉尘对生产设备的污染和腐蚀,也避免了矿石的流失或二次污染,改善了工人的作业环境,减小了粉尘对工人身心健康的危害,节约了成本,提高了效益。可见,高效湿式除尘器具有广阔的推广和应用前景。
【关键词】：湿式除尘器 除尘机理 流体特性 多相流技术 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外湿式除尘器的研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 计算流体动力学和数值模拟的发展趋势16-17
• 1.4 研究内容与技术路线17-18
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 高效湿式除尘器理论基础19-29
• 2.1 尘气分离理论19-21
• 2.1.1 含尘气流的流动特性19-20
• 2.1.2 粉尘从气流中分离的条件20
• 2.1.3 气流中粉尘的分离机理20-21
• 2.2 湿式除尘器的净化机理21-23
• 2.2.1 惯性碰撞机理22
• 2.2.2 扩散机理22
• 2.2.3 直接截留机理22-23
• 2.2.4 重力沉降机理23
• 2.2.5 粘附机理23
• 2.2.6 凝并机理23
• 2.3 湿式除尘器的相似理论23-26
• 2.3.1 气固两相流中的相似准则23-25
• 2.3.2 离心力作用下液滴和尘粒的分离准则25-26
• 2.3.3 水浴捕集粉尘的相似准则26
• 2.4 湿式除尘器的性能评价26-28
• 2.4.1 除尘效率26-27
• 2.4.2 阻力27-28
• 2.4.3 漏风率28
• 2.4.4 处理风量28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 多相流的数值模拟基本理论29-41
• 3.1 数值模拟的理论认知29-32
• 3.1.1 计算流体力学概述29
• 3.1.2 FLUENT软件概述29-31
• 3.1.3 计算流体力学求解过程31-32
• 3.2 多相流数值模拟的相关理论32-36
• 3.2.1 多相流的特点32-33
• 3.2.2 多相流的研究方法和理论模型33-34
• 3.2.3 多相流数值模拟方法34-35
• 3.2.4 多相流数值模拟难点35
• 3.2.5 多相流数值模拟的关键问题35-36
• 3.3 多相流数学模型概述36-39
• 3.3.1 多相流的数学模型36-37
• 3.3.2 颗粒轨道的数学模型37-38
• 3.3.3 多相流模型的评价38-39
• 3.4 网格生成技术39
• 3.4.1 结构化网格39
• 3.4.2 非结构化网格39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 高效湿式除尘器的数值模拟研究41-59
• 4.1 高效湿式除尘器简介41-44
• 4.1.1 高效湿式除尘器结构41-43
• 4.1.2 高效湿式除尘器工作原理43
• 4.1.3 高效湿式除尘器技术特点43
• 4.1.4 高效湿式除尘器的用途43-44
• 4.2 计算域的创建与网格划分44-46
• 4.2.1 计算域的创建44-45
• 4.2.2 网格划分45-46
• 4.3 边界条件设置46-47
• 4.3.1 求解器的设置46-47
• 4.3.2 材料属性及操作条件的设置47
• 4.4 数值模拟计算47-56
• 4.4.1 残差动态显示47-48
• 4.4.2 模拟云图显示48-56
• 4.5 结果与分析56-58
• 4.5.1 不同进口风速下除尘效率56-57
• 4.5.3 不同进口风速下的阻力57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 高效湿式除尘器的实验研究59-69
• 5.1 实验用粉尘基本特性59-63
• 5.1.1 粉尘的来源与分类59
• 5.1.2 粉尘的物理性质和化学性质59-60
• 5.1.3 粉尘的粒径与粒径分布60-62
• 5.1.4 粉尘的危害62-63
• 5.2 实验方案和主要仪器63-65
• 5.2.1 实验目的63
• 5.2.2 实验内容63
• 5.2.3 实验方法63-64
• 5.2.4 实验仪器64-65
• 5.3 实验结果及分析65-67
• 5.3.1 不同处理风量下的除尘效率65-66
• 5.3.3 不同处理风量下的阻力66-67
• 5.4 实验结果与数值模拟对比67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 高效湿式除尘器的现场应用69-81
• 6.1 基本情况69
• 6.2 除尘技术方案拟定与优选69-72
• 6.2.1 粉尘的产生及治理措施69-70
• 6.2.2 设计范围及依据70
• 6.2.3 技术方案的拟定70-71
• 6.2.4 技术方案优选71-72
• 6.3 现场应用的工艺设计72-77
• 6.3.1 除尘系统工艺流程72-73
• 6.3.2 集尘罩及风量计算73
• 6.3.3 除尘管道系统及阻力核算73-77
• 6.3.4 除尘器选型77
• 6.3.5 风机选型77
• 6.4 工程投资及效益分析77-79
• 6.4.1 工程投资77-78
• 6.4.2 经济效益分析78-79
• 6.4.3 社会效益分析79
• 6.5 本章小结79-81
• 第七章 结论与展望81-83
• 7.1 结论81-82
• 7.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 附录87-93
• 致谢93-94
• 攻读学位期间的研究成果94-95

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