撞擊流技術(shù)在發(fā)電相關(guān)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用進展

張立棟，王碩，李偉偉，何志超，張鵬龍

（1.東北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，吉林省 吉林市 132012；2.華能白楊河發(fā)電有限公司，山東省 淄博市 255200；3.華能巢湖發(fā)電有限公司，安徽省 巢湖市 238015；4.中國能源建設(shè)集團東北電力第一工程有限公司，遼寧省 沈陽市 110179；5.國投云頂湄洲灣電力有限公司，福建省 莆田市 351100）

0 引言

撞擊流(impinging streams)[1]的概念1961年由前蘇聯(lián)科學(xué)家Elperin提出。撞擊流的基本原理如圖1所示，兩股高速氣-固兩相流同軸相向撞擊，形成一個相對狹窄的高度湍動區(qū)，并在撞擊的瞬間產(chǎn)生極大的相間相對速度，能夠極好地提高相間熱、質(zhì)傳遞。

在撞擊流被提出之后的30多年時間中，撞擊流的研究重點主要集中在氣-固兩相撞擊流理論的研究[2]。20世紀 90年代以來，伴隨著計算流體力學(xué)軟件的出現(xiàn)，撞擊流的研究得到了空前的發(fā)展，由單一形式的氣–固兩相撞擊流拓展到氣-液、液-液、液-固兩相撞擊流和氣-液-固多相撞擊流的研究，為此伍沅對撞擊流提出了新的定義：撞擊流是在過撞擊點平分線垂直線正、反方向上具有一定動量通量的兩股包含或不包含分散相的連續(xù)流體相向流動撞擊的流動結(jié)構(gòu)[3]。

圖1 撞擊流的基本原理Fig. 1 The basic principle of impinging stream

當前，節(jié)能降耗是我國發(fā)電行業(yè)的主要發(fā)展方向[4-5]，撞擊流技術(shù)強化相間熱、質(zhì)傳遞的特性能夠被廣泛應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域。因此，本文綜述了撞擊流技術(shù)在發(fā)電相關(guān)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用進展，以期能為撞擊流技術(shù)在發(fā)電行業(yè)的進一步開發(fā)和應(yīng)用提供一定的參考。

1 撞擊流流動特性研究進展

目前撞擊流的研究主要為單相連續(xù)相撞擊流和多相連續(xù)相撞擊流流動特性的研究。其研究方法可分為理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬3類，但這3類方法并不是相互獨立的，而是相輔相成的。例如，用實驗的方法驗證分析數(shù)值模擬結(jié)果的準確性以及用理論分析和數(shù)值模擬的方法優(yōu)化實驗設(shè)計等。

1.1 單相連續(xù)相撞擊流流動特性研究進展

單相連續(xù)相撞擊流的運動是產(chǎn)生撞擊流一系列特性的根本原因，單相連續(xù)相撞擊流在氣-氣、液-液混合、燃燒等方面有很多實際應(yīng)用，因此研究單相連續(xù)相撞擊流具有十分重要的意義。單相連續(xù)相撞擊流相對于多相撞擊流體系較為簡單，不需要考慮其他相的影響。

Zhang等采用格子玻爾茲曼方法對二維受限入口射流撞擊流進行了數(shù)值模擬，研究了射流入口氣體速度分布對撞擊流流場、溫度場和混合特性的影響[6]。Hosseinalipour等以氣體連續(xù)相撞擊流為研究對象，通過數(shù)值模擬的方法研究了脈沖頻率和振幅、雷諾數(shù)、噴嘴出口速度分布等因素對諧波脈沖層流撞擊流的流動和傳熱特性的影響，結(jié)果表明增大雷諾數(shù)、脈動振幅和兩射流之間的相位差都能有效強化撞擊流的混合特性，而脈沖頻率對混合特性無明顯影響[7]。

在實際的工程應(yīng)用中，撞擊流裝置的壽命和長時間的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，必須充分考慮撞擊面的不穩(wěn)定性和駐點偏移規(guī)律。孫志剛等對平面撞擊流的震蕩特性進行了實驗研究[8]，結(jié)果表明平面撞擊流的震蕩主要有流向擬周期震蕩和偏斜震蕩兩種方式，且與兩噴嘴間距L和噴嘴出口狹縫高度H的比值大小有關(guān)。當L＜5H時，主要為流向擬周期震蕩；當L＞5H時，主要為偏斜震蕩，并且偏斜震蕩具有一個比較穩(wěn)定的震蕩周期，與出口氣速成反比。吳丹等采用基于有限差分格式的數(shù)值模擬對二維受限空間內(nèi)平面撞擊流進行了數(shù)值模擬[9]，該模擬再現(xiàn)了實驗中的偏斜震蕩和軸向偏移現(xiàn)象。屠功毅等采用實驗研究和大渦模擬相結(jié)合的方法對平面撞擊流的偏斜震蕩特性進行了研究[10]，得出大渦模擬能夠有效預(yù)測平面撞擊流的偏斜震蕩，并且還發(fā)現(xiàn)速度、壓力的周期性變化和轉(zhuǎn)換是引起平面撞擊流發(fā)生周期性偏斜振蕩的根本原因。李偉峰等通過煙線法研究了兩噴嘴對置撞擊流的駐點偏移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當撞擊流兩噴嘴間的距離為 2D～8D(其中 D 為噴嘴直徑)時，氣速比的變化對駐點位置的影響非常顯著，較小的氣速比變化就會使駐點偏移程度發(fā)生較大的改變[11]。以上研究為氣體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器的設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。

液-液連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低的優(yōu)良特性，已被應(yīng)用到許多工業(yè)操作單元中。充分了解并掌握液-液連續(xù)相撞擊流的性質(zhì)對于更好地開發(fā)新型撞擊流裝置具有重要意義。Zhang等研究了雙噴嘴撞擊流反應(yīng)器內(nèi)湍流強度的變化，湍流強度隨噴嘴直徑和兩噴嘴距離的增大而減小，隨噴嘴入口流量的增大而增大，并且當兩噴嘴距離為噴嘴直徑的3倍時，湍流強度脈動最大[12]。Jafarikojour等發(fā)展了一種新的預(yù)測液-液撞擊流反應(yīng)器停留時間的數(shù)學(xué)模型，與之前的伽馬分布函數(shù)(GDB)模型、馬爾可夫鏈離散時間模型、蒙特卡羅直接模擬(DSMC)法相比，對撞擊流反應(yīng)器停留時間的預(yù)測更為準確[13]。

1.2 多相體系連續(xù)相撞擊流流動特性研究進展

相對于單相連續(xù)相撞擊流，多相體系撞擊流的流動特性更為復(fù)雜，實際的工程應(yīng)用也更為廣泛。根據(jù)流體介質(zhì)的不同，可分為氣-固兩相撞擊流、氣-液兩相撞擊流、液-固兩相撞擊流以及氣-液-固多相撞擊流。目前，對于多相體系撞擊流流動特性的研究大多集中于氣-固和氣-液兩相撞擊流。

氣-固兩相撞擊流中氣固懸浮體的運動過程非常復(fù)雜，要想找出其中的規(guī)律，可從單個顆粒的運動行為及其與連續(xù)相的相互作用著手研究，從而得到簡單的數(shù)學(xué)模型和對設(shè)計系統(tǒng)有用的結(jié)果。流場中單顆粒的運動是重力、浮力和阻力共同作用的結(jié)果，如圖 2所示，顆粒在氣-固兩相撞擊流中能夠滲入反向氣流并發(fā)生往復(fù)振蕩運動直到動能消失后離開撞擊區(qū)，這種現(xiàn)象能夠有效增加顆粒在撞擊區(qū)的停留時間和增大撞擊區(qū)顆粒濃度[14]。

圖2 水平同軸撞擊流中單顆粒運動示意圖Fig. 2 Single particle motion in a horizontal coaxial impact stream

朱學(xué)文、孫志剛和劉紅娟分別采用理論計算、實驗研究及數(shù)值模擬的方法對氣–固兩相流中單顆粒的運動行為進行了研究[15-17]，結(jié)果表明單顆粒滲入反向氣流的距離和顆粒在撞擊區(qū)的停留時間主要受顆粒直徑、顆粒出口速度和角度、雷諾數(shù)以及兩噴嘴間距的影響。這些研究為大規(guī)模氣-固兩相撞擊流中顆粒的運動行為的研究指明了方向。

顆粒在撞擊區(qū)發(fā)生強烈碰撞是大規(guī)模氣-固兩相撞擊流最顯著的特征。Wang等采用 Fluent中的k-ε模型對稀薄震蕩氣-固兩相撞擊流的流動特性進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明撞擊區(qū)顆粒間的強烈碰撞有效的增加了顆粒的團聚效應(yīng)，并且低震蕩頻率可改善撞擊流的動量傳遞[18]。Wu等采用高階有限差分法和拉格朗日粒子跟蹤方法對軸對稱層流氣–固兩相撞擊流進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明碰撞對顆粒的速度和在撞擊區(qū)的停留時間影響顯著，碰撞可抑制顆粒穿越撞擊面、縮短顆粒在撞擊區(qū)的停留時間以及降低顆粒與氣體的滑移速度[19]。

由于氣-液兩相流撞擊流在高速碰撞時氣泡曳力模型難以構(gòu)建，氣-液兩相流和氣-液-固多相撞擊流的數(shù)值模擬研究鮮有報道，其研究也只局限于實驗研究。李光曉等研究了操作參數(shù)對氣-液兩相逆流錯流撞擊洗滌器內(nèi)兩相流型、傳質(zhì)性能、局部氣含率的影響，并分析了洗滌器內(nèi)流型、氣含率與傳質(zhì)特性的關(guān)系[20]。根據(jù)含氣率的不同，兩相流型可分為液柱型、環(huán)流型、和泡沫型 3類。文獻[20]還定義氣液接觸、傳質(zhì)過程中形成的兩相流中氣含率在 75%～85%的區(qū)域為有效傳質(zhì)區(qū)，有效傳質(zhì)體積越大，傳質(zhì)效果越好。李有鳳等用化學(xué)吸收法測量了不同結(jié)構(gòu)撞擊流微反應(yīng)器在氣液兩相逆流接觸條件下的平均相界比表面積α及液相吸收傳質(zhì)系數(shù)kL，進而分析了反應(yīng)器進口結(jié)構(gòu)、尺寸和流體流量等條件對傳質(zhì)性能的影響[21]。

2 撞擊流技術(shù)在發(fā)電行業(yè)應(yīng)用前景

2.1 撞擊流技術(shù)用于燃燒

撞擊流在撞擊區(qū)形成的高度湍動區(qū)對熱質(zhì)傳遞具有極好的促進作用，這種促進作用使得撞擊流技術(shù)在燃燒領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為此研究人員也開展了大量的研究工作。Abraham等將撞擊流技術(shù)于 1988年成功應(yīng)用于煤粉和煤氣的燃燒[22]。張和平等對Abraham的實驗進行了數(shù)值模擬，研究發(fā)現(xiàn)煤粉在撞擊氣流中的反復(fù)震蕩能夠延長煤粉顆粒的平均停留時間[23]，這對于提高煤粉的燃盡率是十分有利的。代松濤等研究了撞擊式火焰對氣化燃燒的影響，通過對比射流燃燒火焰噪聲圖譜發(fā)現(xiàn)撞擊式火焰不但強化了氣化燃燒，還起到了穩(wěn)定火焰的作用[24]。

如何將撞擊流技術(shù)合理應(yīng)用于鍋爐燃燒是目前亟待解決的問題。王擎和柏靜儒等將撞擊流技術(shù)應(yīng)用于臥式煤無煙燃燒鍋爐的二次風系統(tǒng)中，撞擊流的應(yīng)用不僅促進了爐內(nèi)氣流的良好混合，而且加強了鍋爐中的傳熱、傳質(zhì)和燃燒過程；同時還能夠使煙氣中未燃盡的煤粉顆粒重新返回煤層表面再燃，減少煙氣帶出的灰塵量[25-26]。

2.2 撞擊流技術(shù)用于干燥

氣-固兩相撞擊流極好的傳熱、傳質(zhì)特性是撞擊流干燥技術(shù)的理論依據(jù)。Amir等建立了單顆粒內(nèi)水和外水干燥的數(shù)學(xué)模型，研究了顆粒直徑、氣體流速、空氣溫度等因素對干燥效率的影響，建立的模型預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果能夠較好地吻合[27]。Kwanchai等對顆粒在軸對稱撞擊流干燥器中的多相輸運現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明帶旋流修正的 k-ε湍流模型的模擬效果優(yōu)于標準的k-ε模型，數(shù)值模擬的結(jié)果與實驗對比誤差在10%以內(nèi)[28]。Khomwachirakul等將計算流體力學(xué)(computational fluid dynamic，CFD)與離散單元法(discrete element method，DEM)耦合對高濕度顆粒在撞擊流干燥器中流動和干燥特性進行了數(shù)值模擬，該模擬充分考慮了顆粒之間的相互作用，研究表明該方法所預(yù)測的結(jié)果比單獨的 CFD方法更加準確，與實驗結(jié)果能夠較好的吻合[29]。上述研究為撞擊流干燥器的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

Czaplicki等設(shè)計了一種用于干燥硬煤的撞擊流干燥器[30]。該干燥器以煙氣為干燥介質(zhì)，干燥室中的高湍流能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)物料的干燥，而不會改變物料的性質(zhì)，該撞擊流干燥器特別適合于煤的預(yù)干燥。黃凱等基于撞擊流原理研發(fā)了如圖3所示的循環(huán)撞擊流干燥器[31]，兩股熱空氣攜帶濕物料在加速管中加速并使物料分散后在沉降室中相向撞擊，然后變?yōu)閺较蛄鲃樱詈箢w粒因重力作用或與壁面的碰撞作用進入環(huán)室，再由熱空氣攜帶向上運動形成循環(huán)。該實驗裝置對初始濕含量為7%的物料進行1h干燥后，出口所得的物料濕含量均可達到產(chǎn)品標準規(guī)定的要求(≤0.4%)。與旋風干燥機相比，撞擊流干燥器的干燥產(chǎn)品由裝置底部卸出，可大大降低粉塵收集系統(tǒng)的負荷。

圖3 循環(huán)撞擊流干燥實驗裝置流程圖Fig.3 Flow chart of cyclic impinging stream drying experimental device

撞擊流干燥器大多以空氣為干燥介質(zhì)，Thanit等分別將熱空氣和過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)對物料進行干燥，結(jié)果表明，經(jīng)干燥、冷卻并通風后，經(jīng)過熱蒸汽干燥的物料含水量低于熱空氣干燥的物料，且在相同工況下，過熱蒸汽干燥比熱空氣節(jié)省更多的能量消耗[32]。該項研究對干燥介質(zhì)的選取提供了一定的指導(dǎo)。

2.3 撞擊流技術(shù)用于污水處理

污水處理是世界性的難題，撞擊流極好的傳質(zhì)特性為污水處理開創(chuàng)了一種新的思路。Dehkordi等研究了污染物對于氣-液撞擊流反應(yīng)器傳質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明少量的污染物增加了撞擊流反應(yīng)器的特定界面面積，降低了撞擊流反應(yīng)器總體積傳質(zhì)系數(shù)[33]。該研究還發(fā)現(xiàn)對撞擊流反應(yīng)器總體積傳質(zhì)系數(shù)影響由高到低的污染物種類分別為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑。Royaee等將撞擊流反應(yīng)器作為一種新型光催化降解有機物的裝置，利用二氧化鈦作為催化劑催化分解廢水中的苯酚，研究了操作參數(shù)、催化劑用量、PH值、苯酚初始濃度以及光照時間等因素對催化降解效率的影響，結(jié)果表明經(jīng)過4h的反應(yīng)，苯酚被完全催化分解，與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比效率更高[34]。Jafarikojour等設(shè)計了一種在撞擊區(qū)裝備涂有二氧化鈦的玻璃纖維編織物的撞擊流裝置，利用該裝置對硝基苯酚進行光催化降解，也取得了良好的催化降解效果[35]。

撞擊流技術(shù)與其他技術(shù)耦合是目前撞擊流技術(shù)應(yīng)用的主要發(fā)展方向。Wu等將撞擊流空化技術(shù)與微電解技術(shù)耦合，設(shè)計了如圖4所示的撞擊流空化微電解反應(yīng)器用來處理含高濃度污染物的廢水[36]。結(jié)果表明該反應(yīng)器的反應(yīng)效率明顯高于只有撞擊流空化或者微電解的裝置，因此撞擊流空化技術(shù)與微電解技術(shù)的耦合具有很好的協(xié)同和促進作用。

圖4 撞擊流空化微電解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 4 Structural diagram of impact cavitation microelectrolysis reactor

2.4 撞擊流技術(shù)用于煤氣化

煤氣化是煤炭清潔高效利用的重要方式，也是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(integrated gasification combined cycle，IGCC)發(fā)電技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。多噴嘴對置式水煤漿氣化爐是由兗礦集團和華東理工大學(xué)在消化和吸收德士古水煤漿氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合撞擊流技術(shù)開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化技術(shù)[37]。其工藝流程如圖5所示，多噴嘴對置式水煤漿技術(shù)采用撞擊流技術(shù)來強化爐內(nèi)混合和熱、質(zhì)傳遞過程。截止到2015年，國內(nèi)使用多噴嘴對置式水煤漿氣化爐的廠家已達38家，已投產(chǎn)的氣化爐最大處理煤量為3000t/d[38]。

兗礦國泰化工有限公司和兗礦魯南化肥廠分別采用多噴嘴對置式水煤漿氣化爐和德士古水煤漿氣化爐對相同的煤炭進行處理。表1[37]為國泰多噴嘴對置式氣化爐和魯化德士古水煤漿氣化爐裝置工藝和經(jīng)濟指標的比較，可以看出多噴嘴對置式氣化爐合成氣中的有效成分含率、碳轉(zhuǎn)化率、熱回收率和單位能耗等方面明顯優(yōu)于德士古水煤漿氣化爐。

圖5 多噴嘴對置式水煤漿氣化及初步凈化流程圖Fig. 5 Multi-nozzle opposed coal-water slurry gasification and preliminary purification process

表1 國泰多噴嘴對置式氣化爐與魯化德士古水煤漿氣化爐裝置工藝和經(jīng)濟指標比較Tab. 1 Comparison of process and economic indicators between Guotai multi-nozzle opposed gasifier and Luhua Texi ancient coal slurry gasifier

目前多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)已趨于成熟，研究重點也大多集中在如何改善爐內(nèi)環(huán)境。Xu等研究了煤比對爐內(nèi)顆粒濃度分布和溫度分布的影響[39]。Li等用 DSMC方法和硬球模型對爐內(nèi)顆粒運動進行了數(shù)值模擬，得到在撞擊區(qū)顆粒主要受曳力控制的結(jié)論[40]。Guo等研究了爐內(nèi)灰渣對煤的碳轉(zhuǎn)化率、渣沉積、耐火磚的侵蝕、合成氣凈化效率的影響[41]。Fan等對爐內(nèi)撞擊火焰高度進行了實驗研究，研究表明水煤漿火焰高度波動范圍較大，但當 H/D＞1.30時，火焰不會沖刷到圓頂耐火磚[42]。以上研究對于優(yōu)化多噴嘴對置式氣化爐操作，改善爐內(nèi)環(huán)境具有一定的指導(dǎo)作用。

2.5 撞擊流技術(shù)用于脫硫脫硝

二氧化硫(SO2)和氮氧化物是燃煤電廠的主要污染產(chǎn)物，其脫除技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是還存在著諸如設(shè)備昂貴，占地面積、大運行成本高等缺點，因此開發(fā)高效經(jīng)濟的新型脫硫脫硝設(shè)備也將成為今后研究的重點。

Berman等將撞擊流技術(shù)應(yīng)用到煙氣濕法脫硫取得了良好的效果，脫硫率為93%～97%，但其內(nèi)部設(shè)備部件較多，積垢難以清除[43]。Wu等對撞擊流煙氣濕法脫硫設(shè)備進行了重新設(shè)計和優(yōu)化，煙氣濕法脫硫氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 6所示[44]。煙氣攜帶等量經(jīng)旋渦壓力噴嘴霧化產(chǎn)生的液滴從導(dǎo)管中射出，并在設(shè)備中心處強烈撞擊形成高度湍動的撞擊區(qū)，在其中完成SO2的吸收。吸收完 SO2形成的 CaSO3?0.5H2O 和 CaSO4?2H2O微小顆粒隨液滴在重力的作用下落到吸收室底部，然后通過排液管排出。文獻[44]研究表明，液氣流量比、Ca/S摩爾比、進料氣中SO2濃度、撞擊距離是影響脫硫效率的主要因素。Li等將撞擊流和循環(huán)流化床反應(yīng)器結(jié)合脫除 SO2，與單純的循環(huán)流化床反應(yīng)器脫硫效率(89.5%)相比，該反應(yīng)器的脫硫效率提高到95.1%[45]。

圖6 煙氣濕法脫硫氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 The structure of gas liquid reactor for wet flue gas desulfurization

錢達蔚等進行了撞擊流吸收器濕法同時脫硫脫硝的三維數(shù)值研究，結(jié)果表明該吸收器脫硫效率可達 96.8%，在無添加劑的情況下脫硝效率可達49.2%[46]。宋杰等研究了撞擊距離對脫硫脫硝效率的影響，發(fā)現(xiàn)撞擊距離對脫硫效率影響不大，脫硝效率隨兩噴嘴距離L和噴嘴直徑D的比值變化呈波動性變化，當 L/D=2.4～3.1時，脫硝效率可達48%左右[47]。與傳統(tǒng)的脫硫脫硝設(shè)備相比，撞擊流脫硫脫硝技術(shù)具有脫除效率高、容積傳質(zhì)系數(shù)大、流體阻力小、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低等特點，因此撞擊流脫硫脫硝技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2.6 撞擊流技術(shù)用于除塵

近年來，京、津、冀等地區(qū)頻發(fā)霧霾天氣，給人民的日常生活造成了諸多不便，并嚴重危害人們的身體健康。造成霧霾的主要原因是PM2.5，即粒徑小于2.5μm的顆粒物，除塵已成為當今解決霧霾的重中之重[48-51]。目前，我國應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的除塵設(shè)備主要有旋風除塵器、靜電除塵器、布袋除塵器和濕式文丘里除塵器[52]，見表 2。但對于高黏性和高濕度的粉塵來說，粉塵極易黏附在電除塵的極板上和布袋除塵的布袋表面，難以清除，造成除塵效率的下降，而撞擊流除塵技術(shù)恰恰能解決這一難題。

表2 目前國內(nèi)外常見的幾種除塵器Tab. 2 Several common deduster at home and abroad

張明星等利用撞擊流除塵器收集硫酸銨和硝酸銨混合粉塵，其研究表明一定的噴水量和一定的噴嘴傾角能夠有效提高除塵效率，提高了約10%～15%，并且一定的噴嘴傾斜角度能有效解決粉塵粘結(jié)在壁面的問題[53]。Wu等采用傾斜式撞擊流和蒸汽相變耦合的方式對燃煤濕法脫硫煙氣進行處理，研究了煙氣流速、煙氣對噴距離、蒸汽添加量、潤濕劑、除塵器類型對細顆粒脫除效率的影響規(guī)律[54]。撞擊流與蒸汽相變耦合除塵裝置示意圖如圖7所示。燃煤鍋爐產(chǎn)生的含塵氣流經(jīng)緩沖裝置緩沖后，進入旋風除塵器，粗顆粒被脫除后進入噴淋脫硫塔，脫硫后處于或接近飽和狀態(tài)的高濕煙氣分為兩股呈 30°傾角且在兩相互對稱的煙氣導(dǎo)管中與注入的蒸汽混合后進入相變室，在相變室內(nèi)細顆粒會凝結(jié)長大和碰撞團聚，長大后的顆粒經(jīng)過相變室頂部的除塵器進行脫除，除塵效率可達50%～60%。該方法不但能夠進行煙氣除塵，同時還具有脫硫的功能，這樣的過程可以省去傳統(tǒng)脫硫工藝之前必須降塵的工序，大大簡化系統(tǒng)，減少能耗，節(jié)約成本。但該設(shè)備除塵效率相對較低，要應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)當中還需要進一步優(yōu)化。

圖7 撞擊流與蒸汽相變耦合除塵裝置示意圖Fig. 7 Impinging stream and steam phase change coupled dust removal device

3 結(jié)論

撞擊流極好的熱、質(zhì)傳遞特性和優(yōu)異的微觀混合特性、強烈的壓力波動特性使撞擊流技術(shù)在燃燒、干燥、污水處理、脫硫脫硝、煤氣化、除塵等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。撞擊流設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、制造和運行費用低的優(yōu)點。撞擊流設(shè)備的這些特點與我國當前發(fā)電行業(yè)節(jié)能降耗的發(fā)展方向一致。雖然撞擊流技術(shù)具有諸多優(yōu)點，但單一的撞擊流技術(shù)在發(fā)電相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用仍有較多局限性，因此如何將撞擊流技術(shù)與其他新型技術(shù)相互耦合來開發(fā)可用于發(fā)電行業(yè)的新型撞擊流設(shè)備是今后發(fā)展的主要方向。