旋风降膜反应器中降膜流动及除尘特性实验研究

论文摘要

目前,大气污染已成为全球性问题,煤燃烧过程中产生的粉尘、SO2是主要的大气污染物。为节约成本、降低能耗,除尘脱硫一体化技术的研发一直备受关注。径向分级双流程烟气除尘脱硫一体化工艺是利用旋风分离原理和降膜技术,并结合喷淋洗涤脱硫工艺研发的新型烟气净化工艺。该工艺通过双流程设计使除尘、脱硫过程相对独立进行,实现了脱硫前除尘,有效消除粉尘对脱硫过程的负面影响,提高工艺稳定性。因此,研究此一体化工艺除尘单元的性能具有重要意义。本文建立了模拟烟气量750m 3/h规模的试验平台,针对除尘单元的降膜流动特性及除尘性能开展了相关研究。利用图像采集法对降液膜流动状态进行定性分析,同时利用电导法考察液膜附着于壁面的均匀性和稳定性。本文采用均值和方差描述液膜厚度与波动特征,对降膜反应器内自由降液膜流动状态进行了研究,发现随着流率和出流距离的增大,自由降液膜平均厚度变厚,波动性增强。且流率越大,降膜平均厚度增长越快,波动性也更加剧烈。本文进行了旋转气流对降液膜影响的冷态实验研究,通过改变进口气速、液膜流率和气体进口方式等,获得降膜在不同工况下在壁面的附着状态。实验发现,旋转气流对进口处降膜产生较大干扰,并直接影响下部壁面液膜的水量分布。进口气速的提高对降膜流动产生显著干扰,且较薄液膜更易发生流态改变;进口高宽比变化对降膜流动状态造成不同程度的影响,但是差异相对较小。本文在降液膜研究的基础上,选取优化工况对除尘性能进行了试验研究。重点考察了双面水膜的除尘特性,研究了气体含尘浓度、进口气速、进口高宽比等因素的影响。实验发现,脱硫单元形成的芯筒,其外壁面水膜有一定的除尘效果;在处理能力范围内,反应器除尘效率随入口含尘浓度的提高而提高,且压力损失有所降低;提高进口气速,除尘效率提高,但压力损失亦迅速增加;高而窄的切向进口有利于气体中粉尘的捕集。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 除尘技术概况
• 1.2.1 除尘技术分类及原理
• 1.2.2 除尘器主要性能比较
• 1.2.3 水膜除尘器工作原理
• 1.2.4 影响水膜除尘器性能的因素
• 1.2.5 水膜除尘器存在问题
• 1.2.6 影响壁面液膜的主要原因
• 1.3 液膜技术研究概况
• 1.3.1 液膜技术应用概述
• 1.3.2 液膜流动特征研究现状
• 1.3.3 自由降膜膜厚的测量方法
• 1.4 本文研究目的及主要内容
• 第2章 实验系统及测量方法
• 2.1 烟气除尘脱硫一体化装置设计
• 2.1.1 设计思想及工作原理
• 2.1.2 结构设计
• 2.2 实验系统
• 2.2.1 烟风系统
• 2.2.2 水循环系统
• 2.2.3 测量系统
• 2.3 测量原理及误差分析
• 2.3.1 压力及流量测量
• 2.3.2 除尘性能指标测定
• 2.3.3 降液膜厚度测量
• 2.4 本章小结
• 第3章 壁面降膜流动特性研究
• 3.1 壁面降膜研究内容及方法
• 3.1.1 实验研究目的
• 3.1.2 实验研究内容
• 3.2 自由降液膜流动特征
• 3.2.1 自由降液膜现象观察
• 3.2.2 自由降液膜厚度变化特征
• 3.2.3 自由降液膜的统计描述
• 3.2.4 小结
• 3.3 旋转气体对降液膜流动的影响研究
• 3.3.1 实验方法及测点布置
• 3.3.2 旋转气体影响下降液膜流动现象
• 3.3.3 进口气速对降液膜流动状态的影响
• 3.3.4 液膜流率对降液膜流动状态的影响
• 3.3.5 进口高宽比对降液膜流动状态的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋风降膜反应器除尘性能实验研究
• 4.1 实验研究内容及方法
• 4.1.1 研究内容
• 4.1.2 给粉装置
• 4.1.3 实验方案及测点布置
• 4.2 双面降膜沿程捕尘性能实验
• 4.2.1 外水膜沿程捕尘性能
• 4.2.2 内水膜沿程捕尘性能
• 4.2.3 内水膜捕尘份额研究
• 4.3 气体含尘浓度对除尘性能的影响
• 4.3.1 气体含尘浓度对除尘效率的影响
• 4.3.2 气体含尘浓度对压力损失的影响
• 4.4 进口气速对除尘性能的影响
• 4.4.1 进口气速对除尘效率的影响
• 4.4.2 进口气速对压力损失的影响
• 4.5 进口高宽比对除尘性能的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢