冶炼烟气湍冲洗涤器的模拟与优化

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随着冶炼烟气的大量排放,烟气中细颗粒物对自然环境和社会经济的危害愈加严重,如何提高洗涤器细颗粒物捕集性能成为当今急需解决的问题。与其他传统洗涤器相比,逆喷湍冲洗涤器具有结构简单、投资成本低、占地面积小、应用范围广等优势。湍冲洗涤器结构和工艺参数的优化研究对洗涤器除尘效果具有重要指导意义。逆喷湍冲洗涤器是通过洗涤液与含尘气流逆流接触高速对撞,当洗涤液和气体达到动量平衡时,在洗涤管内产生强烈湍动的泡沫区。该区域气液表面更新速度快、接触面积大,并且充分利用了气液两相的能量,所以气液两相间碰撞传质效果好,有利于气流中细颗粒物的脱除。本文在金川集团冶炼烟气制酸工艺生产中应用的逆喷湍冲洗涤技术基础上,根据相似理论建立湍冲洗涤器物理模型。分别在水-空气和氧气-水-空气两种实验体系中采用高速摄像机拍照和测量压降、喷射高度和溶氧解析率的方法,考察气量、液量、液气比、喷嘴类型和排列方式等操作参数和结构参数对湍冲洗涤器内气液两相的流体力学性能和溶氧解析率的影响,从而对湍冲洗涤器进行模拟和优化,最终达到强化洗涤器细颗粒物捕集的效果。通过实验得到以下结论:(1)通过对比螺旋喷嘴和三进液喷嘴发现,轴切比为0.5的三进液喷嘴的压降和射流喷射高度等流体力学性能均优于呈正三角形排列的螺旋喷嘴。而且三进液喷嘴泡沫区面积明显大于螺旋喷嘴。三进液喷嘴泡沫区L/G范围为0.00262~0.00605,气量范围为180~350 m3/h,螺旋喷嘴泡沫区L/G范围为0.0047~0.0104,气量范围为150~330 m3/h。(2)调节三进液喷嘴的轴切比和洗涤器的液气比,洗涤管中气液两相流会出现空心锥型、泡沫型、环流型和液柱型四种流型。空心锥型和泡沫型气液碰撞强烈,利于脱除烟气中的颗粒物。(3)考察三进液喷嘴的操作参数对流体力学特性影响时,通过对比轴切比为0.5、1.0和1.5的负荷性能图可以发现,轴切比为0.5时泡沫区面积最大,气液两相间的碰撞接触效果最好;液量一定时,压降随气量的增大而逐渐增大,喷射高度随气量的增大而减小。当气量在200~250 m3/h左右压降曲线发生突变,开始进入泡沫区;气量一定时,随着液量的增大压降和喷射高度逐渐增大。当液量在0.75~0.95 m3/h区间内压降曲线发生突变,开始进入泡沫区。(4)对于湍冲洗涤器溶氧-解析实验方面的研究表明,从结构参数的角度,相同液气比和气量条件下,轴切比为0.5的三进液喷嘴的溶氧解析率大于螺旋喷嘴,气液传质效果更好;从操作参数的角度,对于轴切比为0.5的三进液喷嘴,气量为250 m3/h时随着液气比的增大溶氧解析率先增大后增幅变缓。在液气比为0.004附近溶氧解析率达到最大值;液量为0.9707 m3/h时随着气量的增加,溶氧解析率先增大后减小,在气量为250 m3/h左右时溶氧解析率达到极值;液气比为0.0048时,随着气量的增大溶氧解析率先增大后逐渐趋于稳定。
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