高压水射流技术在中小型煤炉黑烟污染控制中的实验研究

摘要

水射流技术是近几十年来得以迅速发展的一项新技术，可用于清洗、除锈、切割、破岩等作业，具有清洁、能量集中、效率高、成本低、操作安全方便等特点，因此水射流技术在湿法除尘领域中被普遍采用，是湿法除尘中的一项重要技术。由于湿法除尘所造成的二次污染，使其应用受到一定限制，但是各企业采用的干法除尘效率低、使用和运行维护成本高，不适合中小型企业使用。从我国国情出发，湿法除尘在中小煤炉黑烟污染控制中具有极高的推广价值和应用前景。 本文在对湿法除尘技术广泛调研的基础上，着重分析了文丘里湿式除尘器的优缺点，从降低能量损耗、提高除尘效率、降低运行以及维护成本的角度出发，改变除尘介质、改进除尘设备结构。通过对烟尘颗粒表面活性的研究以及表面活性剂作用机理的分析，从改变炭黑的润湿效果和沉降状态入手，将传统的除尘介质--纯水改为表面活性剂的混合溶液，通过对表面张力最低的几组溶液进行炭黑去除率实验，优选出最优配方，结果显示，除尘效果最好的除尘介质为2.9mmol/L十二烷基硫酸钠、20mmol/L硅酸钠、50mg/L絮凝剂B组分和7.1mmol/L磷酸三丁酯的混和溶液，加入后炭黑去除率可高达93.67％。 改进除尘设备结构，通过比较不同文丘里风筒各结构参数下喉管处产生负压的大小来优化风筒结构；将12种出口直径、长径比不同的直射式雾化喷嘴和空心锥形雾化喷嘴的除尘量进行对比，优选雾化喷嘴。实验结果表明，空心锥形雾化喷嘴除尘效果最好。经过优选比较，文丘里风简喉管直径80mm，喉管长度400mm，扩散管锥度10°时配合出口直径1.25mm的引射喷嘴可以获得最高的负压，烟尘吸入效果最好。此外，本文还对最优泵压、炭黑去除率随烟尘速度、浓度的变化规律进行了实验研究，在实验数据的基础上拟合出最优泵压随着烟尘浓度、速度变化的函数关系式，为该设备在不同现场实际应用提供了理论指导。研究结果表明，最优泵压的取值最大为10.4MPa；随着烟尘速度、浓度的增大，除尘效率随之提高，炭黑去除率均大于88.5％。所以无论从降低能耗、节约成本的角度看还是从除尘效率、性能稳定性来看，此种文丘里除尘装置都是满足要求的，具有广泛的工业应用前景。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

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第一章绪论

1.1我国大气污染现状及危害

1.2燃煤工业锅炉及窑炉的大气污染状况

1.2.1我国燃煤工业锅炉及窑炉的特点

1.2.2燃煤工业锅炉及炉窑烟气特性

1.2.3工业锅炉和炉窑烟气污染控制状况

1.3黑烟污染治理技术

第二章黑烟的形成及治理

2.1黑烟的形成

2.2炭黑的性质

2.2.1炭黑的外观

2.2.2炭黑的组成

2.2.3炭黑的润湿性

2.2.4炭黑的粘附性

2.3湿式除尘技术

2.3.1湿式除尘机理

2.3.2湿式除尘器的类型及特性

2.3.3文丘里管除尘器

2.3.4湿式除尘器的优缺点

2.4本章小结

第三章除尘介质的实验研究

3.1去除炭黑的新思路

3.2实验的原理

3.2.1润湿机理

3.2.2絮凝机理

3.3实验所用仪器和药品

3.4实验研究方法

3.4.1实验方案

3.4.2实验具体方法

3.4.3炭黑去除率实验方法

3.5实验结果及分析

3.5.1实验示例

3.5.2各组实验对比分析

3.6本章小结

第四章高速雾化捕尘技术的实验研究

4.1文丘里除尘器结构及原理

4.2除尘装置改进思路

4.3实验思路

4.4实验方案及结果分析

4.4.1文丘里风筒结构优化

4.4.2雾化喷嘴优选

4.4.3射流与烟尘参数匹配

4.5本章小结

第五章高速雾化捕尘技术的现场实验

5.1工业应用方案

5.2工业应用效益分析

5.3建议

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢