第七章湿式除尘器案例

第七章湿式除尘器一、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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湿式除尘器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湿式除尘器的除尘与惯性碰撞、拦截、扩散效应、热泳和静电作用等有关，其中以惯性碰撞和拦截作用为主。由于尘粒热面的气体分子对尘粒的作用力大于冷面，故气体分子的热运动使尘粒向着较冷的区域运动，这种效应叫着热泳。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大于粒子开始偏离流线那一点至液滴的距离xd，尘粒和液滴就会发生碰撞。惯性碰撞参数与除尘效率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，有：[参见教材P164,（5-92）式]up：粒子运动速度；uD：液滴运动速度；dD：液滴直径；C：坎宁汉修正系数（参见P157）。DDppptdCuudS182NI=St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η越高。针对势流和粘性流，除尘效率η可根据惯性碰撞参数NI进行计算。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/1000m3。I1exp()KLN2.接触功率与除尘效率根据接触功率理论得到的经验公式，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。接触功率包括输送气体和雾化、喷淋液体所需的功率。接触功率与除尘效率总能耗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，PaPL：液体入口压力，PaQL、QG：液体和气体流量，m3/s注：3600Pa=1kWh/1000m33LtGLGLG1()(kWh/1000m3600气体）QEEEPPQ接触功率与除尘效率除尘效率其中，传质单元数除尘器的特性参数（见下页）t1eNttNE、%100)1(%100)1(lnOGiONOiCCOGteCiCCoCCdCNN3.接触功率与除尘效率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除尘器的特性参数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dac为空气动力学分割直径；da50为空气动力学中位直径。图6-43图6-44分割粒径与除尘效率分割直径与压力降的关系（分割－功率关系）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喷雾塔洗涤器液滴运动雷诺数对单液滴捕集效率ηd的影响很大，根据液滴周围为黏性流和势流时的集尘效率，内插得单液滴捕集效率ηd近似表达式：27.0ttdSS错流式中，垂直方向气速=0，,粒子的总通过率可由下式估算：喷雾塔洗涤器错流式喷雾塔tgtuVuLdtGD3exp()2QZPQd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；可在除尘的同时脱除气态污染物。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。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。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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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。文丘里洗涤器通常假定微细尘粒以气流相同的速度进入喉管。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。文丘里洗涤器几何尺寸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D2L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2文丘里洗涤器几何尺寸（续）扩散管的扩散角α2一般为5o～7o出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气速确定L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L21T1122DDLctg2T2222DDLctg文丘里洗涤器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文丘里洗涤器压力损失（续）卡尔弗特压力损失模式：•基于喉管内气流方向上dx段的力平衡•令x=0处（液体注入点）液滴在x方向的速度为零，积分得LLgDGd()dQPvuQ2LLgDG()QPvuQ文丘里洗涤器压力损失（续）•为了决定在整个喉管内的压力损失，假定：–1.在喉管内气流速度为常数；–2.气体流动为不可压缩的绝热过程；–3.在任何断面上液气比不变；–4.液滴直径为常数；–5.液滴周围压力是对称的，因而可以忽略•根据作用在液滴上的惯性力与阻力的平衡，有：2DDLgDDDd1()d2umvuACtmD－液滴质量AD－液滴在垂直于流动方向上的截面积CD－阻力系数2DDLgDDDd1()d2umvuACtmD－液滴质量AD－液滴在垂直于流动方向上的截面积CD－阻力系数文丘里洗涤器压力损失（续）•对于球形液滴得如下公式•或•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：2LLTG()QPvQ32LTG1.0310()QPvQ0.13320.78LgTG0.863()()QPAvQ文丘里洗涤器液滴平均直径的估算拔山一彭泽的经验公式估算液滴体积—表面积平均直径VT：喉管气流速度，m/s：液体表面张力，N/m：液体的粘度，PasL：液体的密度，kg/m3QL/QG：同单位0.451.50.53LLDTLGL5861010001682QdVQ文丘里洗涤器除尘效率卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下式以计算文丘里洗涤器的通过率：922LPCp2g6.110exp()CdfPP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pdf文丘里洗涤器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2.08×10－5kg/m∙s-1，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/m3的粒子，试确定气流通过该洗