湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究_李兆东
第21卷第1期2006年1月
热能动力工程
JOURNA L OF E NGI NEERI NG FOR THERM A L E NERGY AND POWER
V ol. 21,N o. 1Jan. , 2006
文章编号:1001-2060(2006) 01-0066-04
湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究
李兆东, 王世和, 王小明
1
1
2
(1. 东南大学市政工程系, 江苏南京210096;2. , )
摘 要:雾化喷嘴是湿法烟气脱硫喷淋塔内的关键部件, , , 系统、雾化粒径、雾化角、雾化粒度分布等特性构的变化、雾化粒径随压力、流量和喷嘴结构的变化、雾化角随压力的变化等规律, 并用平均径跨表示分散度衡量雾化粒度分布, 得到随着出口直径的增加平均径跨减小的变化规律。关
键
词:湿法脱硫; 旋流喷嘴; 雾化特性
中图分类号:X701. 3 文献标识码:A图1 试验台原理图
1 引 言
石灰石Π石灰-石膏湿法脱硫是目前的主流烟气脱硫工艺, 其核心设备是脱硫吸收塔, 较常用的塔
[1]
型是喷淋塔。雾化喷嘴是喷淋塔内的关键部件, 雾化的优劣直接影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。通常多用旋流压力式喷嘴, 其中空心锥旋流喷嘴最为常见, 系统地研究旋流喷嘴雾化特性对湿法烟气脱硫工艺的国产化具有重要的现实意义。
3 试验喷嘴
石灰石Π石灰浆为固液两相流体, 浓度高、粘度大、雾化难, 为此要求喷嘴应具有良好的雾化性能和防堵性能。试验以空心锥偏心旋流喷嘴为对象, 喷嘴结构如图2所示。此种喷嘴的结构特点是自由通道尺寸大、喷嘴无内部分离部件, 具有能耗小、流量大、磨损低等优点
。
2 试验系统与工作原理
试验系统由地下水池、潜水泵、管路、阀部件、流
量计、激光液滴分析仪和数据处理系统等组成(见图1) 。
潜水泵将地下水池内的喷淋液(清水) 经由电磁流量计打入喷嘴, 经喷嘴雾化后汇流返回水池。喷嘴前的液体压力由每个喷嘴前的压力传感器测量, 流量由总管路上的电磁流量计计量, 雾滴直径由英国马尔文公司生产的MAM5005激光粒径分析仪分析, 雾化角由数码成像后分析
。
图2 空心锥偏心旋流喷嘴结构示意
试验中, 按几何相似理论研制了5种口径的喷
嘴(D 40、D 50、D 60、D 80和D 100) , 再在腔体尺寸不变, 仅改变出口直径设计了3种出口直径的喷嘴(D 60-36、D 60-45和D 60-54) , 试验研究其雾化性能。
收稿日期:2005-04-14; 修订日期:2005-08-23
基金项目:国家高技术研究发展计划(836) 基金资助项目(2001AA642020) 作者简介:李兆东(1973-) , 男, 安徽来安人, 东南大学工程师, 博士研究生.
第1期李兆东, 等:湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究 ・67・
4 试验结果及分析
雾化质量的好坏直接影响脱硫效率和脱硫剂的
利用率。为了综合衡量与评价喷嘴雾化性能, 一般采用的雾化性能参数有:流量密度、雾化角、雾化粒
[2~3]
径和雾滴粒度分布等。4. 1 体积流量的变化规律
体积流量表示单位时间内流经喷嘴的液体体积, 是反映喷嘴特性的最基本、, , 嘴的拟合曲线() 示为如下公式:
Q =A +B 1
p +B 2p
3
合, 这表明, 喷孔直径在一定范围内变化, 不会影响空心锥偏心旋流喷嘴的流量-压力特性, 但喷孔直径的加大可以增加最大流量。
(1)
式中:p —喷射压力
,kPa ; Q —喷嘴体积流量,m Πh ; A 、B 1、B 2—体积流量系数, 不同的喷嘴系数值不同。
图4 流量-压力曲线
(仅出口直径不同)
4.
2 雾化粒径的变化规律
在研究喷嘴雾化特性时, 最重要的指标之一是雾化粒径。湿法烟气脱硫的雾化粒径一般约在1300~3000μm 之间。试验中采用S MD 直径来衡量雾化粒径。
图3 流量-压力关系曲线
(喷嘴结构几何相似)
图3中的5种喷嘴是按几何相似设计。在相同压力下, 进出口直径大的喷嘴流量大, 喷嘴的最大流量随进出口直径的增加而增大。当直径大于D 50后曲线斜率近乎相同, 说明几何相似的喷嘴其流量随压力的增长在很宽的范围内具有相似性; 当进出口直径减小到D 40时, 这种增长则变得平缓, 高压时压力的升高对体积流量的改变则更不明显。因此, 在空心锥偏心旋流喷嘴设计时, 需考虑进出口直径的范围, 进出口直径减小到一定值时会使这种喷嘴的流量系数B 1值减小, 要得到相同流量则必须付出更高的压力, 使能耗增加, 运行经济性降低。由图4可见:随着喷孔直径的加大流量增加, 曲线的斜率略有增大; 而D 60-45
和D 60-54曲线几乎重
图5 S MD -喷雾压力关系曲线
图5表明, 试验喷嘴的S MD 直径与p 近似
成线性关系, 测点在高压处分布较为密集, 说明压力升高到一定程度后, 压力对粒径的作用已不明显。由图6可见,S MD 压力拟合曲线的斜率随喷嘴出口直径的增大是先增大后减小, 这说明旋流喷嘴雾化粒径对压力的敏感程度随结构参数而变化; 在出口直径约60mm 时, 压力的变化对雾化粒径产生的作用最明显, 通过改变压力可以有效地改变雾化粒径。
-0. 3
6 ・8・热能动力工程2006年
看出, 雾化粒径随流量的增大是先减小后增大。
4. 3 雾化角的变化规律
不同喷嘴的压力-雾化角关系比较如图9所示。可见, 喷嘴的雾化角随压力的变化不大, 几何相似时
) 比D 50喷嘴的雾化角(约D 80喷嘴的雾化角(约90°
) 大。从图10, 80°
, 这说旋流喷嘴结, 且在较大的运行, 避免了脱硫塔负荷变化时, 因雾
化角变化而造成的气流短路现象。
图6
图9
雾化角与压力关系曲线
图7 S MD -雾化压力关系曲线
(喷孔直径不同
)
图10 出口直径变化雾化角变化曲线4. 4 雾滴粒度分布规律
雾滴粒度分布采用分散度作为指标来综合判断
[4]
和评价, 并用径跨S P AN 表示分散度。其定义为:
图8 S MD -流量关系曲线
图7中, 随着喷孔直径的减小, 拟合曲线的斜率减小, 旋流喷嘴雾化粒径对压力的敏感度降低, 可见, 仅改变出口直径也可影响雾化粒径。从图8中曲线可以
S P AN =
d 0. 9-d 0. 1
d 0. 5
(2)
其中:d 0. 1、d 0. 5、d 0. 9—直径小于d 0. 1、d 0. 5、d 0. 1的液滴的质量百分数分别为10%、50%、90%。因此, 径跨越大, 分散度越大, 雾化质量越差。
第1期李兆东, 等:湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究 ・69・
为了综合衡量分散度, 引入平均径跨S P AN 的
概念, 即用流量加权平均数表示S P AN :
(3) S P AN =∑Q i (S P AN ) i Π∑Q i
i
i
(1) 旋流喷嘴结构参数对雾化特性的影响较大,
可以通过改变其结构优化雾化特性。
(2) 旋流喷嘴体积流量与压力的平方根成线性关系。在几何相似时, 流量随压力的变化遵循相似规律; 在仅喷孔直径变化时, 随孔径的增加流量压力曲线斜率增加, 进出3, 高压时压力对; 在出口直径约60mm 时, 雾。仅喷孔直径变化时, 随着喷孔直径的减小, 旋流喷嘴雾化粒径对压力的敏感度降低。雾化粒径随流量先减小后增大。
(4) 雾化角随压力的变化不明显。相同压力下, 仅出口直径变化时雾化角基本不变。
(5) 采用径跨来分析雾化粒度分布, 得到如下规律:随着出口直径的增加平均径跨S P AN 减小, 分散度减小, 雾化质量提高, 即大口径旋流喷嘴的雾化质量较好。参考文献:
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几何相似各喷嘴的平均径跨S P AN 整理如图11
所示
。
图11 平均径跨随出口直径变化曲线图由图可以看出, 几何相似喷嘴随出口直径的增加, 平均径跨SP AN 减小, 分散度减小, 雾化质量提高。这是由于进出口直径大, 液体在旋流腔的旋转时间长, 流动稳定性好, 液膜形成较均匀, 出流散裂较好。可见喷嘴结构参数对粒径分布均匀性影响较大。
育出版社,2002.
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5 结 论
通过对空心锥偏心旋流喷嘴的试验研究可以得到如下结论:
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(何静芳 编辑)
(上接第65页)
via kinetic spray with relatively large powder particles[J].Surface and
本文对气固两相流音速与激波进行了分析计
算, 并与Jacks on 模型作了对比, 得到以下结论:
(1) 气固两相流音速比单相的音速低的多, 在气相体积比为50%附近出现最小值;
(2) 采用两相音速模型分析两相流激波, 比用单相音速模型所得的结果更合理, 适用性更广。参考文献:
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(何静芳 编辑)
1 ・08・热能动力工程2006年
sults. In view of the above , the shock wave analysis based on the tw o 2phase flow s onic velocity m odel is m ore suited for general applications. K ey w ords :gas 2s olid tw o phase flow , s onic velocity , shock wave
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