潤濕劑對水力噴射空氣旋流器濕法除塵效果的影響

潤濕劑對水力噴射空氣旋流器濕法除塵效果的影響

近年來，中國連續(xù)的霧雨氣候給人們帶來了灰塵污染，尤其是當(dāng)空氣動力學(xué)直徑小于2.5m時的細(xì)顆粒（pm）。傳統(tǒng)的除塵設(shè)備主要有重力除塵器、靜電除塵器、袋式除塵器和旋風(fēng)分離器等,但由于PM前期研究表明:雖然水力噴射空氣旋流器在除塵方面取得了良好效果,但對1.8μm以下的細(xì)顆粒物脫除效果較差1實(shí)驗(yàn)部分1.1球磨處理后粒徑分布的測定本實(shí)驗(yàn)采用的模擬細(xì)粒物粉煤灰取自重慶合川某燃煤電廠。實(shí)驗(yàn)前將粉煤灰樣品放入105℃的烘箱中干燥12h以上,在干燥器中冷卻至室溫后采用行星式球磨機(jī)(QM-3SP4型,南京大學(xué)儀器廠)進(jìn)行球磨處理2h,混勻后貯存?zhèn)溆?并采用Bettersize2000激光粒度分布儀(丹東市百特儀器有限公司)對樣品的粒徑分布進(jìn)行測量,結(jié)果如表1所示。處理后的模擬細(xì)顆粒物樣品中位徑D1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備參照前期WSA的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果1.3將其與大量固液劑混合實(shí)驗(yàn)前,首先稱取50g的經(jīng)過球磨后的粉煤灰樣品(粒徑分布如表1所示),將其加入至流化床粉塵發(fā)生器中,關(guān)閉粉塵發(fā)生器進(jìn)出口閥門。在貯液槽中加入5.5L自來水,并稱取一定量不同潤濕劑,將其與少量自來水混合后也加入至貯液槽內(nèi)。開啟風(fēng)機(jī)與循環(huán)水泵,將液相射流速度(u1.4除塵器率的測量除塵率是衡量WSA除塵性能最重要的技術(shù)指標(biāo),本工作采用測量WSA中粉塵的進(jìn)出總質(zhì)量來計算其除塵率,其計算公式如式(1)所示。式中:R為除塵總效率(%);m其中:m2結(jié)果與討論2.1磺酰胺酸、吐溫80、曲拉通x-100潤濕劑為了探索潤濕劑對水的表面張力的影響,研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的7種不同種類潤濕劑溶液表面張力的變化規(guī)律,結(jié)果如圖2所示。從圖2中可知:實(shí)驗(yàn)選擇的7種潤濕劑溶液的表面張力都隨潤濕劑質(zhì)量濃度的增大而減小,其中十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80、曲拉通X-100這4種潤濕劑潤濕效果明顯優(yōu)于司班、聚乙二醇、聚乙二醇4000。且這7種潤濕劑均存在較優(yōu)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%。當(dāng)潤濕劑濃度由0增大至0.01%時,潤濕劑溶液的表面張力均出現(xiàn)了明顯下降,尤其是前4種潤濕劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%時,可使水的表面張力從72.15mN/m降低至30mN/m以下,大幅度提高潤濕劑溶液對細(xì)顆粒物的潤濕性;但當(dāng)潤濕劑溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)由0.01%增大至0.08%時,潤濕劑溶液的表面張力降低趨于平緩,降低的幅度較小,這可能是由于潤濕劑分子在溶液表面形成了界面吸附層,達(dá)到了界面飽和。考慮到潤濕劑潤濕效果,本文選擇潤濕性較好的十二烷基硫酸鈉、曲拉通X-100、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫80這4種潤濕劑進(jìn)行后續(xù)除塵實(shí)驗(yàn)。2.2潤濕劑的影響實(shí)驗(yàn)選取了4種潤濕性能較好的表面活性劑,分別為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、曲拉通x-100、吐溫80,研究添加潤濕劑對水力噴射空氣旋流器捕集粉煤灰的影響。實(shí)驗(yàn)控制進(jìn)口氣速u2.2.1sds濃度對粉煤灰細(xì)顆粒物脫除率的影響潤濕劑SDS對粉煤灰細(xì)顆粒物在WSA中捕集脫除的影響結(jié)果,如圖3(a)所示,圖中虛線表示不添加潤濕劑時,粉煤灰細(xì)顆粒物在WSA中的捕集脫除效率為99.21%。由圖可知:當(dāng)潤濕劑SDS加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0增大至0.010%時,粉煤灰細(xì)顆粒物的脫除率呈逐漸增大趨勢,并在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.010%時達(dá)到最大值99.45%。這與圖3所示的表面張力結(jié)果一致,當(dāng)SDS的加入量逐漸增大時,SDS溶液的表面張力持續(xù)降低,溶液潤濕效果增加,濕法除塵率也逐漸提高;而當(dāng)繼續(xù)增大SDS濃度由0.010%至0.017%時,粉煤灰細(xì)顆粒物的脫除率反而降低,在0.017%濃度時,粉塵去除率甚至低于不加潤濕劑時。這主要是因?yàn)楫?dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.010%以上時,溶液表面張力減小的幅度很小,溶液潤濕性無明顯增加,且實(shí)驗(yàn)過程中觀察到SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.010%以上時,體系中會產(chǎn)生大量的泡沫,導(dǎo)致處理系統(tǒng)的廢水射流流速由1.66m/s降低至1.20m/s,這會導(dǎo)氣液兩相作用程度降低,粉塵去除率降低2.2.2曲拉通x-100不加潤濕劑潤濕劑曲拉通X-100對粉煤灰細(xì)顆粒物在WSA中濕法捕集脫除的影響規(guī)律結(jié)果如圖3(b)所示。由圖可知:當(dāng)曲拉通X-100加入量由0增大至0.001%時,粉煤灰去除率迅速由99.20%增大至99.42%,而當(dāng)繼續(xù)增大其值為0.011%時,粉塵去除率幾乎沒有增加,但繼續(xù)增大曲拉通X-100質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.013%時,粉塵去除率又增大至99.57%,再繼續(xù)增大曲拉通X-100濃度為0.017%時,粉塵去除率出現(xiàn)降低,但高于不加潤濕劑值。這表明:曲拉通X-100的潤濕效果明顯。這是由于非離子表面活性劑在水中不會電離產(chǎn)生電荷,同時非離子表面活性劑容易吸附在固體顆粒的表面,可以降低固體顆粒與液體之間的表面張力,去除率最高達(dá)99.57%,但過高的曲拉通X-100濃度反而降低除塵率。2.2.3潤濕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對粉煤灰細(xì)顆粒物去除率的影響潤濕劑SDBS對粉煤灰細(xì)顆粒物在WSA中濕法捕集脫除的影響規(guī)律結(jié)果如圖3(c)所示。由圖可知:當(dāng)潤濕劑SDBS加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0增大至0.010%時,粉煤灰細(xì)顆粒物的去除率出現(xiàn)逐漸增大趨勢,并在SDBS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.010%時,粉塵去除率達(dá)到最大值99.73%,繼續(xù)增大潤濕劑的質(zhì)量濃度為0.017%時,粉塵去除率幾乎保持不變。這一結(jié)果與顏金培2.2.4吐溫80用量對粉煤灰細(xì)顆粒物去除率的影響見表1潤濕劑吐溫80對粉煤灰細(xì)顆粒物在WSA中濕法捕集脫除的影響規(guī)律結(jié)果如圖3(d)所示。由圖可知:當(dāng)潤濕劑吐溫80加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0增大至0.001%時,粉煤灰細(xì)顆粒物的略有增大;當(dāng)其繼續(xù)由0.001%增大至0.013%時,吐溫80加入量對粉塵去除率幾乎沒有影響;但當(dāng)繼續(xù)增大吐溫80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至0.017%時,粉塵去除率出現(xiàn)顯著增大,去除率達(dá)99.55%。這也可能是因?yàn)橄鄬τ谄渌?種潤濕劑,吐溫80的潤濕效果較差,因?yàn)樾枰^大的濃度才能達(dá)到較好的潤濕效果,除塵率才會出現(xiàn)顯著提高。2.3細(xì)顆粒采集前后的粒徑分布規(guī)律進(jìn)口氣流u研究結(jié)果表明:WSA尾氣管中的粉煤灰細(xì)顆粒平均濃度為14.59mg/m2.4捕集前后粒物的形貌特性變化規(guī)律通過分別對在捕集前和尾氣管中粉煤灰細(xì)顆粒物進(jìn)行SEM表征,來研究細(xì)顆粒物在WSA中捕集前后形貌特性變化規(guī)律,結(jié)果如圖5所示。由圖可知:捕集前粉煤灰細(xì)顆粒物主要呈規(guī)則的球狀形貌,表面粘附有蛛網(wǎng)粘絲狀物質(zhì);添加潤濕劑濕法捕集處理后的WSA尾氣管中的粉煤灰細(xì)顆粒物主要呈光滑的球狀形貌。3wsa濕法捕集除塵效果分析本工作采用水力噴射空氣旋流器(WSA)濕法捕集脫除粉煤灰細(xì)顆粒物,研究考查了SDS、SD-BS、曲拉通X-100、吐溫80這4種潤濕劑對WSA濕法除塵效果的影響,并對捕集前后粉塵的粒徑分布和形貌特性進(jìn)行了分析,得出如下結(jié)論:1)SDS、SDBS、曲拉通X-100、吐溫80這4種潤濕劑均可提高WSA濕法捕集除塵效果,其中添加SDBS,WSA濕法除塵效果最優(yōu),粉塵去除率最高可達(dá)99.73%,潤濕劑添加量均存在較優(yōu)值,超過較