垃圾发电用旋转雾化器雾化性能的实验研究-.doc

2010年9月 第38卷第18期 机床与液压 MACH I NE TOOL 若进料速率增大,雾滴粒径和喷雾距将增大;若料液质量分数增大,雾滴粒径将增大。 关键词旋转雾化器;雾滴粒径;喷雾距;雾化性能 中图分类号TM 621 7 文献标识码A 文章编号1001-3881201018-041-3 Experi m ental Study on Ato m ization Perfor m ance of Centrifugal A to m izer in Refuse I ncineration G enerating E lectricity WANG Pengcheng ,Z HANG M eng M echanical Eng i n eering Depart m en,t H ua ian Co llege of I nfo r m ation Techno logy ,H ua i a n Jiangsu 223003,China Ab stract Cen trifug al atom ize r is t he key equi pment t o purify the exhaust fro m the g arbage powe r p lant and its ato m izati on per fo r mance d irec tly a ffects the qua lity o f exhaust and t he utiliza ti on ra tio of abso rbent .Based on the i ntroducti on of operation m echanis m of centr if uga l ato m izer ,an expe ri m en tal system w as set up to study atom ization perfor m ance o f centr if uga l ato m izer .T he i nfl uence o f the factors ,such as speed of spray i ng d isk ,feed i ng ra te ,li m e sl urry and sl urry concentration ,on t he d istri buti ons o f sauter m ean d i a m ete r S M D and atom izi ng d i stance w ere analyzed .T he exper i m enta l resu lts sho w that sauter m ean dia m eter and a to m izi ng d i s tance w ill be decreased when the speed o f spray i ng d i sk is i ncreased ,but w hen the speed of spray i ng disk is i ncreased to a propr iety va l ue ,the i n fluence on sauter mean dia m eter is w eakened .Sauter m ean dia m eter and ato m izi ng distance w ill be i ncreased w hen the feeding ra te i s i ncreased .Sauter m ean d i am eter w ill be i ncreased when li m e sl urry or sl urry concen tra ti on i s i ncreased . K ey words Centr ifuga l ato m izer ;D rop l e t size ;A tom izi ng distance ;A to m ization charac teristics 城市垃圾已成为当今世界最严重的公害之一。目前解决垃圾最经济有效的办法,就是对垃圾进行焚烧发电。焚烧处理在垃圾的无害化、减量化和资源化方面优点明显,故在世界各国得到越来越广泛的应用。但因垃圾成分复杂,焚烧时会产生含有SO 2、HC l 等有毒、有害尾气,这些有害物质若得不到有效净化处理,必将对环境产生严重污染。 目前,垃圾焚烧尾气典型的净化工艺有3种半 干式净化、干式净化和湿式净化[1] 。这3种净化工艺各有特点。其中,半干式净化工艺去除污染物的效率介于干法和湿法之间,具有系统相对简单、投资和运行费用低、不产生废水等优点,因此在垃圾焚烧厂的尾气净化系统中应用越来越多。 旋转雾化器是垃圾焚烧尾气净化工艺系统中的关 键设备,雾化效果严重影响垃圾焚烧排放尾气的质量。作者采用F AM 型激光测粒分析仪对旋转雾化器的雾化性能进行了现场试验,并分析了雾化性能的有关影响因素,为垃圾发电厂尾气的净化处理提供指导。 1 旋转雾化器的雾化机理 图1 旋转雾化器雾 化机理示意图 旋转雾化器是半干式净化工艺的重要设备,常以CaOH 2浆液为吸收剂。其雾化机理见图1 [2] 是CaOH 2浆液被送到装在干燥塔顶部的转速高达1000020000r/m i n 的雾化转 盘上,浆液由转盘上方的浆液入口1进入,然后扩散至转盘表面,形成一层薄膜。在离心力的作用下,薄膜逐渐向转盘外缘移动,因剪力作用,使薄膜雾化成50150 m 细小且均匀的雾滴。雾滴大小主要取决于转盘转速和浆液量。这些雾滴具有很大的表面积,与垃圾焚烧尾气充分混合,发生强烈的热交换和化学反应,并迅速将大部分水分蒸发,形成含水量少的固体灰渣。 2 旋转雾化器的雾化性能实验装置及方法 雾滴粒径采用激光测粒分析仪测量。其原理[3] 是光线通过均匀介质时,沿着折射光的传播方向直线传播,若在均匀介质中掺入杂乱分布的微小粒子,则这些粒子会破坏介质的均匀性,于是出现散射现象。 2 1 实验装置 实验系统见图2,主要由3大部分组成1石灰浆供料系统,由制浆槽、搅拌电动机、过滤网、浆液泵、控制阀构成,用管道与旋转雾化器料液入口相连;2料液雾化系统,由旋转雾化器、驱动电机及变速机构组成;3测量系统,由测压表、转子流量计、激光测粒分析仪组成。现场实验效果见图3 。 图2 旋转雾化器雾化性能的实验系统示 意图 图3 雾化器现场实验效果 2 2 实验方法 雾化转盘设计流量为3 5t/h ,在转盘下方约0 9m 处取样。通过调节流量计的大小来控制石灰浆液的进料速率,在不同进料速率下,通过激光测粒分析仪测量雾滴粒径。调整变速机构来改变雾化转盘转速,在不同转速下,通过激光测粒分析仪测量雾滴粒径。改变石灰浆液质量分数,然后重复以上过程。 喷雾距采用直接测量的方式,一般以水平面有9099石灰浆雾滴降落的直径作为旋转雾化器的喷雾距。 3 实验结果与分析 旋转雾化器的雾化性能对垃圾焚烧尾气净化效率和干燥塔的尺寸都有十分重要的影响。为了衡量雾化器的雾化性能,需要有反映雾化性能的指标。主要衡量指标有雾滴粒径、雾滴均匀度、喷雾距等。其中雾 滴粒径和喷雾距是衡量雾化性能最重要的指标[4] 。此次实验主要分析雾化转盘转速、进料速率、石灰浆质量分数对旋转雾化器雾化性能的影响。 因石灰浆雾滴的粒径不可能完全一致,常采用平均粒径来描述,研究旋转雾化器喷雾雾滴的平均粒径 采用运用最为广泛的S M D [5] Sa uterM ean D i a m eter,其计算思想为平均雾滴群的总体积与总面积的比值恰好和实际雾滴群的总体积与总面积的比值相等,即 16 N 0D 2vs N 0D vs 16 N i D 3i N i D i 1S MD D vs N i D 3 i N i D 2 i 2 式中N i 为直径为D i 的雾滴个数,N 0为直径为D vs 的雾滴个数。 3 1 雾化转盘转速变化对雾滴粒径的影响 理论研究表明,若雾化器的进料速率v P 、雾化转 盘直径d 以及进料物理性质不变时,则雾滴粒径与雾化转盘转速成反比 [6] ,即 D vs1D vs2N s 2 N s 1 p 3 式中指数p 是根据雾化器不同的实际运行条件取值的,此次实验中转盘周速为v T 200300m /s ,各测量点的进料速率均取v P 2000kg /h , 根据文献[6]p 取0 77,即D vs N -0 77 s 。 图4 转速变化对雾 滴粒径的影响 根据上述理论,为了获得细小且均匀的雾滴,当转盘转速很低时,可采用增加转盘转速的 方法来提高石灰浆的雾化质量。下面分别采用清水和质量分数为5、10、15和204种石灰 浆水进行实验,实验结果见图4。可知对于不同质量分数的石灰浆水,实验实测数据所反映的变化趋势基本上都满足雾滴粒径与转盘转速成反比的关系。而且 ∀ 42∀机床与液压第38卷 当转盘转速增加到12000r /m i n 以上后,雾滴粒径随转速变化将不明显,此时再继续增加转速,对减 小雾滴粒径帮助不大。但是转盘有个最佳转速,在这个转速下石灰浆雾滴大小合适,净化垃圾焚烧产生的酸性气体效果最佳。实际最佳转速可以通过实验进行选取,此次实验中雾化器最佳转速选取为13500r/m in 。 3 2 进料速率变化对雾滴粒径的影响 由文献[6]可知,当雾化转盘转速N S 、直径d 及进料物理性质不变时,则雾滴粒径与进料速率成正比,即 D vs 1D vs 2v P1 v P2 q 4式中指数q 是根据雾化器不同的实际运行条件取值的,此次实验中各测量点的转盘转速均取13500r /m i n ,进料速率v P 10003500kg /h ,根据文献[6],q 取0 12,即D vs v 0 12 P 。 图5 进料速率变化对 雾滴粒径的影响 根据上述理论,为了获得细小且均 匀的雾滴,当进料速率很高时,可采用降低进料速率的方法来提高石灰浆的雾化质量。同样采用清水和质量分 数为5、10、15和204种石灰浆水进行实验,实验结果见图5。可知对于不同质量分数的石灰浆水,实验实测数据所反映的变化趋势都基本上满足雾滴粒径与进料速率成正比的关系。 3 3 石灰浆质量分数变化对雾滴粒径的影响 石灰浆质量分数的变化对雾滴粒径的影响可参见图4和5。由两图可知,随着浆液质量分数的增大,雾滴粒径增大。这是因为随着石灰浆质量分数的增加,料液黏度将增大,当其他条件不变时雾化石灰浆所需的能量就越多,使得雾滴粒径变大, 这符合能量守恒原理。 3 4 雾化转盘转速变化对喷雾距的影响 图6 转速变化对喷 雾距的影响由图4可知,雾滴粒径随着转盘转速的增高而减小。又因石灰浆雾滴自喷嘴出来后,运动中要受到空气的阻碍与摩擦作用,粒径较小的雾滴更容易失去初速 度,因此当转盘转速增加时,雾滴粒径将减小,喷雾 距也就随之减小。以质量分数为20的石灰浆液进行实验,实验结果见图6,可知喷雾距D S 随转盘转速N S 的增加而减小。图6中各测量点的进料速率均为2000kg /h 。 3 5 进料速率变化对喷雾距的影响 由图5可知, 雾滴粒径随着进料速率的增加而增 大。又因雾滴自喷嘴出来后,运动中要受到空气的阻碍与摩擦作用,粒径较大的雾滴相对粒径较小的雾滴图7 进料速率变化对喷雾距的影响 更难失去初速度,因此当进料速率增加时,雾滴粒径将增大,喷雾距也就随之增大。以质量分数为20的石灰浆液进行实验,实验结果见图7,可知喷雾距D S 随进 料速率v P 的增加而变大。图6中各测量点的转盘转速均取13500r/m i n 。 4 结论 在介绍旋转雾化器雾化机理的基础上,用F AM 型激光测粒分析仪对旋转雾化器的雾化性能进行了实验研究。结果表明 1雾滴粒径随雾化转盘转速的增加而减小,但当转速增加到一定值后,粒径变化将不明显。 2随着石灰浆进料速率的增加,雾滴粒径增大。 3石灰浆液质量分数增加,雾滴粒径将变大。4喷雾距随雾化转盘转速的增加而减小,随进料速率的增加而变大。 参考文献 1∃蒲舸,张力,冉景煜.垃圾与煤混烧烟气喷雾干燥净化试 验研究[J].热力发电,2006617-18. 2∃王鹏程,唐一科,周雄.垃圾发电用离心式旋转雾化器雾 化效果及影响因素分析[J].机械制造,2007,45222-24. 3∃蒲舸,张力.石灰浆液喷嘴雾化特性[J].工程热物理学 报,2008,2991516-1517. 4∃饶志军.旋转喷雾技术及其机电系统的研究[D ].天津 天津大学,2005.4. 5∃张力,李午申,蒲舸.烟气净化双流体喷嘴雾化特性实验 [J].环境工程,2006,24241-42. 6∃廖传华,高建,黄振仁.喷雾增湿塔用离心式雾化器的 设计[J].环境污染治理技术与设备,2003,4679-80. ∀43∀第18期王鹏程等垃圾发电用旋转雾化器雾化性能的实验研究