第7章-4湿式除尘装置

第四节湿式除尘器使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴（水膜、水气泡）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，亦能脱除部分气态污染物湿式除尘器可分为高能和低能两类：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%（喷雾塔、旋风洗涤器等）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（文丘里除尘器对小于0.1微米的粉尘仍有很高的除尘效率）1.概述根据湿式除尘器的净化机理，大致分为七种：重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器（冲击式洗涤器）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重力喷雾塔旋风喷雾塔填料洗涤器板式洗涤器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，应采取防冻措施湿式除尘器的应用:适用于各种含尘气体的细收尘或单级收尘，对有湿法工艺的工厂或含有害气体的废气应优先选用2.湿式除尘器的除尘机理与除尘效率计算I1exp()KLN式中，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/1000m3（1）惯性碰撞参数与除尘效率（2）接触功率与除尘效率t1eNttNE其中，Nt为传质单元数；Et为总能耗，Et=EG+EL－为粉尘的特性参数（可查表）、（3）分割粒径与除尘效率eea1BiAdexp()式中，da:粒子的空气动力学直径，当dP1µm可用粒径dP代替daAe，Be:均为常数与除尘器类型有关幻灯片21（1）惯性碰撞参数与除尘效率简化模型含尘气体与液滴相遇，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xs大于xd；尘粒和液滴就会发生碰撞液滴惯性碰撞参数NI：定义为停止距离xs与液滴直径dD的比值对斯托克斯粒子:式中，up：粒子运动速度，m/s;uD：液滴运动速度，m/s;dD：液滴直径，m;C：坎宁汉修正系数（小于5.0微米时要考虑）2pppDsIDD()18duuCxCNdd除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则越高当颗粒直径和密度确定后，减小液滴直径（雾化效果），增加气液相对速度，可提高NI值，捕集效率提高。当颗粒直径和密度越大，效率越高。气体粘度越大，则效率越低。对于势流和粘性流，=f(NI)，约翰斯顿（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()KLN2pppDsIDD()18duuCxCNdd注意：液滴直径与碰撞效率的关系图可以看出，应有最佳液滴直径（2）接触功率与除尘效率根据接触功率理论（包括输送气体和雾化、喷淋液体所需的功率）得到的经验公式，能够较好地关联湿式除尘器压力损失和除尘效率之间的关系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除尘效率：其中，Nt为传质单元数：ttNE、总能耗Et:包括气流通过洗涤器时的能量损失EG与雾化喷淋液体过程中的能量消耗EL之和，即式中，ΔPG—气体压力损失，Pa；PL—液体入口压力，Pa；QL、QG—液体和气体流量，m3/s。3LtGLGLG1()(kWh/1000m3600气体）QEEEPPQt1eN－为粉尘的特性参数（见下页表）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0.7951.5940不同粉尘的特性参数（3）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效率可以表示为：da:粒子的空气动力学直径，当dP1µm或粒径符合对数正态分布时，可以用实际直径dP代替daAe，Be:均为常数对填料塔和筛板塔，Be=2；离心式洗涤器，Be=0.67；文丘里洗涤器（当NI=0.5～5），Be=2eea1BiAdexp()式中，通过率与分割粒径的正比关系分割直径与压力降的关系（分割－功率关系）若已知洗涤器的压力损失，可以根据该图估算洗涤器的性能（1）喷雾塔洗涤器—最简单的洗涤器三点假定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3.常见洗涤器的特点及设计计算立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可用经验公式估算：式中，ut一液滴的终末沉降速度，m/s；Vg－空塔断面气速，m/s；Z－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：2tdt()0.7SS在错流式喷雾塔中，垂直方向气速为0，即：所以捕集效率简化为：错流式喷雾塔喷雾塔特点：结构简单、压力损失小，操作稳定，但捕集效率不高，经常与高效洗涤器联用，作为预收尘设备。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的。tgtuVuLdGD31exp()2QZQd（2）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中心喷雾的旋风洗涤器旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.5～1.5kPa，可以用下式进行估算：－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2L0LGDQPPuQ式中，LdGD31exp()4TQDQd捕集效率也可以采用错流式喷雾塔公式估算（用其半径DT/2代替塔高Z）：旋风水膜除尘器—应用广泛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旋风洗涤器的性能特点及应用：旋风洗涤器净化dp5μm的尘粒仍然有效,对各种粉尘的净化效率可达95%～98%，洗涤器入口风速一般在15m/s以上，其内断面风速一般为1.2～2.4m/s,由于气流的旋转运动，带水现象减弱，可采用比喷雾塔更细的喷嘴，其耗水量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（3）文丘里洗涤器—高效洗涤器除尘器系统的构成文丘里洗涤器除雾器（旋风筒）沉淀池加压循环水泵文丘里洗涤器文丘里洗涤器组成：收缩管，喉管，扩散管，喷嘴就其断面形状分•圆形文丘里除尘器•矩形文丘里除尘器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。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充分的雾化是实现高效除尘的基本条件1）除尘过程（工作原理）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由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集在扩散管中，气速减小压力回升，含尘液滴凝聚被分离器捕集进气管直径D1按与之相联管道直径确定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，一般为50～180m/s喉管长度一般为喉管直径的0.8～1.5倍，或取200～500mm扩散管的扩散角α2一般为5o～7oD2L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L22）几何尺寸出口管的直径D2按与其相联的除雾器要求的气速确定收缩管和扩散管的长度L1和L2由下式决定L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2D21T1122DDLctg2T2222DDLctg卡尔弗特压力损失模式：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2LLTG()QPvQ32LTG1.0310()QPvQ或,pv2T式中的单位是cmHO，的单位是cm/s。根据由多种型式文丘里洗涤器得到的实验数据间的关系，海斯凯茨（Hesketh）提出了如下方程式：0.13320.78LgTG0.863()()QPAvQ,pA2式中的单位是pa，是喉管的横断面积（m）。4）除尘效率卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下面经验公式计算文丘里洗涤器的通过率和－分别为洗涤液和粉尘的密度，g/cm3；－气体粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗涤器压力损失，cmH2O。－粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为0.1～0.4。LPgPpdf和－分别为洗涤液和粉尘的密度，g/cm3；－气体粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗涤器压力损失，cmH2O。－粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为0.1～0.4。LPgPpdf922LPCp2g6.110exp()CdfPP式中，0.1721CCpCCd—坎宁汉修正系数，例题：以液气比为1.0L/m3的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122m/s，密度和粘度分别为1.15kg/m3和2.08×10－5Pa∙s，喉管横断面积为0.08m2，参数f取为0.25，对于粒径为1.0μm、密度为1.5g/cm3的粒子，试确定气流通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率解:由式（6－53）现在运用海斯凯茨提出的式（6－54），得33221.0101.0310122001153.3cmHO（）（）＝P30.13320.781.0100.8631.150.08