表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵實驗研究

丁厚成,章成浩,鄧權(quán)龍,許婉萍,李 寅,夏 旭

表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵實驗研究

丁厚成,章成浩,鄧權(quán)龍*,許婉萍,李 寅,夏 旭

(安徽工業(yè)大學建筑工程學院,安徽 馬鞍山 243032)

為研究濕式電除塵效率和應(yīng)用范圍的拓展特性,設(shè)計了針對鐵礦粉塵的表面活性劑協(xié)同荷電水霧除塵實驗裝置,采用表面活性劑增效潤濕、水膜捕塵、荷電捕塵理論,探究了風速、電壓、噴霧壓力和格柵目數(shù)對除塵性能的影響.實驗中優(yōu)選復(fù)配表面活性劑溶液,選取了0.3%LABSA/0.5%X-100、0.3%LABSA/0.5%AES、0.5%X-100/0.5%AES三種復(fù)配溶液進行荷電水霧除塵實驗.結(jié)果表明:復(fù)合電除塵可以在提高處理風量的同時增加除塵效率,風速在0.8m/s以前與除塵效率正相關(guān);復(fù)配溶液在水壓為6MPa時都達到除塵效率最大,其中以0.3%LABSA/0.5%AES表現(xiàn)最為突出,其除塵效率相較于水提升達到15.36%,不同水壓的平均除塵效率提高也達到了11.73%;復(fù)合電除塵除塵效率與電壓在40kV之前正相關(guān),超過后會發(fā)生電暈放電,降低除塵效率;當格柵孔徑大小為40目時除塵效率最大,其中復(fù)配溶液0.3%LABSA/0.5%AES達到了96.74%的除塵效率,繼續(xù)減小孔徑反而會減小除塵效率;對粉塵潤濕性越強的表面活性劑參與除塵后對除塵效率提升越大.

復(fù)合電除塵；噴霧；表面活性劑；金屬網(wǎng)柵

2019年全國廢氣中顆粒物排放量1088.5萬t,其中,工業(yè)源廢氣中顆粒物排放量為925.9萬t,生活源廢氣中顆粒物排放量為154.9萬t,工業(yè)源的粉塵仍然占85.062%的比例[1].如何以經(jīng)濟高效的方式去除細顆粒物,是工業(yè)除塵領(lǐng)域中備受矚目且具有挑戰(zhàn)性的問題.目前在工業(yè)生產(chǎn)中常用的除塵技術(shù)包括機械式除塵、袋式除塵、濕式除塵以及靜電除塵等[2].電除塵具有多項優(yōu)點包括高效、節(jié)能、適應(yīng)性強等,且電除塵可以單獨使用成為簡單電場電除塵,也可以與其他除塵方式復(fù)合,成為濕式電除塵、電袋復(fù)合式除塵和旋風電除塵等[3].作為一種傳統(tǒng)的除塵方法,電除塵技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.其核心在于利用粉塵的荷電性能實現(xiàn)顆粒物的去除.國內(nèi)外學者對電除塵的荷電方式[4-5]、參數(shù)優(yōu)化[6-7]、顆粒運動[8-9]、遷移和捕集[10]等方面開展大量研究工作,然而對于某些微細顆粒例如無法荷電的顆粒物(如納米顆粒)、或者無法導(dǎo)電的顆粒物(如木屑、纖維素等),荷電除塵方式的效果會受到一定的限制.部分學者通過復(fù)合水霧,開展了研究荷電水霧對顆粒的聚合作用[11-12],且通過添加表面活性劑改變電水霧捕集塵粒的效率,測試其對提升除塵效率的作用.就目前而言,基于多種除塵機理研發(fā)新型高效經(jīng)濟的除塵設(shè)備一直是除塵領(lǐng)域探索的方向.

因此,本文采用了表面活性劑、荷電水霧和金屬網(wǎng)柵的聯(lián)合方式,并構(gòu)建了表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵的試驗裝置,其工作原理涉及懸浮粒子荷電、帶電粒子在電場中遷移和捕集、慣性碰撞、顆粒碰撞團聚、增效潤濕和水膜捕塵.本研究還對表面活性劑進行了優(yōu)選復(fù)配,揭示了風速、噴霧壓力、靜電電壓和網(wǎng)孔目數(shù)對除塵性能的影響規(guī)律.這些研究結(jié)果為改進新型高效復(fù)合電除塵技術(shù)提供了參考依據(jù).

1 除塵原理

表面活性劑協(xié)同電水霧增效除塵作用主要涉及靜電除塵、高壓噴霧降塵、表面活性劑增效潤濕、網(wǎng)柵水膜捕塵四個方面的原理.

其中靜電除塵采用線板式結(jié)構(gòu),高壓負電在電極棒周圍電離空氣,當含塵氣流經(jīng)過時給粉塵荷電,荷電粉塵在電場力的偏轉(zhuǎn)下被收塵極板捕獲[13].粒徑越大的粉塵在通過放電區(qū)域時荷電越多,受到的電場偏轉(zhuǎn)作用越強.經(jīng)高壓噴射,水流通過噴嘴時會受到高壓和高速的作用,從而產(chǎn)生劇烈的液體破碎,形成微小的水霧顆粒,從而實現(xiàn)液體到氣態(tài)的轉(zhuǎn)化,即產(chǎn)生霧化作用[14].霧化產(chǎn)生的水霧與粉塵發(fā)生碰撞、吸附,使塵粒被捕捉,并且凝并為新的大顆粒物[15],最終被水霧在金屬格柵形成的水膜捕獲[16].水分子分子間存在著一定的吸引力,這種吸引力在水面上呈現(xiàn)出來就是表面張力.而表面活性劑分子具有兩端性質(zhì),即親水性頭部和疏水性尾部,這使得它們可以在水面上形成一層分子膜,頭部朝向水面,尾部向下.這層分子膜的存在可以改變水分子間的相互作用力,從而降低水面的表面張力,使得水分子更容易形成水霧或水滴等微小顆粒[17-18],相較于普通水霧,添加了表面活性劑的溶液可以形成理解更小的水霧并且增加對粉塵的潤濕作用[19].

粉塵顆粒經(jīng)過電除塵區(qū)域后荷電,逃逸出的荷電粉塵經(jīng)過噴嘴霧化后聚合形成含塵霧滴,粉塵荷電轉(zhuǎn)移到液滴荷電.噴霧霧滴在金屬格柵上形成水膜參與捕塵.在霧化區(qū)域內(nèi)被捕捉的粉塵將會在流場的作用下遇到金屬格柵放電并被格柵水膜捕集.圖1就是表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵的原理.

圖1 表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵的原理

2 實驗?zāi)Ｐ团c方法

2.1 實驗裝置系統(tǒng)

表面活性劑協(xié)同電水霧增效除塵實驗系統(tǒng)主要可劃分為靜電控制系統(tǒng),風塵控制系統(tǒng)和噴霧控制系統(tǒng),實驗的結(jié)構(gòu)模型以及實際模型分別如圖2、3所示.靜電控制系統(tǒng)包括高壓電源,放電極和收塵極板.風塵控制系統(tǒng)主要包括粉塵發(fā)生器,進風管,勻流板,箱體,出風管,調(diào)速器和離心式通風機.噴霧控制系統(tǒng)由儲水箱,高壓水泵,噴嘴,金屬格柵,水壓表,高壓水管,廢水箱構(gòu)成.

實驗主體是除塵箱,尺寸為1250mm×450mm× 500mm,進風口處設(shè)置粉塵發(fā)生裝置和連續(xù)性投料機,自動控制投料速度.出風口連接風機,型號為多普威Y90L-4單向異步電動風機,可以通過調(diào)速器控制進出口處風速.噴霧通過耐高壓金屬管連接水泵,型號為H3S型高壓低流量型水泵,最大流量可達488L/h,壓力大小在0-20MPa內(nèi)連續(xù)可調(diào).

圖3 實驗裝置實物

2.2 實驗材料

2.2.1 靜電控制系統(tǒng) 實驗使用高壓電源如圖4所示,實驗使用的是泰思曼TRC2025高壓直流電源,其具有性能穩(wěn)定、精度高、保護功能多樣等特點.操作簡單方便.操作人員可以通過控制面板對電壓、電流進行設(shè)定和調(diào)整,輸出負電壓值為0至120kV.放電極采用4根電暈線,每根電暈線使用直徑5mm的不銹鋼柱,長度400mm,每隔50mm設(shè)置一個八角芒刺,每根電極8個.收塵極板使用304不銹鋼片制成,整體尺寸為900mm×450mm×1mm使用亞力克卡槽將其固定于實驗箱體兩側(cè).

圖4 泰曼思TRC2025高壓直流電源

2.2.2 噴霧控制系統(tǒng) 由于實驗箱體空間受限,為達到最佳的噴霧效果,本次選用的噴嘴形狀為實心,為了提高霧化效果,使得霧滴與顆粒發(fā)生充分混合實驗選用的噴嘴霧化角度為80°,同時為了控制噴霧流量,選用孔徑為1.5mm的噴口,噴嘴整體最高承受壓力為10MPa.流量最大值為300mL/min,屬于高壓低流量噴嘴,噴嘴出口距離格柵間距為100mm;噴嘴噴霧效果如圖5所示.本研究采用金屬格柵.為了研究不同孔徑對實驗除塵效果的影響,設(shè)計采用20、40、60和80目的網(wǎng)孔尺寸.每個金屬網(wǎng)尺寸為430mm×480mm,單層,使用導(dǎo)線接地.

圖5 噴嘴與噴霧效果

2.2.3 表面活性劑 為了提高實驗可靠性,選取了主流的三類表面活性劑,包括陰離子型,非離子型和兩性離子型表面活性劑各兩種,再根據(jù)粉塵特性及經(jīng)濟成本等方面考慮,共初選了常見的6種表面活性劑進行了相關(guān)性能參數(shù)測試,具體信息如表1.

表1 六種表面活性劑信息

對現(xiàn)有的表面活性劑進行選型復(fù)配,通過測量復(fù)配溶液與粉塵壓塊的表面接觸角大小,合理選擇不同的復(fù)配溶液進行實驗.

2.2.4 粉塵樣品 實驗用的粉塵來源于某鐵礦井下現(xiàn)場收集的粉塵,對粉塵樣品分別進行X射線EDS能譜儀分析和SEM電鏡掃描,結(jié)果顯示粉塵主要元素為Si、O、Al、Na、C等,粉塵形狀較多地呈現(xiàn)為不規(guī)則的方形和圓形.在實驗前對收集的粉塵使用球磨儀研磨,烘干后使用400目(孔徑38mm)的實驗篩進行篩分獲得進行實驗的粉塵.

2.3 實驗方法

實驗主要測量的數(shù)據(jù)包括處理風量和除塵效率.處理風量可以用于判定除塵器凈化含塵氣流的速度;除塵效率體現(xiàn)了除塵器處理粉塵的質(zhì)量.

計算處理風量是通過測量進風口的流速及截面積來判定除塵器在工作過程中的處理能力.公式如下:

式中:v為入口風流速度,m/s;s為入口管徑的截面積,m2.

除塵效率需要通過對除塵器進風口和出風口粉塵采樣的結(jié)果計算得到,在進風管道和出風管道分別使用FC-???A 粉塵采樣器采集,通過FA1204B分析天平稱量濾膜實驗前后質(zhì)量變化,計算公式如下:

式中:為除塵效率,%;Δ1、Δ2分別表示除塵器進口和出口處粉塵質(zhì)量,mg.

3 結(jié)果與討論

3.1 表面活性溶液性質(zhì)測試分析

選取參與實驗的表面活性劑,本次初選的AES、LABSA、APG0810、X-100、CAB-35、LAB-35共六種表面活性劑分別進行0.04%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%質(zhì)量分數(shù)配制溶液,通過接觸角測量儀對其進行測試.選取測試中不同種類中較為突出的結(jié)果繪制如圖6所示.

圖6 特征濃度表面活性劑溶液接觸角

由于溶液表面接觸角大小能夠體現(xiàn)與固體界面的滲入難易程度,溶液表面接觸角越小則越容易浸潤粉塵顆粒,因此從6種表面活性溶液中選出接觸角較小的3種進行兩兩復(fù)配以獲得更優(yōu)的噴霧溶液.

基于對復(fù)配溶液接觸角測量情況可以得知,復(fù)配溶液對粉塵的浸潤能力優(yōu)于單體表面活性劑,復(fù)配溶液的最小表面接觸角是單一溶液表面接觸角的一半.通過接觸角的測量,選取0.3%LABSA/ 0.5%X-100、0.3%LABSA/0.5%AES、0.5%X-100/ 0.5%AES三種復(fù)配溶液參與進一步的除塵實驗.

圖7 復(fù)配溶液接觸角測量

3.2 風速對靜電除塵性能的影響

流場風速對靜電除塵影響效果如圖8所示,實驗環(huán)境未添加噴霧,設(shè)置了20目的格柵.結(jié)果表明風速越小靜電除塵效果越好,當風速在0.4m/s,靜電除塵效果最佳,其次風速增大時,除塵效率的降低趨勢由開始的迅速降低變化為緩慢降低.在實驗條件下,風速在達到0.76m/s后,除塵效果的降低趨勢變得平緩.

實驗圖像顯示在未添加噴霧之前,最佳的除塵狀態(tài)是風速0.4m/s,電壓50kV,除塵效率達到98.92%,除塵器除塵效率與電壓正相關(guān),在50kV時并未出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象.

以單一電除塵除塵效率變化為指導(dǎo),在除塵器內(nèi)添加水霧水壓6MPa,實驗電壓40kV,實驗研究風速對除塵效果的影響,結(jié)果如圖9.

進口風速越大則除塵量越大.在單一電除塵的作用下時,風速越高除塵效率越低,但是在加入了電水霧除塵之后風速的影響也較為復(fù)雜.呈現(xiàn)為先增加后降低.增大風速會提高液滴與粉塵的接觸效率從而增加噴霧除塵效率,另外增大風速后,同一時間內(nèi)液滴到達金屬格柵上的數(shù)目會增加,增加格柵上有效水膜的數(shù)量,提高濕式除塵效率.

圖8 風速對靜電除塵的影響

圖9 風速對除塵效率的變化曲線

當除塵箱體內(nèi)風速低于0.8m/s時,除塵效率隨風速的增大有較大的變化趨勢,當風速值超過后,由于氣流的作用,霧滴中的一部分會受到氣流的強烈影響,不能在纖維柵上形成穩(wěn)定的水膜,使纖維柵上有效水膜面積減小,從而降低水膜除塵效率.當風速在超過0.8m/s后除塵效率降低.在只有水作為噴霧時除塵效率在風速為0.8m/s時達到最大的86.87%,較單一電除塵在7.6m/s的除塵效率84.93%提升僅有2.4%.而在使用0.3%LABSA/0.5%AES的復(fù)配溶液后,除塵效率達到了99.05%,除塵效果提升了16.62%.可見表面活性劑對除塵效率的提升較為明顯.在噴霧復(fù)合電除塵后,除塵器在除塵風量提高了100%的情況下除塵效率也有略微提升.而在接觸角實驗中表現(xiàn)最好的復(fù)配溶液在參與除塵實驗時較其他兩種也有較大優(yōu)勢.

3.3 噴霧壓力對復(fù)合除塵系統(tǒng)除塵效率影響

實驗發(fā)現(xiàn)除塵效率與噴霧壓力并非為線性關(guān)系,不同溶液的除塵效率如圖10所示,實驗電壓40kV風速設(shè)置為0.8m/s,網(wǎng)柵孔徑20目.實驗結(jié)果表明這4類溶液的除塵效率隨水壓變化的趨勢相近.其中水與0.3%LABSA/0.5%X-100復(fù)合溶液,接觸角較其他兩種溶液較大,除塵效率隨水壓增大后降低明顯;而接觸角較小的溶液除塵效率下降不明顯.LABSA和X-100都屬于非離子表面活性劑,在摻混了兩種同類型的表面活性劑后,溶液在高水壓下作用除塵效果相較與水并為有突出的提升.

圖10 噴霧壓力對除塵效率的變化曲線

4種溶液在水壓為6MPa時都達到除塵效率最大,其中以0.3%LABSA/0.5%AES表現(xiàn)最為突出,其除塵效率相較于水提升達到15.36%,不同水壓的平均除塵效率提高也到達了11.73%,表面活性劑主要作用于噴霧除塵階段和水膜除塵階段,在溶液中添加表面活性劑提高了對粉塵的潤濕能力,提高了水霧除塵效率;并且添加了表面活性劑形成的水膜提高了對粉塵的捕捉效率.噴霧的流量與噴霧壓力正相關(guān),盡管實驗選取的是高壓低流量型水泵,綜合考慮除塵效果和水壓的實驗結(jié)果,建議一般情況下水壓不超過6MPa.

3.4 電壓對復(fù)合除塵系統(tǒng)除塵效果影響

電壓影響除塵效率主要體現(xiàn)在荷電除塵區(qū)和格柵除塵區(qū).在電除塵區(qū)域內(nèi),主要的除塵手段是荷電除塵,此處除塵效率在發(fā)生電暈放電前與電壓正相關(guān);荷電粉塵結(jié)合水霧后形成荷電水霧在金屬格柵表面放電,除塵效率與水霧上荷電量正相關(guān).

電壓在單一電除塵實驗中與除塵效率總體呈正相關(guān),但是在表面活性劑荷電水霧除塵實驗中,除塵效率先增大后降低,原因是電壓超過40kV之后,電除塵區(qū)域發(fā)生電暈放電,降低了粉塵的荷電性能.其中以復(fù)配表面活性劑0.3%LABSA/0.5%AES溶液表現(xiàn)最為明顯,當電壓從40kV升到50kV后,除塵效率降低了15.11%,分析原因為該溶液的霧化效果最好,導(dǎo)致的電除塵區(qū)域內(nèi)電暈放電現(xiàn)象最強,從而降低了除塵器整體的除塵效果.

由于實驗條件限制,電壓超過50kV之后,實驗設(shè)備容易出現(xiàn)電擊穿,破壞了實驗環(huán)境的穩(wěn)定性,并未對電壓進行更高壓的實驗,去驗證更為全面的除塵效率曲線.

圖11 電壓對除塵效率的變化曲線

在發(fā)生電暈放電之前,增大電壓可以加強粉塵和霧滴的荷電,增強電場對粉塵和水霧的捕集效率;過大電壓將會導(dǎo)致電擊穿從而減少粉塵顆粒荷電量,并且降低復(fù)合除塵器的除塵效率.

3.5 格柵目數(shù)對除塵性能的影響分析

金屬格柵在實驗的除塵作用主要包括水膜除塵和碰撞除塵,孔徑大小會直接影響到除塵效果.研究選取了20目、40目、60目、80目以及不設(shè)格柵共5種網(wǎng)孔尺寸進行試驗,實驗結(jié)果如圖12所示.

實驗條件為水壓6MPa,電壓40kV,除塵效率隨著格柵數(shù)目增加出現(xiàn)先增大后緩慢減小的趨勢.當格柵孔徑大小為40目時除塵效率最大.其中復(fù)配溶液0.3%LABSA/0.5%AES達到了96.74%的除塵效率,其次表現(xiàn)較好的是0.3%LABSA/0.5%X-100,在網(wǎng)孔目數(shù)增加到40目以后除塵效率降低幅度最小,當格柵孔徑減小到60目以后除塵效果相較于其他溶液有明顯優(yōu)勢.

本次實驗選用的網(wǎng)柵使用相同直徑的鋼絲編織成,減小網(wǎng)柵孔徑,單位面積上的水膜數(shù)量增加,單個水膜面積減小,參與除塵的有效水膜面積也會減小.研究中在濕式除塵中添加了表面活性劑0.3%LABSA/0.5%X-100后除塵效率也會下降,原因分析是格柵孔徑減小到40目之后,噴霧在格柵上產(chǎn)生堆積的泡沫附著區(qū)域,區(qū)域內(nèi)泡沫不易破裂,阻礙了風塵通過格柵,導(dǎo)致部分風塵直接通過格柵邊緣位置直接流出,并未參與水膜捕塵,降低了總體的除塵效率.最后降低格柵的孔徑也會提高除塵器整體風阻,從而減小流場的風速,降低參與表面除塵的水霧量,從而導(dǎo)致除塵效率降低.

4 結(jié)論

4.1 除塵效率隨著格柵孔徑減小呈現(xiàn)首先逐漸升高,后緩慢降低的趨勢,網(wǎng)孔孔徑在40目時,除塵效率最高.

4.2 對于單一電除塵時風速增大除塵效率降低,在達到0.8m/s后除塵效率降低程度減弱;在復(fù)合除塵系統(tǒng)中風速增大除塵效率先增大后減小,在風速達到0.8m/s左右時除塵效率達到最高.

4.1 電壓對實驗的影響較為明顯,尤其是對于0.3%LABSA/0.5%AES溶液,其在40kV之前未發(fā)生電暈放電除塵效率與電壓正相關(guān),但是電壓超過40kV后除塵效率降低明顯.

4.4 實驗表明復(fù)配溶液0.3%LABSA/0.5%AES有較好的噴霧性能,且對粉塵的潤濕性能最佳,根據(jù)不同溶液參與除塵實驗的結(jié)果顯示對粉塵浸潤能力越強的溶液提升除塵效率越明顯.

[1] 2021年環(huán)境狀況公報[R]. Environmental Condition Report 2021 [R].

[2] 王 純,張殿印.除塵工程技術(shù)手冊[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2016. Wang C, Zhang D Y. Dust removal engineering technical manual [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2016.

[3] 程衛(wèi)民,周 剛,陳連軍,等.我國煤礦粉塵防治理論與技術(shù)20年研究進展及展望[J]. 煤炭科學技術(shù), 2020,48(2):1-20. Cheng W M, Zhou G, Chen L J, et al. Research progress and prospects on dust control theory and technology in Chinese coal mines over the past 20 years [J]. Coal Science and Technology, 2020,48(2):1-20.

[4] Teng C, Fan X, Li J. Effect of charged water drop atomization on particle removal performance in plate type wet electrostatic precipitator [J]. Journal of Electrostatics, 2020,104:103426.

[5] Kasparoglu S, Wright T P, Petters M D. Open-hardware design and characterization of an electrostatic aerosol precipitator [J]. HardwareX, 2022,11:e266.

[6] Nikas K S P, Varonos A A, Bergeles G C. Numerical simulation of the flow and the collection mechanisms inside a laboratory scale electrostatic precipitator [J]. Journal of Electrostatics, 2005,63(5):423- 443.

[7] 張 哲,李彩亭,李珊紅.板式電除塵器多物理場耦合數(shù)值分析[J]. 環(huán)境科學與技術(shù), 2019,42(11):187-192. Zhang Z, Li C T, Li S H. Multi-physical field coupled numerical analysis of plate electrostatic precipitator [J]. Environmental Science and Technology, 2019,42(11):187-192.

[8] Pu H, Guo J, Qu H, et al. Fine particle transport and deposition characteristics in a spike-plate multi-electrode electrostatic precipitator [J]. Powder Technology, 2022,402:117339.

[9] Dong M, Zhou F, Zhang Y, et al. Numerical study on fine-particle charging and transport behaviour in electrostatic precipitators [J]. Powder Technology, 2018,330:210-218.

[10] 張儷安,刁永發(fā),楚明浩,等.單纖維捕集過程中亞微米顆粒的布朗團聚[J]. 中國環(huán)境科學, 2021,41(4):1548-1554. Zhang L A, Diao Y F, Chu M H, et al. Brownian coagulation of submicron particles during single fiber collection process [J]. China Environmental Science, 2021,41(4):1548-1554.

[11] 丁厚成,徐遠迪,鄧權(quán)龍,等.表面活性劑協(xié)同作用下濕式過濾除塵實驗研究[J]. 過程工程學報, 2022:1-7. Ding H C, Xu Y D, Deng Q L, et al. Experimental study on wet filtration and dust removal under synergistic action of surfactants [J]. Journal of Process Engineering, 2022:1-7.

[12] 滕辰姊,李 堅.液滴荷電霧化濕式電除塵器顆粒捕集特性研究[J]. 中國環(huán)境科學, 2020,40(6):2389-2397. Teng C Z, Li J. Study on particle collection characteristics of liquid droplet charged atomization wet electrostatic precipitator [J]. Chinese Journal of Environmental Science, 2020,40(6):2389-2397.

[13] 鄧權(quán)龍,莊丁丁,丁厚成,等.線板排布對靜電除塵性能影響的數(shù)值模擬[J]. 環(huán)境工程學報, 2022,16(11):3644-3654. Deng Q L, Zhuang D D, Ding H C, et al. Numerical simulation of the influence of wire-plate arrangement on electrostatic dust removal performance. Journal of Environmental Engineering, 2022,16(11): 3644-3654.

[14] 沈 娟.高壓水射流噴嘴的設(shè)計及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 蘇州:蘇州大學, 2014. Shen J. Design and structural optimization of high-pressure water jet nozzle [D]. Suzhou: Soochow University, 2014.

[15] 蔣仲安,許 峰,王亞朋,等.空氣霧化噴嘴霧化機理及影響因素實驗分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2019,50(10):2360-2367. Jiang Z A, Xu F, Wang Y P, et al. Experimental analysis on atomization mechanism and influencing factors of air-assisted atomizing nozzle [J]. Journal of Central South University (Natural Science Edition), 2019,50(10):2360-2367.

[16] 吳亞軍.噴霧格柵耦合除塵機理及實驗研究[D]. 贛州:江西理工大學, 2021. Wu Y J . Theoretical and Experimental Study on Spray Grid Coupled Dust Removal Mechanism [D]. Ganzhou:Jiangxi University of Science and Technology, 2021.

[17] 翁安琦.表面活性劑復(fù)配對焦煤潤濕性的影響研究[D]. 合肥:安徽理工大學, 2021. Weng A Q. Study on the influence of complex surfactant on the wettability of coking coal [D]. Anhui: Anhui University of Science and Technology, 2021.

[18] 高雨霏.表面活性劑分子結(jié)構(gòu)對粉塵潤濕性影響的分子動力學/量子力學研究[D]. 蘭州:蘭州大學, 2022. Gao Y F. Molecular dynamics/quantum mechanics study of the influence of surfactant molecular structure on dust wetting performance [D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2022

[19] 黃惠香.煤礦復(fù)合降塵劑及其吸附降塵性能研究[D]. 北京:中國礦業(yè)大學, 2022. Huang H X. Study on composite dust suppressant and its adsorption and dust suppression performance in coal mine [D]. Beijing: China University of Mining and Technology, 2022.

Experimental study on synergistic enhancement of dust removal by surface active agent and charged water mist.

DING Hou-cheng, ZHANG Cheng-hao, DENG Quan-long*, XU Wan-ping, LI Yin, XIA Xu

(Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Technology, AnHui 243032, China)., 2023,43(10)：5107～5113

To study the dust removal efficiency and application range expansion of wet electrostatic precipitators, an experimental device was designed for surface-active agent synergistic charged water mist dust removal targeting iron ore dust, using surface-active agent-enhanced wetting, water film capture, and charged capture theories. The effects of wind speed, voltage, spray pressure, and grid number on dust removal performance were investigated. In the experiment, a series of composite surface-active agent solutions were tested, including 0.3% LABSA/0.5% X-100, 0.3% LABSA/0.5% AES, and 0.5% X-100/0.5% AES, for charged water mist dust removal. The results showed that composite electrostatic precipitators could improve dust removal efficiency while increasing treatment air volume. Wind speed was positively correlated with dust removal efficiency below 0.8m/s. The composite solution achieved the highest dust removal efficiency at a water pressure of 6MPa, with 0.3% LABSA/0.5% AES performing the best, increasing dust removal efficiency by 15.36% compared to water, with an average improvement of 11.73% for different water pressures. The dust removal efficiency of the composite electrostatic precipitator was positively correlated with voltage before 40kV, but decreased after due to corona discharge. The grid with a pore size of 40mesh had the highest dust removal efficiency. Among the composite solutions, 0.3% LABSA/0.5% AES achieved a dust removal efficiency of 96.74%, and reducing the pore size further decreased the dust removal efficiency.The stronger the wetting ability of the surface active agent on dust, the greater the improvement in dust removal efficiency when it is involved in the dust removal process.

compound electrostatic precipitation；spray；surface active agent；metal mesh grid

X513

A

1000-6923(2023)10-5107-07

2023-03-01

安徽高校自然科學研究項目(KJ2019A0052);安徽省大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(S202210360228)

* 責任作者, 副教授, dql3316@163.com

丁厚成(1973-),男,安徽省來安縣人,副教授,博士,主要從事工業(yè)通風與除塵方面研究.發(fā)表論文50余篇.hnhoucheng@163.com.

丁厚成,章成浩,鄧權(quán)龍,等.表面活性劑協(xié)同荷電水霧增效除塵實驗研究 [J]. 中國環(huán)境科學, 2023,43(10):5107-5113.

Ding H C, Zhang C H, Deng Q L, et al. Experimental study on synergistic enhancement of dust removal by surface active agent and charged water mist [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5107-5113.