动态螺旋筛网液膜除尘器试验测试研究
时间：2023-02-28 10:15:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
霍延伟,刘 飞
(1.阜新市自然资源事务服务中心，辽宁 阜新 123000；
2.中煤科工集团沈阳研究院有限公司 煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122)
近年来，随着我国工矿企业设备机械化程度迅速发展，开采强度增加，粉尘浓度也随之增加，对环境的危害渐显端倪，导致工矿企业作业环境十分恶劣[1-4]。然而传统的湿式除尘设备存在除尘效率较低、工作阻力大、耗水量高等一系列问题，因此提出了一种动态螺旋筛网液膜除尘器，是多种除尘技术结合与互补，依靠水力亲润等方法分离捕集粉尘[5-8]。本文通过模拟试验对其实际效果进行考察。
1) 试验过程中，保持其他条件恒定，分别选取5目、12目、20目的筛网进行测试，通过对比选取最优参数。
2) 试验过程中，保持其他条件恒定，改变动轮电机转速，分别控制在40 r/min、80 r/min、120 r/min进行测试，通过对比选取最优参数。
3) 试验过程中，保持其他条件恒定，筛网层数分别选取4层、8层、16层进行测试，通过对比选取最优参数。
4) 实验过程中，确定上述测量优选，选取最优参数，通过电机转速控制器调节进风口风速。进口风速分别选取1.43 m/s、3.15 m/s、5 m/s、7.24 m/s进行试验，首先通过测量干网网前静压与网后静压，可知在不同处理风量下的网体阻力，然后通过测量湿网网前静压与网后静压，在与测量后干网不用处理风量下的网体阻力对比，可以得到整体水膜阻力大小和单层水膜阻力。最后通过测得含尘风流入口静压和风机进风口净化风流静压计算出设备工作阻力。
5) 实验过程中，确定上述测量优选，选取最优参数，通过电机转速控制器调节进风口风速。进口风速分别选取1.43 m/s、3.15 m/s、5 m/s、7.24 m/s进行试验，测量在不同进口风速下的全尘与呼吸性粉尘的进口浓度和出口浓度，并计算全尘和呼吸性粉尘的除尘效率。
6) 与同类型除尘设备相比，在除尘效率达到理想状态情况下，判断该设备是否符合工作阻力小、节能节水的条件。
试验开始之前，首先打开进水阀门与排污阀门，打开水箱向除尘箱内注水至适宜位置，通过观察水位计高度来确定除尘箱内部储水量，水位计高度达到除尘箱体高度一半以上即可；
接着，将YJB-2500补偿微压计、温压流检测仪和皮托管放置在试验台上，将试验仪器调至归零状态，YJB-2500补偿微压计连接胶皮管再连接测点Ⅱ、测点Ⅲ，区分好接线过程中的正负，准备测量动态螺旋筛网液膜除尘器的网前静压以及网后静压；
温压流检测仪和皮托管连接分别插入除尘箱进风口及出风口管道内壁，区分好接线过程中的正负，准备测量含尘风流入口静压及风机进风口净化风流静压；
将控尘旋球发尘机、除尘器进风口管道、CCHZ1000直读式粉尘测定仪布置在小型密闭空间中，除尘器进风口管道紧邻控尘旋球发尘器，确保产生的尘源环绕在密闭空间且能直接进入除尘器中，CCHZ1000直读式粉尘测定仪布置在发尘机侧面保持适中距离，确保可以收集、读取到均匀的粉尘浓度；
然后开启动态螺旋筛网液膜除尘器的动轮电机，开启控尘旋球发尘机均匀发尘，开启CCHZ1000直读式粉尘测定仪开始测量入口粉尘浓度，调节风挡控制器来改变进风口风速大小，并用热线式风速计对风速变化进行测量；
测试完进风口粉尘浓度后，将CCHZ1000直读式粉尘测定仪拿出，拔出拨片更换新的滤纸，将测定仪的粉尘浓度采样头紧贴在动态螺旋筛网液膜除尘器的出风口处，并测量除尘器净化完之后的粉尘浓度。在试验过程中，主要测量动态螺旋筛网液膜除尘器入口风速，网前风速，网前静压、网后静压，工作阻力以及除尘效率。当试验结束之后，需要排除沉淀箱内部的泥浆，以免壁面除尘器积灰过多，造成设备堵塞，影响正常运转，导致除尘效率降低。
在进行设备漏风率测量时，选用精密大气测量仪测定实验室内空气温度、相对湿度和大气压力，使用YJB-2500补偿微压计测量动态螺旋筛网液膜除尘器入风口和出风口断面动压，使用热线式风速仪测量入风口和出风口风速。
3.1 筛网网孔优选
本设备试验过程中，分别选用5目、12目和20目的筛网对动态螺旋筛网液膜除尘器进行测试，结果如图1所示。
图1 筛网目数与除尘效率、工作阻力关系曲线
筛网目数是影响除尘效率的因素之一。5目的筛网效率为90.31%，工作阻力125 Pa，阻力小使得除尘效率明显降低；
20目的筛网效率为99.37%，除尘效果良好，工作阻力可达到448 Pa；
12目的筛网效率99.19%，工作阻力201 Pa.通过对比，20目除尘效率仅比12目高0.18%，但高目数阻力相对较大，耗能也随之增加。由此可见，动态螺旋筛网液膜除尘器的除尘效率和工作阻力都随着筛网目数的增加而提高。分析可知：低目数筛网孔径大，成膜率降低，难以达到除尘净化的效果；
高目数筛网孔径小，虽提高了除尘效率，但工作阻力随之升高。通过对比，12目的筛网除尘效果与工作阻力均达标，因此筛网选用12目较为合理。
3.2 筛网动轮电机转速的优选
试验过程中，分别调控动轮转速控制在40 r/min、80 r/min、120 r/min情况下进行试验。由图2可知，动轮电机转速在40 r/min时除尘效率94.79%，除尘效果略低；
动轮电机转速在120 r/min时，除尘效率99.24%，除尘效果理想，但是由于转速过快，极易导致螺旋液膜动轮叶片损坏。由此可见，动态螺旋筛网液膜除尘器的除尘效率和工作阻力都随着动轮电机转速加大而增加，且变化幅度逐渐平缓，因此选用动轮转速80 r/min较为合理。
图2 电机转速与除尘效率、工作阻力关系曲线
3.3 筛网层数的优选
试验过程中，保持大气压恒定，风速控制在3.15 m/s，分别选择筛网层数4层、8层、16层进行试验。由图3可知，筛网选择4层时工作阻力190 Pa，除尘效率95.03%，除尘效果略低；
筛网选择8层时工作阻力201 Pa，除尘效率99.19%；
筛网选择16层时工作阻力224 Pa，除尘效率99.28%.对比可知，同一网孔随着筛网层数增加，除尘效率与工作阻力也随之增加，当筛网层数在8层以上时，对比4层，筛网除尘效率提高了4.16%；
而筛网层数8层与16层相比，除尘效率略微增加，但阻力增加明显。这表明了筛网层数越多，所带来的的风阻也就越大，不仅会导致净化系统的风量受到影响，而且动轮电机也需要加大功率、增加耗能。同时，筛网层数多也意味着维护成本高，滤网需要定期更换，否则会使尘菌积附于表面，造成空气污染。因此筛网层数选用8层较为合理。
图3 筛网层数与除尘效率、工作阻力关系曲线
3.4 不同处理风量下的阻力
通过试验测试发现，如其他各因素保持恒定，可以看到风速变化与筛网体的阻力呈正向关系。如表1所示，无水膜时的筛网体阻力为60～180 Pa.就是说，在此风速变化范围内，每单层干网的通风阻力为8～23 Pa.如表2所示，当筛网体有水膜时，工作阻力在80～210 Pa，每单层网膜的通风阻力为10～26 Pa.单层干网的通风阻力与单层有水膜通风阻力之差，就是风流吹破纯水膜的阻力。可见每层纯水膜的阻力很小，经计算平均阻力近3 Pa，且与风速关系不大，只与筛网的孔径有关，因此，网膜在动态螺旋筛网液膜除尘设备中是主要的除尘环节。如表3所示，该除尘设备除尘阻力在100～280 Pa之间，在同等除尘设备中除尘阻力较小。
表1 筛网动轮无水网膜阻力测定
表2 筛网动轮有水网膜阻力测定
表3 除尘系统的总阻力测定
3.5 不同处理风量下的除尘效率
风速与全尘和呼尘除尘效率的变化关系如图4所示。除尘风速对于动态螺旋筛网液膜除尘器除尘效果明显，风速在1.43～3.15 m/s之间变化时，全尘和呼尘的除尘效率随风速增大而增加。分析认为，风速渐变增加了尘粒与水膜的碰撞机会，进而凝并量增大，水膜对于尘粒的吸附量随之增大，除尘效率也就有了显著的提高。
图4 风速与全尘和呼尘除尘效率曲线
如表4、表5所示，当入口风速达到3.15 m/s时，全尘、呼尘除尘效率同时达到峰值，分别为99.20%、97.70%，且不再随着风速提高而上升，反而呈现下降趋势。原因是风速在逐渐增大的过程中，网膜被高速风流快速吹破，致使筛网成膜率降低，含尘气流与液滴分界面未能充分混扰、碰撞。所以优化风速相当重要，本设备筛网液膜前的优化风速是1.05 m/s.
表4 除尘器全尘除尘效率(筛网转动+水膜状态下除尘效率)
表5 除尘器呼尘除尘效率
如果设备需要加大风量，只需加大除尘箱、筛网过风断面，其他状态不变，除尘阻力几乎不变，除尘净化的效果不变。
由此可见，动态螺旋筛网液膜除尘器可以有效净化风流中的粉尘，全尘的除尘效率平均在99%以上，呼尘的除尘效率平均在96.89%以上，为工矿企业提供了良好的工作坏境。
3.6 三种除尘方式下除尘效率对比
在确定了除尘器的最佳结构和外设条件参数后，将动态螺旋筛网液膜除尘器三种除尘方式进行对比，分析各种除尘方式的除尘效率。控制控尘旋球发尘机稳定发尘，保持室内空气密度稳定，通过调节电机转速控制器来改变处理风量的大小，测定了在干网无水膜、有水膜及筛网转动+水膜情况下的除尘效率。
对比表4、表6和表7绘制出如图5所示三种方式下除尘效率对比图。三种方式下动态螺旋筛网液膜除尘器的除尘效率随风速的增大先增后减，其主要原因是随着风速增加，旋流较为明显，对粉尘离心分离作用增强，进而尘粒与水雾的碰撞凝并增强；
但随着风速不断增大，紊流作用会明显增强，之前被分离出的尘粒又被重新带起，导致除尘效率降低。除尘效率：筛网转动+水膜>有水膜>干网无水膜，所以启动筛网转动与水膜的相互结合使得除尘效率高且稳定，效率达到98%以上。
表6 干网无水膜状态下除尘效率
表7 水膜状态下除尘效率
图5 三种方式下除尘效率对比
1) 通过对试验测试数据分析，选择动态螺旋筛网液膜除尘器优选筛网目数12目，动轮转速80 r/min，筛网层数8层。
2) 通过测试不同处理风量下动态螺旋筛网液膜除尘器的阻力和除尘效率，证明了纯水膜平均阻力3 Pa左右，网体阻力在60～180 Pa之间，除尘设备除尘阻力在100～280 Pa之间；
测试出本设备最佳除尘效率在入风口风速3.15 m/s左右时，全尘除尘效率为99.20%，呼尘除尘效率为97.70%.
3) 通过对比各种除尘方式，筛网转动+水膜的组合除尘方式效果最佳，效率可达98%以上。
4) 将数值模拟与试验除尘效率结果进行对比分析，得出除尘效率模拟结果与试验结果较为接近，数值模拟对除尘设备内部流场有更为直观的认识，并能得到试验无法检测出来的流体流动现象；
将动态螺旋筛网液膜除尘器与传统湿式除尘器比较，验证了本设备除尘效率高、工作阻力小、耗水量低的优点。
