《洗涤式除尘器》PPT课件.ppt

第二节 洗涤式除尘器 一、喷淋塔 湿式除尘器中构造最简单的是喷淋塔。它的结构是一个里面设置喷嘴的圆形或 方形截面空心塔体，依靠喷嘴产生的分布在整个截面上的大量液滴，来清洗通过 塔体的含尘烟气。喷嘴可以安装在同一个截面上，也可以分几层安装在几个截面 上。有的在一个截面上设置十几个喷嘴，有的只沿中心轴线安装喷嘴。 喷淋塔中的流动型式有顺流、逆流和错流三种。所谓顺流，就是气体和水滴以 相同的方向流动；逆流是液体逆着气流喷射（图5-1）；错流则是在垂直于气流 的方向喷淋液体（图5-2）。在喷淋塔中往往设置空气分配格栅或多孔板，使气 体在塔的截面上均匀分布。 图5-2 错流喷淋塔 图5-1 逆流喷淋塔 喷淋塔除尘的主要机理是将水滴作为捕尘体，在惯性、截留、扩散等作用下将 粉尘捕集，其中以惯性作用为主。为了提高捕尘效率，特别是惯性捕尘效率，需 要提高水滴与气流的相对速度，同时要减小水滴的大小。就截留机制来看，在喷 水量一定的情况下，喷出的水滴越细，则塔的横截面上有液滴通过的部分愈大， 因而尘粒由于截留而被捕集的机会也愈多。就惯性碰撞机制来看，因为惯性碰撞 效率和尘粒与液滴的相对速度vR成正比，和液滴直径Df成反比，所以，要碰撞效 率高，就得加大vR，减小Df。在喷淋塔中，vR的有效值是尘粒和液滴的重力自由 降落速度之差。因为尘粒和液滴相比，一般要小的多，故亦可取vR等于液滴的自 由降落速度。这样就出现了加大vR和缩小Df这两个要求之间的矛盾。因此，液滴 有一个最佳直径值。 一般来说，在喷淋一定量液体的情况下，对每一种半径的尘粒有一最佳液滴半 径，就较小的尘粒而言，最佳液滴半径是100500m。但是，应当注意到，由 于喷出水滴的凝聚以及与塔壁碰撞的影响，和气体接触的水滴量及水滴尺寸是很 难预计的。 另一个问题是喷淋塔中液滴的降落时间，它取决于液滴的大小和气体上升速度 。在一定的喷水量和一定的液滴尺寸下，逆流喷淋塔中的液滴降落时间，也就是 液滴在塔中的滞留时间，随着气体速度的增加而延长。孤立的看，这个现象可以 增加捕集粒子的机会，因为塔中的水滴数增加了。但是，这个作用受到液滴被气 流带走这一问题的限制。 在逆流喷淋塔中，如果气流上升速度大于液滴的末端沉降速度，液滴就会被气 流带走。一般取喷淋塔中气流上升速度约为液滴的末端沉降速度的50。500m 的液滴，计算其末端沉降速度为1.8 m/s，对此可取气流速度为0.9m/s。通常在设 计喷淋塔时，多在0.51.5 m/s的气体上升速度范围内决定塔的直径。塔的高度通 常为其直径的23倍。 至于顺流喷淋塔，则不大可能发生带走过多液滴的情况，故其气流速度可以高 得多，因而可以缩小塔的直径，节省投资和占地面积。但另一方面，因为气体和 液滴运动的大方向相同，它们的相对速度小，粒子被捕集的机会较少，因而除尘 效率比较低。 在喷淋塔中产生的液滴大小取决于液体压力降和所用喷嘴型式。水压力一般为 0.140.73MPa，耗水量一般在每立方米气体0.73L的范围，喷水太多，液滴可 能凝聚，喷水太少则捕尘作用不够。 喷淋塔的阻力低，如果没有脱水装置和气体分配装置，一般不到250Pa。其除 尘效率对5m以上的粒子较好，对于小于5m的则迅速下降。 除了阻力低以外，喷淋塔还有个好处，就是塔中没有很小的缝隙和孔口，因而 可以处理浓度比较高的粉尘而不致堵塞。又因为它不喷淋很细的液滴，所以不需 要产生细小射流的喷嘴，这样就更可靠，而且可以使用循环水，直至悬浮物的浓 度达到相当高的程度为止，从而简化了废水处理的问题。缺点是处理细粉尘的能 力比较差，设备和用水量比较大。 二、泡沫除尘器 泡沫除尘器即筛板塔。它由一个内部设有水平多孔板的垂直空塔构成。筛板可 以是一块，也可以是几块串联，但增加筛板对提高除尘效率的作用不大，而阻力 却要增加不少，所以一般只用一层筛板。在泡沫除尘器中，气流由下往上通过筛 板上的水层。当气流流速控制在一定范围内时（与水层高度有关）可以在筛板上 形成泡沫层。在泡沫层中的气泡不断地断裂、合并，又重新生成。气流在通过这 层泡沫后，粉尘被捕集，气体得到净化。水通过筛板漏至除尘器下部的水槽中， 在筛板上不断地补充水，当补充的水量与泄漏的水量相等时，泡沫层保持稳定的 高度，此时称为无溢流泡沫除尘器（图5-3a）。当采用溢流以保持泡沫层的高度 时，称为有溢流泡沫除尘器（图5-3b）。 图5-3 泡沫除尘器 （a）无溢流泡沫除尘器； （b）有溢流泡沫除尘器 外壳；2筛板；3接水槽；4水堰；5溢流槽；6喷嘴 (b) 1. 无溢流泡沫除尘器 在无溢流泡沫除尘器中，筛板可以做成圆孔形或条缝形，条缝形筛板有时也可 用钢条甚至钢管焊成。从减少阻力角度考虑，筛板的最优厚度为46mm。筛板 的圆孔直径d0一般为48mm，而条缝的宽度为45mm，自由断面积为0.2 0.25m2/ m2。考虑到气流分布的均匀性，除尘器最大直径应大于2.5m。 筛板上泡沫的形成与气流速度有关。图5-4所示为当供水量一定时，无溢流泡 沫除尘器的总阻力与断面流速的关系曲线。气流速度低时（图5-4中的01区） 筛板上只能保留很薄的水层，不能形成泡沫。当气流速度增加时（图5-4中的1 2区）筛板上的水层中形成单个气泡，大部分仍为水层，扰动性很小，称为鼓泡 区。气流速度进一步增加（图5-4中的23区）在筛板上形成扰动的泡沫层。其 中存在着大量由水膜相连的气泡。由于气泡的不断破裂和更新，扰动性很大。但 由图中可看出，在这一区中，虽然流速增加，但阻力增加不大，因而是除尘器的 重要工作区。继续提高流速（图5-4中的34区），泡沫层破裂，产生大量溅沫 ，阻力迅速升高。因此在泡沫除尘器中通常都将气流速度控制在13m/s范围内 ，相应与图5-4中的23区（扰动泡沫区）。 当一层泡沫层尚达不到必须的净化效率时，可设置多层筛板，板间距大于 400mm，以免下层板上的液体带到上层板上。 泡沫除尘器一般用于粉尘浓度不高的场合，特别适用于同时净化有害气体。粉 尘浓度高时，筛板易于堵塞。采用光滑的塑料筛板，可以减轻筛板的堵塞。 水与气的接触区（泡沫区）的阻力（采用最优厚度的无溢流泡沫除尘器）可按 下式确定： （5-4） 图5-4 无溢流泡沫除尘器总阻力与断面流速的关系 I条缝形筛板；II圆孔形筛板 01：起始区；12：鼓泡区；23扰动泡沫区（工作区）；34：溅沫区 对于开孔率为0.150.25，处于扰动泡沫区的AT值可按下式计算： （5-5） 对于条缝形筛板的值为： （5-6） 对于圆孔形筛板： （5-7） 如上所述，泡沫除尘器中最佳的工作区为扰动泡沫区。当开孔率S00.15 0.25m2/m2时,相应于由扰动泡沫状态过渡到溅沫状态的气流极限流速vkg 可按下式 计算： （5-8） 式中 da筛孔的当量直径，m。圆孔筛板dad0，条缝筛板da2b； 气流极限流速，一般为2.02.3m/s。 2有溢流泡沫除尘器 在有溢流泡沫除尘器中，一般采用圆孔筛板，孔径38mm，开孔率0.15 0.25m2/ m2,气流速度13 m/s，设备的最大断面积58m2，耗水量0.20.3 L/m3。 在上述条件下，泡沫层的高度一般为80100mm。 厚度为46mm的筛板连同泡沫层的阻力为： （5-9） 在工业泡沫除尘器中， 一般为3001000Pa。 泡沫层高度H（有溢流和无溢流）可按下式确定： （m） （5-10） 3带有稳流器的泡沫除尘器 如图5-5所示，稳流器为一蜂巢状 网格，它将除尘器的断面及泡沫分 割成许多小方格。由于设有稳流器 ，开始产生溅沫状态的极限速度可 增加到4m/s，从而可以大大扩大扰 动泡沫状态的流速范围。由于稳流 器的小方格，与无溢流泡沫除尘器 比较，可使在筛板上积累的水量增 加，从而使泡沫层的高度增加，以 大大减少耗水量。 图5-5 带有稳流器的泡沫除尘器 1外壳；2圆孔形筛板；3稳流器；4喷嘴； 5挡水板 稳流器的尺寸为：板高60mm，方格大小35354040 mm。 设备的最优工作条件为：泡沫层高度H=100120 mm，气流速度vg=2.53.5 m/s，耗水量L=0.050.1 L/m3。当开孔率S0=0.180.20 m2/m2时，孔径d0=56 mm。根据喷水量的大小，可按下列经验公式计算泡沫层高度： (5-11) 加稳流器后，改变了泡沫层中泡沫扰动状态，阻力也不同于通常的泡沫除尘器中 的阻力。这种情况下，汽水接触区阻力（包括筛板、稳流器、泡沫层）为： （5-12） 式中 气流所占筛板断面积的百分数，； 干筛板的阻流系数，当筛板厚度为46mm时， 1.61.7。 （5-13） 式中 水通过筛孔时的流量系数（ 0.62）。 泡沫除尘器的除尘效率取决于泡沫层的高度，根据用不同筛板所进行的试验得 出的经验公式为： （5-14） 式中 B主要取决于粉尘颗粒大小以及筛板几何因素的系数。 4冲击式泡沫洗涤器 冲击式泡沫洗涤器是一个五层泡 沫塔（图5-6），在每一层筛孔 上设有小挡板。含尘气流由塔下 部进入，依次通过各层筛板。气 流通过筛板后，（通过筛孔的流 速为4.56.0m/s）形成气水混合 物，直接冲击到挡板上，激起泡 沫和水花。经过连续五层筛板， 气体得到净化。水流由上部注入 ，溢流的水连续通过每层筛板。 为使气流在进入塔前达到饱和状 态，在入口处可增设水喷嘴或蒸 汽喷嘴。 图5-6 冲击式泡沫洗涤器 冲击式泡沫洗涤器的层数可以根据要求的除尘效率选定。图5-7所示为1层、2层 、3层筛板的分级效率曲线，每层的阻力为400Pa。 图5-7 冲击式泡沫洗涤器的分级效率 联邦德国ATK湍流湿式除尘器（图5-8）也是泡沫除尘器的一种型式。含尘 气流由中部进入除尘器内，粗颗粒粉尘在筛板下面由于重力作用得到沉降，气流 则折转向上通过筛板，冲击筛板上的水层，形成湍流泡沫层。泡沫层高度由可调 的溢流管控制，在150300mm之间，除尘器为负压运行，当气流通过筛板及其 上的泡沫层的压力降大于水表面到孔板的高差时，下部水箱中的洗涤水便通过上 升管被抽上来，均布于筛板上，成为泡沫层的自动循环补水装置，取消了通常泡 沫除尘器中的循环泵和喷淋装置。 图5-8 ATK/SK-AB型湍流湿式除尘器 上升管；2溢流管；3泥浆输送机；4挡水板 筛板采用类似于聚四氟乙烯的塑料板制作，表面光滑，粉尘的粘附性小，因而 可以防止粉尘在筛板上粘附和堵塞。 这种除尘器的单台风量为14000m3/h除尘效率为9899，（粒径2m的粉 尘占20，含尘浓度23g/m3），阻力为1500Pa。 除尘器的上部设多段片状玻璃挡水板，防止水滴带出，下部有污泥排除装置， 由输送链将泥浆带出器外。 为了保证除尘器的正常工作，下部水槽中的水面高度保持位于孔板下50 75mm，最低水位为孔板下150175mm，用三探针式水位调节装置自动调节水位 。水位下降时，自动开启电磁阀，由供水管向除尘器内补充水。 三、冲击水浴除尘器 冲击水浴除尘器是湿式除尘器中结构简单、投资与运转费用低而除尘效率较 高的一种类型。其最简单的形式如图5-9所示。 图5-9 简易冲击式除尘器 1含尘气体入口；2净化气体出口；3挡水板；4进水管； 5排水管；6溢流管；7隔板；8喷头 这种除尘器依靠从喷头（散流器）高速喷出的烟气冲击在水中激起大量的泡 沫和水滴，形成强烈的水花，随后烟气折转180改变其流动方向。由于惯性的作 用，大部分烟尘颗粒沉留在水中，另一部分微细尘粒与形成水花的泡沫和水滴作 用得到进一步的净化。净化后的气流经挡水板脱水后排出。 冲击式除尘器的效率与阻力取决于气流的冲击速度和喷头的插入深度。当冲 击速度一定时，除尘效率与阻力随喷头插入深度的增加而增加；当插入深度一定 时，除尘效率与阻力随冲击速度的增加而增加。但在同一条件下，当冲击速度和 插入深度增大到一定值后，如果继续增加，其除尘效率几乎不变化。而阻力却急 剧增加。可按表5-1选择插入深度和冲击速度。 粉尘性质插入深度h0（mm）冲击速度v（m/s） 密度大、颗粒粗 密度小、颗粒细 050 300 3050 50100 1440 1014 810 58 表5-1 根据粉尘性质选择喷头插入深度与气流冲击速度 这种除尘器的结构简单，可在现场因地制宜用砖或混凝土砌筑。耗水量少 （0.10.3 L/m3），但对于细小粉尘的效率不高。泥浆清理较困难。此外当气流 通过喷头冲入水中时，引起水面频繁地剧烈波动，使除尘器工作不稳定，不能保 证必须的效率。 图5-10为另一种冲击式除尘器（加速冲击式除尘器）。含尘气流由进气管喷 入水中，在管的出口处设有一圆锥体，以增加冲入水中的速度。管口距水面高2 3mm。气流连同激起的水花在通过挡板时脱出。由排气口排出，进口管风速 10m/s,阻力15004000Pa。这种冲击式除尘器的耗水量约为0.15kg/m3。其使用 性能列于表5-2中。 图5-10 加速冲击式除尘器 工艺过 程 含尘浓 度（g/m3） 效率（） 入口出口 锅炉烟气23.10.34298.4 铅烧结 粉碎1.910.007199.6 铅烧结 干燥4.750.10197.9 磷钙土干燥17.50.46897.4 煤干燥4.40.063598.5 表5-2 加速冲击式除尘器的性能 图5-11是冲击式除尘器的另一种形式，称自激式除尘器。含尘气体由入口进 入除尘器，气流转弯向下冲击于水面，部分较大的尘粒落入水中。当含尘气体以 1835m/s的速度通过上、下叶片的S形通道时，激起大量的水花，使水、气接触 ，绝大部分微细的尘粒混入水中，使含尘气体得以净化。经由S形通道后，由于 离心力的作用，获得尘粒的水又返回漏斗。净化后的气体由分雾室挡水板除掉水 滴后经净气出口及通风机排出除尘器。泥浆则由漏斗的排浆阀连续或定期排出。 新水则由供水管路补充。 图5-11 自激式水浴除尘器 四、管式水膜除尘器 1结构和工作原理 管式水膜除尘器由水箱（或下联箱）、管束、水封式排水沟、沉淀池等组成。 管式水膜除尘器按其供水方式不同，分为上水箱式和压力式两种。上水箱式如 图5-12所示，它是由除尘器顶部的水箱供水，然后分配到各管子上，经控制调节 ，沿一根较细的管子流进较粗的管子内并溢流而出，沿较粗管子的外壁表面均匀 流下，形成良好的水膜。而压力式（图5-13）供水是通过下联箱分配到各管子中 ，经管子顶部直径为3毫米小孔节流后溢出，使管子的外壁形成水膜。采用上水 箱供水，可以保证各管之间的配水量互不干扰，是一种较好的形式，但当设置上 水箱有困难时，也可考虑采用压力式水箱。 图5-12 上水箱式管式水膜除尘器简图 1进水孔；2上水箱；3出水；4排水口； 5钢管；6铅丝导水线 图5-13 压力式管式水膜除尘器简图 1-水管帽；2铅丝导水线；3钢管； 4下联箱；5供水管 管式水膜除尘器的除尘原理是当含尘气体横向冲击垂直错列布置并被水膜包裹 的管束时，由于烟气流向不断改变，而使烟尘在惯性力作用下碰撞在管子外壁， 并被粘附于水膜上，然后随水膜经水封式排水沟排至沉淀池。 管式水膜除尘器还可按选用的管束材料不同而分为玻璃管、陶瓷管、搪瓷管、 竹管或钢管（加防腐措施）水膜除尘器等。 2管式水膜除尘器特点及存在的问题 （1）特点 结构简单、制造方便、耗钢量少。 运行稳定、除尘效率较高，一般在8590左右。 烟气阻力小，一般仅为98147Pa。 在除尘的同时可除去烟气中部分二氧化硫。 （2）存在问题 经过管式水膜除尘器的烟气温降较大，因此，在采用自然引风的场合，必 须校核烟囱的抽力，以免影响锅炉的正常运行。 烟气经除尘器后带水较多，当采用机械引风时，在除尘器出口处必须设置 挡水板或挡水墙等气水分离装置。 耗水量大，净化1m3烟气约耗水0.25kg。若采用循环水，则在污水排放前应 进行妥善处理。 为防止酸性水对除尘器内部金属附件的腐蚀，要求采取有效的防腐措施。 例如对于钢管管束，可以涂环氧树脂防腐层。 3管式水膜除尘器设计注意事项 （1）管束长度以23m为宜，以减少管子根数和耗水量，但若采用下联箱压 力式供水时。为避免运转中管子发生振动，管子长度不宜超过2m。 （2）管子排列形式，试验证明以图5-12所示的错列布置为较好。这种排列方 式既保证烟气在通过管束时的流速始终不变，而且粉尘和管子的碰撞机会较多， 有利于除尘效率的提高。 （3）管子的排列宜取： 自然通风锅炉：4排 机械通风锅炉一级烟气除尘：58排 机械通风锅炉二级烟气除尘：5排 （4）烟气通过管子截面间的流速不宜超过5m/s。 （5）对于玻璃管束，为防止除尘器缺水时炸裂，宜选用高温耐热玻璃管。 （6）采用钢管做管束时，外壁宜加螺旋导水线，以解决迎风面缺水问题。同 时为防止腐蚀，钢管表面应采取防腐蚀措施，例如涂环氧树脂防腐层等。 （7）管束前后的水槽要有足够长度和坡度，使溅出的水滴能自流回槽。并便 于清理积灰，一般可取L1m，坡度以5左右为宜。为防止漏风，水槽内的水封 高度应不小于300mm。 （8）上水箱供水时，水箱内的水位应用浮球阀控制，以保证其一定的水位高 度。 五、湍球塔 湍球塔的构造如图5-14。它用空心轻质球做填充物。这种洗涤器是1960年前 后发展起来的，起初多用它分离气体中的固体粒子，后来发展到有许多生产过程 用它做气体吸收设备（称为紊流接触吸收器）。 图5-14 湍球塔 1支撑筛板；2填料球； 3挡球筛板；4喷嘴；5 挡水板 轻质球可以用聚乙烯、聚苯乙烯或其它材料制 成。直径一般为35mm左右，重4.5克左右。放在塔 中两层格栅之间。下面的格栅用以承托球层和分配 气体，净空断面可以采用0.350.45m2/m 2。上面的 格栅用以阻挡在工作状态突然变化时轻质球被带走 ，净空断面为0.9m2/m2。 洗涤器上部喷淋液体，气体从下部进入。因为 上格栅和静止的球层之间有一段自由空间，向上流 动的气体和向下流动的液体就使轻质球在格栅之间 作自由的紊流运动。设置固定填充的普通填充塔中 ，如果气体和液体的流量比较高，会有引起液体上 升而溢流的危险，正常的设计大约只取溢流速度的 60。所以，在普通的填充塔中，空塔气体速度一 般不能超过1m/s，但是湍球塔空塔气体速度超过 5m/s，液体流量达到3m3/minm2，仍然能够稳定地 连续运行，不会溢流。因此，这种设备要比处理同 样流量的普通填充塔小。 由于浮球的紊流运动和冲击，以致不仅在润湿的球面上，而且在整个活动区域 内，都有密切的相间接触，加之气、液流量高，所以气体吸收和热传递率就远远 超过普通的填充塔。 更重要的是浮球在运动时相互翻滚碰撞，从而不断地得到清洁，这样就能有效 地防止固体粘结，消除了堵塞问题。因此，可以用这种洗涤器来处理含尘气体、 粘性物料，或用于能产生沉淀物的过程。 最初设计用于从气体中清除固体粒子的浮动层洗涤器，两层格栅之间的距离比 较小，使用的气体速度为2.5m/s，液体流量为0.36m3/minm2。如果气体速度较高 ，球层就移往上格栅，并出现溢流。后来在此基础上加以改变，格栅之间有比较