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云立方解析國外對(duì)水霧除塵技術(shù)的研究歷史
來源:市場(chǎng)部
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作者:smartfog
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發(fā)布時(shí)間: 2016-03-31
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水霧除塵技術(shù)最先源于水噴淋除塵，是從雨滴洗滌大氣中的飄塵開始的，以后逐漸推廣應(yīng)用到控制污染物和粉塵。早在公元1946年，蘭米爾就研究了大氣塵粒在球狀捕塵器上的碰撞，并以位流和滯流為依據(jù)成功地計(jì)算了碰撞效率。
水霧除塵技術(shù)最先源于水噴淋除塵，是從雨滴洗滌大氣中的飄塵開始的，以后逐漸推廣應(yīng)用到控制污染物和粉塵。早在公元1946年，蘭米爾就研究了大氣塵粒在球狀捕塵器上的碰撞，并以位流和滯流為依據(jù)成功地計(jì)算了碰撞效率。20世紀(jì)40年代中期，Penney研制出了世界上第一臺(tái)荷電水霧除塵器。迄今，美國、日本、法國、英國、加拿大及前蘇聯(lián)等國家對(duì)此項(xiàng)技術(shù)均做過廣泛而深入的研究。20世紀(jì)60年代EIPerin提出了對(duì)噴理論并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是直到1975年，才由俄羅斯的Lainer將其用于除塵。但是對(duì)噴霧除塵技術(shù)的研究卻是始于1976年美國學(xué)者布朗和斯考溫格德提出的微細(xì)水霧捕塵理論。認(rèn)為在微細(xì)水霧中，不僅存在著各種動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，而且還有蒸發(fā)、凝結(jié)以及水蒸氣濃度差異造成的擴(kuò)散現(xiàn)象等，這都對(duì)微細(xì)粉塵的捕集起重要作用。美國、俄羅斯、以色列等國家就己經(jīng)對(duì)微細(xì)水霧捕塵技術(shù)進(jìn)行了多方面的研究，并取得了一定的成果，但當(dāng)時(shí)的研究工作還不夠細(xì)致，沒有上升到理論層次，僅限于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。由于缺乏足夠的理論以及尚未成功研制出各種先進(jìn)的除塵方案和除塵器，使得此項(xiàng)技術(shù)的研究未能得到進(jìn)一步的發(fā)展。70年代出現(xiàn)的能源危機(jī)使得噴霧除塵技術(shù)的應(yīng)用逐漸得到重視。80年代以來，研究發(fā)現(xiàn)有的塵源屬開放性粉塵無法進(jìn)行密閉收集，有的物料或廢氣溫度較高不宜采用布袋除塵，有的塵源分散不宜采用集中除塵，加之一般的除塵方式對(duì)呼吸性粉塵捕集效率普遍較低。因此，許多發(fā)達(dá)國家于是進(jìn)一步探討研究濕式除塵技術(shù)。
在除塵領(lǐng)域，水霧捕塵技術(shù)應(yīng)用較多，但主要是用在煙氣脫硫、煙氣凈化上。當(dāng)對(duì)人類生存構(gòu)成巨大威脅的呼吸性粉塵得到重視以后，利用水霧的噴霧除塵技術(shù)因其除塵效率高且節(jié)能的優(yōu)勢(shì)得到了迅速的發(fā)展。此后，各國針對(duì)不同的粉塵對(duì)象設(shè)計(jì)研制了各種噴霧除塵系統(tǒng)并開發(fā)了各種除塵設(shè)備，并將其應(yīng)用于不同的系統(tǒng)和場(chǎng)所，取得了良好的效果。
近幾年來，隨著噴霧除塵技術(shù)的推廣和應(yīng)用，開始有一些學(xué)者借助新的研究手段對(duì)噴霧除塵過程進(jìn)行理論及數(shù)值研究，以此加深對(duì)噴霧除塵機(jī)理的深層次認(rèn)識(shí)，為優(yōu)化噴霧除塵技術(shù)提供依據(jù)。麥克卡利和奧斯克在實(shí)驗(yàn)中觀察到，當(dāng)界面張力很大時(shí)，與水滴碰撞的塵粒沒有被捕獲，反而被彈開。彭伯頓經(jīng)過理論分析，推導(dǎo)出顆粒物克服表面張力要做的穿透功，并提出完全進(jìn)入水滴所需的最小速度。在彭伯頓工作的基礎(chǔ)上，J.E.麥克唐納將研究擴(kuò)展到接觸角為0~180度的部分可潤濕性顆粒物。
通過對(duì)水噴淋去除煤塵的研究，錢德修改了克服表面張力須做的穿透功，只有當(dāng)穿透力達(dá)到一定數(shù)值后，與水滴碰撞的塵粒才能進(jìn)入水滴，從而被捕獲。大氣飄塵經(jīng)雨水洗滌并去除的過程常常會(huì)受到云中電場(chǎng)和電荷的影響，這樣就需要研究一系列電荷對(duì)捕集效率的影響。格羅弗和比爾德提出了一個(gè)流速模型，計(jì)算出帶電顆粒間的碰撞效率。H.C.王和M.B.張先后研究了靜電引力對(duì)捕集效率的影響，以及靜電力與慣性碰撞之間的關(guān)系。通過試驗(yàn)探索及對(duì)前人工作的研究，認(rèn)為當(dāng)顆粒物的動(dòng)能大于克服表面張力要做的穿透功時(shí)，顆粒可自動(dòng)進(jìn)人水滴，此時(shí)，'慣性碰撞是主要的捕集作用機(jī)理。而當(dāng)動(dòng)能小于穿透功時(shí)，塵粒與水滴之間的作用要受許多參數(shù)的控制，如流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)、塵粒與水滴的物理和化學(xué)性質(zhì)等。建立的統(tǒng)計(jì)模型，如KTVA程序。該模型存在兩個(gè)方面問題:一是模型基于早期的水滴碰撞試驗(yàn)結(jié)果，只考慮了聚合與摩擦分離兩種情況，而實(shí)際的液滴碰撞結(jié)果非常復(fù)雜，遠(yuǎn)不止這兩種情況;二是，模型在碰撞頻率計(jì)算時(shí)假定液滴離散相均勻分布，而實(shí)際噴霧場(chǎng)中液相在空間存在較大的濃度分布差異，由于液滴數(shù)密度在離散液滴模型中不易準(zhǔn)確計(jì)算，從而造成碰撞頻率的較大誤差，這兩方面的原因使得碰撞模型成為噴霧模擬中的軟肋。近年來，介朋ison、Post等在碰撞模型中考慮了更多的液滴碰撞結(jié)果，Schirnidt、Nordin則針對(duì)后一問題提出了一些有特色的碰撞頻率計(jì)算方法以提高計(jì)算速度和準(zhǔn)確性。
在除塵領(lǐng)域，水霧捕塵技術(shù)應(yīng)用較多，但主要是用在煙氣脫硫、煙氣凈化上。當(dāng)對(duì)人類生存構(gòu)成巨大威脅的呼吸性粉塵得到重視以后，利用水霧的噴霧除塵技術(shù)因其除塵效率高且節(jié)能的優(yōu)勢(shì)得到了迅速的發(fā)展。此后，各國針對(duì)不同的粉塵對(duì)象設(shè)計(jì)研制了各種噴霧除塵系統(tǒng)并開發(fā)了各種除塵設(shè)備，并將其應(yīng)用于不同的系統(tǒng)和場(chǎng)所，取得了良好的效果。
近幾年來，隨著噴霧除塵技術(shù)的推廣和應(yīng)用，開始有一些學(xué)者借助新的研究手段對(duì)噴霧除塵過程進(jìn)行理論及數(shù)值研究，以此加深對(duì)噴霧除塵機(jī)理的深層次認(rèn)識(shí)，為優(yōu)化噴霧除塵技術(shù)提供依據(jù)。麥克卡利和奧斯克在實(shí)驗(yàn)中觀察到，當(dāng)界面張力很大時(shí)，與水滴碰撞的塵粒沒有被捕獲，反而被彈開。彭伯頓經(jīng)過理論分析，推導(dǎo)出顆粒物克服表面張力要做的穿透功，并提出完全進(jìn)入水滴所需的最小速度。在彭伯頓工作的基礎(chǔ)上，J.E.麥克唐納將研究擴(kuò)展到接觸角為0~180度的部分可潤濕性顆粒物。
通過對(duì)水噴淋去除煤塵的研究，錢德修改了克服表面張力須做的穿透功，只有當(dāng)穿透力達(dá)到一定數(shù)值后，與水滴碰撞的塵粒才能進(jìn)入水滴，從而被捕獲。大氣飄塵經(jīng)雨水洗滌并去除的過程常常會(huì)受到云中電場(chǎng)和電荷的影響，這樣就需要研究一系列電荷對(duì)捕集效率的影響。格羅弗和比爾德提出了一個(gè)流速模型，計(jì)算出帶電顆粒間的碰撞效率。H.C.王和M.B.張先后研究了靜電引力對(duì)捕集效率的影響，以及靜電力與慣性碰撞之間的關(guān)系。通過試驗(yàn)探索及對(duì)前人工作的研究，認(rèn)為當(dāng)顆粒物的動(dòng)能大于克服表面張力要做的穿透功時(shí)，顆粒可自動(dòng)進(jìn)人水滴，此時(shí)，'慣性碰撞是主要的捕集作用機(jī)理。而當(dāng)動(dòng)能小于穿透功時(shí)，塵粒與水滴之間的作用要受許多參數(shù)的控制，如流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)、塵粒與水滴的物理和化學(xué)性質(zhì)等。建立的統(tǒng)計(jì)模型，如KTVA程序。該模型存在兩個(gè)方面問題:一是模型基于早期的水滴碰撞試驗(yàn)結(jié)果，只考慮了聚合與摩擦分離兩種情況，而實(shí)際的液滴碰撞結(jié)果非常復(fù)雜，遠(yuǎn)不止這兩種情況;二是，模型在碰撞頻率計(jì)算時(shí)假定液滴離散相均勻分布，而實(shí)際噴霧場(chǎng)中液相在空間存在較大的濃度分布差異，由于液滴數(shù)密度在離散液滴模型中不易準(zhǔn)確計(jì)算，從而造成碰撞頻率的較大誤差，這兩方面的原因使得碰撞模型成為噴霧模擬中的軟肋。近年來，介朋ison、Post等在碰撞模型中考慮了更多的液滴碰撞結(jié)果，Schirnidt、Nordin則針對(duì)后一問題提出了一些有特色的碰撞頻率計(jì)算方法以提高計(jì)算速度和準(zhǔn)確性。
