湿式除尘

湿式除尘•利用洗涤液（一般为水）与含尘气体充分接触，将尘粒洗涤下来而使气体净化。•湿式除尘器可以有效将直径为0.1~20μm的液态或固态粒子从气流中除去，同时，也能脱除部分气态污染物。•湿式除尘器有哪些优缺点？优点:①除尘效率高，除尘器结构简单，造价低，占地面积小，操作维修方便。②既能捕集固体颗粒，也能脱除气态污染物。③同时还能降低温度，特别适宜于处理高温、高湿、易燃、易爆的含尘气体。缺点：①需要消耗一定量的水，需对洗涤后的含尘污水、污泥进行处理；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，设备易受腐蚀，比一般干式除尘器的操作费用要高，能耗大。②在寒冷地区不适用（冬天设备可能冻结）；③水硬性粉尘与憎水性粉尘不适用；④不利于副产品的回收；⑤降低烟气抬升高度。•工程上使用的湿式除尘器型式很多，大体分为低能、中能、高能三类。低能湿式除尘器：压力损失0.2~1.5kPa，包括喷雾塔、旋风洗涤器等，对10um以上的颗粒净化效率可达90%左右。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；但主要用于废气治理。中能耗湿式除尘器：压力损失为1.5~2.5kPa，如冲击水浴除尘器、机械诱导喷雾洗涤器等。高能湿式除尘器：ΔP=2.5~9.0kPa，η可达95%以上，例如文丘里洗涤器。常用于燃煤电站、冶金和造纸等行业烟气除尘。根据湿式除尘器的净化机理，可以将其大致分成七类：1.重力喷雾洗涤器•（机械喷雾塔）2.旋风洗涤器•（离心洗涤器）3.板式洗涤器•（泡沫洗涤器）4.贮水式冲击水浴除尘器•（自激喷雾洗涤器）5.文丘里洗涤器6.填料洗涤器7.机械动力洗涤除尘器填料塔板式塔自激式除尘器表：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60～900.3～1.53000～80000.1一、湿式除尘机理•尘粒的惯性越大，气体流线曲率半径越小，尘粒脱离流线而被液滴捕集的可能性越大。（如图b）•当尘粒与液滴碰撞时，尘粒若能被该液体润湿，则进入液体内部（如图c）。•若不能被润湿，则粘附在液滴表面。所有接近液滴的尘粒，在直径d0的面积范围内将与液滴碰撞(如图d)。尘粒轨迹气体流线曲率半径（1）惯性碰撞湿式除尘机理•通常把气流中有可能被分离的垂直断面面积与液滴在气流方向上的投影面积之比叫做碰撞效率ηt，•从捕集角度来看，希望ηt接近于1，ηt与惯性参数φ的关系为：•Φ数值越大，说明粉尘与液滴等捕集体的碰撞机会越多，碰撞越强烈，因此碰撞所造成的除尘效率也就越高。•对于以惯性碰撞为主要除尘机理的湿式除尘器而言，要提高除尘效率，必须提高φ的值。20Ltdd65.0tLpDppdVVd182湿式除尘机理•提高气流和液滴的相对速度Vs、减小液滴直径dL是提高除尘效率的主要途径。•此外，尘粒的密度及粒径越大，效率也越高；•而气体的黏度越大，则效率越低。LPspdd1865.0265.0tLpDppdVVd182湿式除尘机理•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。①提高气流和液滴的相对速度Vs②减小液滴直径dL请思考：液滴直径越小越好吗？液滴直径不是越小越好，直径过小的液滴容易随气流一起运动，减少了液气相对运动速度。例如：在文丘里洗涤器中，气流处于高速运动，小液滴比大液滴更容易被加速到载气速度。又如：在喷雾塔中，气体速度虽然不影响液体速度，但是重力影响液滴速度，因此对于给定颗粒为获得最大除尘效率，应有一个最佳的液滴直径。一般认为，液滴直径为捕集粉尘粒径的150倍左右较好。湿式除尘机理•斯台尔曼研究了尘粒和水滴尺寸对喷雾塔除尘效率的影响。•根据斯台尔曼对逆流喷雾洗涤器的实验，当尘粒密度为2kg/m3时，不同液滴捕集尘粒的效率如图6-42所示。湿式除尘机理•从图中可以看出：当液滴直径为0.8mm左右时，对尘粒的捕集效率最高。–这是综合了惯性碰撞和拦截作用两种除尘机理的结果。•喷雾塔的捕集效率取决于水滴直径及其与气流之间的相对运动状况，这与拦截和惯性碰撞理论是一致的。湿式除尘机理（2）扩散效应•对于粒径在0.3微米以下的尘粒，扩散是一个很重要的捕集因素。此时，微粒像气体分子一样做不规则的热运动（布朗运动），在运动过程中，尘粒和液滴接触而被捕集。•粒径越小，扩散系数越大，则除尘效率越高；液滴周围气膜厚度及液滴与气流的相对速度越大，效率越低。湿式除尘机理（3）黏附•当尘粒半径大于粉尘中心到液滴边缘距离时，粉尘被液滴粘附而被捕集。湿式除尘机理（4）扩散漂移与热漂移•若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷的液滴接触时，饱和蒸汽会在液滴表面凝结，形成一个向液滴运动的附加气流，这种气流促使尘粒向液滴移动，并沉积于液滴表面而被捕集。湿式除尘机理（5）凝聚•通过排烟系统排出的烟雾通常含有水蒸气﹑硫酸酐和气态有机物，当温度降低时，这些凝结成份就会被吸附在尘粒表面，使尘粒彼此凝结成较大的二次颗粒，易于被液滴捕集。湿式除尘机理二、气-液界面及除尘器的型式•用液体来洗涤和捕集气体中所含的微小尘粒，大体要在四种气液界面上进行，即气泡表面、液体射流表面、液膜表面、液滴表面。•现结合有关的湿式除尘器分述如下：（一）气泡表面•含尘气流通过多孔板上的液体时，气体在孔眼处形成气泡，并逐渐变大，随后上升通过液层。•筛板可分为三个区域：①最下层是鼓泡区，主要为液体；②中间层是运动的气泡区，主要是气体，液体是以气泡膜的形式存在；③上层是溅沫区，液体变成了不连续的溅沫。•气流中的尘粒主要在气泡区被捕集。气-液界面•以下是几种常用的泡沫式气体净化设备。（二）液体射流表面•图6-41（a）表示一个压力喷嘴形成的射流。喷出的射流经一定距离后破碎为直径分布范围很广的液滴群。•载尘气体平行于射流运动，在射流破碎的过程中，气体和液体发生强烈混合，•常见的除尘器是引射式文丘里洗涤器，由于尘粒和液滴相对速度较小，故此装置的捕集效率不很高，但由于液体喷射的抽吸作用，气体不需引风设备。气-液界面（三）液膜表面•液体依靠其流动性，润湿性在固体表面铺展开来，即形成液膜，如洗涤塔，内装填料，在填料表面形成液膜。气-液界面（四）液滴表面•靠机械力、惯性力以及摩擦力等使液体分散在大量气体中，从而形成液滴。气-液界面•图6-43(a)为机械喷雾塔，表示用机械力使液体通过一组多孔喷嘴分散成多液滴群的现象。在塔中液滴靠重力向下运动，含尘气流逆向流过液滴群，使尘粒被液滴捕集。•图6-43(b)是中心喷雾旋风洗涤器。•含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，水通过轴上安装的多头喷嘴喷出形成水雾与螺旋旋转气流相碰，使尘粒被捕集下来。（粗颗粒由离心力甩向器壁被液膜捕集，细颗粒在中心区与液滴碰撞而捕集。）•6-44（a）是利用惯性力的湿式除尘器，它使含尘气流直接冲击液面并急剧改变方向，粗尘粒靠惯性力与液体碰撞而被捕获，接着气流以细流方式穿过水层，激发出大量的液滴，受到二次净化。•根据此原理设计出的冲击式除尘器如图（b）所示，含尘气流进入后转弯向下冲击液面，粗尘粒被液体捕获，细尘粒随气流进入两叶之间的“s”型精净化室，由于高速气流冲击水面激起的液滴碰撞及离心作用，使细尘粒被捕集下来。•图6-45表示靠摩擦力来分散液体的一种情况。•液滴是被平行于液体表面流入的高速气流从大量的液体中分离出来的。气体和液滴通过一个旋涡室，在旋涡室里整个流动方向发生改变，从而产生了必要的尘粒和液滴的相对运动，成为一种有效的除尘过程。•离开旋涡室后，含尘液滴和净化后的气体发生分离。由于受气流速度的限制，故液滴较大，限制了除尘效率。•靠摩擦力来高效分散液体的是文丘里湿式除尘器。•如图a，大液滴由设置在喉口处的压力喷嘴垂直于气流方向引入，由于喉口处高速气流的摩擦力作用，使大颗粒液滴分裂成许多小液滴。•液体分裂的过程：1.进入的液体在气流摩擦力作用下被分裂成许多球形液滴；（图a）2.球面液滴在垂直气流的作用下变成椭球面液滴；（图b）3.在含尘气流的继续作用下，椭球面液滴进一步变成降落伞型薄层。（图c）•由于气流的惯性力，伞形薄层的环形圆曲面将脱离薄层破碎，并分裂成为许多很小的液滴。•这个过程重复出现，直到最新的液滴分裂成为很多小的含尘液滴为止。•这种方式能在有效的容积内造成很好的界面分布，液滴的椭球面和伞形薄层有利于尘粒的惯性碰撞，而且液滴不断破碎，表面不断更新，故尘粒的捕集效率很高。三、湿式除尘器的捕集效率（一）液滴群对尘粒的捕集方程（二）喷淋式洗涤器•喷淋塔是重力喷雾洗涤除尘器的简称。它是湿式除尘器中结构最简单的一种。在塔中装有一排或数排雾化洗涤器的喷雾器，气体中的粉尘粒子被雾化后正在下降的液滴所捕集。•喷淋塔广泛用于净化大于50um的粉尘，对于粒径小于10um的粉尘，净化效率较低。•喷淋塔很少用于脱除气态污染物，常与高效除尘器联用，起净化降温和加湿等作用。•喷淋塔按其截面形状，可分为圆形和椭圆形两种；根据除尘器中含尘气体与洗涤器运动方向的不同，可以分为错流、并流和逆流3种形式。但在实际应用中，多用气液逆流型喷淋塔，很少用错流型的。并流型喷淋塔主要用于气体降温和加湿等过程。（三）中心喷雾旋风洗涤器（四）文丘里洗涤器四、文丘里洗涤器的设计计算（一）构造及工作原理•文氏管：渐缩管、喉管、渐扩管•脱水装置•除尘过程:–分为雾化、凝聚和脱水三个过程。•含尘气体有进气管进入收缩管后流速增大，在喉管处气体流速达到最大值。在收缩管和喉管中，气液两相之间的相对流速很大。•从喷嘴喷射出来的水滴在高速气流冲击下雾化，气体湿度达到饱和，尘粒在表面附着的气膜被冲破，使尘粒被水润湿。尘粒与液滴，或尘粒与尘粒之间发生激烈的凝聚。•在扩散管中，气体流速越小，压力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚成较大的含尘液滴，更易于被捕集。粒径较大的含尘液滴进入脱水器后，在重力、离心力等作用下，尘粒与水分离，达到除尘目的。•文氏管的结构形式是除尘效率高低的关键。文氏管结构形式有很多种。从断面形状分，有圆形和矩形两类。–圆形断面不能过大（如喉管直径大于0.3m），否则使横断面上液滴分布均匀困难。–矩形断面的可以采用较大的长宽比，喷雾液体从喉管长边导入，可以获得良好的液滴分布。按喉管构造分，有喉口部分无调节装置的定径文氏管，有喉头部分装有调节装置的调径文氏管。调径文氏管要严格保证净化效率，需要随气体流量变化调节喉径，以保持喉管气速不变。–圆型文氏管一般采用重砣式，通过重砣的上下移动来调节喉口开度；–矩形文氏管采用能两侧翻转的翼板式，或能左右移动的滑块式，或能旋转的米粒式。1.含尘气体进入收缩管后，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。2.水沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和（进一步雾化成为更细的雾滴）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。3.充分的雾化是实现高效除尘的基本条件。高速气流的动能将液体雾化和加速（二）文丘里洗涤器的设计根据尘粒的特性及粒径分布规律、气体性质、排放要求等选择适当的喉管气速。确定文氏管几何尺寸的基本原则是：保证净化效率和减少流体的阻力。文氏管尺寸喉管的直径、喉管的长度、渐缩管长度、渐扩管长度、文氏管总长压力损失捕集效率004GQDL112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2•喉管直径•喉管长度L0：1~3D0•渐缩管(收缩管)长度L1：2～5D0，角度小于25°•渐扩管夹角α