浅谈喷流除尘技术的应用和发展

刘景艳

(辽宁省本钢设计研究院，辽宁 本溪117000)

对喷流除尘技术利用了粉尘颗粒在撞击区来回振荡、碰撞且团聚的机理进行除尘，此技术解决了目前工业上采用传统的袋式除尘器或电除尘器收集高湿和高粘附性粉尘过程中存在的一些难题。现将对喷流除尘技术及其研究成果的进展情况作以综合评述。颗粒的来回振荡是由惯性引起的，当颗粒渗入第一股流体后，因相向流动的气固流的阻力而减速，而后又被该气固流加速,再次回到原来的流体中。对喷流除尘技术最早是由俄罗斯Lainer等人于1975年提出并进行实验的[1,2]。对喷流除尘机理是两股含尘气流沿同轴相向流动到它们中间的撞击面，在新的方向上，向上流动的气体速度约为其流量除以该除尘器垂直于流向的横断面积。对高湿、高黏附性粉尘来说，则会因为碰撞而团聚，而粉尘颗粒的相互渗透及来回振荡增加了粉尘颗粒在撞击区的停留时间，从而强化了粉尘的团聚效应。同时，由于粉尘颗粒的团聚效应,有效地增大了粉尘颗粒的粒，使其更容易在后续设备中除去。

1 对喷流除尘的应用领域和应用现状

1.1 应用领域

目前，高湿、高黏附性粉尘的收集一直是困扰国内外除尘领域的一大难题。传统的高效收集方法一般采用电除尘器或袋式除尘器收集,但对高湿、高黏附性粉尘来说,均存在严重的问题。在脱硫脱硝中,对高湿条件下产生的硫酸铵和硝酸铵的收集,如采用脉冲电晕等离子体法,这类粉尘易黏附在电除尘器的极板上,造成电晕线肥大和收尘极板上粉尘堆积,但对高湿、高黏附性粉尘来说，效果不甚理想，而对喷流除尘技术可解决这一难题。对喷流除尘的颗粒大多具有高湿、高黏附性，其特点为能准确定义和定量描述粉尘黏附性的范围，而这正是现代粉体工程领域研究的一大难点。由于粉尘之间或粉尘与器壁之间存在着黏附力，因此可用粉尘的黏附强度作为评价粉尘黏附性的指标。因此，对不同的粉尘或含尘气流应采取适当的处理方法，如喷雾化水润湿有助于粉尘的团聚和沉降，这样也能拓宽对喷流除尘的应用领域[3]。

1.2 应用现状

国外在对喷流除尘技术的应用方面研究相当少，而且大都是在实验室里进行的。对喷流除尘机理尚不完善，对喷流除尘的关键是粉尘颗粒的团聚、沉降过程。俄罗斯对这方面的研究也只是经验性总结，并未深入研究；而以色列的实验研究也有许多不确定因素，如粉尘颗粒在撞击区来回振荡的次数，粉尘颗粒团聚、沉降作用的强化机理等，这些均有待于进一步的研究。但是，由于粉尘颗粒本身的黏附性到目前为止尚未有一个标准的数值来衡量，这也正是在这方面深入研究的难点所在。国内也有极少数这方面的研究，而且相当一部分是借鉴了国外的思路和模型，主要是关于最优除尘速度、含尘浓度以及单一颗粒动力学模型的研究、对喷流除尘性能影响因素的正交实验研究、对喷流除尘技术在收集硫酸铵和硝酸铵粉尘中的应用研究。在收集硫酸铵和硝酸铵混合粉尘中采用倾斜式对喷流除尘，不仅避免了尘粒由于自身的黏附性而黏附在喷嘴对面的除尘器边壁上，而且增大了粉尘颗粒在撞击区的停留时间，有利于粉尘颗粒在撞击区来回振荡和相互团聚，使除尘效率提高了10%～14%。因此，对喷流除尘有很大的研究开发潜能[4]。

2 对喷流除尘技术的研究现状

2.1 对喷流结构的研究

对喷流装置从结构方面分为三种：水平式对喷、倾斜式对喷和曲线同轴切向式对喷,对前两者的研究比较广泛。通过进一步研究得出增大喷管的倾斜角度能增加粉尘在撞击区的平均停留时间定。就喷流装置的结构与除尘效率而言，倾斜式对喷结构优于其余两种。

2.2 数学模型的研究

在建立数学模型方面主要是关于粉尘碰撞、团聚过程的动力学模型和对喷流流场特性模型方面的研究。Kitron等人建立了气固悬浮颗粒的蒙特卡罗模型，分析了颗粒渗入反向流对撞击区颗粒的浓度分布和连续相分布的影响。Berman等人在假设粉尘颗粒是球形的、颗粒之间的碰撞只发生在大颗粒与小颗粒之间、大颗粒能渗入反向流而小颗粒不能的条件下，分析指出了粉尘黏附性、喷嘴的进口速度、含尘气流的浓度等因素对除尘效率的影响。随后，Berman等人又于2003年建立了粉尘碰撞的动力学模型，但该模型是基于颗粒在液体中流动的基本理论来确定颗粒沉降的比例和区域。张和平等人从颗粒受力分析出发，建立了单颗粒的动力学模型。

3 研究的发展

3.1 对喷流除尘机理尚不完善

对喷流除尘的关键是粉尘颗粒的团聚、沉降过程。但这方面的研究只是经验性的总结,并未深入研究，实验研究也有存在许多的不确定因素，如粉尘颗粒在撞击区来回振荡的次数,粉尘颗粒团聚、沉降作用的强化机理有待深入研究等尚未有一个准确的数值来衡量，这也正是在这方面深入研究的难点所在。

3.2 对喷流除尘器流场的研究

在粉尘颗粒碰撞和团聚的研究中，都只注重了单个粉尘颗粒之间的相互碰撞效应，而忽略了对除尘器整个流场的系统优化的研究。如建立除尘器的几何模型，模拟其气固两相流流场，并对粉尘颗粒的运动轨迹进行定量的描述，用以验证实验室中的不确定因素，这也是今后研究的一个重要方向。

结论

对喷流除尘器是利用粉尘颗粒在撞击区来回振荡,增加颗粒在撞击区的停留时间,从而增大颗粒间相互碰撞的概率,强化粉尘的团聚效应的机理进行除尘,适合于高湿、高黏附性粉尘的收集。在对喷流除尘的机理、流场的优化和应用领域等方面还需深入研究

[1]松本俊次.电收尘器[M].王成霞,译.上海:上海科学技术文献出版社,1991:8 10

[2]嵇敬文.除尘器[M].北京:中国建筑工业出版社,1981:1822

[3]胡鉴仲,隋鹏程.袋式收尘器手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1984:18 22

[4]孙熙.袋式除尘器技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2004:149 450