文丘里除尘器喉管结构的优化设计.pdf

文丘里除尘器喉管结构的优化设计 张艳芳 李玉平 北京理工大学化工与环境学院, 北京 100081 摘要 应用文献中计算压降的公式, 得出压降随喉管长度变化的关系; 应用 William Licht 效率公式, 得出效率及效率、 压降比随喉管长度和喉管气速的变化关系。 根据这些关系, 得出了在给定效率下压降最小时相应的喉管直径和管长 的最佳组合。 该结果对于优化文丘里除尘器喉管结构设计、降低能耗和运行成本具有重要意义。 关键词 文丘里除尘器 压力损失 喉管 效率 文丘里洗涤器结构简单、造价低、 占地面积小 ,操 作及维修方便, 对小颗粒尘埃除尘效率高 ,而且对颗 粒没有特殊的要求, 所以在工程上得到了广泛的应 用。它的不足之处是压降较高 ,运行费用昂贵 [ 1] 。在 满足除尘效率要求的同时, 应尽可能的降低压降, 从 而降低运行成本 ,是本领域内亟待解决的问题 。本研 究拟在给定效率要求条件下寻求压降最低相应的文 丘里结构参数的方法 。 1 压力损失的计算 压力损失越大 ,运行费用就越高 ; 所以精确计算 压降是研究降低压降措施的前提。文丘里洗涤器的 压力损失主要由以下几部分组成 [ 2] 1 气体摩擦压力损失 ,主要与喉管气速及洗涤 器壁面的粗糙程度等因素有关 ; 2 气体加速压力损失 ,主要与收缩管入口处及 扩散管出口处的气速大小的差值有关, 如果两处的气 速相等,则此项值为 0; 3 液滴加速压力损失 ,主要指在喉管中液滴不 断被气流加速, 气体静压能转化为液滴动能引起的气 体压降; 4 液膜加速压力损失 ; 5 重力引起的压力损失; 除此之外, 有时还考虑扩散管中液滴的减速引起 的压力回增。 因为液膜加速压力损失对总压降的影响很小 ,所 以常常忽略不计 ,而且当文丘里管水平放置或高度差 不是很大时,重力引起的压力损失也可以忽略不计。 对于压降计算模型, 前人 [ 3,4] 一般只考虑气体摩擦 、 气 体加速 、 液滴加速这 3 项的压力损失 ,而段振亚 [ 5] 同 时还考虑了扩散管中液滴减速引起的压力回增,因而 更加接近实际值 。 使用段振亚模型 [ 5- 8] , 设收缩管入口处和扩散管 出口处的管径相等 ,两处的气体流速近似相等, 则气 体加速压力损失约等于 0。而液滴加速压力损失和 扩散管中液滴减速引起的压力回增都与液滴及气流 有关, 本研究将其合并为一项进行考虑 , 称其为液滴 引起的压力损失 。因此在本文中,总压降由液滴引起 的压力损失和气体摩擦压力损失两部分组成 。 利用简化后的公式, 并设定文丘里几何尺寸 收 缩角 24 ,扩散角 7 , 喉管直径0. 05 m,收缩管入口处、 扩散管出口处的直径 0. 1 m; 设定实验条件为 液气 比为 1. 0 L m 3 , 喉管气速为50 m s时 ,得出压降值 ΔP 随喉管长度的变化曲线如图 1所示。 图 1 文丘里除尘器压力损失、喉管长度变化曲线 图1 中可以看出 , 总压力损失 、 液滴引起的压力 损失和气体摩擦压力损失均随喉管长度的增加而逐 渐增大; 且液滴引起的压力损失在总压降中占的比值 较大 ,因此 ,有时常以液滴引起的压力损失近似代替 总压力损失 。 2 效率的计算 满足除尘的效率要求, 是设计的基本前提和目 标。本文应用William Licht [ 9] 推荐的捕集效率模型计 算除尘效率 。 42 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 η 1 -exp B KP0 1 -β0. 7 4KP0 1 -β 1. 5 4 . 2 1 -β 0. 5 -5. 02K 0. 5 P 01 -β 0. 7 KP0 tg - 1 1 -β KP0 0. 7 0. 5 - B KP00. 7 4KP04. 2 -5. 02K 0. 5 P01 0. 7 KP0 tg - 1KP0 0. 7 0. 5 式中 B Qlρ l QgρgCD0 KP0ρ pd 2 p vt-vD0 9μ dd 惯性碰撞参数 ,假 设液滴在喉管进口处注入 ,所以 vD0 0; μ 气流的粘度, 在此设为烟道气在 100 ℃时 的粘度,即 2. 08 10 -5kg ms ; dd 液滴直径 m 。 在上述条件下, 取颗粒的平均粒径为 1 μ m ,得出 在喉管长度变化范围内的效率值如图 2所示。 图 2 效率、喉管长度、喉管气速的三维图 图 2 中可以看出效率随喉管长度的增加而逐渐 增加, 但在喉管足够长的情况下, 液滴速度越来越接 近气速 ,液滴与气流之间的速度差越来越小 ,惯性碰 撞参数趋于 0, 所以喉管长度增加到一定程度后, 效 率增加的趋势有所减缓。图中还可以看出,当喉管长 度一定时 ,效率随喉管气速增加而升高 。 3 效率 、 压降比的计算与分析 为了在压降较低的条件下获得较高的除尘效率, 效率 、 压降比是表示两者之间关系的一个重要参数。 根据压降和效率的计算结果得出的效率 、 压降比与喉 管长度和喉管气速之间的关系如图 3 所示 。 图 3 效率与压降的比值、喉管长度、喉管气速的三维图 图3 中可以看出 在一定的喉管气速下, 随着喉 管长度的增大, 效率 、 压降比是先增大后减小 ,在特定 的喉管长度处, 总会出现一个最大值 。 在一定的喉管长度下, 随着喉管气速的不断增 大,效率与压降的比是先增大后减小 ,在气速为 22 m s时总是出现一个最大值 。 整个曲面图有一个最高点 ,该点的效率与压降比 为0. 001245 Pa -1 , 相应的喉管长度为 0. 099 m , 喉管 气速为22 m s。 4 喉管长度和喉管气速的优化 在满足效率要求的同时, 求出取得压降最低的喉 管长度与喉管气速的最佳组合, 是本文的研究目标。 而且在气体流量一定的条件下 ,根据喉管的气速可以 直接求出喉管直径 。所以求出了喉管长度与喉管气 速的最佳组合即找到了喉管长度与喉管直径的最佳 选择 ,从而达到对喉管结构参数的优化目的。 将图 2 中的喉管长度和气速坐标倒置, 即为 图4。给定效率的等效面与效率曲面有一条交线, 该 交线在水平坐标面上的投影是一条曲线 。该线上的 任意点表示喉管长度与喉管气速的组合都能满足效 率的要求, 因此也可以称其为等效线 。 在等效线上 ,最小压降相应的点表示喉管长度与 喉管气速的最佳组合 。它对应于喉管长度与喉管气 速随等效线变化时效率、压降比的最大值点 。结合 图3和图 4 即可找到该点。当气体流量一定时 ,再把 喉管气速转化为喉管直径 , 即完成了对喉管结构的 优化 。 图 4 效率及等效线、喉管长度、喉管气速的三维图 当气体流量为 400 m 3 h , 效率为 0. 80～ 0. 99 时, 找出了获得压力损失最小的喉管长度和直径的最佳 组合见表 1。 43 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 表 1 给定效率时, 压降最小的喉管长度与直径的组合 效率喉管长度 m喉管直径 m 0. 800. 33130. 0549 0. 810. 33840. 0543 0. 820. 34950. 0537 0. 830. 31520. 0527 0. 840. 33330. 0522 0. 850. 35760. 0512 0. 860. 34140. 0507 0. 870. 37680. 0503 0. 880. 37370. 0494 0. 890. 37980. 0486 0. 900. 39900. 0478 0. 910. 43130. 0470 0. 920. 43540. 0460 0. 930. 46260. 0450 0. 940. 47680. 0437 0. 950. 48990. 0423 0. 960. 52530. 0408 0. 970. 54240. 0388 0. 980. 59490. 0364 0. 990. 69600. 0326 5 结论 1 压降随喉管长度和气速的增加而逐渐增大 。 2 效率随喉管长度的增加而逐渐增大 ,但在喉 管长度达到一定值时 ,这一趋势有所减缓。 3 在一定喉管速度下 ,效率与压降比随着喉管 长度的增加是先增大后减小, 总有一个最大值 ; 在一 定喉管长度下 , 效率 压降的值也是随着气速的增大 而先增大后减小 。 4 结合效率 、 压降比和等效线, 在等效线上找到 了取得效率与压降比最大的点 ,即为给定效率时取得 压降最小相应的喉管长度与直径的最佳组合 。 参考文献 [ 1] Noel de Nevers. 大气污染控制工程. 北京 清华大学出版社, 2004. 4 31. [2] R. W. K. Allen. Designing for pressure drop in Venturi scrubber the importance of dry pressure drop. The Chemical Engineering Journal, 1999, 61 203-211. [ 3] Calvert S. Air Pollution. New York Academic Press, 1977. [4] Yung S. C, Calvert S, Barbariika H. F. Venturi Scrubber Perance Model. EPA Rep,1977, 600 2 -77 -172B. J. [ 5] 段振亚. 文丘里洗涤器压力损失计算模型. 天津大学学报, 2004, 37 10 863 -867. [ 6] 柴诚敬, 张国亮. 化工流体流动与传热. 北京 化学工业出版社, 2000 102. [ 7] Hollands K . G. T , Coel K. C. A general for predicting pressure loss in venturi scrubbers. Ind Chem Eng, 1975, 14 1 16 -21. [ 8] C. C. Lee 美 . 环境工程计算手册. 北京 中国石化出版社, 2003 1254. [ 9] William Licht . Air Pollution Control Engineering Basic Calculations for Particle Collection. New York Marcel Dekker, Inc ,1980. 作者通讯处 李玉平 100081 北京理工大学化工与环境学院 电话 010 68941565 E -mail tianehutianebit. edu. cn 2005- 10-27 收稿 上接第 41页 资; 若间距太小 ,将影响液体的雾化和除雾效果。 2. 4 喷嘴堵塞 阻塞 污垢和其它杂质阻塞了喷嘴口内部, 进而 限制流量和干扰喷雾形状 。粘接 喷嘴口边缘内侧或 外侧材料上 ,由于液体蒸发引起的喷溅 、雾气或化学 堆积作用凝结一层干燥的凝固层, 阻碍喷嘴口或内流 通道 。 2. 5 安装 、 维修问题 错误安装 安装时偏离轴心, 过度上紧或改变安 装位置 ,均能导致液体渗漏 ,对喷嘴雾化性能产生不 良影响。在维修和清洗中 ,由于应用不正确的工具对 喷嘴造成一些非预期的损害。 3 结论 雾化器是湿法喷雾脱硫的关键部件 ,每层喷嘴组 合件的合理平面布置和塔内空间立面的设计是保证 脱硫塔稳定运行的基本前提; 同时还必须合理选择雾 化器的型号和材质 ,以及正确的安装和维修 ,延长其 使用寿命。 参考文献 [ 1] 陈明功, 陆守香, 刘暄亚等. 液 -固混合悬浊液压力雾化的研究 Ⅱ 试验与结果. 化工学报,2003, 54 11 1535 -1538. [ 2] 陈明功. 实用新型, 喷雾雾化器 ZL95210493 . 8 作者通讯处 陈明功 232001 安徽省淮南市学院路 安徽理工大 学化学工程系 电话 0554 6668485 E -mail mgchenaust . edu. cn 2005- 09-05 收稿 44 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 APPLICATION OF ATOMIZER IN DESULFURIZATION TOWER BY WET SPRAYING Chen Minggong Fu Yongqiang Yuan Xining 40 Abstract Atomizer is the key part of desulfurization by wet spraying. The plane layout of atomizer and the designof space in desulfurization tower are demonstrated, and some familiar problems are discussed by combining practical engineering instance. In order to assure stable efficiency of desulfurization, the combined parts of atomizer should be designed rightly and the model andmaterial of atomizer should be selected reasonably, while the erection and maint enance ways should be correct. Keywords atomizer, flue gas from boiler andwet desulfurization THE OPTIMIZATIONOF THE THROAT OF VENTURI SCRUBBER ZhangYanfang Li Yuping 42 Abstract The relationship between pressure drop and the length of throat is gained with the ula from the literature. At the same time, the variation of the efficiency and the ratio of efficiency to pressure drop with the length of the throat and gas velocity are calculated with the William Licht ula. From these results, for a given efficiency, an optimal combination of the length and diameter of throat isgained, under which the pressure drop is the lowest one. The results are meaningfulfor optimizing the design of the throat construction and reducing operating cost of a venturi scrubber. Keywords venturi scrubber, pressure drop, throat and efficiency PRELIMINARY STUDY ON PROCESSING OIL-BASED CALCIUM CARBONATE MUD OBCCM INTO RUBBER FILLERSKuang Shaoping Nie Yongfeng 45 Abstract Based on the theories of macromolecule and rubber engineering , the feasibility that the mud can be processed into rubber fillers is demonstrated. As an example in Zhongyuan Oil Field, SINOPEC, the OBCCM was carefully ground into the powder less than 320 mesh. By the rubber processing and the subsequent product tests, it is suggested that there shouldbe no relations between the quality of the rubber products and the salty contents of the powdery mud, and the heterogeneous ingredients of the powder do not also influence the quality of rubber products seriously. As compared with the rubber fillers of the common and nanometer calcium carbonates, the filling effects of the powder can not be distinguished from processing features and mechanical characters. Moreover, the dispersing trend of the powder in rubber ingerdients, the crosslinking properties of rubber molecules, the anti -abrasion and the rebound are slightly superior to the countparts of the common and nanometer calcium carbonate fillers. Keywords oil-based mud, calcium carbonate, rubber filler and resources utilization THE COURSE AND PRACTICE OF TREATING DREDGING POLLUTED SEDIMENTS BY LANDFILL IN NETHERLANDSLi Tao Zhang Zhihong Tang Baorong 48 Abstract The lakes and rives in Netherlandswere badly polluted due to high industrialization, developed navigation and special geographical conditions. In order to treat thoroughly these polluted watersheds, itis imperative to drege the sediments containing many pollutants. It is introduced first the policies and laws of treating the dredging polluted sediments in Netherlands, research on disposal technology of sediments by landfill, and the guiding principles of building closed landfill sites. Finally a history case by such landfill technology is also given. Keywords environmental dredging, polluted sediment and closed landfill site PILOT -SCALE PRODUCTION AND INDUSTRIALIZATION OF THE NO-FIRED BRICKS FROM RED MUD IN ALUMINIUM INDUSTRYYang Jiakuan Hou Jian Qi Bo et al 52 Abstract A first pilot line for no -firedbrick, made from redmud, fly ash, and small particlesfrom crashedCaCO3ores, has been developed. The red mud brickswere produced by two curing processes. The redmud bricks curing at ambient conditions, reach the standard of grade 15 high quality products JC T 422-1991 1996 ; and the redmud bricks curing at high pressure water vapor curing process, reach the standard of MU15 high quality products GB11945-1999 . According to the cost-benefit analysis, the cost of the brick can be controlled under 0. 11 block, in the curing process at ambient conditions; and the cost of the brick can be controlled under 0. 14 block, in the high pressure water vapor curing process. The results show that the no -fired bricks from red mud have good economic benefits. Keywords redmud, non-fired bricks and new building materials QUICK DETERMINATION OF ANIONIC SURFACTANT IN SURFACE WATER Feng Jinmei Zhang Hairong 56 Abstract It was explored the feasibility of using malachite green reagent to determine anionic surfactant in surface water, through the contrast experiments. Experiment s result indicated that the accuracy and precision of this were suitable for present inspection criterion. As compared withthe methylene blue spectrophotometry, this had the advantages of easy operation, non-extraction and less analysis time. It was suitable for the monitoring of surface water. Keywords anionic surfactant, malachite green reagent and initial exploration 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006