熊瑞等：陶瓷膜孔道内尘粒沉积及脱附的模拟 .1549 Diameter of dust Diameter of dust particles/(10-7 m) particles/(10-7 m) ☐6.884 ☐6.884 5.263 5.263 3.842 3.842 2.421 2.421 1.000 1.000 图10不同反吹压力下尘粒分布图.(a)P2=0.3MPa,T=0.008s(b)P2=0.5MPa,T=0.008s Fig.10 Dust particle distribution under different blowback pressures:(a)P2=0.3 MPa,T=0.008 s;(b)P2=0.5 MPa,T=0.008 s 过滤达到稳态(0.03s)时，进行反吹，到0.05s沉积 内烟尘吹出，从而实现120m陶瓷膜的迅速重生 尘粒儿乎全部被反吹出陶瓷膜.第二次过滤时，沉 若采用内径40mm,外径60mm,长1.5m的陶 积尘粒数在0.031~0.06s激增.这是由于反吹的 瓷膜管，过滤1000℃烟尘平均直径在0.5m的烟 高压气流扰乱了陶瓷膜内压力分布，导致气流受 气，膜内沉积尘粒脱附的时间应在13s左右.假设 阻，进而沉积颗粒数激增.在0.061~0.094s,膜内 陶瓷膜管底端离过滤装置的烟尘出口1m,不考虑 气压逐步回归到过滤气压，沉积颗粒数震荡后恢 尘粒之间的影响，采用Stokes定律计算，尘粒从陶 复稳定.0.095s后进入到稳态过滤.在0.3MPa的 瓷膜管最顶端沉降到烟尘出口所需时间在439s 反吹压力下，0.02s的反吹可以将沉积于陶瓷膜孔道 因此，两次脉冲反吹时间间隔应在452s 0.3 100 3结论 分 本文模拟了陶瓷膜在过滤与脉冲反吹时，含 尘烟气在膜孔道内的流动，尘粒沉积以及脱附过 程，分析了造成陶瓷膜性能衰减的因素，获得了反 0.1 0 吹再生的最佳参数.本文得到的结论如下： (1)在稳态过滤时，曳力和压力梯度力是烟尘 -100 0 在陶瓷膜孔道内沉积的阻力.在孔道直径分布一 Filtration Backflush Filtration 406080 -150 定的情况下，孔隙率大的陶瓷膜，因扩散拦截和惯 0 20 100 Time/(10-3s） 性拦截作用更强，堵塞在孔道内的尘粒更多.在陶 图11陶瓷膜工作时间对沉积尘粒浓度和沉积速率的彩响 瓷膜的制备中，当陶瓷膜颗粒的粒度一定时，增加 Fig.11 Concentration of deposition dust particles and dust deposition 陶瓷膜孔隙率可提高陶瓷膜的过滤效率并降低阻 rate during filtration and pulse jet cleaning 力.在陶瓷膜的使用过程中，过滤速度不宜高于 Diameter of dust Pressures of ceramic particles/(10m) membrane/(103 Pa) 76.884 1.021 5.263 1.019 3.842 1.017 2.421 1.015 1.000 1.013 (a)过滤达到稳态（0.03 s）时，进行反吹，到 0.05 s 沉积 尘粒几乎全部被反吹出陶瓷膜. 第二次过滤时，沉 积尘粒数在 0.031～0.06 s 激增. 这是由于反吹的 高压气流扰乱了陶瓷膜内压力分布，导致气流受 阻，进而沉积颗粒数激增. 在 0.061～0.094 s，膜内 气压逐步回归到过滤气压，沉积颗粒数震荡后恢 复稳定. 0.095 s 后进入到稳态过滤. 在 0.3 MPa 的 反吹压力下，0.02 s 的反吹可以将沉积于陶瓷膜孔道 内烟尘吹出，从而实现 120 μm 陶瓷膜的迅速重生. 若采用内径 40 mm，外径 60 mm，长 1.5 m 的陶 瓷膜管，过滤 1000 ℃ 烟尘平均直径在 0.5 μm 的烟 气，膜内沉积尘粒脱附的时间应在 13 s 左右. 假设 陶瓷膜管底端离过滤装置的烟尘出口 1 m，不考虑 尘粒之间的影响，采用 Stokes 定律计算，尘粒从陶 瓷膜管最顶端沉降到烟尘出口所需时间在 439 s. 因此，两次脉冲反吹时间间隔应在 452 s. 3    结论 本文模拟了陶瓷膜在过滤与脉冲反吹时，含 尘烟气在膜孔道内的流动，尘粒沉积以及脱附过 程，分析了造成陶瓷膜性能衰减的因素，获得了反 吹再生的最佳参数. 本文得到的结论如下： （1）在稳态过滤时，曳力和压力梯度力是烟尘 在陶瓷膜孔道内沉积的阻力. 在孔道直径分布一 定的情况下，孔隙率大的陶瓷膜，因扩散拦截和惯 性拦截作用更强，堵塞在孔道内的尘粒更多. 在陶 瓷膜的制备中，当陶瓷膜颗粒的粒度一定时，增加 陶瓷膜孔隙率可提高陶瓷膜的过滤效率并降低阻 力. 在陶瓷膜的使用过程中，过滤速度不宜高于 (a) (b) 6.884 5.263 3.842 2.421 1.000 Diameter of dust particles/(10−7 m) 6.884 5.263 3.842 2.421 1.000 Diameter of dust particles/(10−7 m) (a) (b) 图 10    不同反吹压力下尘粒分布图. （a）P2 = 0.3 MPa，T = 0.008 s；（b）P2 = 0.5 MPa，T = 0.008 s Fig.10    Dust particle distribution under different blowback pressures: (a) P2 = 0.3 MPa, T = 0.008 s; (b) P2 = 0.5 MPa, T = 0.008 s 0.3 0.2 0.1 0 0 20 Filtration Filtration Backflush 40 60 80 100 100 50 0 −50 −150 −100 Time/(10−3 s) Concentration of deposition dust particles/(mg·m−2 ) Deposition rate/ % 图 11    陶瓷膜工作时间对沉积尘粒浓度和沉积速率的影响 Fig.11     Concentration  of  deposition  dust  particles  and  dust  deposition rate during filtration and pulse jet cleaning 6.884 5.263 3.842 2.421 1.000 Diameter of dust particles/(10−7 m) 1.021 1.019 1.017 1.015 1.013 Pressures of ceramic membrane/(105 Pa) (a) 熊    瑞等： 陶瓷膜孔道内尘粒沉积及脱附的模拟 · 1549 ·