文丘里洗滌除塵器實驗指導書

一、實驗目的和意義
濕式除塵器是使含塵濃度氣體與液體密切接觸，利用水滴和顆粒的關心國家大事碰撞及他作用捕集粉塵或使粒徑增大的裝置。文丘里洗滌器是濕式除塵器的一種，屬高效除塵器，常用于高溫煙氣降溫和除塵。影響文丘里洗滌器性能的因素較多，為了使其在合理的操作條件下達到高除塵效率，需要通過實驗研究各因素影響其性能的規(guī)律。
通過本實驗：1、要進一步提高本科學生對文丘里洗滌器結構形式和除塵機理的認識；
2、學習濕式除塵器動力消耗的測定方法；
3、了解濕法除塵與干法除塵在除塵性能測定中的不同實驗方法；
4、管道中各點流速和氣體流量的測定
5、文丘里除塵器的壓力損失和阻力系數的測定
6、文丘里除塵器的除塵效率測定
7、并通過實驗方案設計和實驗結果分析，加強學生綜合應用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
設備特點
1、可測定文丘里除塵器除塵效率。
2、可測定研究處理風量、待處理氣體含塵濃度對除塵效率及壓力損失的影響。
3、配有微電腦粉塵濃度檢測系統(tǒng)（能在線監(jiān)測進口處與出口處含塵濃度的變化、并具有數據采集與直接打印輸出功能）。
4、裝置配有微電腦風量、風壓檢測系統(tǒng)（能在線監(jiān)測各段的風壓、風速、風量，并具有數據采集與直接打印輸出功能）。
5、設備帶有機械自動發(fā)塵裝置、發(fā)塵量可精確控制調節(jié)。
6、設備配有氣塵混合系統(tǒng)，使風管內的粉塵分布均勻、取樣檢測更精確。
7、處理風量、進塵濃度等可自行調節(jié)。
8、該裝置可在線數據采集、也可備用數據采集接口、設備系統(tǒng)還在凈化設備前后配有人工采樣口。二、實驗原理和方法
文丘里洗滌器性能（處理氣體流量、壓力損失、除塵效率、及喉口速度、液氣比、動力消耗等）與其結構形式和運行條件密切相關。本實驗是在除塵器結構相識和運行條件已定的前提下，完成除塵器性能的測定。
處理氣體量及喉口速度的測定和計算
（1）處理氣體量的測定和計算測定文丘里洗滌器處理氣體量，應同時測出除塵器進、出口的氣體流量（Q_G1、Q_G2）取其平均值作為除塵器的處理氣體量（Q_G）。這類測定Q_G的方法稱為動壓法，其計算式如下。
Q_G=(Q_G1+Q_G2)(m³/s)（式1）
除塵器漏風濾（δ）按下式計算。
δ=%（式2）
當實驗系統(tǒng)漏風率小于5%時，還可采用靜壓法測定Q_G，即根據測得的系統(tǒng)喇叭形入口均流管處平均靜壓（），按下式計算。
Q_G=φ_VA（m³/s）（式3）
式中φ_V——喇叭形入口均流管的流量系數
A——測定斷面的面積，m²
——管道中氣體密度，kg/m³
（2）喉口速度的測定和計算若文丘里洗滌器喉口斷面積為A_T，則其喉口平均氣流速度（V_T）為
_T=Q_G/A_T(m/s)（式4）
2、壓力損失的測定和計算
文丘里洗滌器壓力損失（Δp_G）為除塵器進、出口氣體平均全壓差。若實驗裝置中除塵器進、出口連接管道的斷面積相等，則其壓力損失可用除塵器進、出口管道中氣體的平均靜壓差（Δp_s12）表示，即
Δp_G=Δp_s12-∑Δp_i（式5）
Δp_G=Δp_s12-(lR_L+Δp_m)（式6）
式中Δp_G——文丘里洗滌器壓力損失，Pa；
Δp_s12——文丘里洗滌器進、出口管道中氣體的平均靜壓差，Pa；
Δp_i——文丘里洗滌器實驗系統(tǒng)壓力損失之和，Pa；
l——文丘里洗滌器實驗系統(tǒng)管道長度，m；
R_L——單位長度管道的摩擦阻力，即摩擦比，Pa；
Δp_m——文丘里洗滌器實驗系統(tǒng)局部阻力，Pa。
應該指出，洗滌器壓力損失隨操作條件變化而改變，本實驗的壓力損失測定應在洗滌器穩(wěn)定運行（V_T、L保持不變）的條件下進行，并同時測定記錄V_T、L數據。
3、耗水量及液氣比的測定和計算
文丘里洗滌器的耗水量（Q_L），可通過設在洗滌器進水管上的流量計13（）直接讀得。在同時策得洗滌器處理氣體量（Q_G）后，即可由下式求出液氣比（L）
L=Q_L/Q_G(L/m³)（式7）
4、除塵效率的測定和計算
文丘里洗滌除塵效率（η）的測定，亦應在按除塵器穩(wěn)定運行的條件下進行，并同時記錄V_T、L等操作指標。
文丘里除塵器的除塵效率常用質量濃度法測定，即在除塵器進、出口測定斷面上，用等速采樣法同時測出氣流含塵濃度，并按下式計算。
η=%（式8）
式中C₁，C₂——分別為文丘里洗滌器進、出口氣流含塵濃度，g/m³。
考慮到霧沫分離器不可能捕集全部液滴,文丘里洗滌器出口氣體中水分含量一般偏高,故在進、出口測定斷面同時采樣時，宜使用濕式沖擊瓶作為集塵裝置。
5、除塵器動力消耗的測定和計算
文丘里洗滌器動力消耗（E）等于通過洗滌器氣體的動力消耗與加入液體的動力消耗之和，計算如下。
E=（kW·h/1000m³氣體）（式9）
式中Δp_G——通過文丘里洗滌器氣體的壓力損失，Pa（3600Pa=1kW·h/1000m³氣體）；
Δp_L——加入洗滌器液體的壓力損失，即供水壓力Pa；
Q_L——文丘里洗滌器耗水量，m³/s
Q_G——文丘里洗滌器處理氣體量，m³/s。
上式中所列的Δp_G、Q_G、Q_L已在實驗總測得。因此，只要在除塵器進水管上的壓力表讀得Δp_L，便可按式9計算除塵器動力消耗（E）。
應當注意的是，由于操作指標_T、L對動力消耗（E）影響很大，所以本實驗所測得的動力消耗（E）是針對某一操作狀況而言的。
三、實驗裝置、流程和儀器
技術指標
1、環(huán)境溫度：5℃～40℃；2、系統(tǒng)風量0~200m3/h；
3、文丘里除塵效率約：90~99%；4、氣體的含塵濃度：<50g/m3；
5、壓力降：<3000Pa；6、喉管處氣體流速：50-120m/s；
7、塔徑≥250mm；8、塔高≥1500mm；
9、裝置總體尺寸：長×寬×高≥2600×600×2600mm；
10、電源380V三相四線制功率2000W。
實驗裝置
1、微電腦進氣粉塵濃度檢測系統(tǒng)1套2、微電腦尾氣粉塵濃度檢測系統(tǒng)1套
3、微電腦在線風量檢測系統(tǒng)1套4、微電腦在線風速檢測系統(tǒng)1套
5、微電腦在線風壓檢測系統(tǒng)1套6、10英寸液晶顯示器1套
7、在線溫度、濕度檢測系統(tǒng)1套；8、配套分析處理軟件1套（能記錄保存實驗數據，數據變化曲線分析，取樣時間設定，工作效率自動換算等功能）
9、數據處理分析系統(tǒng)1套；10、計算機通訊接口1套；
11、控制檢測系統(tǒng)開關電源1套
12、專用測壓軟管1套13、氣塵混合系統(tǒng)1套；
14、氣體整流板1套；15、系統(tǒng)靜壓測口2個
16、透明有機玻璃喇叭型進灰管段1套；17、自動粉塵加料裝置1套；
18、液體流量計1只19、耐酸耐堿水泵1臺
20、液體噴射分配裝置1套21、儲液水箱1個
22、調節(jié)球閥1套23、進出口風管1套；
24、人工取樣口2個25、高壓離心通風機1臺；
26、風量調節(jié)閥1套；27、調節(jié)電位器1個
28、漏電保護開關1個29、指示按鈕開關4只；
30、電源線1批；31、工作電壓表1個，工作電流表1個
32、金屬電器控制箱1臺33、不銹鋼支架、管道、開關等1套。

本實驗需自行配備以下儀器。
（1）干濕球溫度計1支；（9）濕式沖擊瓶2個；
（2）空盒式氣壓表1個；（10）旋片式真空泵2個；
（3）鋼卷尺2個；（11）秒表2個；
（4）轉子流量計1支。（12）光電分析天平1臺；
（5）傾斜式微壓計3臺；（13）托盤天平1臺；
（6）畢托管2支；（14）鼓風干燥機1臺；
（7）煙塵采樣管2支；（15）干燥器2個；
（8）煙塵測試儀2臺；（16）彈簧壓力表1支；
四、實驗內容和要求
1、實驗內容
室內空氣環(huán)境參數的測定。包括室內空氣的干球溫度、濕球溫度、相對濕度、當地大氣壓力等參數測定，計算空氣中水蒸氣體積分數（除塵系統(tǒng)中氣體含濕量）。
文丘里洗滌器實驗裝置的測定。包括測量文丘里洗滌器進、出口測定斷面直徑和喉口直徑，確定采樣斷面分環(huán)數和測點數；除塵系統(tǒng)入口喇叭形均流管流量系數φ_V測定；文丘里洗滌除塵器供水系統(tǒng)和發(fā)塵系統(tǒng)調節(jié)，保證實驗系統(tǒng)在液氣比L=0.7~1.0L/m³和進口氣流含塵濃度為3~10g/m³范圍內穩(wěn)定運行。
文丘里洗滌器性能的測定和計算。在固定文丘里洗滌器實驗系統(tǒng)進口發(fā)塵濃度和液氣比條件下，測定和計算文丘里洗滌器處理氣體量（Q_G）、漏風率（δ）、喉口速度（_T）、壓力損失（Δp）和除塵效率（η）。
實驗結果分析。認真記錄文丘里洗滌器處理氣體量和喉口速度、液氣比、壓力損失和除塵效率（通過率）等性能參數測定數據，分析文丘里洗滌器除塵效率（通過率）、壓力損失和喉口速度的關系。
2、實驗要求
本實驗為綜合應用型實驗，若教學需要也可以請學生重新設計實驗系統(tǒng)，轉變?yōu)樵O計型實驗。因此，本實驗應安排在除塵裝置課堂教學以后進行。學生應在完成本教程前述實驗且熟悉文丘里洗滌器的基礎上參加本實驗。
本實驗要求學生在了解實驗原理和方法、實驗裝置和流程、實驗內容和要求的基礎上，自行編制實驗程序和步驟，自行設計各類實驗數據記錄表和分析圖，獨立完成文丘里洗滌器_T-Δp和_T-η(P)性能曲線分析。
（3）上述實驗內容（2）中要求本實驗應在固定液氣比L和發(fā)塵濃度C₁的條件下進行，實際上，液氣比L和喉口速度_T均為影響文丘里洗滌器壓力損失Δp和除塵效率η的重要因素。為了加深學生對文丘里洗滌器性能的了解，亦可通過改變L和_T，測定壓力損失，并要求學生采用回歸分析方法，提出實驗用文丘里洗滌器的壓力損失Δp計算模型。
（4）本實驗測定中，氣體壓力損失Δp_G、液體壓力損失Δp_L、處理氣體量Q_G、耗水量Q_L、喉口速度_T、除塵效率η、通過率P和動力消耗E等參數皆應取三組以上實驗數據，并取其平均值作為實驗結果。
五、實驗數據記錄和整理
1、室內空氣環(huán)境參數測定
本實驗中有關空氣的溫度、壓力、含濕量等環(huán)境參數記錄和整理參看實驗五，并由學生自行設計記錄表匯總。
2、文丘里洗滌器試驗裝置測定
文丘里洗滌器結構參數在實驗裝置上測量取得，耗水量Q_L在系統(tǒng)流量計13讀取，并同時記錄供水壓力Δp_L、在入口均流管靜壓測孔連接的微壓計讀取靜壓|p_s|。自行設計實驗記錄表并將上述數據匯總。
3、文丘里洗滌器性能測定和計算
文丘里洗滌器處理氣體量Q_G按式1或式3計算，除塵器漏風率按式2計算，壓力損失Δp_G按式5計算，喉口速度_T按式4計算，液氣比L按式7計算，除塵效率按式8計算，動力消耗E按式9計算。自行設計文丘里洗滌器性能測定計算表匯總。表1可作為學生設計記錄表的參考。
4、實驗結果分析
實驗結果分析是在完成壓力損失Δp除塵效率η或通過率（P）和喉口速度_T液氣比（L）等性能參數測定后進行，應至少取得五組不同_T（或L）下的Δp和η(P)數據，再開展分析研究。可視實驗教學安排在以兩個方面選擇一項完成。
壓力損失、除塵效率和喉速度的關系分析Δp、η（P）與_T的相互關系，并繪制_T-Δp和_T-η(P)實驗性能曲線。
壓力損失和喉口速度、液氣比的關系根據取得的實驗數據，分析Δp與_T、L的相關關系，采用回歸分析方法，建立Δp=f(_T，L)的計算模型。
 
表1文丘里除塵器性能測定記錄表

大氣壓力 pA/kPa

室內空氣參數

測定斷面面積

喉口面積 AT/m2

粉塵特性

均流管流量系數 φV

測定日期

測定人

干球溫度 /℃

濕球溫度 /℃

相對濕度 /%

進口 /m2

出口 /m2

種類

d50/μm

序號

測定項目

符號

單位

測定數據

1

2

3

三次平均

1

處理氣體流量和喉口速度

進口氣體

溫度 靜壓 斷面平均流速 流量

t1 ps1 1 QG1

℃ Pa m/s m3/s

出口氣體

溫度 靜壓 斷面平均流速 流量

t2 ps2 2 QG2

℃ Pa m/s m3/s

除塵器處理氣體流量

QG

m3/s

除塵器喉口速度

T

m/s

2

耗液水氣量比

耗水量 液氣比

QL L

L/h L/h

3

壓力損失及凝聚器內靜壓變化

收縮權氣體入口靜壓 喉管內氣體靜壓 擴散權氣體出口靜壓 文丘里凝聚器壓力損失

psA psBC psD Δps

Pa Pa Pa Pa

除塵器進出口氣體平均靜壓差 除塵器進出口連接管道壓損之和 除塵器壓力損失

Δps12 ∑Δpi ΔpG

Pa Pa Pa

4

除塵效率

進口

集塵量 采氣總體積(標準狀態(tài)) 含塵濃度

ΔG1 ∑VNdl C1

mg L g/m3

出口

集塵量 采氣總體積(標準狀態(tài)) 含塵濃度

ΔG1 ∑VNdl C1

mg L g/m3

除塵器凈化效率

η

%

5

動力消耗

除塵器供水壓力 除塵器動力消耗

ΔpL E

kPa

 
六、討論（討論結果寫入實驗報告）
分析文丘里洗滌器的結構，說明收縮管、喉管和擴散管的長度、直徑、擴張角度等幾何尺寸對除塵效率和壓力損失的影響。
試比較采用動壓法和靜壓法測定文丘里洗滌器處理氣體量的差別，并分析其原因。
為什么文丘里洗滌器性能實驗應該在操作指標_T、L固定的運行狀態(tài)下進行測定/
根據實驗結果，試分析影響文丘里洗滌器效率的主要因素。
根據實驗結果，試說明降低文丘里洗滌器動力消耗的主要途徑。