气液交叉流阵列除湿与PM2.5脱除耦合研究

针对工业尾气高湿度、PM2.5难去除特性,提出废气-废水多相交叉流阵列脱除PM2.5的新方法,尾气横掠液膜柱阵列,蒸汽发生冷凝带动PM2.5向气液界面运动。使所有液膜柱阵列成为独立脱湿除PM2.5分离单元并组成串-并联结构,对分离单元建立水蒸气和PM2.5颗粒传质微分方程,颗粒的脱除速度正比于水蒸气传质通量,得出尾气冷凝脱湿、除PM2.5效率。理论分析表明,PM2.5颗粒脱除效率正比于水蒸气脱除量,对交叉流阵列入口尾气T=100℃、H=0.626kg/kg,气液界面Tw=20℃,100排交叉流阵列组成的串-并联结构液膜柱群湿度脱除、PM2.5脱除效率分别为96%、70%。对20(列)×100(排)交叉流阵列进行实验,实验值略大于理论值。     

多场耦合作用脱除PM2.5的数值模拟与实验研究

气液间传热传质推动力是PM2.5脱除的关键因素。基于欧拉-拉格朗日模型,考虑热泳力、扩散泳力影响,对流场、温度场和浓度场耦合作用下液膜捕集颗粒过程进行模拟。模拟结果表明:水蒸气浓度差对PM2.5脱除作用明显,当颗粒粒径d_p=1μm时,在水温20℃,气体入口温度60℃,气体入口相对湿度由0.575提高到0.757时,20排液膜柱阵列颗粒脱除总效率提高了35.1%。最后通过含尘气体横掠液膜柱阵列除尘实验验证了模拟结果的准确性。     

温差对气液交叉流PM2.5去除效率影响

针对过程工业尾气PM2.5污染问题,提出以废气废水构建交叉流界面,利用高温工业废气与低温废水之间形成温差发生传热捕集尾气中PM2.5。研究含PM2.5高温工业废气横掠错排降膜阵列的传热传质,分析气液温差对PM2.5去除效率的影响,理论推导PM2.5去除效率表达式,结果表明PM2.5去除效率随气液温差增加而增大。对直径3mm的降膜阵列,气体Reynolds数为140的实例计算显示,气液温差由20oC增加至80oC时,单排降膜阵列PM2.5去除效率由0.33%提高至0.66%,200排降膜阵列去除效率由48.5%提高至73.2%,由350排液柱群组成的分离通道整体去除效率可达到90%。对高温工业尾气横掠降膜阵列进行实验验证,理论分析与实验结果吻合良好。     

降膜阵列脱除工业尾气PM2.5效率研究

提出一种低压降、大通量、高效率降膜阵列式,利用废水废气交叉流界面脱除工业尾气中PM2.5技术。以含Al2O3粉末的气溶胶流体模拟工业尾气横掠20列×90排直径3mm的降膜阵列进行实验,结果表明降膜阵列脱除尾气PM2.5效率随降膜阵列传质面积增大而增大,随处理量的增大而降低。当体积流量为111.3m3/h,相应的尾气雷诺数为230时,传质面积为0.0942m2的单排降膜阵列脱除PM2.5的效率为0.794%,此工况下,传质面积为37.7m2的400排降膜阵列脱除PM2.5的理论效率可达95.8%。     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性,对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析,与跟随气体的对流传质相叠加,建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型,并进行了实验检验。实验在固定对流条件下,考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致,在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下,100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10~(-3)m/s、实验值为3.75×10~(-3)m/s。     

气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型

基于气溶胶中PM2.5微细颗粒物拟流体特性，对气液交叉流阵列中PM2.5在气溶胶流体传热传质边界层内热泳和扩散泳运动进行拟传质机理分析，与跟随气体的对流传质相叠加，建立了气液交叉流阵列PM2.5热泳和扩散泳拟传质模型，并进行了实验检验。实验在固定对流条件下，考察了不同气液相温度差导致的热泳、不同气相湿度差导致的扩散泳和颗粒粒径等因素对气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数的影响。实验数据统计值与模型表达趋势一致，在初始温差40℃、初始湿度0.118 kg/kg条件下，100排气液交叉流阵列PM2.5拟传质系数模型预测值为3.33×10^-3 m/s、实验值为3.75×10^-3 m/s。     

气液交叉流自增湿促进PM2.5颗粒长大模型

研究气液交叉流阵列内传热传质自增湿形成过饱和条件下水蒸汽在PM_(2.5)颗粒表面经历异质核化凝结长大的机理,并建立颗粒长大计算模型,逐排计算,确定颗粒粒径变化量。模型分析与计算结果解释了自增湿由强到弱的阵列条件下,实验检测到的PM_(2.5)颗粒粒径增长速度先增大后减小的规律。在气体温度T_(in)=41.2℃,饱和度S_R=0.85,横掠温度T_w=5℃的一个单元(100排)降膜交叉阵列实验条件下,最大可达5.5μm/s的增长速度,且模型预测颗粒长大后粒径分布与实验结果吻合较好。     

湿法除尘技术进展及变温多相流脱除PM2.5的新方法

分析对比了工业化国家应对工业增长控制PM_2.5排放的策略与技术措施,特别是荷兰在充分的技术经济性研究基础上制定50% PM减排目标、相当于9 mg·m^-3工业尾气颗粒物允许排放浓度标准,值得我国借鉴。工业源颗粒物排放占比前5的冶金、石油加工、化工、建材和食品加工业颗粒排放物呈现PM_1.0的粒度分布峰值特征,应首选湿法静电沉降类(Wet-ESP)减排技术,但其经济性未必适合我国大规模基础工业发展阶段。提出废气-废水多相交叉流阵列变温脱除PM_2.5的新方法,利用气流横掠液柱传热传质产生的速度场、温度场和浓度场推动微粒向气液界面运动,使所有单液柱均成为独立的PM_2.5分离单元,其串-并联组合结构使阵列具有很高的PM_2.5分离总效率。模型预测单元数n=200的交叉流阵列用于810kW大功率钻井柴油机(排气量4906 kg·h^-1干气)尾气碳烟PM_2.5减排的效率为91.4%,现场模型试验实测值略大于80%,理论与实践均表明该方法以废治废、经济可行。     

尾气湿含量对气液交叉流阵列捕集PM2.5的影响

针对过程工业尾气中PM2.5治理难题,提出以废水-废气构建的气液交叉流降膜阵列系统,利用工业尾气冷凝组分冷凝捕集尾气中PM2.5。基于质量衡算和传质速率方程,得到以尾气湿含量为控制参数的气液交叉流PM2.5捕集效率模型。理论结果表明,进口尾气湿含量从0.28kg/kg增加到0.52kg/kg,单排降膜阵列PM2.5捕集效率从0.64%增加到1.26%。湿含量为0.52kg/kg时,预测182排降膜阵列组成长度为819mm的分离通道整体分离效率可达到90%。通过20列×90排降膜阵列进行实验验证,表明理论与实验结果基本一致。     

横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获(Ⅰ)附面运动轨迹与分离半径

提出了横掠液柱流的速度场和温度场推动PM_2.5微粒附面运动机理,建立了微粒附面运动微分方程和数值积分反演方法,计算粒子运动轨迹并预测可吸收的微粒运动最大分离半径。定义最大分离半径与液柱表面之间附面层的厚度为分离厚度,以气溶胶流体通过该区域的体积流量与横掠单液柱的总体积流量之比代表单液柱吸收效率;热泳推动力是强化吸收效率的主要因素。基于单液柱吸收效率,按串联模型导出规则排列的液柱群整体分离效率计算公式,依据液柱交叉流几何结构、流体流动和气液两相传热传质参数即可确定整体分离效率。对交叉流Reynolds数为170的实例计算显示,直径4 mm的单液柱吸收效率为1.18%,由195排液柱群组成的长度为1170 mm的分离通道整体分离效率达到90%。     

Mechanism of micro-particle motion across falling liquid cylinder for PM2.5 separation (Ⅰ)Trajectory of particle motion towards surface and separation radius

提出了横掠液柱流的速度场和温度场推动PM_2.5微粒附面运动机理,建立了微粒附面运动微分方程和数值积分反演方法,计算粒子运动轨迹并预测可吸收的微粒运动最大分离半径。定义最大分离半径与液柱表面之间附面层的厚度为分离厚度,以气溶胶流体通过该区域的体积流量与横掠单液柱的总体积流量之比代表单液柱吸收效率;热泳推动力是强化吸收效率的主要因素。基于单液柱吸收效率,按串联模型导出规则排列的液柱群整体分离效率计算公式,依据液柱交叉流几何结构、流体流动和气液两相传热传质参数即可确定整体分离效率。对交叉流Reynolds数为170的实例计算显示,直径4 mm的单液柱吸收效率为1.18%,由195排液柱群组成的长度为1170 mm的分离通道整体分离效率达到90%。     

错排降膜阵列气液交叉流界面捕集PM2.5的传质类比模型

根据气溶胶颗粒拟流体性质提出了气液交叉流界面捕集PM2.5的传质类比模型.分析了颗粒Schmidt数及其指数m对气溶胶流体传热传质类比的影响机理.以常用的横掠错排管束对流传热Nu方程为基础,导出了横掠错排降膜阵列PM2.5传质Sherwood数方程,由此建立了以m为模型参数的PM2.5捕集效率预测模型.用横掠20列×90排ø3 mm降膜阵列PM2.5捕集效率实测数据回归获得m值为0.808.在Reynolds数50～650的范围内,模型预测传质Sh与实测值误差在±20%之内.     

气液交叉流系统除尘效率分析及其数值模拟

对采用以水为介质吸收含尘气体中颗粒物的气液交叉流系统(GLCA)进行实验研究,考察了气速、液柱排布方式、粒径等因素对脱除率的影响。结果表明,随着液柱比表面积和颗粒粒径的增加,脱除率逐渐上升;在实验条件下气速对脱除率影响较小。在最优液柱排布方式下,经过162单元液柱排后,粒径为0.2、1、10μm的颗粒分别取得了37.3%、43.9%、99%的脱除率。给出了用于外推计算分级效率和压降随单元液柱排数变化的公式,当粒径为0.4μm的颗粒预测脱除率达到95%时系统的总压降不超过300 Pa。采用大涡模型对最优工况进行数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好,以此验证了所给脱除率计算公式。     

气液交叉流系统除尘效率分析及其数值模拟

对采用以水为介质吸收含尘气体中颗粒物的气液交叉流系统（GLCA）进行实验研究,考察了气速、液柱排布方式、粒径等因素对脱除率的影响。结果表明,随着液柱比表面积和颗粒粒径的增加,脱除率逐渐上升;在实验条件下气速对脱除率影响较小。在最优液柱排布方式下,经过162单元液柱排后,粒径为0.2、1、10 μm的颗粒分别取得了37.3%、43.9%、99%的脱除率。给出了用于外推计算分级效率和压降随单元液柱排数变化的公式,当粒径为0.4 μm的颗粒预测脱除率达到95%时系统的总压降不超过300 Pa。采用大涡模型对最优工况进行数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好,以此验证了所给脱除率计算公式。     

降膜式液体分配器结构综述

前言降膜塔具有能同时进行传热、传质的特性,并且在气液呈逆向流动情况下,具有传质推动力大、能量消耗小(因气液两相互不混合)等优     

湍动扩散及温度场耦合下气液交叉流脱除PM_(2.5)的数值研究

采用随机轨道模型对湍动扩散及温度场耦合下的气液交叉流系统进行了数值模拟,考察了气液相温差、气速、粒径等因素对除尘效率的影响。结果表明,热泳作用对脱除率的影响较小。对10排45根错列排布的液柱群,当气液相温差由0℃变化到50℃时,脱除率由15.11%增加到了15.50%;惯性碰撞和湍流扩散为颗粒被脱除的主要因素,降低气相速度可使脱除率增加。当气速从0.5 m·s~(-1)到1.0m·s~(-1)时,脱除率从21.75%减小到15.11%。     

脱硫废水蒸发脱除PM_(2.5)试验研究

提出一种促进燃煤烟气PM_(2.5)团聚长大及脱硫废水处理的新方法。采用燃煤热态实验系统,在静电除尘器入口烟道进行脱硫废水蒸发试验,考察脱硫废水蒸发对飞灰物性、电除尘性能的影响,以及添加化学团聚剂、喷嘴的粒径对脱硫废水蒸发脱除PM_(2.5)的影响。结果表明:脱硫废水蒸发后,烟气细颗粒物粒径由0.15增加到1.0μm左右;典型工况下,电除尘前蒸发脱硫废水提高PM_(2.5)脱除效率约10%;脱硫废水加入团聚剂,电除尘出口PM_(2.5)脱除效率提高25%以上;降低喷嘴粒径、增加团聚剂添加量均有利于PM_(2.5)团聚长大。     

超重力法同步脱除PM_(2.5)和SO_2的研究

本文在超重力条件下以乙二胺/磷酸为吸收剂,进行同步脱除PM_(2.5)和SO_2的研究。研究超重机转速、气液比、吸收液温度等因素对SO_2吸收效率和除尘效果的影响。研究结果表明:采用合适的操作工艺条件能够有效脱除PM_(2.5)和SO_2,SO_2吸收效率达到95%以上,除尘效率能达到99.5%以上。     

气液交叉流PM2.5捕集系统结构及降膜流动实验研究

利用工业废气废水自身的低位余能及热力学势差,构建内源性推动力"场"与吸收"面"共生的以废治废分离机制,发展一种废气横掠废水液柱流的气液交叉流阵列,为提高纤维绳壁面降膜的均匀性和稳定性,提出一种新型的布膜装置。在实验的基础上探讨了液体在纤维绳外壁降膜的流动特性,分析影响液体管外成膜均匀性和稳定性的影响因素,提出液体成膜的最佳环隙间距应控制在0.8 mm,液体流量应控制在35.2~195.7m L/min。     

水力喷射空气旋流器分离空间结构对气液传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备, 可广泛用于废水、废气处理等环境工程过程中。为了优化水力喷射空气旋流器的分离空间结构, 本文通过废水氨氮吹脱实验对柱锥结合形WSA和柱形WSA分别进行了气液传质性能研究。研究结果表明, 分离空间结构对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下, 与柱形WSA相比, 柱锥结合形WSA具有更好的气液传质性能和略高的气相压降, 后者吹脱氨的体积传质系数提高了约8%, 主要原因在于柱锥结合形WSA内部具有更好的射旋流耦合雾化作用和离心超重力强化传质的综合效果, 使得两相比传质面积增大, 传质效率增高。研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。