（油气井工程专业论文）高压水射流技术在中小型煤炉黑烟污染控制中的实验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d yo fh i g hp r e s s u r ew a t e r j e t t e c h n o l o g yu s e di nb l a c ks m o k ep o l l u t i o nc o n t r o lo fs m a l l a n dm e d i u m c o a ls t o v e l ij u a n ( o i l & g a sw e l le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x u j i a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fw a t e rj e tt e c h n o l o g yi sg a i n i n gr a p i dm o m e n t u mi nr e c e n td e c a d e s w a t e rj e tt e c h n o l o g yc a l lb eu s e df o re n g i n e e r i n gs i t u a t i o n sl i k es u r f a c ec l e a n i n g ，d e s c a l i n g ， c u t t i n g ，r o c kb r e a k i n ga n dd u s tr e m o v a l ，e t c a saw e td u s tr e m o v a lm e t h o d ，w a t e rj e t t e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e df o r i t so u t s t a n d i n gf e a t u r e si n c l u d i n ge n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l i n e s s ， c o n c e n t r a t e de n e r g y , h i g he f f i c i e n c y , c o s t - e f f e c t i v e n e s s ，s a f ea n dc o n v e n i e n to p e r a t i o n , e t c t h o u g ht os o m ee x t e n tt h es e c o n d a r yp o l l u t i o nc a u s e db yw a t e rj e td u s tr e m o v a lr e s t r i c t si t s a p p l i c a t i o n ，t h ed r yd e d u s t i n gm e t h o di sn o tp r e f e r r e db ys m a l la n dm e d i u m e n t e r p r i s ef o ri t s l o we f f i c i e n c ya n dh i 曲o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o s t f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fc h i n a s n a t i o n a lc o n d i t i o n s ，t h ew a t e rj e td u s tr e m o v a lm e t h o dh a sg r e a tp o t e n t i a li nb l a c ks m o k e c o n t r o lo fs m a l la n dm e d i u mc o a ls t o v e b a s e do nt h el i t e r a t u r es u r v e yo fw e td u s tr e m o v a lt e c h n i q u e s ，i t sa d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e sa r er e v i e w e d i no r d e rt o r e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，e n h a n c ed e d u s t i n g e m c i e n c ya n dl o w e ro p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o s t ，t h ed e d u s t i n gm e d i aa n dd e d u s t i n g e q u i p m e n ta r eo p t i m i s e di n t h i sp a p e r t h et e n s i o m e t r i cp r o p e r t yo fd u s tp a r t i c l e i sf i r s t l y s t u d i e da n dt h em e c h a n i s mo fs u r f a c t a n ti sa n a l y z e d a i m i n gt oc h a n g et h ew e t t i n gp r o p e r t y o fd u s tp a r t i c l e ，t h et r a d i t i o n a ld e d u s t i n gm e d i a ，w a t e r , i st r a n s f e r r e dt ot h es u r f a c t a n ts o l u t i o n d u s tr e m o v a le x p e r i m e n t sa r ec o n d u c t e du s i n gs u r f a c t a n ts o l u t i o n sw i t ht h el o w e s ts u r f a c e t e n s i o na n dt h eb e s ts u r f a c t a n ts o l u t i o nf o rd u s tr e m o v a li sd e t e r m i n e d t h eb e s ts o l u t i o nh a s 2 9 m m o l lo fs o d i u md o d e c y ls u l f a t e ，2 0 m m o l lo fs o d i u ms i l i c a t e ，5 0 m g lo ff l o c c u l a t i n g a g e n tba n d7 1m m o l lt r i b u t y lp h o s p h a t e t h ed e d u s t i n ge x p e r i m e n tu s i n gt h i ss o l u t i o nc a n r e s u l ti nu pt o9 3 6 7 o fd u s tr e m o v a lr a t e t h es t r u c t u r eo fd e d u s t i n ge q u i p m e n ti sm o d i f i e d t h es u b p r e s s u r ev a l u e su n d e rd i f f e r e n t s t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fv e n t u r ia i rf u n n e la r ee x p e r i m e n t a l l ym e a s u r e di no r d e rt oo p t i m i z e t h es t r u c t u r eo fv e n t u r ia i rf u n n e l t h es p r a y i n gn o z z l et h a th a st h eb e s tp e r f o r m a n c eo fd u s t r e m o v a li sd e t e r m i n e db yc o m p a r i n gt h ed u s tr e m o v a lr a t eo fc y l i n d r i c a lj e tn o z z l e sw i t h12 d i f f e r e n tv a l u e so fo u t l e td i a m e t e ra n ds l e n d e r n e s sr a t i oa n dh o l l o wt a p e r e ds p r a y i n gn o z z l e t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o wt h a tt h eb e s td e d u s t i n gp e r f o r m a n c ec a nb eo b t a i n e du s i n g h o l l o wt a p e r e ds p r a y i n gn o z z l e t h es u b p r e s s u r ev a l u ea n dt h eq u a n t i t yo fi n h a l e dd u s tc a l l r e a c hm a x i m u mu s i n gt h ed e d u s t i n ge q u i p m e n tw h i c hh a s8 0 m mo fv e n t u r it h r o a td i a m e t e r ， 4 0 0 m mo fv e n t u r it h r o a tl e n g t h ，10 。t a p e ro fd i f f u s i o nt u b ea n d1 2 5 r a mo fn o z z l ed i a m e t e r b e s i d e s ，t h ee f f e c to fd u s tv e l o c i t ya n dd u s tc o n c e n t r a t i o no nt h eo p t i m a lp u m pp r e s s u r ea n d d u s tr e m o v a lr a t ei ss t u d i e de x p e r i m e n t a l l y i t sf o u n dt h a tt h eo p t i m a lp r e s s u r ei saf u n c t i o n o fd u s tv e l o c i t ya n dd u s tc o n c e n t r a t i o n t h ee x p r e s s i o no ft h eo p t i m a lp r e s s u r e 、析t l lv a r i n g d u s tv e l o c i t ya n dd u s tc o n c e n t r a t i o ni so b t a i n e d ，w h i c ho f f e r st h e o r e t i c a lg u i d ef o rd i f f e r e n t e n g i n e e r i n gs c e n a r i o s t h ee x p e r i m e n tr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h em a x i m u mv a l u eo ft h e o p t i m a lp r e s s u r ei s 10 4m p aa n dt h ei n c r e a s eo fb o t hd u s tv e l o c i t ya n dd u s tc o n c e n t r a t i o n l e a d st ot h ee n h a n c e m e n to fd u s tr e m o v a lr a t ew h i c ha l le x c e e d8 8 5 t h i st y p eo fv e n t u r i d e d u s t i n ge q u i p m e n ts h o w sg r e a tp r o s p e c ti ni n d u s t r i a la p p l i c a t i o n so fd u s tr e m o v a la si tc a n d r a m a t i c a l l yr e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，s a v ec a s hi n p u t s ，e n h a n c ed e d u s t i n ge f f i c i e n c ya n d w o r ks t e a d i l y k e y w o r d s ：b l a c ks m o k e ，p o l l u t i o nc o n t r o l ，s u r f a c t a n t ，w a t e r j e t ，s p r a y i n gd e d u s t i n g ， 眙n t u r i t u b e 拉丁字母符号 q 体积流量m 3 s u平均速度m s p压力m p a s截面积m 2 l长度m n q d内径m m h扬程比 q流量比 g重力加速度m s 2 z 高度i t i m 面积比 m v 最佳面积比 希腊字母符号 p 密度k g m 3 p 含气比 喷嘴收缩系数 0 角度。 主要符号表 下角标 g 被吸气体 l 被吸液体 m 平均值 0 工作液体 s 被吸流体 x 收缩端口 k 扩散管 p 喷嘴 h 喉管 侧记号 绝对增量 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：茎塑 日期： 研年厂月2 7 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：查堂 指导教师签名：乏筮堡垒 日期：翮年j 月形日 日期：洲年，月“曰 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 我国能源生产及消费构成以煤炭为主，煤炭产量和消耗量居世界首位，大量煤炭燃 烧使我国大气环境受到严重污染，即产生能源大气环境问题【l j 。 我国是世界上燃煤工业锅炉生产和使用的第一大国。目前我国的燃煤设备有9 0 左 右采用层燃炉，其中手烧炉又居多，这些设备大多数不能使煤完全燃烧从而产生黑烟等 有害物质。尤其是燃煤窑炉，黑烟污染更为严重，己造成严重的环境污染与生态破坏， 其中最突出的问题是大量煤炭燃烧造成严重的大气污染。 1 1 我国大气污染现状及危害 我国大气污染的特点，是以颗粒物和二氧化硫为代表的煤烟污染，其规律是北方重 于南方，冬季重于其它季节，早晚重于中午，产煤区重于非产煤区。据不完全统计【l 】， 1 9 8 1 年全国大气污染物排放量为4 千多万吨，其中颗粒物为2 千万吨，二氧化硫为1 8 千万吨，氮氧化物为5 百万吨，此外还有一氧化碳、碳氢化合物、氟、铅等。全国陆地 颗粒物平均负荷为2 1 吨公里2 年，二氧化硫平均负荷为1 9 吨，公里2 年，大大超过了 全球陆地平均负荷0 7 电公里2 年和1 0 吨公里2 年。我国大气污染状况，已成为世界 上少数污染最严重的国家之一。 由于我国煤烟型的大气污染特征，所以我国的主要大气污染物为s 0 2 和颗粒状大气 污染物。通常所说的颗粒状大气污染物包括烟尘、粉尘、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物、 可入肺颗粒物等。近年来人们认识到大气悬浮颗粒中的细颗粒物对人体健康的危害远比 粗颗粒大。特别是p m l o ( 指能悬浮在空气中，空气动力学直径 1 36 2 45 9 73 4 l4 1 36 5 8 3 5 6 8 66 7 33 8 5 5 0 28 8 6 5 1 01 4 5 91 4 5 78 8 71 1 7 41 9 9 6 小计 2 8 9 22 8 4 01 6 8 62 1 5 83 6 1 1 0 1 0 05 8 3 2 5 9 0 9 5 3 0 65 9 7 05 9 8 7 1 0 01 2 7 61 2 6 03 0 0 81 8 7 24 0 3 1 2 3 工业锅炉和炉窑烟气污染控制状况 我国从“七五 计划开始了烟气除尘装置的研制和开发工作，至今大部分锅炉和窑 炉都安装了除尘装置，其中旋风、冲击等机械式除尘器使用最广泛，但各种除尘装置对 于细小颗粒物的去除情况并不理想，而且单纯的除尘装置一般都不能达到脱硫的效果。 火电厂的脱硫除尘技术研究较热，并出现了较为成熟的烟气脱硫净化装置。但燃煤 工业锅炉和窑炉s 0 2 污染的控制处于研究与探索阶段，而将其应用于中小型工业锅炉和 窑炉尚存在资金、技术等方面的困难。发达国家很少采用中小型工业锅炉和炉窑，近十 几年来，我国研究开发了4 0 多种烟气脱硫技术，但普遍存在着脱硫效率低、造成二次 污染、设备腐蚀严重、运行费用高、难以达到高效脱硫除尘的效果。所以目前我国中小 型工业锅炉的烟气污染尚无先进的控制技术【8 j ，制约着环境和经济的可持续发展。 3 第一章绪论 1 3 黑烟污染治理技术 我国燃煤锅炉( 炉窑) 的除尘是从2 0 世纪7 0 年代开始，最初使用旋风除尘器，多 管旋风除尘器，到后来使用湿式水膜、麻石水膜、低压文丘里等湿式除尘器，电除尘器。 现在已开始了袋式除尘器的应用，并进一步在开发和研究复合式( 静电+ 过滤) 除尘器一j 。 目前，国内外常用的除尘方法主要有袋式除尘、静电除尘以及湿法喷雾除尘等。袋 除尘器由于本体结构、清灰方式和各阀门的改进，滤料、滤袋和清灰控制系统的技术进 步以及辅助清灰技术的应用，使得袋式除尘器的技术日趋成熟和完善 1 0 1 。但是袋式除尘 器的阻力较大，一般平均在1 2 0 0 p a 以上，靠烟囱自然排风不太可能，所以需要额外配置 排风机，另外，更换滤袋每次需要数万元，而且温度过高容易烧袋，温度过低容易糊袋。 由于袋式除尘器存在上述的缺点，而且一次投资较高，使推广受n i n o n ，特别是北方地 区烧烟煤的立窑采用袋除尘器更需要慎重。 电除尘方法操作条件不如袋除尘器要求那样高，而且可利用烟筒的热压差自然排 风，最大的缺陷是对于有毒气体和不带电的粉尘束手无策。另外，电极板的超温变形和 腐蚀问题一直比较难以解决，而且一次性投资比较大，上世纪8 0 年代，兰州油漆研究所 试图研制出一种能涂在极板上既防腐又导电的油漆，在实验室已取得一定成效，但在硫 璃河水泥厂进行工业实验未获成功。8 0 年代末合肥水泥工业研究院在研制的低阻波纹极 板上涂导电涂层，但极板受热后不久便出现卷曲、脱落。9 0 年代初天津水泥工业设计院 研制的立窑电除尘器，用在北京燕山水泥厂，未取得明显效果，因为极板材料并不具备 防腐蚀的性能。铝合金材质抗腐蚀能力虽然很强，但易被高温烧化。近年来，针对极板 材料抗高温变形以及防腐蚀问题，出现了一些新的技术，但总的来说，电除尘法很大程 度上受粉尘比电阻的制约，也受操作条件的影响，影响了大面积推广。 尽管电除尘器和袋式除尘器技术现在已经逐渐发展成熟，但是设备的运行维护成本 非常高，能耗大，而且对于黑烟去除有时也显得无能为力。燃煤锅炉排放的黑烟粒度极 其微小，一般粒径在0 0 1 1 岬，平均粒径在0 0 2 9 m 左右，呈气溶胶状态且具有一定的 粘性，单一颗粒呈球形或类球形，凝聚后呈海绵状。容重轻，可漂浮于水面上，具有疏 水特性，捕集较为困难。用离心除尘、常规的湿式除尘和常规电除尘方法都不能有效去 除黑烟，因为离心除尘只对大于0 0 5 9 i n 的尘粒有效，而烟黑物质的粒径多在 o 0 1 枷0 5 “m ；黑烟颗粒又是疏水性物质，纯水对它无能为力；常规的电除尘器只能用 于比电阻 1 0 4 q c m 的尘粒，所以常规除尘器都不能除烟。目前又出现一种低比电阻除尘 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 器，除烟效果虽然不错，但运行费用也为人所惧。 湿法水雾除尘大多是在烟囱中环形均匀分布多个喷水嘴，从喷水嘴喷出一定压力的 雾化水覆盖烟气流过的整个分布截面，从而使烟气进步降低流速，并使烟气中的颗粒 粘附在水珠表面而沉降下来【l ，另外由于水滴过大、速度过低，不能使水滴和烟尘颗粒 充分接触，捕尘效率较低，对于细微烟尘效果更差。也有研究人员在距雾化喷嘴一定距 离处放置一个感应环，在感应环上施加高压静电，当水雾通过后，雾滴被感应带有与电 极相反的电荷，提高了捕尘效率。粉尘沉降后，排出的含尘污水流入净水器中，经净水器 分离后，循环利用。在水雾除尘器整个运行过程中，不向外界排放污水，从而解决了除尘 废水的二次污染问题。目前，国内很多水泥厂采用了这种方法除尘，但从报道的文献来 看，对喷嘴雾化原理、雾化喷嘴结构、含粉尘烟气排量和雾化射流排量、流速和雾滴直 径等参数的匹配方面研究甚少，致使除尘效率不够佳。 国内外曾经有人利用超声波使水流产生雾化。超声波雾化的原理是：在振动的液体表 面产生超声波，由振动振幅所构成的波峰把液滴从表面分离和破碎。随着超声波频率的 增加，雾化液滴越来越细，一般超声波的振动频率作用下可获得几微米级的燃料液滴。 此外超声波振动频率场还能消除或减薄传热面附近的温度附面层，从而促进传热。美国 新泽西州声能研究所开发了一种超声波雾化器，通过高速气流冲击振荡腔产生超声场， 水雾直径可在1 5 0 1 j m 之间可调，对捕捉敞开空间里可吸入性粉尘效果较好。上海理 工大学采用超声波雾化燃油，提高了燃油的燃烧效率，降低了有害气体的排放。 以上几种技术都属于窑后末端控制技术，近年来也出现了一些新兴的除尘技术。其 主要技术概括起来，主要包括煤燃烧前的处理和净化技术，如：煤的洗选处理、型煤加 工、水煤浆技术【l 列，以及高效低污染的煤的转化技术，含煤炭气化技术，煤炭液化技术 ( 水煤浆、煤转油) ，煤、油共炼技术，以及煤层甲烷气的利用等。煤炭燃烧中的净化技 术，包括各种脱硫、脱硝技术，如硫化床脱硫脱硝燃烧技术、炉内喷钙脱硫与粉煤炉固 氮技术等。这些治理技术目前在国内一些陶瓷企业已经应用，主要用在烧成日用陶瓷和 高档建筑陶瓷窑炉上，而且大部分为新建窑炉，这种窑炉从根本上解决了烟尘污染问题， 但其投资较大，对运行操作技术要求很高，难以实现自动控制。特别是对传统的规模较 小的燃煤窑炉，要采用新的清洁能源，进行煤燃烧前的洗选处理或转型，成本很高，而 且新的清洁能源需要窑型和工艺与其相配套，目前大多数燃煤窑炉规模小，工艺落后， 短期内难以改变燃料结构。 在烟尘处理中，湿法除尘技术相对上述除尘技术而言，由于其能集除尘特别是细小 第一章绪论 颗粒和除有害气体于一身而占有独特的优势。湿法除尘器应用比较广的有：喷淋式除尘 器，水浴除尘器，立、卧式旋风水膜除尘器，泡沫除尘器，冲激式除尘器和文丘里除尘 器。在喷淋式除尘器内部，水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒 与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。这种除尘器构造简单、阻 力较小、操作方便，但是设备体及庞大，处理细粉尘能力低，所以常用来去除颗粒比较 大，含尘浓度高的烟气：水浴除尘器的结构简单，造价低廉，可用砖或钢筋混凝土砌筑， 耗水量少( 0 1 珈3 l m 3 ) ，适合中小型企业采用，但对细小粉尘的除尘效率不高；旋风水 膜除尘器的净化效率高于干式旋风除尘器，一般在9 0 以上，如管理得当，还可达到9 5 ，但是立式水膜除尘器进口的最高允许含尘浓度为2 9 m 3 ，否则应在其前增加一级除 尘器，以降低进口含尘浓度；卧式旋风水膜除尘器具有旋风、水膜及水浴除尘的机理， 该种除尘器的净化效率随气流旋转圈数的增加而提高，但旋转圈数增至5 一圈以上时， 阻力成倍增加，而效率则提高不多【1 3 】；泡沫除尘器，用液量不宜过小，否则不易形成“沸 腾层”，一般情况下，液气比需要大于0 5 l m 才能形成稳定的“沸腾层”，同时，随着用液 量的增加，塔内的压力损失急剧增加；冲激式除尘器具有很高的净化效率，一般可达9 7 以上，它的突出特点是随着入口含尘浓度的增加，净化效率有所提高，如气体入口含 尘浓度由5 咖3 增加至1 0 0 酊时，出口含尘浓度均在1 5 0 m 咖3 以下，这种除尘器的阻力 稍高，约在1 0 0 0 - - - 1 6 0 0 p a 之_ 间，设备价格较高；文丘里除尘器是湿式除尘器中除尘效率 最高的一种，对于小于lr t m f 拘尘粒也有较高的捕集效率，但是含尘气体高速流过文丘里 管时，由于与器壁发生强烈摩擦，要消耗部分能量，尤其是破碎水滴( 雾化) 和加速水滴 要消耗大量的能量，因此，文丘里管压力损失比较高。 除尘技术发展到今天，已经建立起一个较为完备的技术体系，能针对不同污染源采 取相应有效的除尘工艺。但是，我国关于燃煤污染的治理仍然比较缓慢，究其原因，主 要在于安装运行费用问题。一些大型企业预配设备时往往都看重进口技术设备，我国现 在已经投入运行的除尘装置几乎都是国外企业承包建设的，价格很高，运行费用也很高， 这笔投资让所有中小型企业都难以接受。根据我国的国情，研究一种高效，结构简单， 成本低，维护容易的湿式除尘技术还是非常有必要的。 如果能针对排出的烟尘及有害气体成份，利用水雾除尘时在流体介质中加入相应的 化学添加剂，使之在排入大气前与流体进行化学反应，再根据文丘里除尘设备的除尘原 理，优化文丘里风筒、优选喷嘴结构，使烟尘与吸收液充分混合，就可以大大增加除尘 效率，降低设备及运行成本。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章黑烟的形成及治理 黑烟是指由于燃烧过程中供氧不足而产生的轻质炭黑，其产生量与煤质、窑炉燃烧 方式、窑炉类型有关，挥发分越高，产生的黑烟浓度越高，燃煤锅炉排放的黑烟粒度极 其微小。 自上世纪8 0 年代，随着对大气颗粒物研究的深入，人们认识到粒径在1 0 l a m 以下 的颗粒物是对环境和人体健康危害最大的一类污染物，并且细颗粒的危害性比粗颗粒更 加严重，因此各个国家对其制定的排放标准日趋严格【l4 1 。如美国国家环保局e p a 所制 订的环境空气质量标准对大气颗粒物的控制就经历了从t s p ( 能悬浮在空气中，空气动 力学当量直径1 0 0 9 m 的颗粒物) 到p m l o 到p m 2 5 的过程，首先在19 8 5 年将原始颗粒 物指示物质由t s p 项目修改为p m 枷进而又于1 9 9 7 年在原有p m l o 的标准上增加了p m 2 s 的排放标准，并且规定p m 2 5 的三年平均年浓度低于1 5 9 9 m 3 ，可以降低细颗粒物对人 体健康、环境和气候等的危害；欧盟也于1 9 9 7 年提出了自己的p m 2 5 标准。我国也在 1 9 9 6 年颁布的环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 中规定了p m l o 的标准，并统一 在空气质量日报中取消了t s p 质量指数，采用p m l o 指标。 目前，可吸入颗粒物( 小于1 0 9 m ) 是我国城市大气环境的首要污染物，尤其是空 气动力学直径小于2 5 p m 的颗粒物( e m z 5 ) 。许多大中城市，可吸入颗粒物超标十分严重， 并且污染程度具有上升趋势。 2 1 黑烟的形成 黑烟主要是炭黑及其他一些杂质，从产生的方式看，燃煤飞灰细颗粒( 炭黑) 主要 是由燃煤排放产生的一次气溶胶和通过气粒转化过程形成的二次气溶胶形成【l5 1 。 图2 1 示意地说明了燃煤飞灰细颗粒( 炭黑) 的形成过程，加热开始后，煤颗粒先 是挥发份脱除和燃烧，然后是炭的燃烧。对于大多数粉煤颗粒，因为迅速加热，颗粒产 生塑性并膨胀，形成中空的球形颗粒，随着炭的燃烧，灰分杂质将熔融在一起，当9 0 的炭燃尽时，变脆的碳结构发生了破裂，产生了大小不一的以微米级粒径为主的飞灰颗 粒。亚微米颗粒主要是由于灰的挥发，如强碱金属盐和重金属，以及挥发分的燃烧产物 经历的均相凝结过程以及在已有颗粒上的非均相凝结过程形成。 7 第二章黑烟的形成及治理 超细飞灰( o 1 微米) 2 2 炭黑的性质 图2 1 炭黑的形成过程 f i g 2 1 t h ef o r m a t i o n a lp r o c e s so fc a r b o ns o o t 2 。2 1 炭黑的外观 黑烟粒度极其微小，一般粒径在0 0 1 1 眦1 ，平均粒径在0 0 2 t m a 左右，呈气溶胶 状态且具有一定的粘性，单一颗粒呈球形或类球形，凝聚后呈海绵状1 6 1 。 2 2 2 炭黑的组成 炭黑是由烃类物质( 固态、液态或气态) 经不完全燃烧或裂解而生成的，其在低温 ( 5 i ii - 彳i 渣i - ：卜宦蔓 _ j i i il f i 一 ；1 一 ，、 i + 习( 笙h，蔓 一、 1r ；乏= 。、亡，：i 量 _ i ， ，、 一i q i j r1 i _ 一一 图2 4 旋转喷雾式除尘器 f i g 2 4r o t a t i n gs p r a yp r e c i p i t a t o r 转 罩彭 融丧 图2 s 旋转式洗涤除尘器 f i g 2 - 5r o t a r yw a s h i n gp r e c i p i t a t o r 由于这类除尘器因有机械旋转雾化器，因此气量的变化对雾化影响不大，小型设备 也能处理较大气量，占地面积小，但其结构复杂，动力消耗比较大。 为了便于对湿式除尘器的选择和评价，现将各类湿式除尘器的性能概要列于表2 3 。 量霉薄萎蓉一 第二章黑烟的形成及治理 表2 3 湿式除尘器性能概要 t a b l e 2 - 3w e tp r e c i p i t a t o rp e r f o r m a n c es u m m a r y 气体流最大气 需用 最小捕集粒 装置名称 压力损失p a ( m m h 2 0 ) 水压 速( m s ) 体流量 水量 径, a m 喷淋塔 o 5 21 0 0 0 0 4 9 4 9 0 ( 5 - 5 0 ) 0 0 5 1 大 3 5 充填塔 1 23 0 0 9 8 0 2 9 4 0 ( 10 0 - 3 0 0 ) 1 1 0 小 1 2 离心洗涤塔 1 2 5 0 0 0 4 9 0 - 1 4 7 0 ( 5 0 15 0 ) 0 5 5 中 1 回旋式洗涤塔 1 2 1 0 0 019 6 0 3 9 2 0 ( 2 0 0 4 0 0 )o 5 2小0 2 水喷射式洗涤塔 5 2 01 0 0 0o 19 6 0 ( 0 2 0 0 )5 5 0 大 o 5 1 冲激式洗涤器 1 0 3 01 0 0 0 4 9 0 - 1 4 7 0 ( 5 0 15 0 ) 0 3 2 小 0 5 1 文丘里管洗涤器 3 0 1 5 01 5 0 0 2 9 4 0 1 9 6 0 0 ( 3 0 0 2 0 0 0 ) 0 3 2 中 0 1 0 3 2 3 3 文丘里管除尘器 文丘里管除尘器是湿式除尘器中除尘效率最高的一种，对于小于l g m 的尘粒也有 较高的捕集效率。 文丘里管除尘器( 见图2 6 ) 由三部分组成，即引水装置( 喷雾器) 、文丘里管本 体及脱水器，从而在文丘里管除尘器中实现雾化、凝并和脱水三个过程。 液体韵黔潍 合尘污水 图2 6 文丘里管除尘器 f i g 2 6 t h ev e n t u r yp r e c i p i t a t o r 1 一渐缩管；2 一喉管；3 一扩散管；4 一喷嘴；5 一进风管；6 一连接风管；7 一脱水管 文丘里管本体由渐缩管1 、喉管2 及扩散管3 所组成。 含尘气体进入渐缩管1 ，气流速度逐渐增加，在喉管2 中气流速度最高，此时由于 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 高速气流的冲击，使喷嘴4 喷出的水滴进步雾化( 雾化过程) 。在喉管中由于气液两 相的充分混合