氧化鋁在布袋上沉積和吸附HF規律：在鋁電解行業,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 好的吸附HF的效果,本文綜合應用數值方法、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規律進行了研究。用數值方法對布袋除塵器內部流場進行了分析,提出了結構優化方案。

          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的規律;擬合了粉塵沉積層厚度分布與平均過濾速度、粉塵含量、單位過濾面積加料量及布袋長度的關系式。從理論上對除塵器內氧化鋁顆粒進行了受力分析,在前人一維壓降模型的基礎上,推導了與粉塵層厚度關聯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驗數學模型。用MATLAB軟件對模型進行了數值求解,并將實驗結果和模擬結果進行了驗證,表明兩者具有很好的一致性。

         工業實踐表明,我國廣泛使用于鋁電解煙氣凈化行業的布袋除塵器在結構上有諸多不足之處。本文提出了三種改進方法:(1)在除塵器進氣口內側增加導流結構,(2)在進氣通道加導流板,(3)在除塵器底部加導流板。通過綜合應用這三種方法來達到均勻除塵器內部流場的目的。并采用離散相模型,用FLUENT軟件對每個方案進行了數值模擬分析。求得了除塵器內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,確定布袋除塵器內流道增設構件結構和分布。

         除塵器結構改進后, 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規律奠定基礎。 在實驗部分,為了研究氧化鋁在布袋上沉積規律,本文創新設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 玻璃裝置和扁平布袋結構,用移動式測量顯微鏡從粉塵層外側面在線測量其厚度。且在1米長的扁平過濾布袋基礎上,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實驗方法研究所帶來的實驗裝置建造費用高的問題?；诖搜b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 次用GuassAmp峰值函數擬合了粉塵層厚度分布規律。GuassAmp峰值函數的三個中間變量A、w、x_c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,x_c表示 厚處距布袋軸線長度中點的接近程度。所以,選擇峰值函數y=Ae~((x-x_c)~2/2w~2)進行擬合,在布袋除塵器研究方向具有 的創新意義。

          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 佳;平均過濾速度在20mm/s-60 mm/s范圍內,40mm/s時具有 好的除氟效果;進口處HF含量越高,出口處HF含量越高。研究亦表明布袋脈沖清灰不要太 ,否則剛清灰后,布袋上由于粉塵層太少,導致除氟效率低下。 在過濾達西定律的基礎上,本文依據特定條件推導了與粉塵層厚度相關的過濾壓降二維模型。在分子氣動理論基礎和前人研究基礎上,用反應本征動力學和宏觀動力學相關理論分析HF在氧化鋁沉積層中的吸附機理,其宏觀反應符合收縮未反應芯模型,并建立了相應的吸附速率方程式。 后,在實驗和理論分析基礎上, 次建立了氧化鋁粉塵沉積和吸附HF的綜合經驗數學模型,并用MATLAB編程求得了數值解,數值解和實驗結果具有很好的一致性,從而驗證了綜合經驗數學模型的有效性。該綜合經驗數學模型可以根據操作條件和布袋長度預測鋁電解煙氣布袋除塵器的過濾壓降和除氟效率,為工程設計提供參考依據。 由于實驗條件 ,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驗數學模型還需 工業實踐檢驗,并根據實踐對模型進行修正。