氧化鋁在布袋上沉積和吸附HF規(guī)律研究.pdf

1、在鋁電解行業(yè)，廣泛使用布袋除塵器凈化鋁電解煙氣中的氧化鋁粉塵和HF有毒氣體。布袋上形成均勻的粉塵層不但能過濾微小粉塵，還具有吸附HF的作用。在兼顧壓降的情況下，為了使粉塵層具有更好的吸附HF的效果，本文綜合應(yīng)用數(shù)值方法、理論分析和實驗方法對氧化鋁粉塵在布袋上沉積和吸附HF規(guī)律進行了研究。用數(shù)值方法對布袋除塵器內(nèi)部流場進行了分析，提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。實驗研究了氧化鋁在布袋上沉積、布袋過濾壓降和沉積層吸附HF的規(guī)律；擬合了粉塵沉積層厚度分布

2、與平均過濾速度、粉塵含量、單位過濾面積加料量及布袋長度的關(guān)系式。從理論上對除塵器內(nèi)氧化鋁顆粒進行了受力分析，在前人一維壓降模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了與粉塵層厚度關(guān)聯(lián)的過濾壓降二維模型，對布袋除塵器的除塵機理、氧化鋁顆粒吸附氟化氫吸附機理進行了分析，建立了氧化鋁在布袋上沉積和吸附氟化氫的綜合經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型。用MATLAB軟件對模型進行了數(shù)值求解，并將實驗結(jié)果和模擬結(jié)果進行了驗證，表明兩者具有很好的一致性。
　　 工業(yè)實踐表明，我國廣泛使用

3、于鋁電解煙氣凈化行業(yè)的布袋除塵器在結(jié)構(gòu)上有諸多不足之處。本文提出了三種改進方法：(1)在除塵器進氣口內(nèi)側(cè)增加導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，(2)在進氣通道加導(dǎo)流板，(3)在除塵器底部加導(dǎo)流板。通過綜合應(yīng)用這三種方法來達到均勻除塵器內(nèi)部流場的目的。并采用離散相模型，用FLUENT軟件對每個方案進行了數(shù)值模擬分析。求得了除塵器內(nèi)部氧化鋁顆粒運動速度-軌跡和氣相速度分布，通過顆粒相和氣相流場分布均勻程度，確定布袋除塵器內(nèi)流道增設(shè)構(gòu)件結(jié)構(gòu)和分布。除塵器結(jié)構(gòu)改進后，

4、改善了氣流分布，使氣體較均勻上升，避免大旋渦。為研究布袋上粉塵層的形成和吸附HF規(guī)律奠定基礎(chǔ)。
　　 在實驗部分，為了研究氧化鋁在布袋上沉積規(guī)律，本文創(chuàng)新設(shè)計了一套除塵實驗裝置和粉塵層厚度測量方法。采用透明的有機玻璃裝置和扁平布袋結(jié)構(gòu)，用移動式測量顯微鏡從粉塵層外側(cè)面在線測量其厚度。且在1米長的扁平過濾布袋基礎(chǔ)上，本文分段實驗研究了1米-6米布袋對粉塵層厚度分布的影響。從而解決了布袋上粉塵層不易測量和按傳統(tǒng)實驗方法研究所帶來的實

5、驗裝置建造費用高的問題。基于此裝置，實驗研究了煙氣平均過濾速度、煙氣中粉塵含量、過濾時間和布袋長度對布袋上粉塵層厚度分布的影響。并首次用GuassAmp峰值函數(shù)擬合了粉塵層厚度分布規(guī)律。GuassAmp峰值函數(shù)的三個中間變量A、w、xc可以用于評價粉塵層分布情況。A反映出沉積層厚度形成過程與u，c和t（時間）的關(guān)系，w除以布袋長度L，即W/L反映了布袋上粉塵層分布均勻程度，xc表示最厚處距布袋軸線長度中點的接近程度。所以，選擇峰值函數(shù)y

6、=Ae(x-x2)2/2w2 進行擬合，在布袋除塵器研究方向具有一定的創(chuàng)新意義。
　　 此外，在此實驗裝置上，實驗研究了平均過濾速度、氧化鋁粉塵含量和HF含量對過濾沉積層吸附氟化氫效果的影響。研究表明：在相同的過濾時間里，粉塵含量越高，除氟效果越好；綜合考慮過濾壓降和對除氟效果的影響，布袋長5米最佳；平均過濾速度在20mm/s-60 mm/s范圍內(nèi)，40mm/s時具有最好的除氟效果；進口處HF含量越高，出口處HF含量越高。研究亦

7、表明布袋脈沖清灰不要太徹底，否則剛清灰后，布袋上由于粉塵層太少，導(dǎo)致除氟效率低下。
　　 在過濾達西定律的基礎(chǔ)上，本文依據(jù)特定條件推導(dǎo)了與粉塵層厚度相關(guān)的過濾壓降二維模型。在分子氣動理論基礎(chǔ)和前人研究基礎(chǔ)上，用反應(yīng)本征動力學(xué)和宏觀動力學(xué)相關(guān)理論分析HF在氧化鋁沉積層中的吸附機理，其宏觀反應(yīng)符合收縮未反應(yīng)芯模型，并建立了相應(yīng)的吸附速率方程式。
　　 最后，在實驗和理論分析基礎(chǔ)上，首次建立了氧化鋁粉塵沉積和吸附HF的綜合經(jīng)驗

8、數(shù)學(xué)模型，并用MATLAB編程求得了數(shù)值解，數(shù)值解和實驗結(jié)果具有很好的一致性，從而驗證了綜合經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型的有效性。該綜合經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型可以根據(jù)操作條件和布袋長度預(yù)測鋁電解煙氣布袋除塵器的過濾壓降和除氟效率，為工程設(shè)計提供參考依據(jù)。
　　 由于實驗條件限制，本研究還有一些不足之處。還需在不同溫度范圍、不同氧化鋁樣品對過濾吸附HF的影響方面做進一步研究，另外，本研究的過濾除氟綜合經(jīng)驗數(shù)學(xué)模型還需得到工業(yè)實踐檢驗，并根據(jù)實踐對模型進行修