湿式除尘器中脱水装置性能的理论和实验

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.03.028 第23卷第3期 北京科技大学学报 Vol23 No.3 2001年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2001 湿式除尘器中脱水装置性能的理论和实验 蒋仲安 金龙哲 杜翠风 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要详细分析了湿式除尘器中脱水装置的脱水机理，并对脱水装置性能进行了实验研究， 建立了脱水装置的极限风速和阻力系数与液气比有关的经验和半经验公式，为研究和设计其 他类型的脱水装置提供理论依据和实验数据。 关键词湿式除尘器；脱水装置；极限风速；阻力系数 分类号TD714.42 1脱水器性能试验 10 1 131012111014 脱水装置结构形式有多种多样，概括起来 可分为重力式、离心式、惯性碰撞式和过滤式四 大类型，每一类型又可分为不同的结构形式.由 于每一种结构形式的脱水装置中，液滴受到的 作用力可能不一样，因而导致分离液滴的基本 原理也不一样 1-前测试风简：2一流量计；3供水管；4—喷嘴；5- 图1是百叶窗式脱水装置含液滴气体流动 水箱；6一脱水器；7一观察孔；8一后测试风筒；9一风 机；10-测压孔；11一测压胶管；12、13-微压计；14一 滴收集沟 液滴收集沟. 调节风门 第一弯道 第弯 图2脱水装置性能试验实验示意图 Fig.2 Experimental chart of the characteristic of de- water equipment 第二弯道 (1)极限风速和气体流量的测定 液滴收集沟 用圆弧形集流器测量法和微压计13来测 图1百叶窗式脱水装置液滴分离示意图（作仁-10血m, d中=24.3mm,-60°，W型) 定前测试风简进风口处的静压P,则脱水装置 Fig.1 Sketch chart of liquid drop separation of shutter- 前气流的速度y,为： dewater equipment -号√器 (1) 的一个弯曲通道，含液滴的气流经过脱水器在 式中，P。一周围空气压力，Pa;一前测试风简进 弯曲处经离心力和惯性力作用下分离成为无液 风口局部阻力系数；P一气体的密度，kgm';S一 滴的洁净气体.从图中可知弯曲通道拐弯处越 前测试风筒断面面积，m2;S一脱水装置前气流 多，弯曲角度越大，脱水效果越好，但这将使脱 通过的断面面积，m2. 水装置阻力大大增加.经大量试验可发现极限 若由观察孔7中没有观察到脱水装置出口 风速与脱水装置的类型、结构参数、液气比、气 气流中有水雾时，脱水装置内气流即为最大气 流速度和液滴的物性参数等因素有关 流速度，亦即脱水装置的极限风速v 1,1实验台的设计及参数的测定 (2)液气比的测定. 设计如图2所示的试验装置，每一测点基 液气比是指气流中液滴流量2(Ls)与气体 本上布置在气流比较稳定的位置. 流量Q(ms)之比，即液气比L为： 收稿日期20010108蒋仲安男，38岁，副教授，博士后 L-9 C. (2) ★国家自然科学基金资助课题QN0.59704002)

第 2 3 卷 第 3 期 2 0 1 年 ` 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u rn a l of U n lve 比i ty o f 少i e n ce a n d Te `h n o 】例牙 B e ij in g 丫b l . 23 N 0 . 3 Ju n e 2 00 1 湿式除尘器 中脱水装置性能的 二 理论和 实验 蒋仲安 金龙哲 杜翠风 北京科技大学资薄工程学院 , 北京 10 0 83 摘 要 详细分析了湿式除尘器 中脱水装置的脱水机理 , 并对脱水装置性能进行了实验研究 , 建立 了脱水装里的极限风速和阻力 系数与液气 比有关的经验和半经验公式 , 为 研究和设计其 他类型 的脱水装里提供理论依据和实验数据 . 关 锐询 湿式除尘器 ; 脱水装置 ; 极 限风速 ; 阻力 系数 分 类号 T D 7 14 . 4 2 1 脱水器性能试验 脱水装 置结 构形 式有 多种 多样 , 概括起来 可分为重力式 、 离心式 、 惯性碰撞式和过滤式 四 大类 型 , 每一类 型又可分为不同的结构形式 . 由 于每一种 结构形 式的脱水 装置 中 、 液滴受 到的 作 用力可 能不一样 , 因而导致分离液滴的基本 原理 也不一 样 . ’ 图 1 是 百 叶窗式脱水装置含液滴气体流 动 洛 、 ? . 0 火 长八 J 液滴收集沟 l一前测试风筒 ; 2一流量计 ; 3一供水管 ; 4一喷嘴 ; 5一 水箱 ; ` 一脱水器 ; 7一观察孔 ; 8一后测试风筒; 9一风 机 ; 1仆一测压孔 ; 11` 测压胶管 ; 12 、 13 州徽压计 ; 14一 , 调节风门 圈 2 脱水装里性能试验实验示意 圈 万龟 . 2 E 其P e d . en alt 比a rt o f ht e e h a r a c te 到妞it c o f d` , 叭 e r 月。 协m e . t 用(1j 液滴收集沟 圈 1 百 叶窗式脱水装里液滴分离示意圈价 10 血 m , d ` 2 43 m m , 于币护 , W 型) iF g · 1 Ske ct h c h a rt Of ilq u id d r o P s e P a ar iot n of s h u t e -r d . 即 a et r 鸽u iP . e n t 的一个 弯 曲通道 , 含液滴 的气 流经过脱水 器在 弯曲处 经离心力 和惯性力作用下分离成为无液 滴的洁净 气体 . 从 图 中可知 弯 曲通道 拐弯处越 多 , 弯 曲角度 越大 , 脱水效 果越好 , 但这将 使脱 水装置 阻力大大增 加 . 经大量试 验可 发现 极限 风速与脱水 装置 的类 型 、 结构参数 、 液 气 比 、 气 流速度和 液滴 的物 性参数 等因素有关 . L l 实验 台的设计及参数的测定 设计如 图 2 所示 的试验装置 , 每一测 点基 本 上布置在 气流 比 较稳定 的位置 . 收稿 日期 2 0 0 1刁 1刁 8 蒋仲安 男 , 38 岁 , 副教授 , 博士后 * 国家 自然科学基金资助课题困。 .5 97 04 0 0 2) )极限风速和气体流量 的测定 圆弧形集流器 测量法 和微 压计 13 来测 定前 测试 风筒进界口外的静压尸 1 , 则脱 水装置 前气 流的速度 .v 为 : _ 及 厄沉二笋万 、 ` 了寸 ` 恋万面 ( l ) 式 中 ,几一周围空气压力 , aP ; 奋一前测试风筒进 风 口局部阻力 系数 沪厂气体的密度 , kg/ in 3 ;凡一 前测试风筒断面面积 , m Z补乡一脱水装 置前气 流 通过的断面面积 , m 2 . 若 由观察孔 7 中没有 观察到脱水装置 出 口 气流中有水雾 时 , 脱水装 置内气流 即为最 大气 流速度 , 亦 即脱水装 置的极 限风速 vm . (2 )液气 比 的测定 . 液气 比是指气流 中液滴流量以 L/ s )与气体 流量么( m V s )之 比 , 即液气 比 L 为 : 一 =I 且认 ( 2 ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 03. 028

Vol.23 No.3 蒋仲安等：湿式除尘器中脱水装置性能的理论和实验 ·197· 式中液滴流量Q由流量计2直接读数 20 (3)局部阻力系数的测定. 16 由于前后测试风筒断面面积相等，则微压 12 计12的读数即为脱水装置阻力h(Pa),然后由下 式计算局部阻力系数为： 8 4 (3) 1.2脱水装置性能试验和经验公式的确定 020406080100120 脱水装置结构如图1（编号【）、图3（编号Ⅱ L/(mL.m) 和图4（Ⅲ）所示. 图5极限风速与液气比的关系 1一脱水装置1：2一脱水装置；3一脱水装置Ⅲ Fig.5 Relations between critical velocity and liquid-gas ratio 表1极限风速回归经验公式 Tablel Regressive empirical formulas of critical velocity v/(ms)最大相对误差%公式号 图3多孔栅板脱水器.a一栅条宽；6一栅孔宽；c一排间 a1=17.7857L067 1.94 (4) 距；a=25mm,b-20mm,c=30mm,4(排数) Van=14.9162L-zw2 3.05 (⑤) Fig.3 Dewater equipment of multiply-hole bar plank Val=19.9583L-t40m 2.77 (⑥) 角钢 (8) 扁钢 20mm xe 钢丝网十 对本试验，K.=0.227m/s. 钢板网 多孔栅板脱水装置为： 图4钢丝网脱水装置.网格12目，35层，2道 -ke2）z-,k=002ms (9) Fig.4 Dewater equipment of steel wire net 丝网脱水装置为： (1)极限风速的测定结果及其分析. (10) 测定结果如图5所示，图中曲线是由实测 -Kea2）zk=0.043ms 在实际应用中，往往要考虑到多种结构形 数据经几何回归而得到的，回归经验公式如表 式脱水装置. 1所示.从图中可以看出，不同结构形式的脱水 (2)局部阻力系数的测定结果分析 装置，其极限风速都随液气比的增加而减少，且 由于脱水装置的局部阻力系数由两部分 液气比较小时减小较快，液气比较大时减少缓 组成：一部分是干气体通过脱水器而引起的干 慢.测定结果与回归曲线吻合得很好，说明了用 阻力系数，另一部分是液滴或水雾通过脱水装 几何回归测定结果的方法是正确可信的，其相 置而引起的湿阻力系数，即： 对误差较小 =Ca+im (11) 有关极限风速vm的计算公式，前人已作了 本文对图1,3,4所示中的3种结构形式脱水 许多研究，但都没有考虑液气比对极限风速的 装置进行测定，根据测定结果，经几何回归绘制 影响，其中Soulders-Brown得出的计算公式较 如图6所示湿阻力系数与液气比之间关系，回 为简单，即： 归经验公式如表2所示.从图6和表2中可以看 =K色卫) (7) 出，脱水装置总阻力系数和湿阻力系数随液气 Ps 式中，p一液滴的密度，kgm;K。一实验系数， 比的增加而增加，且增加速度比较缓慢：脱水装 ms,取决于脱水器的结构形式. 置（即丝网式）)湿阻力系数增加值较大，而脱 根据笔者的实验结果得到的回归经验公 水装置I(即百叶窗式)和脱水装置Ⅱ（即多孔 式，可以得到极限风速与液气比有关的半经验 栅板式)增加值较小，说明液气比对丝网脱水装 公式. 置阻力系数影响较大，而对其他结构形式的脱 百叶窗式脱水设置为： 水装置的影响较小.另外，从图6中还可以看出

、 勺 L 2 3 N o 一 3 蒋 仲 安等 : 湿 式 除尘器 中脱 水装置性 能 的理论 和 实验 式 中液滴 流量 由流O量计 直接2 读数 . ( )局 部3 阻力 系数 的测定 . 由于前后测试风筒 断面面积相 等 , 则微压 计 12 的读数 即为脱水装 置阻力 h( Pa) , 然 后 由下 式计算局部 阻力系数杏为 : , Zh ` = 二二了 P g v g ( 3 ) 1 . 2 脱水装t 性能试验和经验公式的确定 - 脱水装置结 构如 图 l (编号 I ) 、 图 3( 编号 1 卜之 从J井二 二 1 . 和 图 4 (班)所示 . b a 四 口 b 圈 3 多孔栅板脱水器 . 卜栅条宽 ; 吞一栅孔宽 ; 卜排间 距 ; ` = 2 5 m m , 云= 20 m m , 作30 . m , ” = 4 (排数) F细J D ew a et r 叫u iP m e n t of m u】it P】y . h o le 加 r P l a n k 角钢 、 履司 而 黔瞿{ 誉 20 - 图 4 钢丝 网脱水装皿 . 网格 12 目 , 35 层 . 2 道 F啥 . 4 D ew a et r eq u iP m en t of s t e l W i民 n et 乙戏加山 · m 一今 圈 S 极限风速与液气比的关 系 l一脱水装 t . ; 各 , 脱水装 t U ; 冬一脱水装 t l F电 ` 5 R e is iot ” 加如甲 . . c ir 场 , I v e奴i yt . o d 如 xI i d . g . s ar iot 表 i 极限风速 回归经脸公式 aT b】e l R ge 姗 s ive em P州烟 1 of m . 加 5 of c ir d ca l v e IOC i yt 留 (m · s 一 今 最大相对误差从 公式号 、 , = 17 . 785 7 L 一认 ,肠 , 1 . 94 (4 ) 几 , = 1 4 . 9 16 2 L 一 ~ 2 3 , 0 5 ( 5) ` 一 19 . 9 58 3 L 一认柳 2 . 7 7 ( 6) 、 一 cK图协 (8) 对本试验 , cK = 0 . 2 27 耐 .s 多孔栅板脱水 装置为 : 、 一 二f胜乃、气 一 傲、 一 。 .07 2 、 , 。9、 一 、 P g , 丝 网脱水装 置为 : ( 1) 极 限风速 的测 定结果及 其分析 , 测定 结果如 图 5 所示 , 图中 曲线是 由实测 数据 经几 何 回归 而得 到的 , 回归经验公式如表 1 所示 . 从 图中可 以看 出 , 不同结构形式 的脱 水 装置 , 其极限风速都随液气 比 的增加而减少 , 且 液气 比较 小时减 小较快 , 液气 比较 大时减少缓 慢 . 测定结果与 回归 曲线吻合得很好 , 说明了用 几何 回 归测定结 果 的方法 是正确可信的 , 其相 对误差较 小 . 有关极 限风速 vm 的计算 公式 , 前人 已作 了 许多研究 , 但都 没有考 虑液气 比对 极限风速 的 影响 , 其 中 S oul der s一B ~ 4[] 得 出的计算公式较 为简单 , 即 : 、 一 eK卿气 一 认 一 .0 ~ l(0) 珠 一 eK昭 专 ( 7 ) 式 中 , p一液滴 的密度 , k g/ m 」; cK 一实验 系数 , n叮s , 取决 于脱水器 的结构形式 . 根 据 笔者 的实 验 结果 得 到 的 回 归 经验 公 式 , 可 以得到极 限风 速与 液气 比有关的半经验 公式 . 百 叶窗式脱水 设置 为 : 在实 际应用 中 , 往往要考虑 到多种结构形 式脱水装置 . (2 )局部阻力 系数 的测定 结果 分析 . 由于脱 水装 置 的局部 阻力 系数 杏由两部分 组成 : 一部分 是干气体 通过脱水器 而引起 的干 阻力系数二 ,另一部 分是 液滴或水雾通过脱水装 置而引起 的湿阻力 系数易 , 即 : 杏二 或+ 认 ( n ) 本文对 图 1 , 3 ,4 所示 中的 3种结构 形式脱水 装置进行测定 , 根据测定 结果 , 经几何 回 归绘制 如图 6 所示湿 阻力 系数与液 气 比之 间关系 , 回 归经验公式如表 2 所示 . 从 图 6 和 表 2 中可以看 出 , 脱水装 置总阻力 系数和 湿 阻力 系数 随液气 比的增 加而增加 , 且增加 速度 比较缓慢 ;脱水装 置 l ( 即丝 网式 ) )湿 阻力 系数增加值较大 , 而脱 水装置 I ( 即百叶窗式 ) 和脱水装 置 n ( 即多孔 栅板式 )增加值较小 , 说明液气 比对丝 网脱水装 置阻力 系数 影响较大 , 而对其他结 构形式的脱 水装置 的影响较小 . 另外 , 从 图 6 中还可 以看出

·198 北京科技大学学报 2001年第3期 实测值与回归经验公式是可信的 2结论 如果将湿阻力系数的测定值用线性回归， 那么此直线不通过原点；这是因为只要气体中 (1)所有的湿式除尘器都必须安装高性能的 含有水滴，阻力系数都有相应增加，从图6中曲 脱水装置，否则除尘器出风口气流中会携带大 线可知，在开始很小的液气比范围内，阻力系数 量水滴水雾，降低除尘效率. 急速增加，然后增加平缓 (2)每一种结构形式的脱水装置都有其极限 1.2 风速；同一结构形式的脱水装置，在相同的液气 1.0 比下，具有相同的极限风速；不同结构形式的脱 0.8 水装置，其极限风速是不同的 0.6 (3)所有脱水装置的极限风速，都随液气比 的增加而减少 0.4 (4)液气比对脱水装置阻力有一定影响，液 0.2 2 0 气比较低时影响较小，液气比较高时影响较大； 020406080100120 L/(mL.m) 但对于脱水装置来说，液气比一般都较低，所 以，计算脱水装置阻力时可以不考虑液气比的 图6湿阻力系数与液气比的关系 1一脱水装置1；2一脱水装置H:3一脱水装置W 影响. Fig.6 Relations between the wet resistance coefficient 参考文献 and the liquid-gas ratio 】井伊谷.除尘装置的性能.北京：机械工业出版社， 表2总阻力系数回归经验公式 1986 Table2 Regressive empirical formulae of the total resis- 2蒋仲安.湿式除尘技术及其应用.北京：煤炭工业出 tance coefficient 版杜，1999 经验公式 最大相对误差/%公式号 3 Crawford M.Air Pollution Control Theory.New York:Mc 51=(1+0.1018L2m) 4.238 (12) Graw-Hill,1976 5-(1+0.0511L) 6.094 (13) 5=(1+0.1544L1) 7.431 (14) Theoretical and Experimental Investigation of the Characteristic of Dewater Equipment on Wet Scrubbers JIANG Zhongan,JIN Longzhe,DU Cuifeng Resources Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The mechanism of dewater equipment on wet scrubbers is analyzed in detail.The characteristic of dewater equipment is experimentally studied.The empirical and semiempirical formulae of the relations between the wet resistance coefficient and critical velocity of dewater equipment and the liquid-gas ratio are set up.It provided theoretical base and experimental data for other kinds of dewater equipment. KEY WORDS wet scrubbers;dewater equipment;critical velocity;resistance coefficient

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 1 年 第 3 期 实测值 与 回归 经验公式是 可信 的 . 如 果将 湿阻力 系数 的测定值用 线性 回 归 , 那 么 此直线不通过原 点 ; 这是 因为 只要气 体 中 含有水滴 , 阻力 系数都有相应增加 , 从 图 6 中曲 线可知 , 在开始很小 的液气 比范 围内 , 阻力系数 急速增加 , 然后 增加平 缓 . _ _ _ . _ . 日 丫一长百 卜 一~ . . . 户门. 曰目. 一乙_ _ 一_ 一_ _ 曰 沪于 . , 、 2 , L戊m L . m 一 3 ) 图 6 湿 阻力 系数与液气比的关系 1一脱水装 t ! ; 冬一脱水装t “ ; 斗一脱水装皿 翻 F i.g 6 R ael iot n s b e wt eu t h e We t 心肠加 n e e co e m c 沁n t a o d ht e ilq . id 唱a s r o iot 表 2 总阻力系数回归经验公式 aT b le Z R e g r e se i v e e m p i ir c a l fo nrt u 肠e o f t h e t o at l 代5 -15 ta n ce co e if e j e n t 经验公式 最大相对误差肠 公式号 亡 , = 公( l + 0 . 10 1 8 0L 二, 3今 4 . 23 8 ( 12 ) 6 ( ( 1 + 0 . 0 5 1 I L 。 , ,” , ) 6 . 09 4 ( 1 3) 几弋 ( l功 . 15 4 4 0L 03 4今 7 , 4 3 1 ( 14 ) 2 结 论 ( l) 所有 的湿式除尘器都必须安装 高性能 的 脱水 装置 , 否则除尘器出风 口 气流 中会携 带大 量 水滴 水雾 , 降低 除尘效率 . (2 )每一种结构形式的脱水装置都有其极限 风速 ; 同一结构形式 的脱水装置 , 在相 同的液气 比下 , 具有相同的极限风速 ; 不同结构形式 的脱 水装 置 , 其极限风速是不 同的 . (3 )所 有脱水装置 的极 限风速 , 都 随液气 比 的增加 而减少 . (4 )液气 比对脱水装 置阻力有一定影 响 , 液 气 比较低时影响较小 , 液气 比较高时影响较大 ; 但对 于脱水装置来说 , 液气 比一般都 较低 , 所 以 , 计算脱水装置 阻力时可 以 不考虑液气 比 的 影 响 . 参 考 文 献 1 井伊谷 . 除尘装置 的性能 . 北 京 : 机械工业 出版社 , 198 6 2 蒋仲安 . 湿式除尘技术及 其应 用 . 北 京 : 煤炭工 业出 版社 , 19 9 9 3 C r a W fo dr M . A i r oP IIut i o n C o n t r o 1hT e o尽 N ew yo kr : M c G r a w . H i l l , 197 6 T h e o r e t i e a l an d E xP e r im e in a l I n v e s t i g at i o n o f ht e C h ar a e t e r i s t i e o f D e w at e r E qu iP m e nt o n w 七t S e ur b b e r s . 兀咬刃G hZ 口” g 口刀 , .刀y L 。 ”岁h e, D U uC 诉 n g eR s o切限 e s E n g in e e n n g S c h o o l , U S T B e ij ing , B iej ing 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T hT e m e c h an l s m o f d e w at e r e qu 1Pm e n t on w e t s e ru b b er s i s an l y ze d in ds at il . Th e e h ar a e t e r ist i e o f d ew at er e卿IPm e nt 1 5 e xP e ir m e n t a lly s ot d i e d . T h e e m Pir i c a l an d s em i e m P试e a l of n n u lae o f ht e re l iat on s b e tw e en ht e w et re s i s t a n c e e o e if e i e nt an d e ir ict a l ve l o e ity o f de w ate r e qu iPm ent an d hte li qul d- ga s art i o are s et uP . tI rP vo ide d ht e o r e t i c al ab se a n d e xP e ir m ent al d a at ofr o ht er ik dn s of d e w a t e r e qu 1Pm ent . K E Y W O R D S w e t s e ru b b e r s : d e w a t e r e q p 1Pm e n t ; e irt e a l v e l o e ity : re s ist acn e e o e if e l e n t