1、折流移动床用于除尘的研究第 23 卷第 6 期2001 年 12 月北京科技大学JournalofUniversityofScienceandTechnologyijlng,M.23No.6Dec.2 呻 1折流移动床用于除尘的研究金鑫“ 宋波 “郭占成于宪溥唐惠庆E 京科技大学冶金学院,北京 1000832)中科院化工冶盘研究所,北京 100080摘要在折流移动床的气固流动特性的研究基础上,以小米为除尘介质对折流移动床在除尘中的应用进行了研究,并分析了各种操作条件对过滤效果的影响结果表明,折流移动床用于烟道气除尘效果很好,产物均匀且易于调控,可以实现连续操作,同时多层床的实现,提高了除尘效率
2、.并且此莉型装置的压损显着低于固定床.降低了动力消耗理论分析建立的数学模型计算结果与试验结果基本相符.关键词折流移动床;除尘;模型分类号 TF8053颗粒移动床是一种新型的反应器,不仅具有耐高温,抗腐蚀,不燃不爆等袋式,电除尘和洗涤式除尘不具有的优点,且对小于 10 岫】的粒子具有很高的脱除效率,可连续操作-;同时具有过滤性能稳定,对入口变化能力强,压降稳定的优点;尤其重要的是它可以选择多种过滤介质,同时除去气体中的其他有害气体,这使它在高温废气能量回收以及煤的燃烧废气净化等领域具有广泛的发展前景.对于移动颗粒床国内的研究不多,尚处于试验阶段.1 理论分析由于固定床操作中的不稳定性,Tien
3、等人 I将固定床分割成许多顺序相连的单元,每一个单元中包括大量的单个捕集体,若每一捕集体的捕集效率相同,则单元捕集效率与单个捕集效率一致,记为.当床层为净床除尘时,除尘效率可记为.鉴于本试验粉尘粒子较大,截流效应比较显着,所以选用 Tien 等人的关联式,如下所示:当0.002,St0.01 时:tl/B=100sf+0_19(4 一-(1)当R0.002,StO.叭时:rfdB:Sf+O.48(44 等【2)当R0.002,StO.01 时:收稿日期 2001q)2-26 金鑫女,26 岁硕士国家自然科学基金资助项目(No.59874024r/d;.rSt+O.48(44+)“(3)其中,B
4、-7-6expt 一 0.0065Re,7-1.4315St-为拦截参数;St 为 Stokes 数 ;Re 为 Reynolds 数;为量纲为一收缩直径.随着尘粒的堆积,除尘效率发生改变,这种现象称为沉积效应,此时的效率为.它与初始效率的关系:景,表示沉积效应的函数 F,参考吴晋泸的关联方法对 Takahasi 提出的关联式进行修整,得到适合本试验的关联式如下:1a,=l+a 矿lna.=14.4731.8681nSt(5)【lna2=2.203-0.34631nSt式中,为比沉积率,含义为单位体积床层内所沉积的粉尘颗粒的体积.在固定床中定义如下:=If()而在移动床中,它是一个与时间无关的
5、量,定义:cc)碾一(7)单元除尘效率与床层总效率的关系:=直HL6(1-e).h(1 一日一.)(8)试验中除尘总效率可采用下式进行关联:E=1 一(9)通过以卜修正,最后得到移动床的真实除Vo1.23 金鑫等:折流穆动床片 j 于除尘的研究?505?尘效率为 E;对于折流移动床,需要计算多层床的效率,按以上修正式逐层进行计算.2 试验装置试验在折流移动床上进行,流程如图 1 所示.床体材质为有机玻璃,横截面呈矩形,其内腔尺寸为 300minx70mm,高 1.2m;床内设置 5块分布板,材质为普炭钢,相对于水平面的倾角为 12.5.,孔径 1.5mm,开孔率 2O%.圄 1 除尘试验装置流
6、程圊Fig.1Dust-removalcirculationpmgm储存在塔顶料斗内和多孔分布板上的小米,通过导料板,依靠其重力和气流作用自然流人其下层多孔塔板上,同多孔板低端相联接的下料板下端插入流动料层中,以防止气体短路,料层厚度自然形成.宏观上粉料白上而下沿多孔倾斜板呈 z 型流动轨迹 ,微观近似呈平推流移动.气源为空气,由鼓风机送入,尘粒在鼓风机入口处等时均匀加入,排气处装有收尘袋.除尘中的下料速度很小,所以采用螺旋下料器控制料速试验中,含尘气体从底部加入,与各层除尘介质呈错流形式相接触,尘粒被过滤介质捕集,随气体向上流动,含尘浓度逐渐减少,到排气出口含尘浓度达到最低.过滤介质沿床层缓
7、慢向下移动,与气体接触,同时收集气体中的尘粒,随着过滤介质的向下移动,含尘浓度逐渐增加,到出口处达到最大试验中过滤介质为小米,尘粒为不同粒径的锅炉煤灰,其物理特性见表 l,试验条件见表 2.表 1 试验采用粉料及尘粒的物性参数Table1Thecharacteristicparameterofgranularanddust粉尘,种类 kgm小米 1330尘(I11640尘(2)1640尘 I640/,自然堆磨擦形状.mmm 角) 角,(.) 因数8269l530280.925820.112-0.335 一一 0896l3008-0.112089672(OO5 一 O.89表 2 除尘试验条件T
8、able2Theconditionofdust-removingexperiment试验条件尘(1)尘(2) 尘(3)粉尘粒度,/1111110.112-0.3350.080Il2 铷 O5下料 Hkgm?s)00.06120-0.06120Oll9-O198/(ms)0.3-06030.60.306分布板倾角/(.)12.512.512.5粉尘浓度/(kgl 珈)O.040,O.060,O.0803 试验结果与分析3.1 气速对除尘效率的影响当其他条件保持不变(粉尘浓度 006kg?m,粒径为 0.112,-0.335rflln.料速为 0.0612kg?m?s,过滤时间为 300s)的情况
9、下,除尘效率要受至 4 气速和料厚的影响.结果见表 2.从表 3 的结果可以看出,气速的增加显着降低了除尘效率.由此可见气速加大的过程中,拦截作用与碰撞反弹作用下降的趋势要大于料层厚度的增加所引起的效率的增加,惯性作用的增加不占优势.所除尘效率随气量的增加而显着降低.模型计算结果与试验结果基本相符,从而证明了碰撞反弹效应的存在.表 3 气速对除尘效率的影响Table3Effectofgasveloeityondust-removalefficiencies3,2 料速与除尘效率本试验受条件限制仪对小米的过滤情况进行了考察,结果如表 4 下料速度的增加使除尘效率下降.从除尘的机理来看,奉试验气速
10、下,除尘效率主要取决于惯性冲击和直接截留效应.固体物料与气体接触情况与普通移动床的不同在于,气体与固体是成错流流动,当下料速度加快时,固体物料成滚动形式下滑,气速不.506.北京科技大学 2001 年第 6 期变,气体与固体的惯性冲击作用变化不太,但截留效应显着减小.并且在本次试验中所用尘粒偏大,截留效应更为显着.表 4 下料速度对除尘效率的影响Table4Theeffectofgranularveloci 竹 0dust-removalel-fieiecies3.3 粒径与除尘效率对 3 种范围的尘粒进行了考察:0.08-0.儿 2mm(I 号),0.】 】2o.355mm(号)和0.05m
11、m(号)的尘粒 .结果表明在粗颗粒除尘过程中,小粒子的除尘效率要小于大粒子的除尘效率.但对于小于 0.05mm 的粒子,由于其除尘控制机理发生改变.二次脱落现象减少,沉积效应显着增加,碰撞反弹效应减少,除尘效率显着增加.试验对除尘前后的尘粒用 LS 粒度仪进行测试,结果如表 5 所示.从表中看到,对于同样粒径的尘粒,料速的增加使得最后遗留的尘粒范围变大,再一次证明,料速的增加使得截流效应下降,导致一些大粒子跑掉.但表 5 也说明,在除尘过程中大粒子相对较易于除去,这是因为大粒子的截流和惯性冲击作用比较显着.表 5 尘粒对除尘效率的影响Table5Theeffect0fthediameterof
12、thedust尘粒范围 II/(m?s_.)0.410410.410.410.4l041Gg(kg-ms.)0.014800.01480001480乱 in88882272272525/m4518391858.6349.231210,m961062883443442%65392276.896683973.4 压损与时间的关系在除尘过程中,压损是一个重要的参数.一般来讲压损越小对工艺越有利.试验结果如图2.图中可见当物料不动时,压损随时间增大而加大,当物料中的尘粒达到饱和时,压损不再变化.而移动床中的压损虽然有波动,但大体保持不变,折流移动床的压损远远低于固定床.在床层的稳态操作区域,由于此时料
13、层的压损与原始干净介质的压损有所不同,采用 Ergtm 方程重新关联系数,得到如下压损关联式:t10=s图 2 压损随时阃的变化F.2Presuvedropvs.times=1-85(10)由图 3 可知,在除尘过程中,低气速下的试验值与理论值符合很好,但随气速的升高,试验值偏离计算值.原因是在高气速下,在分布板高端鼓泡,导致气体部分短路,压损低于计算值.此时的除尘效率大大降低.与干净介质的压损比较,除尘过程中的压损要稍高一些.鱼三/(m?S)图 3 压损试验值与计算的比较Fig.3Comparingthepressuredropvalueofexperimentandtheory3.5 效率
14、与时间关系试验测定除尘效率随时间的变化如图 4,图中显示下料速度为零时,除尘效率随时问显着下降.虽然除尘的初始效率很高,但时问的增加使除尘效率下降,频繁的换料虽然可以保证高的除尘效率,但生产的连续性使得固定床操作极不方便.在下料为 9.5(mS)时,除尘效率在减少到一定程度后,床层达到稳定状态,效率几乎保持不变.这对于工业操作保证连续性的同时也保持了稳定的除尘效率.3.6 理论与试验结果的比较图 5 为计算结果与试验结果比较,从图中看到试验与计算值基本吻合;在低料速粉尘粒Vo1.23 金鑫等:折流移动床用于除尘的研究?507径小的试验中,除尘效率高,试验值与计算值基本吻合,在高料速下,误差增大
15、;尤其对于超过O.1mm 的尘粒,由于其自由沉降效应的影响,导致理论中对初始除尘效率的关联产生偏差.并且,在此模型中,假定气速为定值,而实际上在潋t/x102S图 4 除尘效率与时间关系Fig.4FiltereffidenciesVS*tlme试验值图 5 试验值与计算值的比较Fig.5ComparmgmodelaIueW 蚰 experiments轴向和径向均存在速度场分布.在此模型上对关联式进行修正,使模型更精确了.4 结论折流移动床作为一种新型的除尘装置,不仅具有颗粒移动床的优点,而且可以降低动力消耗,多床层的试现增加了除尘效率.冷模试验中初步除尘结果显示,当过滤介质为较大颗粒时,较低的
16、气速,较小的料速,适宜的床层结构是床层保持稳定操作,保证高效率的主要条件.计算模型与该装置的试验值相吻合.为装置的进一步向高温除尘脱硫的研究提供参考.参考文赫1 张玉鸿,王笑梅移动式颗粒层除尘装置的研究化工抬金,1992,I3(2):1512 吴晋泸,汤忠.颗粒移动床高温脒尘工艺与设备的研究开发.煤炭转化.I998,21(1):633 吴晋泸,房天屠.颗粒移动床过滤过程的数学模型.燃烧化学,1999,27(4):3544 王中礼.移动颗粒过滤除尘技术研究.化工冶金,1984f11:15TakahashiTWalataSA.ChiTien.TransientBehaviorofGranularF
17、illrationofAerosols-EffectofAerosolDeposifiollonFilterPerformance.AIChEJ,1986,32(4):6846UshikiK,TienC.AnalysisofFilterCandlePerformance.PowderTechnology,1989.584):2437YoshidaH.Chitien.ANewCorrelationoftheInitialCollectlonEfficiencyofGranularAerosolFiltration.AIChEJ.1985,3l(10):17528 郭占成,金鑫.于宪溥,等.倾斜式
18、多孔分布板折流移动床的物理特性试验研究.北京科技大学,2000,22(增刊):83StudyOilDustRemovalinZ?-Path?-MovingBedJINXingSONGBoGUOZhancheng2YUXiepu2,删Geuiqing)MetalltwSehoo,USTBeijing,Beijing100083,China2)InstituteofChemicalMetallurgy,ChineseAcademyofSciences,acijing100080,ABSTRACTInvesfigationondustremovedmadeffectsoftheoperationop
19、erationparametershavebeenconductedinaz-path?movingbedusingmilletasthesolidohase.T1eresultsshowthattheZ-path.movingbedhasahi 曲dustremovalefficiencyandthecharacteristicsofuniformandhighqualityproduct,aswellascontinuousoperationandlOWmomentumenergyconslunption.Themodelcalculationvaluesarecorrespon-dentwitl1theexperimentalones.KEYWORDSz-path.movingbed;dustremoval;mode1
