除尘装置(3)

§3湿式除尘器Scrubber一、概述二、湿式除尘器的除尘机理三、喷淋塔洗涤器四、旋风洗涤器五、文丘里洗涤器§3湿式除尘器一、概述使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置可以有效地除去直径为0.1～20μm的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95%高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以上湿式除尘器湿式除尘器板式塔填料塔湿式除尘器旋风水膜除尘工程上使用的湿式除尘器型式很多，大体分为低能、高能两类。低能压力损失0.2-1.5Kpa，包括喷雾塔、旋风洗涤器等。一般耗水量（L/G比）0.5-3.0l/m3，对10μm以上的η可达90-95%,常用于焚烧炉、化肥制造、石灰窑的除尘;高能湿式除尘器ΔP=2.5-9.0Kpa，η可达95%以上,如文丘里洗涤器。根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器板式洗涤器填料洗涤器文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器主要湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称气体流速/m∙s-1液气比/l∙m-3压力损失/Pa分割直径/μm喷淋塔0.1～22～3100～5003.0填料塔0.5～12～31000～25001.0旋风洗涤器15～450.5～1.51200～15001.0转筒洗涤器（300～750r/min）0.7～2500～15000.2冲击式洗涤器10～2010～500～1500.2文丘里洗涤器60～900.3～1.53000～80000.1湿式除尘器的优点在耗用相同能耗时，比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子，仍有很高效率可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用湿式除尘器的缺点排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施二、湿式除尘器的除尘机理Scrubber湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。主要是惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。1.惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞是湿式除尘的一个主要机理。现讨论尘粒、液滴和气流性质对碰撞的影响问题，为简化起见，现考虑下述模型：含尘气流在运动过程中同液滴相遇，在液滴前xd处气流开始改变方向，绕过液滴运动，而惯性较大的尘粒有继续保持其原来直线运动的趋势。尘粒运动主要受两个力支配，即其本身的惯性力以及周围气体对它的阻力。气体流线停滞流线Xd气流方向d0vpoXs12345图3.3不同粒径的球形颗粒在液滴上的捕获示意图液滴二、湿式除尘器的除尘机理定义：尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离称为粒子的停止距离xs;xd为原始距离，即气流改变方向时，液滴距尘粒的距离。若xs≥xd时发生碰撞,一般用碰撞参数φ=xs/xd来反映除尘效率的大小。碰撞参数受到多种因素的影响,在上述简化模型的前提下，现以液滴直径dD代替xd(液滴直径dD大，流线拐弯处的距离越大，xd越大)。并用惯性碰撞数Ni来表示碰撞参数φ的大小。将xs与dD(液滴直径)的比值称为碰撞数Ni。尘粒与液滴间的碰撞率，即尘粒从气流中除去的效率与此碰撞数有关。(1)根据粉尘受力情况推导碰撞数Ni推导过程如下:粉尘运动时主要受两个力的作用：惯性力FI和阻力fd。FI=fd时经过积分得xsVp0——相对速度，即尘粒相对于液滴的速度；dtdVmFIpdVf31820pppsdVX二、湿式除尘器的除尘机理dD——液滴直径。碰撞数的影响因素：①Vp0：Vp0增大，Ni增大，则效率增大。②dD：dD增大，Ni减小，则效率减小。DpppIddVN1820pDpVVV0DpIdVN0二、湿式除尘器的除尘机理但太小，相对速度会变得太小，粉尘跟液滴碰撞不上。一般dD100μm(据stokes公式可推算出来)dp小（1μm）dp大（5-10μm）mdddddddddppDpDppDp100150选大；小选小；大150pDdd150pDdd二、湿式除尘器的除尘机理1.惯性碰撞参数与除尘效率(2)惯性碰撞参数也可以用Stokes准数表示。定义xs与液滴直径dD的比值为Stokes准数(即惯性碰撞数Ni)，对Stokes粒子的除尘效率有：定义惯性碰撞参数NI：停止距离xs与液滴直径dD的比值对斯托克斯粒子up：粒子运动速度uD：液滴运动速度dD：液滴直径2pppDstIDD()9duuCxSNdd二、湿式除尘器的除尘机理由上式可见，当尘粒直径和密度确定以后，碰撞参数NI与粒子和液滴之间的相对速度成正比，而与液滴直径成反比。所以对于给定的烟气系统，要提高NI值，必须提高气液相对运动速度和减小液滴直径。目前，工业上常用的各种湿式除尘器基本上是围绕这两个因素发展起来的。但液滴直径并非愈小愈好，直径过小，液滴容易随气流一起运动，减小了气液相对运动速度。气体的粘度越大则效率愈低。三、喷雾塔洗涤器假定所有液滴具有相同直径液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降液滴在断面上分布均匀、无聚结现象含尘气体清洁气体循环水含尘水三、喷雾塔洗涤器则立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可以用下式预估ut一液滴的终末沉降速度，m/sVG－空塔断面气速，m/sz－气液接触的总塔高度，md－单个液滴的碰撞效率LtdGDtg31exp[]2()QuzQduV三、喷雾塔洗涤器单液滴捕集效率ηd可用下式表示对于Stokes粒子，紊流过渡区，牛顿区，2tdt()0.7SSsDPDtIDDD2()2xuuuSNddd2tDDdDiudd()正比tDDdDiudd不随变化05tDDdD1iudd./()反比错流式中，垂直方向气速=0，,所以三、喷雾塔洗涤器错流式喷雾塔tgtuVuLdtGD3exp()2QZPQd三、喷雾塔洗涤器喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要四、旋风洗涤器干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底在出口处通常需要安装除雾器四、旋风水膜除尘器喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下排走四、旋风洗涤器旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.5～1.5kPa，可以下式进行估算2L0LDGQPPuQ－旋风洗涤器的压力损失，pa－喷雾系统关闭时的压力损失，Pa－液滴密度，kg/m3－液滴初始平均速度，m/s0PLDuP四、旋风洗涤器离心洗涤器净化dp5μm的尘粒仍然有效耗水量L/G=0.5～1.5L/m3适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作脱水器由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱可采用比喷雾塔更细的喷嘴五、文丘里洗涤器除尘器系统的构成文丘里洗涤器除雾器沉淀池加压循环水泵除尘过程文丘里除尘器：收缩管，喉管，扩散管就其断面形状圆形文丘里除尘器矩形文丘里除尘器文丘里洗涤器五、文丘里洗涤器1.除尘过程含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能在喉管入口处，气速达到最大，一般为50～180m/s洗涤液（一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速充分的雾化是实现高效除尘的基本条件五、文丘里洗涤器气速、液滴速度和捕集效率五、文丘里洗涤器通常假定微细尘粒以气流相同的速度进人喉管洗涤液滴的轴向初速度为零，由于气流曳力在喉管部分被逐渐加速。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口速度必须较高五、文丘里洗涤器2.几何尺寸进气管直径D1按与之相联管道直径确定，管道中气流速度一般为16m/s—22m/s收缩管的收缩角α1常取23o～25o喉管直径DT按喉管气速vT确定，其截面积与进口管截面积之比的典型值为1：4vT的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、对洗涤器效率和阻力的要求等因素D2L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2五、文丘里洗涤器2.几何尺寸（续）扩散管的扩散角α2一般为5o～7o出口管的直径D2按与其相联的除雾器要求的气速确定由于扩散管后面的直管还具有凝聚和恢复压力的作用，一般设1—2m长的连接管，再接除雾器。收缩管和扩散管的长度L1及L2由下式计算：L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L21T1122DDLctg2T2222DDLctg喉管长度取喉管直径的0.8—1.5倍或200～500mm五、文丘里洗涤器3.压力损失高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因而压力损失大于其它湿式和干式除尘器卡尔弗特等人基于气流损失的能量全部用于在喉管内加速液滴的假定，发展了计算文丘里洗涤器压力损失的数学模式湿式除尘器的设计举例湿式除尘器的设计步骤一般为(1)收集需处理的废气的有关资料，包括废气流量、废气温度、废气密度、废气中粉尘的浓度、粉尘的密度、粒尘的粒径分布等;当地政府对该污染源下达的粉尘排放标准。(2)确定要达到的处理效率。(3)根据废气和粉尘的特点、性质及需要达到的处理效率，选取恰当的湿式除尘设备。(4)根据工程经验，选取设备的有关参数。(5)计算各种粒径的粉尘的分级效率，由此得到总去除率，并与要求的除尘效率比较，如达到要求，则继续向下计算，如达不到要求，则重新选择设备参数，再计算分级效率和总除尘效率，直至达到要求为止。(6)计算设备的其它结构参数。(7)计算设备的阻力降。