湿式除尘所选用的喷嘴对除尘设备的性能和运行有直接影响,所以合理选择喷嘴的形式,充分掌握和发挥喷嘴性能,对除尘器运行具有重要意义。
一、喷嘴的分类和特性
1.喷嘴的分类
喷嘴是湿式除尘设备的附属构件之一,对烟气冷却、净化设备性能影响很大,根据喷嘴的结构形式不同,一般可分为喷洒型喷头、喷溅型喷嘴和螺旋型喷嘴等。根据喷雾特点不同,又可分为粗喷、中喷及细喷三类。
2.喷嘴的基本特性
下面以除尘器中用得较多的蜗旋喷嘴和孔口喷嘴为代表,介绍喷嘴的基本特性和影响其特性的主要因素。
(1)喷嘴外观和喷射角简单孔口喷嘴和蜗旋式喷嘴产生的均为圆锥形喷雾流。最外层是悬浮在周围空气中的细小雾滴,里面是主喷雾流。雾滴随着喷射压力增加而增多。简单孔口喷嘴的喷雾流截面是个圆,蜗旋式喷嘴的喷雾流截面是个圆环,环内外都是空气。孔口喷嘴雾滴从喷嘴喷出,径向分速就把射流扩宽而形成圆锥形。其顶角,亦即喷射角,视轴向和径向速度的相对值而定,通常为5°~15°,螺旋式视径向和切向分速度的相对值而定,很少小于60°。在极端情况下,接近180°
(2)喷雾的分散性分散性指喷出的液滴散开的程度。用圆锥形喷雾流中液体体积与圆锥体积之比来表示。但这种方法只和圆锥角有关,而不能看出在整个圆锥中都很好分散的喷雾流和聚集在圆锥表面的喷雾流之间的差别。一般地说,所有可以增加喷射角的因素也有改善液滴在周围介质中分散程度的作用。
(3)液滴粒度和粒度分布实际的喷雾流是由很多粒径与粒数不同的粒群组成的。特别是由液体压力和空气流产生的喷雾流,液滴粒度变化相当大。最大液滴可能是最小液滴粒度的50倍甚至100倍。
关于喷雾流的细度特性,可以用一种有代表性的粒径和粒径分布来表示。作为代表性粒径
的,有最大频数径、中位径(或50%径)以及各种平均粒径,如几何平均径等。平均粒径一
般是喷嘴的代表尺寸、喷射速度、液体和气体的密度、黏度系数以及表面张力等的函数。
(4)喷射压力对喷雾特性的影响
①压力越高则液滴的平均粒径越小;
②喷射速度是随压力的增加而提高的,因而贯穿性也会随之加大,但是,增加喷射速度,液滴的粒度要减小,这又会使贯穿性能减弱,这两种相反的影响是否互相抵消,要看喷雾的具体情况而定;
③如果压力已经达到使圆锥形喷雾流发展完全的程度,再增加压力对圆锥角的影响是不大的。
(5)空气性质对喷雾特性的影响增加空气密度将使喷射速度降低,贯穿性也随之减弱,并使液滴粒度减小,喷雾流的分散程度增加。增加空气黏度对喷射速度和贯穿性的影响与密度的影响相似,不过,只有在空气是半紊流或层流的情况下影响才大。
3.喷嘴特性试验
湿式除尘器配置了各种不同功能的供水喷嘴。供水喷嘴的特性,直接影响除尘效率、排烟温度、烟气带水程度、烟气阻力、单位水耗和除尘器的运行安全可靠性。
(1)衡量喷嘴特性的指标不同功能的喷嘴具有不同的喷嘴特性。不同特性的喷嘴有各自衡量指标。
①喷淋喷嘴用于洗涤带有格栅和斜棒栅除尘器。衡量其特性的主要指标有流量系数、喷射角、喷水密度、喷水均匀性。
②雾化喷嘴用于文氏管湿式除尘器的文丘里喉管前,衡量其特性的主要指标有流量系数、喷射角、雾化水滴直径、喷水均匀性。
③环形喷嘴用于形成捕滴器内壁水膜。衡量其特性的主要指标流量系数、防堵性能。
④溢流式喷嘴其功能与环形喷嘴一样供形成水膜。用于湿式除尘器进口烟道底壁防止积
灰,也用于斜棒式除尘器的斜栅顶部,以保证斜棒栅上有完整的水膜。其特性指标同环形喷嘴。
(2)喷嘴特性的测定方法
①压力流量特性在供水管路尽量靠近喷嘴的平直段安装水压表和流量表。用阀门调节水压,待稳定后测出相应水压下的流量并整理成式(6-76):
G=CE/2P
式中,C为喷嘴流量系数;G为流量,m3/s;为喷嘴出水口的面积,m2;p为喷嘴前水压,Pa;p为液体密度,kg/m3流量表应安装在水压表的上游侧。如果没有流量表,可以用容积法或称量法测定水流量 G(m3/s).
一般都要求流量系数C大一些,表示喷嘴的阻力小。
②喷射角、喷水密度、喷水均匀性的测在相互垂直的十字形支架的两条直径上,均匀地布置带刻度的小容器,每个小容器进口面积相等。喷嘴出水口轴线正对十字架中心。取样前将喷嘴出水口用挡板与盛水小容器隔离(保证喷水不溅入小容器内),开启水门,调节阀门,待喷嘴水压稳定在所需的试验水压后,迅速移开隔离挡板,计时取样一定时间后,迅即恢复隔离挡板,关闭阀门,记录每个小容器的水量(如容器没有刻度,则应称量每个小容器的水量），即可计算出喷嘴的喷射角、喷水密度、画出水量分布曲线和确定喷水均匀性。
③雾化水滴直径的测定测定雾化水滴直径的试验和测定方法比较复杂。测量喷射角、喷水密度、喷水均匀性的简易装置是,在喷水密度最大处放一个玻璃培养皿,皿中倒入3~4mm厚的蓖麻油层,用测量喷射角同样的方法测量,但启闭隔离挡板的动作应瞬息间完成。水滴在蓖麻油中呈球状,迅速将培养皿移至暗室中,皿下置印相纸,在平行光源下曝光留影。像片中的阴影就是水滴的形状,也可以按需要的比例放大。试验时注意从取样到曝光留影应迅速完成,而且不能晃动,否则水滴聚集成片。此外可以用全息摄影等方法直接测得雾化情况。
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