环保设备原理与设计―§5.4湿式除尘器

©BIPT环保设备原理与设计多媒体教案常俊英©BIPTNO.27讲授提纲5.4湿式除尘器wetscrubber/wetcollector©BIPT5.4湿式除尘器•使含尘气体与液体(一般为水)密切接触，并利用液滴、液膜、气泡等形式，将含尘气流中的尘粒和有害气体去除。•尘粒与液滴、液膜、气泡发生碰撞、扩散、粘附作用而被液滴捕集；并兼备吸收有害气体的作用，还可以用于气体降温和加湿。•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©BIPT湿式除尘器•根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器(scrubber)旋风洗涤器自激喷雾除尘器板式塔除尘器填料塔除尘器文丘里除尘器机械喷雾洗涤器©BIPT板式塔喷淋塔©BIPT文丘里洗涤器旋风洗涤器©BIPT`填料塔©BIPT•填料塔©BIPT•喷淋塔©BIPT©BIPT•文丘里洗涤器©BIPT•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自激式洗涤器10～2010～500～1500.2文丘里洗涤器60～900.3～1.53000～80000.1©BIPT湿式除尘器的优点•在耗用相同能耗时，效率比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器去除0.1µm以下粉尘粒子，仍有很高的效率；•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©BIPT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©BIPT•烟道气脱硫——石灰石洗涤器©BIPT©BIPT一、湿式除尘器的除尘机理1.净化机制•湿式除尘器工作过程中直接捕集或促进捕集的主要作用有：①通过惯性碰撞、截留，尘粒与液滴、液膜发生接触，使粉尘加湿、增重、凝聚；②微小尘粒(0.3μm以下粉尘)通过扩散与液滴、液膜接触；③由于烟气被加湿，使粉尘相互凝并；④高温烟气中的水蒸气冷却凝结时，以粉尘为凝结核，形成一层液膜包围在粉尘表面，增加了粉尘的凝并。•粒径1～5μm的尘粒，第一种机理起主要作用；粒径在1μm以下的尘粒，后三种机理起主要作用。©BIPT2.惯性碰撞参数简化模型碰撞和截留起主要作用时，含尘气体在液滴前xd处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。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。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xsxd；尘粒和液滴就会发生碰撞。©BIPT2.惯性碰撞参数•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μ：气体的动力黏度ρp：粉尘密度2pppDsIDD()9−==duuCxNddρµN1值越大，粒子惯性越大，则效率越高一般认为，液滴直径为捕集粉尘粒径的150倍左右效果好。©BIPT不同粒径的球形颗粒在液滴上的捕获示意图气体流线停滞流线Xd气流方向d0vpoXs12345液滴©BIPT3.除尘效率–影响湿式除尘器除尘效率的因素比较多，而且较为复杂，一般采用实验或经验公式计算。（1）对于势流和粘性流，ηII=f(NI)有理论解，JohnStone等人的研究结果K—关联系数，其值取决于设备几何结构和系统操作条件L—液气比，L/1000m3I1=−−exp()KLNη©BIPT（2）根据湿式除尘器的能量消耗计算除尘效率•湿式除尘器的除尘效率主要取决于除尘过程中所消耗的能量。•总能耗Et：气流通过洗涤器时的能量损失EG+雾化喷淋液体过程中的能量消耗ELΔPG:气体压力损失，Pa;ΔPL:液体入口压力，Pa;QL,QG:液体和气体流量，m3/s。∆+∆=+=GLLGLGtQQppEEE36001(kW·h/1000m3气体)©BIPT•湿式除尘器的总除尘效率是气液两相接触功率的函数，可用气相总传质单元数NOG或总能量消耗Et表示•其中，传质单元数－除尘器的特性参数（见下页）αβ、()OGN−−=exp1ηβαtOGEN=除尘效率:接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关©BIPT粉尘和尘源类型1L－D转炉粉尘4.4500.46632滑石粉3.6260.35063磷酸雾2.3240.63124化铁炉粉尘2.2550.62105炼钢平炉粉尘2.0000.56886滑石粉2.0000.65667从硅钢炉升华的粉尘1.2260.45008鼓风炉粉尘0.9550.89109石灰窑粉尘3.5671.052910从黄铜熔炉排出的氧化锌2.1800.531711从石灰窑排出的碱2.2001.229512硫酸铜气溶胶1.3501.067913肥皂生产排出的雾1.1691.414614从吹氧平炉升华的粉尘0.8801.619015没有吹氧的平炉粉尘0.7951.5940αβ除尘器的特性参数©BIPT(3)应用卡尔弗特法推算湿式除尘器的除尘效率•分割粒径法：基于分割粒径能全面表示从气流中分离粒子的难易程度和洗涤器的性能•惯性分离装置的分级通过率可以表示为da:粒子的空气动力学直径ηd：湿式除尘器对某一粒径的分级除尘效率A，B:均为常数对填充塔和筛板塔，B=2；离心式洗涤器，B=0.67；文丘里洗涤器，B=2。()dAPBadd−=−=exp1η©BIPT4.湿式除尘器的流体阻力ygPoipppppp∆+∆+∆+∆+∆≈∆Δp——湿式除尘器的气体总阻力损失，Pa；Δpi——湿式除尘器进口的阻力，Pa；Δpo——湿式除尘器出口的阻力，Pa；Δpp——含尘气体与洗涤液体接触区的阻力损失，Pa；Δpg——气体分布板的阻力，Pa；Δpy——挡板阻力，Pa。ΔPi、ΔPo、ΔPg、ΔPy可按相应化学手册中有关公式进行计算，含尘气体与洗涤液体接触区的阻力ΔPp()22122ϕρζϕρζ∆−+=LLLgggpuuP©BIPT二、湿式除尘器的常见类型•湿式除尘器经常按其净化机理的不同大致分为7类：–重力喷雾洗涤器gravityspraytower–旋风洗涤器cyclonespraytower–自激喷雾除尘器impingementscrubber–板式塔除尘器traycolumnscrubber–填料塔除尘器packedtowerscrubber–文丘里除尘器Venturiscrubber–机械喷雾洗涤器machinespraytower•按其消耗能量(压力损失)的高低，可分为低能耗和高能耗两类©BIPT©BIPT©BIPTWetcollectors:(c)impingementscrubber;(d)Venturiscrubber冲击式空气洗涤装置文丘里除尘器©BIPT1.洗涤塔•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©BIPT•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——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，mηd——单个液滴的碰撞效率LtdGDtg31exp[]2()=−−−QuzQduVηη©BIPT©BIPT©BIPT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，对有效的操作很有必要。•常在塔内装置填料或其他塔板结构，增加水与含尘气体的接触，以提高除尘效率并减少除尘器的体积。填料有用陶瓷、塑料、玻璃等制成的环或球。©BIPT•湍球塔是新发展的一种除尘净化设备。塔内的填料采用轻质的实心或空心塑料球(聚乙烯或聚丙烯)、多孔橡胶球等。填料球的密度不应超过水的密度。在气流的作用下，填料球处于不断的湍动状态。•喷淋密度一般可取35～40m3/(m2·h)。对2μm的粉尘，除尘效率可达99%以上。1-支撑筛板；2-填料球；3-挡球筛板；4-喷嘴；5-挡水板©BIPT•错流式喷雾塔©BIPT©BIPT2.自激式除尘器•一种高效的湿式除尘设备。•含尘气流进入进气室后转向下冲击水面，较粗的尘粒由于惯性作用落入水中，较细的尘粒随着气流以的18～35m/s速度通过S形叶片通道，高速气流在S形叶片通道处强烈冲击水面，形成大量的水花，使气液充分接触，尘粒被液滴捕获。净化后的气体通过气液分离室和挡水板，脱除水滴后排出。被捕获的尘粒则沉至底部，定期排出，如果泥浆较多，可安装机械刮泥装置。•常与风机、清灰装置和水位自动控制装置组成一个机组。1.进气室；2.S型通道；3.除尘机组支架；4.挡风板；5.通气道；6.水位自动控制装置；7.溢流管；8.溢流箱©BIPTS形叶片结构示意图水位对除尘效率、压力损失影响很大。根据试验，以溢流堰高出上叶片下缘50mm为最佳。为水位保持稳定，常采用二路供水，并有溢流箱及水位自动控制装置。特点：结构简单紧凑、占地面积小、便于施工、维修，管理简单、用水量少等。适用于净化各种非纤维性粉尘。不易发生阻塞，但对叶片制作和安装要求较高，压力损失也较大(一般在1～1.6kPa)。©BIPT©BIPT©BIPT©BIPT3.湿式离心除尘器•湿式离心除尘器大体可分为两类：•一类是借助离心力加强液滴与粉尘粒子的碰撞作用，达到高效捕尘的目的，如中心喷水切向进气的旋风洗涤器、用导向机构使气流旋转的除尘器、周边喷水旋风除尘器等。•另一类是使粉尘粒子借助于气流做旋转运动所产生的离心力冲击于被水湿润的壁面上，从而被捕获的离心除尘器，如立式旋风水膜除尘器及卧式旋风水膜除尘器。©BIPT中心喷水切向进气的旋风洗涤器立式旋风水膜除尘器卧式旋风水膜除尘器麻石水膜除尘器©BIPT（1）中心喷水切向进气的旋风洗涤器•在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©BIPT©BIPT特点：•对5μm的尘粒捕集效率仍然很高，当液滴粒径为100μm时，单个液滴的捕尘效率几乎可达100％。•中心喷水切向进气的旋风洗涤器的入口风速通常为15～45m/s，最高可达60m/s。除尘器断面气速大约为1.2～2.4m/s，气体压力降大约为500～1500Pa，用于净化气体的耗水量为0.4～1.3L/m3。•常用做文丘里除尘器的脱水器。©BIPT在100g离心力作用下惯性碰撞捕尘效率与液滴直径的关系©BIPT（2）立式旋风水膜除尘器•喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断向下流动的水膜；•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被水膜粘附，沿壁面流下排走。©BIPT©BIPT•喷水方式有四周喷雾、中心喷雾或上部周边淋水等方式。•含尘气体的进口速度一般取13～22m/s，太高会使水膜破坏，压力损失也加大。•通常设有3～6个喷嘴，水压控制在0.3～0.5MPa，耗水量为0.1～0.31L/m3。一般情况下，除尘效率可达90%以上，压力损失为500～700Pa。•进口的最高允许含尘量为2g/m3。©BIPT(3)卧式旋风水膜除尘器•也称