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旋风除尘器对多种尺寸颗粒的治理

2019-06-04
作者:亮达环保

  旋风除尘器6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区对多种尺寸颗粒的治理:固体颗粒在对流换热过程中,固体颗粒之间、固体颗粒与壁面之间然存在碰撞和磨损,因此固体颗粒在循环使用一段时间后,部分颗粒破损为微小颗粒,这些微小颗粒将会随空气流动到非颗粒存储区,影响其他装置的正常工作,须将这部分微小颗粒去除掉。 本文采用旋风除尘器去除混入到空气中的微小颗粒,旋风除尘器是利用离心力场中两相介质存在密度差,将固体颗粒从气体中分离出来的一种分离设备,与重力沉降和过滤等分离方法相比,涡旋分离具有分离效率高、设备体积小等特点。

  1 旋风除尘器设计

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   旋风除尘器的主要结构如图 1 所示。 混合颗粒的气体由水平进方管切向进入旋风除尘器,经过净化后,清洁气体从上部出口管排出,将分离出来的微小颗粒由下部锥管出口排出收集。矩形入口的高度 60 mm ,矩形入口的宽度 30 mm ,分离器主体直径 准120 mm ,锥体出口直径 准30 mm ,空气出口直径 准60 mm ,除尘器柱体与锥体部分高度均为 240 mm 。

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   2 旋风除尘器的数值模拟

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   2.1 颗粒离散数的计算

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   项目研究的混合气体中含有多种粒径的固体颗粒, 在使用 ANSYS FLUENT 软件的 DPM 模型计算时,应计算颗粒离散数。 混合气体中固体颗粒粒径d 与质量分数 Y 分布。

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   2.2 建立数值模型、划分网格在进行分析之前,为了简化计算的过程,首先对研究对象模型做出以下假设处理:

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   ( 1)固体颗粒的运动轨迹都能独立显示;

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   ( 2)每个颗粒的形状都是均匀球体;

  ( 3 )气体的运行轨迹足够平稳;

  ( 4 )固体颗粒做自由落体运动。

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   对旋风除尘器应用四面体网格进行划分,如图 2所示;绝热边界,速度进口、压力出口型边界条件,近壁处采用标准壁面函数。 用 DPM 、 kε-2 湍流模型耦合求解。 采用 FLUENT 中默认的松弛因子, SIMPLE算法。

旋风除尘器

  2.3 数值模拟

  根据固体颗粒粒径和上述计算的参数设置DPM 模型的 injiection 参数,设为球形颗粒,固体颗粒流量为 0.000 005 kg/s ,分析空气入口不同流速时,固体颗粒的分离去除情况。 固体颗粒入口速度与空气入口速度相同。

  2.4 结果分析

  2.4.1 不同空气及颗粒入口速度时的固体颗粒收集效率等对比分析

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   如图 4 所示,空气及颗粒入口速度为 2 m/s 时,旋风除尘器固体颗粒收集效率为 55.92% 左右。 随入口速度不断增加旋风除尘器固体颗粒收集效率增加,当达到 15 m/s 时效率高为 88.89% ,之后入口速度增加固体颗粒收集效率反而下降。

  空气及颗粒入口速度为 2m/s 时,颗粒逃逸率为41.02% ,悬浮率为 3.06% ,随入口速度不断增加旋风除尘器固体颗粒逃逸率下降、悬浮率增加的趋势,入口速度为 25 m/s 时,逃逸率达到低值 4.31% ;入口

  速度大于 12 m/s 时,悬浮率显著增加,入口速度为25 m/s 时悬浮率高为 11.22% 。随入口速度不断增加旋风除尘器入口压力增加,压力损失增加。 当入口速度超过 15 m/s 时,旋风除尘器入口压力近似于线性提高,入口速度 25 m/s 时,入口压力达 746 Pa 。 因此入口速度不能过大,应尽量减少压力损失,减小能耗,降低成本,达到系统的优化。

  2.4.2 不同空气及颗粒入口速度时的固体颗粒收集分析

  ( 1 )空气及颗粒入口速度 2 m/s图 5 为入口速度 2 m/s 时旋风除尘器内空气流动矢量图,显示空气进入后沿旋风除尘器内壁表面形成向下的旋流即外旋流。 当气体旋转到圆锥体底部时,在轴心部分形成向上的内旋流,由排气口流出。图 6 为入口速度 2 m/s 旋风除尘器内颗粒流动图,图 6 ( a )为动态追踪图,可以看到由于固体颗粒运动速度低且离心力小,进入除尘器内部后颗粒直径较小的分布在靠近中部,不能与壁面接触下落,收集较难,因此收集效率低只有 55.92% 。 图 6 ( b )颗粒流动轨迹图,有较多较小颗粒在运动中进入内旋流,经排气口逃逸,达 41.02% ,经排气口逃逸的大颗粒粒径为 20 m 左右。 图 6 ( c )为单个颗粒流动轨迹图,颗粒在运动中进入内旋流,经排气口逃逸。

  ( 2 )空气及颗粒入口速度 5~15 m/s随空气及颗粒入口速度增加,固体颗粒运动速度增加,离心力增加,进入除尘器内部后更多的小颗粒与壁面接触,靠入口速度的动量和重力下落,经下部颗粒出口收集,因此收集效率越来越高,当入口速度 15 m/s 时,效率高为 88.89% 。图 7 为入口速度 15 m/s 旋风除尘器内颗粒流动图,图 7 ( a )为动态追踪图,可以看到由于固体颗粒运动速度大且离心力大,进入除尘器内部后颗粒直径较小的分布在靠近壁面。 图 7 ( b )颗粒流动轨迹图,很少小颗粒在运动中进入内旋流,经排气口逃逸,为 7.93% 。 经排气口逃逸的大颗粒粒径为 1 μm 。图 7 ( c )为 1 μm 颗粒流动轨迹图,颗粒在运动中进入内旋流,经排气口逃逸。 图 7 ( d )为部分小颗粒(粒径 1~8 μm )此时由于气流速度较高,离心力、重力与外旋流内、旋流气体力处于平衡状态,这部分颗粒在除尘器内部上下旋转浮动,悬浮于其中。

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   ( 3 ) 空气及颗粒入口速度大于 15 m/s当空气及颗粒入口速度继续增加,固体颗粒运动速度、离心力增加,逃逸颗粒数量减少,如图 8 ( a )所示。 同时,内旋流在除尘器底部的作用半径扩大、气流速度更高,更多的小颗粒(粒径 1~8 μm )在内、外旋流的作用下,在除尘器内部上下旋转浮动,悬浮于其中,如图 8 ( b )所示。 因悬浮颗粒增加,颗粒收集率反而随空气及颗粒入口速度增加有些下降。 同时随空气及颗粒入口速度增加,除尘器入口压力增加,除尘器压力损失增加、阻力增大,运行效率降低。 如图 9 所示,空气及颗粒入口速度在 15 m/s 时除尘器压力损失为 268 Pa , 空气及颗粒入口速度在 18 m/s 时除尘器压力损失为 386 Pa ,空气及颗粒入口速度在25 m/s 时除尘器压力损失高达 746 Pa 。 因此,佳的旋风除尘器运行空气及颗粒入口速度在 15 m/s 左右。

  3 结语

  ( 1 )佳的旋风除尘器运行空气及颗粒入口速度在 15 m/s ,此时收集效率高为 88.89% ;

  ( 2 )旋风除尘器运行空气及颗粒入口速度低于15 m/s 时,速度越低,固体颗粒运动的离心力越小,更多的小颗粒不能与壁面接触下落,颗粒收集效率越低;

  ( 3 )旋风除尘器运行空气及颗粒入口速度高于15 m/s 时,颗粒运动速度、离心力增加,逃逸颗粒数量减少,内旋流在除尘器底部的作用半径扩大、气流速度更高,更多的小颗粒在内、外旋流的作用下,在除尘器内部上下旋转浮动,悬浮于其中,颗粒收集效率略有下降。 同时压力损失过大,能耗过高;

6277cc生财有道图库里免费-7459香港生财有道图库-ww277cc生财有道图库-277cc生财有道-277cc生财有道图库一区   ( 4 )旋风除尘器运行空气及颗粒入口速度越高,压力损失越大,能耗越高。