动力波洗涤器的设计计算

本帖最后由 txglyl 于 2010-8-31 21:01 编辑
孔板系数是喷头的流量系数。
气液比150的单位是m 3/m 3，折算一下液气比约为6.6L/m 3，说法不一样。
动力波压降设计通常要在1500Pa以上，个人根据经验觉得应该保持2000Pa以上。
喷液高度和气液混合时间没有必然联系。喷头喷出来的液体在一定高度形成湍流层，就像我们通常见到有些公园里的喷泉一样，液体喷上去后往四周散开，形成一个液面，气体要想经过，必须穿透这层液面，最终将使气体与液体充分接触。
喷液高度主要是为了保持压力降，通常喷嘴压力保持0.07~0.1MPa。

提到动力波，我们必须首先了解双膜理论。
双膜理论是什么？简单说来，在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后方可进行。
    双膜理论的基本点：
    第一，相同质的传递，是以分子扩散方式通过两层膜进行的。在烟气洗涤、干燥和吸收作业中，气体或气体中某些组分通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子扩散的形式通过气膜到双膜界面而溶解于液膜，然后又以分子扩散的形式通过液膜，再以对流扩散的方式传递到液相主体。
    第二，传质速度主要取决于传递的组分在气膜中的分压和在液膜中的浓度，在气膜中组分分压愈高，液膜中组分浓度愈低，传质速度愈快。反之传质速度变慢。
    第三，在气液两相的主体中，对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，因此传递的阻力主要集中在两种膜上。所以传质的速度决定在两膜中的扩散速度。用液体吸收气体的速度又主要取决于气体通过气膜的扩散速度。
     第四，在两膜中的扩散速度，与双膜的厚度成反比。流速加快，双膜变薄，更新快。也就是说，提高流速由于流体带动使滞流层变薄和不断更新，有利于传质。
   根据“双膜理论”，在实际生产中我们可以从以下三个方面着手，强化其传质过程。
    （1）提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄更新快，有利于传质过程的进行。但要注意流速过大，流体阻力随之增大，而且会出现液泛现象。
    （2）增大气液接触面积，即一方面要注意选择表面积大，流体力学性能好的填料，另一方面要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间的接触面积的大小，主要由设备结构所决定）。
    （3）增加喷淋密度和改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫现象，更不能发生液泛现象。
湿式洗涤器是以液体作为洗涤液，通过气—液两相的接触，实现气—液两相间的传热、传质等过程，以满足气体净化、冷却、增湿等要求。为了获得尽可能大的气—液两相接触面，实现气—液两相的充分接触，采用动力波洗涤器能够获得较理想的洗涤效果。动力波洗涤器的作用原理是：气体自上而下高速进入洗涤管，洗涤液通过特殊结构的喷嘴自下而上逆向喷入气流中，气液两相高速逆向对撞，当气—液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区。气—液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，达到高效的洗涤效果。
    动力波洗涤器是一种与众不同的气体洗涤设备，它能同时完成几种气体净化任务。将洗涤液喷入气流，使洗涤液和气体的动量达到平衡，因而在气体的必经之路上产生一个泡沫区。该区为一强烈的湍动区域，其中液体表面更新很快，所以该器既能有效地脱除颗粒，又能有效地清除气态污染物，是一种造价低的急冷器。

回复 12# binghe0374
    据我所知这个不是简单的用理论、公式等解释出来的，曾经问过孟莫克的老外，他比较保密，但在现场开车过程中他要求操作工不断的调整泵出口阀门的开度，他说主要目的是看高度是否合适，具体的液膜分布他倒没有刻意追求。

回复 13# wangyexiang022@
    谢谢您的回复！
在此有一点疑问，老外是如何观察到喷液高度的呢？
另外，我个人以为，喷液高度可能只是为了达到一定的洗涤效果的一个必要条件。根据喷液高度的计算公式，喷液高度是由气液两相的速度、喷嘴的尺寸决定的。当生产的时候，喷嘴尺寸是定下来的，气液两相流速决定喷液高度。换句话说，此时调整喷液高度达到设计值，则气液两相流速也就可以形成湍动的泡沫区，有利于传热传质的进行了。
所以在设计时，确定气液两相流速还是很重要的。我的说法和您的有所不同，可能是因为设计和生产时考虑问题的出发点不同而造成的吧！
个人观点，欢迎大侠们指教！

回复 12# binghe0374
    我觉得这个理论解释还是很有说服力的、因为真正的传热传质机理还是传递，两相间物质和能量的传递，传递的速率决定了洗涤的效率。
但是您说喷液高度是为了保持压力降，我觉得这里应该是有些问题的，生产中都是希望压力降越小越好啊，一切都是为了提高生产能力和生产效率才对，只不过是为了提高洗涤效率，增加了阻力降，可以这样理解么？
那么喷液高度和洗涤效率之间到底是一个什么样的关系呢？我觉得这个问题值得深入探讨~呵呵

回复 13# wangyexiang022@
   液膜分布不均，会造成气体走短路，烟尘中的杂质就洗涤不干净。表现在喷嘴压力高，喷液高度达到要求，但压力降偏低。

回复 14# tiyiss
    观察喷液高度通常从逆喷管顶部的人孔观看，此人孔在喷液层之上。同时可以观看喷液的液膜分布是否均匀。楼上所说的老外比较关注喷液高度，我估计老外在耍心眼，呵呵，观察喷液高度的同时就看了液膜分布了，只不过新设备的液膜分布通常不会出问题，所以老外就不讲，使用几年后就不一样了。
此外，在正常生产中，气液比是经常变化的，因液体流速、流量是固定不变的，气体流速、流量是随着生产负荷变化的。因此，在考虑最大烟气量、流速的同时，还要考虑低负荷时。因此，液体流速、喷液量完全从理论上是计算不出来的。而且我们通常说的喷液高度并不能经常测试的，只能表现在喷嘴入口压力上，压力对应高度。这也只是在没有烟气流通的情况下，在生产时，随着烟气量的波动，气体流速的变化，两者逆向接触，就会导致液膜上下移动。因此喷液量、喷嘴直径、喷射高度、喷射角度之间有一个比较复杂的关系。喷液量大、喷嘴直径越大，喷射角度大、喷射高度不一定就高。这与逆喷管直径、高度、烟气波动范围等多种因素有关。
另外，工艺在设计的时候是追求设备较小的阻力达到较高的净化效果，一旦投入生产，为了确保工艺长周期的正常、安全运行，往往会适当提高阻力，提高净化效果，以有利于后续工序的长周期生产。例如，一级动力波如果净化效果不好，会导致后续的气体冷却塔填料堵塞，阻力上升，最终导致系统阻力急剧上升，无法维持长周期生产。

回复 17# binghe0374
    谢谢您，解释的很详细~~呵呵~~
如您在楼上所说，根据“双膜理论”，在实际生产中为强化传质过程，可以对设备结构进行改进（因气液两相有稳定的界面，气液间的接触面积的大小，主要由设备结构所决定）。
那么动力波洗涤器在生产中会出现性能不佳的情况么？例如有人曾提起过气体短路造成压降下降的状况。为了加强动力波洗涤器的洗涤效果，可以对设备的结构进行一些改进么？比如说，把喉管由直筒状改为两头粗中间细，使气速在气液湍动区增大，且流动空间变小，不易发生气体短路。这是我的设想，哈哈，我知道这样的喉管制造起来可能会有些困难，但是我只是天马行空的想一下，以提高动力波洗涤器的洗涤效果为目的~呵呵~

回复 18# tiyiss
想法可嘉，但是阻力降会增加，不如直接增大喷嘴压力和循环液量更有效果。其次，在实际过程中，内壁会结垢，按照你所说的，变径处结垢更严重。其实动力波系统如果调试好，是不太容易偏流的，偏流的主要原因是喷嘴坏掉，或者逆喷管倾斜，如果用三个喷嘴，有可能是某个喷嘴堵塞等，正常情况下难得发生这种情况。

一般动力波压降大于2.5kPa，其气液比在1000：5～6，液柱高度在3.5m左右，一级动力波喷液压头在1kg左右，二级动力波在0.07～0.075MPa之间。采用一级动力波+洗涤塔+二级动力波流程，一级动力波除尘效率可达到90%以上