旋转纤维除尘实验研究*

石零 朱中奎 常玉锋 严朝雄 刘晓晔

(江汉大学化学与环境工程学院，工业烟尘污染控制湖北省重点实验室 武汉 430056)

0 引言

虽然电除尘和布袋除尘技术在当前除尘领域应用较多，但湿式除尘技术因其特殊的技术优势和特定应用场合，近年来重新受到重视。李迎超等[1]设计了一套高压喷雾湿式振动纤维栅全断面除尘工艺，现场试验中发现纤维栅的全尘和呼吸性粉尘除尘效率达到95%以上；邵化振等[2]提出了一种缩放喷管式高压喷雾引射降尘装置，研究了最佳引射效果的结构参数；李小川等[3]探讨了流型自激式水幕除尘器在最佳运行参数时的除尘效率为98.6%；石零等[4-5]基于纤维绕流的过滤思想，研发了纤维切割气流的除尘/除雾器，并进行了初步研究。

本文在文献[4]和文献[5]的基础上，以低液气比、高效净化气溶胶粒子为出发点，研究了风速、液气比、喷嘴位置及喷雾方向与效率间的关系。

1 湿式弦切除尘装置及除尘机理

1.1湿式弦切除尘装置

实验除尘系统装置如图1所示，除尘装置主要由雾化系统、除尘除雾转盘系统、风机系统和排污系统4个部分组成。除尘器主体高度为1 000 mm，直径230 mm，进出口管的直径为160 mm，其中核心的部件是除尘除雾转盘，除尘除雾转盘结构示意如图2所示，除尘除雾转盘由电机驱动旋转。

1—进气管；2—发尘器；3—喷嘴；4—压力表；5—流量计；6—增压泵；7—循环水箱；8—锥体；9—法兰；10—筒体；11—除尘除雾转盘；12—电机；13—出气管；14—测试孔；15—风机；16—排污嘴

图2 除雾除尘盘结构示意

1.2 除尘机理

含尘气流在负压的作用下进入除尘器，高速运动的颗粒物和细小的喷雾液滴发生强烈碰撞凝聚，大粒径的颗粒在惯性力的作用下到达液滴的表面或者进入液滴而被捕获，再通过重力沉降从气路中分离。小粒径的颗粒和雾滴由风流拖曳进入筒体，气流方向急剧变化，一部分液滴以筒体壁面为收尘体，被在筒体壁面收集，实现气固和气液分离；再小粒径的颗粒和雾滴,流经除尘除雾转盘时由除尘除雾转盘切割气流，颗粒和液滴在碰撞、拦截和扩散作用下被弦切纤维捕集，捕集在弦切纤维上的雾滴在纤维表面形成水膜，水膜在离心力作用下携带被捕集的颗粒脱离。

2 实验结果及分析

以硅微粉作为实验粉尘，其粒径分布见文献[5],采用青岛崂应3012H便携式大流量低浓度烟尘自动测试仪测量粉尘浓度。系统风量和除尘除雾转盘转速通过变频调节器调节，用分流方式控制喷雾压力和流量。测试除尘风速分别为1,2,3,3.6 m/s，除尘除雾转盘转速分别为500,1 000,1 500,2 000 r/min，喷雾顺、逆流喷射等条件下的除尘效率。

(1)喷嘴位于进气管段顺流喷射，调节转速，除尘除雾转盘4种转速下不同风速的除尘效率如图3所示。图3显示转速在1 000 r/min以上时，除尘效率大于98%，且在实验风速范围内，除尘风速对效率影响的敏感性较小。在液气比一定(0.043 L/m3)时，风速依次为1,2,3 m/s和3.6 m/s增加时，整体上呈现出除尘效率随除尘除雾转盘转速增大而升高的趋势。当转盘转速由500 r/min増至1 000 r/min时，除尘效率增幅较大，风速为2 m/s时，除尘效率提高了2.49%。当转盘转速由1 000 r/min増至2 000 r/min时，除尘效率的增幅较小，风速为1 m/s和3.6 m/s时，除尘效率几乎不随转盘转速变化。

图3 风速对除尘效率的影响

(2)喷嘴位于进气管段顺流喷射，风速调节为1 m/s，不同液气比和转盘转速下除尘效率如图4所示。对湿式除尘器性能的一个主要要求就是高效、低液气比，本实验在效率为99.88%时，液气比仅有0.157 2 L/m3。

图4还显示在各转速下效率对液气比呈现明显的相关性，高转速和高液气比时效率在99.8%以上。在所有实验转速下，其关系都呈现出相似规律，以转盘转速为2 000 r/min进行分析，除尘效率随液气比的增加而增大，当液气比由0.077L/m3增大到0.103 7 L/m3时，除尘效率由99.80%提高到99.87%，继续增大液气比，除尘效率几乎没有改变。

图4 转速和液气比对除尘效率的影响

(3)喷嘴位于进气管段逆流喷射，除尘除雾转盘转速调节为1 000 r/min，风速调节为1 m/s，液气比控制为0.043 L/m3，顺、逆流雾滴喷射方式对除尘效率的影响如图5所示。

图5 顺、逆流喷射比对效率的影响

喷嘴位于进气管段时顺、逆流喷射的除尘效率如图5所示，逆流时风速与除尘效率的关系和顺流时相同。逆流时的除尘效率在各除尘风速下均高于顺流时的除尘效率，逆流时气液相对速度大，喷雾对进气管壁面的润湿面积也越大，喷雾停留时间长，对粉尘颗粒物的捕集效率提高。当风速增大时，雾滴沿喷射方向的阻力变大，喷射距离缩短，管道壁面润湿面积也较少，而且逆流时，喷雾射流末端的液滴会随着气流前行，又回到喷嘴处，使液滴富集，雾滴平均粒径大于顺流时的平均粒径，气液相对速度越大，雾滴平均粒径越大，风速较大时，顺流和逆流除尘效率接近。由图5可知，喷嘴位于筒体中间顺、逆流喷射的除尘效率却呈现出相反规律，顺流时的除尘效率整体上高于逆流时的除尘效率。这主要是因为顺流喷射时，喷雾在筒体中向上喷射，对筒体的润湿面积更大，雾滴平均粒径小，除尘效率高，风速为3 m/s时，除尘效率达到99.69%，当风速较大时，风流携带粉尘和雾滴更容易穿过除尘除雾转盘，顺流和逆流时除尘效率接近。

3 结论

(1)湿式弦切除尘除雾器在高风速下具有高净化效率，在风速为3 m/s，除尘除雾转盘转速2 000 r/min时，效率可达99.2%。

(2)在进气喷嘴喷射式，液滴顺流和逆流喷射两种方式下，逆流的除尘效率高于顺流的除尘效率。

(3)除尘效率随液气比的增加而增大，在0.077 L/m3的液气比下，除尘效率也大于99%。

(4)仅从效率角度分析，由于切割气流的次数增加，效率也应增加，但转速、效率和能耗间应存在一个优化值，为取得该优化值应继续深入研究。