气流场中粉尘颗粒流动行为与湿法净化

【摘要】：皮带输运在工业短距离散装物料输送过程中应用广泛，但转运点常伴随有扬尘现象，特别在矿物加工与冶炼、水泥生产等初级产品生产过程更为严重。工业常用的“分散捕获、集中净化”抑尘模式存在通风管路复杂、易堵塞、堵塞后维护难度大、除尘能耗高等缺点，极不适合高产尘环节的粉尘抑制与净化。本文提出了“分散捕获、就地净化”的抑尘模式，依托徐州市兴达烧结厂转运点粉尘治理项目，对烧结矿粉尘理化特性和基本流动行为、转运点诱导气流大小、吸尘罩对粉尘捕获特性、湿式除尘器主要结构参数、阻力特性和除尘效率等进行了研究，并在烧结厂转运点进行了创新实践与推广应用。 研究了烧结矿粉尘物理化学特性。烧结矿粉尘真密度约为3.854~4.195g/cm~3，球形度约为0.51~0.93，浸润速度约为0.306~0.483cm/min，皮带输运物料中粒度小于125μm的粉尘约占2.23%，粉尘中T.Fe含量约为44~46%，净化工艺过程需考虑回收利用。 研究了气流场中粉尘颗粒的基本流动行为。烧结矿粉尘的自由沉降粒度分区主要落在Stockes区和Allen区，在Stockes区可用沉降末速度近似表示粉尘沉降速度，在Allen区需将加速沉降段和等速沉降分开考虑；呼吸性粉尘在静止气流场中的惯性运动和扩散作用都很弱，在水平湍流场中的跟随性较强；水平湍流场中粒度大于10μm的粉尘与气流的滑移速度较大，粉尘的运动轨迹受水平气流速度和粉尘沉降速度共同影响。 研究了转运点物料下落产生诱导气流的大小，建立了诱导气流速度的经验模型。以量纲分析为着手点，推导出两个与诱导气流速度相关的无量纲准则数：Re和m_p/ρ_gg~(1/2)h~(3/2)D数，并建立了相似实验模型。相似实验研究认为对同一物料，诱导气流大小随物料质量流量和下落高度变化的趋势规律性很强；在实验粒度范围内，由于颗粒间相互作用的影响，诱导气流速度随粒度变化趋势规律性较差。 研究了吸尘罩抽吸气流流速范围。随抽吸气流速度增大，诱导气流的扬尘作用逐渐被抽吸气流对粉尘的捕获作用取代，当抽吸气流增加到一定值后，抽吸气流对附着在料床上静止的粉尘起到扬尘作用。抽吸气流越大，吸尘罩捕获粉尘中大粒度粉尘百分比和粉尘总质量都增多，抽吸气流的上限风速应不能大量激扬附着在料床上的粉尘(约9.20m/s)，下限风速应能完全抽吸诱导气流。 通过模型实验对节流自激式除尘器主要结构参数进行了研究。结果显示，接触腔高度直接影响除尘效果，合适高度约为300mm；两级节流气液混合效果比单级好，较好的级间配合是：一级节流强度较大(α=250/300~235/300)，用于激发液滴，二级节流强度较小(α=150/300~220/300)，用于强化气液混合效果。 发现了除尘器阻力的液相调节特性。液相通过改变节流液位差Δh调节节流口前后气液两相的受力平衡，进而改变除尘器总阻力系数，抑制气相阻力的增加。在液相调节作用的影响下，节流强度α随除尘器流速线性减小；除尘器总阻力系数ξ随气相流速增加而成倍降低，随节流强度增加而成倍增加，气相总阻力可间接用节流液位差Δh表达。除尘器经济合适的入口流速约为3.26~5.37m/s。 建立了节流自激式除尘器分级除尘效率模型。将捕尘分为液面捕尘和液滴捕尘两个阶段，理论模型显示，液面捕尘对大颗粒粉尘有较高的分级除尘效率；液滴捕尘对大颗粒粉尘和呼吸性粉尘都有较高的分级除尘效率，液滴捕尘效率主要与气粒速度系数ζ1和除尘器流量有关。实验结果显示，气粒相对速度系数约为ζ1=0.79，呼吸性粉尘除尘效率达98.26%；除尘效率随进气口粉尘浓度升高而升高，排气口粉尘浓度随进气口浓度增加而增加；除尘器初始液位b0和流量对除尘效率有很大影响，合适的b0值介于-15~14mm，入口流速应不低于2.93m/s。 验证了“分散捕获、就地净化”抑尘模式的可行性。现场应用显示，该抑尘模式降低了粉尘排放量和管路堵塞故障率，总除尘效率达98%以上，降低能耗约14.6%，目前已进行13个转运点的改造，具有较好的推广前景。 论文共包含图54幅，表40张，参考文献168篇。