粉尘颗粒亲水性对其雾化离心去除效率影响的实验研究

摘要

最新发布的《2017年全国空气质量状况》表明，全国整体空气质量状况得到有效改善，但同时，部分地区或领域大气细颗粒物污染依然严重，尤其是在石化、钢铁、水泥为代表的工业领域。然而，目前对工业PM2.5能够实现高效、经济的处理技术相当缺乏。电声换能超声波雾化-旋风除尘器联用技术是一种新型除尘技术，微米级雾滴与粉尘颗粒在扰动的流场中不断碰撞、团聚，形成粒径较大的含尘液滴，细颗粒物粒径不断增大，粒径增大后的细颗粒物在超重力作用下实现高速、高效去除。 本文基于电声换能超声波雾化-旋风除尘器联用技术，通过选择若干种亲水性不同的常见工业粉尘，在相同实验条件下研究其亲水性对雾化离心去除效率的影响。在上述实验基础上，实验研究了入口流速、入口浓度两个重要运行参数对去除效率的影响。 结果表明，在旋风分离前加入雾气，亲水性较好的粉尘颗粒去除效率有更明显的提升，如，在通入浓度为4 g/m3的雾气后，滑石粉颗粒的去除效率从无雾气时的76.9%提高到90.1%，增长幅度为13.2%，而亲水性较差的S-zorb脱硫催化剂去除效率从72.1%增加到80.1%，增幅仅为8.0%。这一现象尤其体现在粒径在2.5μm附近的细颗粒物上，滑石粉去除效率增幅最高点出现在粒径为2μm的颗粒处，从无雾气时的31.5%增长到有雾气时的72.8%，增幅为41.3%，而亲水性较差的S-zorb脱硫催化剂去除效率最高增幅只有17.7%，从无雾气时的43.9%增长到有雾气时的61.6%，去除效率增幅最高点出现在粒径为2.3μm的颗粒处。实验前后粉尘颗粒形态的SEM扫描电子显微镜图像也证实亲水性对颗粒物团聚、长大有重要影响。 此外，入口流速、入口浓度均对雾化-离心去除效率有着重要的影响。入口流速在一定范围内增大会提高去除效率，加入雾气可以显著改善去除效率在较高入口流速下增速减缓的问题，粉尘颗粒的亲水性越好，这种改善效果就越好；另外，亲水性好的粉尘颗粒可以更大幅度地降低入口流速较高时的压降，减小能耗。 入口浓度在一定限度内增加有利于去除效率的提高，尤其有利于粒径在 2.5μm附近的细颗粒物去除效率的提高，但当入口浓度超过某个临界值时，去除效率反而随着入口浓度的增加而下降，表现为去除效率向着无雾气时的靠近，亲水 性较好的粉尘颗粒这种靠近速度较慢；另外，压降随入口浓度的增大而明显减小，粉尘颗粒会降低旋风除尘器内部的旋流强度，也会在旋风除尘器内壁形成颗粒层，这都有利于降低能量损耗。 研究亲水性及相关运行参数对粉尘颗粒雾化离心去除效率的影响，对完善、充实雾化团聚-离心去除理论、进一步优化、改进电声换能超声波雾化-旋风除尘器联用除尘技术有着非常重要的意义，并使其发挥更大的工业应用潜力，减少PM2.5排放。

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