余热回收喷淋塔的烟气颗粒物脱除特性研究

喷淋塔喷淋低温水可回收烟气余热和净化烟气。以喷淋塔为研究对象，建立喷淋塔内气-液热质交换、颗粒物异质凝结增长与脱除模型，探究余热回收喷淋塔内烟气颗粒物脱除机理，研究不同工况下颗粒物脱除特性。结果表明：当烟气入口温度50℃、入口相对湿度100%、水气比2 L/m³、喷淋水温20℃、喷淋水滴粒径550μm时，在喷淋塔下半部区域，水滴主要靠热泳与扩散泳捕集亚微米级颗粒物；随着水蒸气在亚微米级颗粒物表面凝结，在喷淋塔上部区域，惯性碰撞为水滴捕集亚微米级颗粒物的主要机制。提高水气比、降低喷淋水温、减小液滴粒径、增大气液两相温差及水汽饱和度均可提高喷淋塔内颗粒物脱除效率，其中水气比为2.5 L/m³，喷淋水温为10～15℃，可实现较好的颗粒物脱除效果。     

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。     

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。     

微米级气溶胶粒子在滤层中的收集效率研究

采用颗粒床过滤系统对含气溶胶气体进行过滤实验,研究微米级气溶胶粒子在滤层中过滤效率的变化规律,并建立滤层模型计算过滤效率理论值.结果表明,在低风速(u0≤0.2m/s)范围内,过滤风速的提高有利于大粒径气溶胶粒子(dP=2.5 μm)的收集,而对中小粒径气溶胶粒子(dp≤1.0μm)的过滤效率没有明显帮助;滤料材质相同时,滤料粒径越小、比表面积越大,过滤效率越高;材质不同时,Hamaker 常数越大,越有利于捕集气溶胶粒子.由颗粒床层模型分析得出,当dp<0.1μm时,扩散效应起主导作用,颗粒粒径越小,扩散效率越高;当dp>1.0μm时,惯性碰撞效应起主导作用,粒径越大,惯性碰撞和拦截效应越显著.     

旋流场中小颗粒污染物凝并及运动特性研究

为研究旋流对小颗粒凝并过程的影响,研究通过整合Lech Gmachowski Brown凝并核模型、湍流凝并核模型和XIAO提出的剪切破碎核模型,建立了一个考虑剪切流影响的适用于全粒径范围的颗粒凝并模型。首先计算了初始粒径为0.5μm的颗粒凝并效率,对比前人实验数据,验证了新模型对于湍流场过渡区内颗粒凝并行为的适应性。然后考察了旋流运动对亚微米和微米级颗粒凝并的影响,结果表明,旋流影响了亚微米级颗粒的自由扩散,促使不同粒径颗粒分离,从而降低凝并效率;对于微米级颗粒,旋流增加了小颗粒的碰撞概率,但无法提升凝并效果,旋流速度越高,凝并效果越差;在旋流场中设置轴向扰流板,可以改善小颗粒凝并效果。     

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%。     

气液交叉流变温变湿脱除工业废气PM_(2.5)

利用工业废气与废水之间的传热传质推动力,构建以扩散泳机理为主脱除PM_(2.5)的气液交叉流阵列(GLCA)。废水在重力作用下分布到垂直布置的导流线阵列表面形成降膜流动液柱群,含尘含湿废气横掠液膜柱群传热传质,带动PM_(2.5)朝水蒸气冷凝的气液界面定向移动(扩散泳),从而使每个液膜柱均成为独立的颗粒脱除单元。建模并求解得到单元效率计算方法,逐排计算GLCA随温湿度变化而变的单元效率,从而建立GLCA液膜柱群颗粒脱除累积效率模型。24 (列)×100 (排)交叉流阵列实验结果表明实验值与模型预测值较为吻合,揭示了GLCA气液传质推动力是PM_(2.5)脱除效率的控制性因素。据此设计了变温变湿GLCA串联组合,利用废热源使废气周期性升温增湿恢复传质推动力,提高脱除PM_(2.5)总效率。模型结果表明:饱和废气温度60℃、气体Re数为72. 6条件下,经过总排数1160的变温变湿GLCA串联组合,PM_(2.5)脱除效率可达90%以上。     

湿法除尘系统中气溶胶浓度采样的误差分析

为研究非等速采样对气液交叉流除尘系统除尘效率的影响,本文对比了相同气相速度,不同采样速度下的气溶胶颗粒的粒径分布和分级脱除效率。实验结果表明,同一粒径的颗粒,当St0.015时,非等速采样和等速采样所得气溶胶的浓度偏差小于5%;当St0.015时,随着St的增大,非等速采样与等速采样之间的浓度偏差逐渐增大。非等速采样与等速采样下的颗粒分级脱除效率偏差不大,小于5%。     

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。     

错流旋转填料床脱除细颗粒物研究

细颗粒物对环境和人体都会产生较大危害, 传统除尘设备无法高效脱除。超重力旋转填料床复合了多种除尘机制, 除尘效率高, 能耗低。本文采用平均粒径为2.25μm的粉煤灰模拟细颗粒物, 错流旋转填料床为湿式除尘设备, 搭建了中试规模的实验系统。提出了使用激光粒度分析仪测量粉尘粒度分布并计算分级效率的方法, 通过实验考察了转速、液气比和气量对错流旋转填料床分级效率的影响。研究表明, 分级效率随转速、液气比、气量的增大而增大, PM_2.5的脱除效率可达到96%, 为超重力湿法除尘的工业化推广提供有力的数据支撑。对分级效率曲线进行拟合, 相关系数R=0.9808。对比发现, 错流旋转填料床的分级效率高于一般湿式除尘器, 对微米级粉尘也有很高的脱除率, 可以高效脱除气体中的细颗粒物, 应用前景广阔。     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。     

广西气刀土原料分散性能研究及在卫生陶瓷釉料中的应用

广西气刀土原料粒径微细，颗粒组成处于微米一亚微米级范围。在釉料中引入4％的气刀土原料，提高了卫生陶瓷产品白度，增强了热稳定性能。     

搅拌槽中颗粒粒径对固液传质系数影响

研究了搅拌槽(直径0.1m/平底/无挡板)中临界搅拌转速下固相浓度为0.10,0.15,0.20,0.25,0.30(v/v)时石膏颗粒粒径对固液传质系数的影响。研究表明,粒径为35,58,78,120,195,205μm的颗粒均在固相浓度0.20(v/v)附近达到固液传质系数的最大值。此浓度下固液传质系数随颗粒粒径的减小而增大,但增大的趋势逐渐放缓,主要原因为粒径减小导致体系的表观粘度增大。根据Kolmogoroff的各向同性湍动理论关联颗粒粒径与固液传质系数,理论值与实验值之间的误差小于15%。     

高含硫天然气三相分离器分离性能实验研究

通过应用旋流三相分离方法,以缩尺工艺样机为实验模型进行实验,通过实验测定发现,高含硫天然气液相分离效率在90％左右,固相分离效率在86％左右,并且随着入口流量的增大,分离效率呈增大趋势,气相出口检测到的颗粒数较少,说明流体经过三相分离器,可以脱除绝大部分粒径10μm以上的液固相颗粒,分离效果显著.     

磁场对氨水吸收烟气中CO_2的促进作用

开发了一种新型磁场辅助氨法烟气脱碳技术。含碳烟气通入混有磁性颗粒的氨水溶液,在外加磁场的作用下发生脱碳反应。对该技术的运行特性开展了实验研究。结果表明,外加8 m T恒稳磁场,2 g·L~(-1)纳米级Fe_3O_4颗粒,氨水的CO_2脱除效率比不添加磁场和颗粒时最多可提高8.8%。外加磁场可以有效提高低浓度氨水的CO_2脱除效率。在模拟烟气流量增加时,外加磁场能有效减缓CO_2脱除效率下降的趋势。同时,外加磁场使得CO_2脱除效率曲线向低温方向移动5℃,有助于提高低温条件下的CO_2脱除效率。磁场可提高气液接触效率、降低相间传质阻力、增强氨水反应活性,从而提高氨水吸收CO_2性能。     

高效捕集PM2.5的静电器及其W型极板结构的数值模拟分析

高压静电与催化模块的耦合技术，是协同净化大气复合污染物的有效方法。通过实验比较W板静电器和平板静电器对于亚微米颗粒的捕集性能，采用计算流体力学方法构建双级静电器内静电场、流场、颗粒场的多物理场耦合模型，重点研究收尘区W型极板的角度对亚微米颗粒捕集性能的影响机制，获取双级静电器内部的流场、静电场分布特性，并针对不同角度W板双级静电器中0.1μm、1μm、2.5μm颗粒的荷电特性及捕集效率展开研究。结果表明，相较于传统的平板静电器，W板静电器具有更高的捕集效率，在1 m·s^-1的风速下，W板静电器对亚微米颗粒的捕集效率提升约10%。W板静电器之所以能明显提高对亚微米颗粒物的去除效率，可归因于收尘区的W型结构内易形成漩涡，导致亚微米颗粒物碰撞和凝并，因此提高了对亚微米颗粒物的捕集性能。     

磁场对氨水吸收烟气中CO2的促进作用

开发了一种新型磁场辅助氨法烟气脱碳技术。含碳烟气通入混有磁性颗粒的氨水溶液,在外加磁场的作用下发生脱碳反应。对该技术的运行特性开展了实验研究。结果表明,外加8 mT恒稳磁场,2 g·L^-1纳米级Fe₃O₄颗粒,氨水的CO₂脱除效率比不添加磁场和颗粒时最多可提高8.8%。外加磁场可以有效提高低浓度氨水的CO₂脱除效率。在模拟烟气流量增加时,外加磁场能有效减缓CO₂脱除效率下降的趋势。同时,外加磁场使得CO₂脱除效率曲线向低温方向移动5℃,有助于提高低温条件下的CO₂脱除效率。磁场可提高气液接触效率、降低相间传质阻力、增强氨水反应活性,从而提高氨水吸收CO₂性能。     

微米级颗粒在气液界面的沉积特性研究

为了提高含尘气体湿洗分离净化中颗粒在气液界面的沉积效率,以玻璃微珠、空气和超纯水为介质,研究了颗粒与气液界面的平均撞击速度、颗粒质量浓度、液相表面张力、颗粒表面可溶性组分、气液界面液相流速等对微米级颗粒在气液界面沉积效率的影响。研究结果表明,对小于4.2μm的颗粒,随着颗粒平均撞击速度、颗粒质量浓度、液相表面张力、气液界面液相流速的增大以及颗粒表面被可溶性组分修饰,颗粒在气液界面的沉积效率显著增加,最高可达73%;而对大于4.2μm的颗粒,其在气液界面的沉积效率均在60%以上,且受上述条件变化的影响较小。     

湿度场内脱除亚微米颗粒数值模拟与实验验证

针对含尘气体横掠直立波形通道降膜除尘过程,建立了空气-水蒸气两组分水平二维流场中湿度梯度推动下亚微米颗粒扩散泳机理模型和数值模拟方法,与实验相对照研究了40℃下气流雷诺数Re(895～1 714)、初始相对湿度?(0.32～0.97)及颗粒粒径dp(0.1～1μm)内亚微米颗粒捕集率,结果表明:气流湿度影响显著,?由0.32增大到0.97时,各粒级颗粒捕集率均有相同程度的提高(～16.5%),低Re时增幅更大,可达21.7%。模拟计算值与实验测试结果偏差在±15%以内,吻合较好。