湿式除尘器分析

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（离心式洗涤器）五、自激式洗涤器六、文丘里洗涤器一、概述：湿式除尘器是使含尘气体与液体（通常用水）密切接触，利用重力、惯性碰撞、拦截、扩散、静电力等作用捕集颗粒或使粒径增大的装置，又称湿式气体洗涤器。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分类：根据湿式除尘器的净化机制，可将其分为7类:✾重力喷雾洗涤器✾离心洗涤器✾冲击水浴除尘器✾泡沫除尘器（板式塔）✾填料塔✾文丘里洗涤器✾机械诱导喷雾洗涤器捕尘体类型除尘器类型液滴液滴或液膜液滴气泡和气体射流液膜液滴液滴（a）重力喷雾洗涤器；（b）离心洗涤器；（c）冲击水浴除尘器；（d）泡沫除尘器（板式塔）（e）填料塔（f）文丘里洗涤器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分类：根据能耗可以分为低、中、高能耗3类：低能耗，如喷雾塔和旋风洗涤器等，压力损失为0.25～1.5kPa，对10μm以上尘粒的净化效率可达90%左右；中能耗，如冲击水浴除尘器、机械诱导喷雾洗涤器等，压力损失为1.5～2.5kPa；高能耗，如文丘里洗涤器、喷射洗涤器等，除尘效率可达99.5%以上，压力损失为2.5～9.0kPa。二、湿式除尘器的除尘机理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、拦截作用、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。一、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。•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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,简化模型中以液滴直径dD代替xd(液滴直径dD大，流线拐弯处的距离越大，xd越大)。将xs与dD(液滴直径)的比值称为碰撞数Ni。用惯性碰撞数Ni来表示碰撞参数φ的大小。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xsVp0——相对速度，即尘粒相对于液滴的速度；dtdVmFIpdVf31820pppsdVX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(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：up：粒子运动速度uD：液滴运动速度dD：液滴直径DDpppDsItdCuuddxNS18)(2可见，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。1.惯性碰撞参数与除尘效率除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则ηII越高对于势流和粘性流：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()KLN对各种粒径粒子除尘效率最高的液滴直径范围是0.5～l.0mm。尤以0.8mm左右为最佳。根据惯性碰撞和拦截机理，减小水滴直径DL将使惯性碰撞与拦截作用增强，但DL过小时，水滴的自由沉降速度缓慢，甚至被气流托起或带走，相对速度大大降低，碰撞参数St反而减小，效率降低。因此存在一个最佳水滴直径范围。2.分割粒径与除尘效率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多数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Ae，Be:均为常数对填充塔和筛板塔，Be=2；离心式洗涤器，Be=0.67；文丘里洗涤器（当NI=0.5～5），Be=2eea1exp()BiiPAd分割粒径与除尘效率通过率与分割粒径的关系分割粒径与除尘效率分割直径与压力降的关系3.喷淋塔喷淋除尘器是湿式除尘器中最简单的一种分类：立式逆流洗涤器错流式喷雾塔假定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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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./()反比立式逆流洗涤器靠惯性碰撞捕集粉尘的效率GLLGTLLvvDQHvQ23exp1错流式喷雾塔中粒子的惯性捕集效率LGTLDQHQ23exp-1优点：结构简单、压力损失小(一般小于0.25kPa)、操作稳定方便缺点：净化效率低，耗水量及占地面积大。它一般不用作单独除尘。该除尘器通常与高效除尘器联用，可起预净化、降温和加湿作用。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4、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几种常见的离心式洗涤器1）.中心喷水切向进气离心式洗涤器2）.立式旋风水膜除尘CLS型旋风水膜除尘器麻石水膜除尘器3）.卧式旋风水膜除尘器4）.旋流板塔洗涤器1）.中心喷水切向进气离心式洗涤器入口气速一般在15m/s以上，器内断面气速一般为1.2～2.4m/s，耗水量0.4～1.3L/m3。对各种粉尘的净化效率可达95％～98％，阻力0.5～1.5kPa。2）.立式旋风水膜除尘(1)CLS型旋风水膜除尘器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，沿壁面流下排走设有3-6个喷嘴，喷水压力为30-50kPa，耗水量为0.1-0.3l/m3，压力损失为500-750Pa。效率达90％以上。最高允许进口含尘浓度为2g/m3。净化效率取决于两个因素：气流入口速度和筒体直径。气流入口速度一般范围为15-22m/s。(2)麻石水膜除尘器其外壳由耐磨耐腐蚀的麻石（花岗岩）砌筑而成，下流水膜一般用溢水槽形成。优点：耐磨、耐腐蚀，寿命达20年以上；能净化沸腾炉、煤粉炉等含尘浓度很高（最高达60～70g/m3）的烟气；除尘效率高达90％左右；耗钢少，造价较低。缺点：除尘效率仍不够高，烟尘排放浓度难以达到国家标准；耗水量大，且酸性灰水需处理后才能排放。结构方面的改进：①在水膜除尘器主筒（塔）之后增设了副筒（塔），烟气经二筒上部之间的水平烟道进入副筒，并从副筒下部经引风机和烟囱排放，副筒除作为烟管外，还有一定的脱水作用；②主筒直接从混凝土基础上砌筑，底部设有灰水出口和溢流堰以实现水封。③为提高除尘效率，在主筒前增设卧式麻石低阻文丘里洗涤器，将文丘里-水膜除尘器的总除尘效率提高到95％～97％。3）.卧式旋风水膜除尘器卧式旋风水膜除尘器由内筒、外壳、螺旋导流叶片、集尘水箱和排水设施等组成。横截面为倒梨形，以三个螺旋圈为多，应注意入口风速和筒底水面的控制。脱水方式有堰板脱水和旋风脱水两种。1—螺旋导流叶片；2—外壳；3—内筒4—水槽；5—通道4）、旋流板塔洗涤器旋流塔板形状如固定的风车叶片。气流通过叶片时产生旋转和离心运动。负荷较高，处理能力较大，操作弹性亦较大。但由于板上气液接触时间短，效率一般较低，除尘、除雾的单板效率为90％左右。旋流板塔洗涤器有较高的除尘效果和良好的传质性能，国内很多中小型锅炉用它同时除尘和脱硫。旋风洗涤器性能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旋风洗涤器特点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与旋风除尘器相比，除尘效率明显提高，有效地防止了二次扬尘。效率一般可达90％以上，压损为0.25～1.0kPa自激式洗涤器自激式洗涤器是将具有一定动能的含尘气流直接冲击液面以形成雾滴，使尘粒从气流中分离，达到除尘的目的。两种常见的自激式洗涤器1）.冲击水浴洗涤器2）.冲激式洗涤器1）.冲击水浴洗涤器含尘气流以8~12m/s的速度经喷头高速喷出，冲击水面并急剧地改变流向，粗尘粒靠惯性与水碰撞而被捕获；接着气流以细流方式穿过水层，激发出大量泡沫和水花，细小的尘粒在上部空间和水滴碰撞后，由于凝聚、增重而被捕集。水浴洗涤器阻力（Pa）计算CvBvghP22220；aAB05.137aAC004.04.0影响冲击水浴洗涤器效率和压损的主要因素有：气体经喷头的喷射速度，喷头被水淹没的深度，喷头与水面接触的周长S与气流量Q之比值S/Q等。水浴洗涤器喷头的埋水深度一般为0~30mm，喷射速度为8~14m/s，除尘效率达85~95%，压力损失约为1.5kPa。水浴洗涤器可在现场用砖或钢筋混凝土构造，适合中小型工厂采用。它的缺点是泥浆清理比较困难。2）、冲激式洗涤器冲激式除尘器由通风机、洗涤除尘室、水位控制装置和清理泥浆装置等组成。结构紧凑，占地小，便于安装管理。特点：随着入口含尘浓度增大，除尘效率有所提高，处理气量变化在±20%时，对除尘效率几乎没有影响。缺点：金属消耗量大，阻力高，价格较贵。5、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1－循环泵；2－文氏管；3－调节板4－分离器；5－沉淀池结构型式按形状分：矩形和圆形；按喉管构造分：有喉口部分无调节装置的定径文氏管喉头装有调节装置的调径文氏管；按水雾化方式分：有预雾化不预雾化两种；按供水方式分：有径向内喷，径内外喷、轴向喷雾和溢流供水。(a)-(c)圆形定径；(d)矩形定径；(e)(f）重砣式定径(倒装和正装)；(g)-(j)矩形调径（翼板式、滑块式、