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云立方解析國外對水霧除塵技術的研究歷史
來源:市場部
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作者:smartfog
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發布時間: 2016-03-31
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水霧除塵技術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成功地計算了碰撞效率。
水霧除塵技術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成功地計算了碰撞效率。20世紀40年代中期，Penney研制出了世界上第一臺荷電水霧除塵器。迄今，美國、日本、法國、英國、加拿大及前蘇聯等國家對此項技術均做過廣泛而深入的研究。20世紀60年代EIPerin提出了對噴理論并進行實驗，但是直到1975年，才由俄羅斯的Lainer將其用于除塵。但是對噴霧除塵技術的研究卻是始于1976年美國學者布朗和斯考溫格德提出的微細水霧捕塵理論。認為在微細水霧中，不僅存在著各種動力學現象，而且還有蒸發、凝結以及水蒸氣濃度差異造成的擴散現象等，這都對微細粉塵的捕集起重要作用。美國、俄羅斯、以色列等國家就己經對微細水霧捕塵技術進行了多方面的研究，并取得了一定的成果，但當時的研究工作還不夠細致，沒有上升到理論層次，僅限于實驗和數值模擬。由于缺乏足夠的理論以及尚未成功研制出各種先進的除塵方案和除塵器，使得此項技術的研究未能得到進一步的發展。70年代出現的能源危機使得噴霧除塵技術的應用逐漸得到重視。80年代以來，研究發現有的塵源屬開放性粉塵無法進行密閉收集，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呼吸性粉塵捕集效率普遍較低。因此，許多發達國家于是進一步探討研究濕式除塵技術。
在除塵領域，水霧捕塵技術應用較多，但主要是用在煙氣脫硫、煙氣凈化上。當對人類生存構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因其除塵效率高且節能的優勢得到了迅速的發展。此后，各國針對不同的粉塵對象設計研制了各種噴霧除塵系統并開發了各種除塵設備，并將其應用于不同的系統和場所，取得了良好的效果。
近幾年來，隨著噴霧除塵技術的推廣和應用，開始有一些學者借助新的研究手段對噴霧除塵過程進行理論及數值研究，以此加深對噴霧除塵機理的深層次認識，為優化噴霧除塵技術提供依據。麥克卡利和奧斯克在實驗中觀察到，當界面張力很大時，與水滴碰撞的塵粒沒有被捕獲，反而被彈開。彭伯頓經過理論分析，推導出顆粒物克服表面張力要做的穿透功，并提出完全進入水滴所需的最小速度。在彭伯頓工作的基礎上，J.E.麥克唐納將研究擴展到接觸角為0~180度的部分可潤濕性顆粒物。
通過對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，只有當穿透力達到一定數值后，與水滴碰撞的塵粒才能進入水滴，從而被捕獲。大氣飄塵經雨水洗滌并去除的過程常常會受到云中電場和電荷的影響，這樣就需要研究一系列電荷對捕集效率的影響。格羅弗和比爾德提出了一個流速模型，計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捕集效率的影響，以及靜電力與慣性碰撞之間的關系。通過試驗探索及對前人工作的研究，認為當顆粒物的動能大于克服表面張力要做的穿透功時，顆粒可自動進人水滴，此時，'慣性碰撞是主要的捕集作用機理。而當動能小于穿透功時，塵粒與水滴之間的作用要受許多參數的控制，如流體動力學參數、塵粒與水滴的物理和化學性質等。建立的統計模型，如KTVA程序。該模型存在兩個方面問題:一是模型基于早期的水滴碰撞試驗結果，只考慮了聚合與摩擦分離兩種情況，而實際的液滴碰撞結果非常復雜，遠不止這兩種情況;二是，模型在碰撞頻率計算時假定液滴離散相均勻分布，而實際噴霧場中液相在空間存在較大的濃度分布差異，由于液滴數密度在離散液滴模型中不易準確計算，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果，Schirnidt、Nordin則針對后一問題提出了一些有特色的碰撞頻率計算方法以提高計算速度和準確性。
在除塵領域，水霧捕塵技術應用較多，但主要是用在煙氣脫硫、煙氣凈化上。當對人類生存構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因其除塵效率高且節能的優勢得到了迅速的發展。此后，各國針對不同的粉塵對象設計研制了各種噴霧除塵系統并開發了各種除塵設備，并將其應用于不同的系統和場所，取得了良好的效果。
近幾年來，隨著噴霧除塵技術的推廣和應用，開始有一些學者借助新的研究手段對噴霧除塵過程進行理論及數值研究，以此加深對噴霧除塵機理的深層次認識，為優化噴霧除塵技術提供依據。麥克卡利和奧斯克在實驗中觀察到，當界面張力很大時，與水滴碰撞的塵粒沒有被捕獲，反而被彈開。彭伯頓經過理論分析，推導出顆粒物克服表面張力要做的穿透功，并提出完全進入水滴所需的最小速度。在彭伯頓工作的基礎上，J.E.麥克唐納將研究擴展到接觸角為0~180度的部分可潤濕性顆粒物。
通過對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，只有當穿透力達到一定數值后，與水滴碰撞的塵粒才能進入水滴，從而被捕獲。大氣飄塵經雨水洗滌并去除的過程常常會受到云中電場和電荷的影響，這樣就需要研究一系列電荷對捕集效率的影響。格羅弗和比爾德提出了一個流速模型，計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捕集效率的影響，以及靜電力與慣性碰撞之間的關系。通過試驗探索及對前人工作的研究，認為當顆粒物的動能大于克服表面張力要做的穿透功時，顆粒可自動進人水滴，此時，'慣性碰撞是主要的捕集作用機理。而當動能小于穿透功時，塵粒與水滴之間的作用要受許多參數的控制，如流體動力學參數、塵粒與水滴的物理和化學性質等。建立的統計模型，如KTVA程序。該模型存在兩個方面問題:一是模型基于早期的水滴碰撞試驗結果，只考慮了聚合與摩擦分離兩種情況，而實際的液滴碰撞結果非常復雜，遠不止這兩種情況;二是，模型在碰撞頻率計算時假定液滴離散相均勻分布，而實際噴霧場中液相在空間存在較大的濃度分布差異，由于液滴數密度在離散液滴模型中不易準確計算，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果，Schirnidt、Nordin則針對后一問題提出了一些有特色的碰撞頻率計算方法以提高計算速度和準確性。
