第六章-湿法除尘.ppt

第五章湿式除尘 一 湿式除尘机理 除尘效率 碰撞数 二 几种常见的洗涤式除尘器三 除尘过程中的气液界面四 文丘里洗涤器 除尘机理 压力损失计算 尺寸设计计算 Scrubber 特点 优点 不仅可以除去粉尘 还可净化气体 效率较高 可去除的粉尘粒径较小0 1 20微米 体积小 占地面积小 能处理高温 易燃 易爆的气流 缺点 有泥渣 防冻设备 冬天 易腐蚀设备 动力消耗大 低能耗250 1500 高能耗2500 9000Pa 一 湿式除尘机理 洗涤式除尘器的除尘机理主要有 1 液体介质与尘粒之间的惯性碰撞和截留2 微细尘粒 0 3微米以下 与液滴之间的扩散接触 布朗运动3 加湿的尘粒相互凝聚 凝聚在尘粒上4 扩散漂移和热漂移 凝聚在液滴上5 扩散泳 浓度梯度6 热泳 温度梯度 1 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 2 脱离后的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 3 在阻力的作用下 尘粒最终将停止运动 将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 1 1惯性碰撞机理 Scrubber 若xs xd时发生碰撞 一般用碰撞参数 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 在上述简化模型的前提下 现以液滴直径dD代替xd 液滴直径dD大 流线拐弯处的距离越大 xd越大 并用惯性碰撞数Ni来表示碰撞参数 的大小 将xs与dD 液滴直径 的比值称为碰撞数Ni 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 碰撞产生的结果 当尘粒与液滴碰撞时 尘粒若能被该液体润湿 则进入液体内部 左图 若不能被润湿 则粘附在液滴表面 右图 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tVp0 相对速度 即尘粒相对于液滴的速度 Vpm 尘粒相对于液滴的平均速度 1 2根据粉尘受力情况推导碰撞数 Scrubber dD 液滴直径 碰撞数的影响因素 Vp0 Vp0增大 Ni增大 则效率增大 dD dD减小 Ni增大 则效率增大 Scrubber 当尘粒直径和密度确定以后 碰撞数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 1 3关于dD最佳值的确定 液滴直径太小 导致液滴随气流一起运动 液滴和气流的相对速度减小 不利于碰撞数的增加 存在一个最佳粒径 500 1000微米或者通过以下经验公式确定 dp小 1 m dp大 5 10 m 2 扩散 粒径小于0 3微米以下的尘粒 在气体分子的撞击下 微粒做复杂的布朗运动 运动过程中 微粒与液滴接触而被捕集尘粒粒径越小 由于扩散而引起与液滴的接触越多 扩散程度与粉尘浓度 气液相对速度成正比 与气体粘度成反比 3 加湿的尘粒相互凝聚 排烟中常含有水蒸汽 气态有机物等 随着温度降低 这些凝结成分就会被吸附在粉尘表面 使尘粒彼此凝聚成较大的二次粒子 易于被液滴捕集 4 扩散漂移和热漂移 若气流中含有饱和态高温蒸汽 当其与较冷液滴接触时 饱和蒸汽会在较冷的液滴表面上凝结 形成一个向液滴运动的附加气流 这就是所谓的热漂移和扩散漂移 由于扩散漂移和热漂移的综合作用 使尘粒向液滴移动并沉积在液滴表面凝聚增大 增大后的粉尘可通过惯性作用加以捕集 5 扩散泳 气体介质中如果有浓度梯度存在 则在该方向的物质扩散速度明显大于其他方向 微粒在扩散运动分子的撞击下 也会产生与扩散方向相同的运动 这种现象称为扩散泳 在冷凝与蒸发过程中 扩散泳表现得十分明显 下图为蒸发过程中扩散泳的示意图 当液滴 或液膜 表面进行蒸发时 在液滴或液膜表面上会产生蒸气组分的浓度梯度 但当气体总压不变时 气态混合物就会发生垂直于液滴表面的流动 并向这个表面扩散 这种气体流动称为斯蒂芬流 斯蒂芬流对粒子的沉降影响很大 例如用喷水雾清除粉尘粒子时 斯蒂芬流有助于液滴捕获粉尘粒子 6 热泳 在气体介质中 如果有温度梯度存在 微粒就会受到由热侧指向冷侧的力的作用 这种力是粒子热侧和冷侧之间的分子碰撞差异而产生的结果 热区介质分子运动剧烈 单位时间碰撞微粒的次数较多 而冷区介质分子碰撞微粒次数较少 两侧分子碰撞次数和能量传递的差异 就会使微粒产生由高温区向低温区的运动 这一现象称为热泳 二 几种常见的洗涤式除尘器 按照气液接触方式 洗涤式除尘器分为两大类 1 粉尘随气流一起冲入液体内部 粉尘加湿后被捕集 特征是液体洗涤含尘气体 水浴除尘器 冲激式除尘器 旋风水膜除尘器 卧式旋风水膜除尘器 泡沫除尘器2 通过各种方式向气流中喷入水雾 使粉尘与液滴 液膜发生碰撞 有重力喷雾洗涤器 旋风洗涤器 填料塔洗涤器 文丘里除尘器 粉尘随气流一起冲入液体内部2 1水浴除尘器 含尘气体 喷头出高速喷出 激起大量水花和雾滴 粗大尘粒岁气流冲入水中捕集 较细尘粒 随气流180反转向上 通过与水花和液滴接触而捕集 效率和阻力的影响因素 气流冲击速度和喷头插入深度 冲击速度存在最佳值 8 14m s 对细微尘粒处理效率不高 2 2冲激式除尘器 含尘气体进入除尘器后 冲击水面 粗大的尘粒直接沉降 未被捕集的细微尘粒随气流通过S通道 激起大量水花和雾滴 通过惯性碰撞 离心力分离等作用去除 2 3泡沫除尘器 含尘气体经过除尘器下部空间时 一部分粗大尘粒 由于重力作用和筛板漏下的水的喷淋作用 得到初步净化 而后含尘气流通过多孔板上的液体时 气体在孔眼处形成气泡 并逐渐变大 筛板可分为三个区域 最下层是鼓泡区 主要为液体 中间层是运动的气泡层 主要是气体 液体是以气泡膜的形式存在 上层是溅沫区 液体变成了不连续的溅沫 气流中的尘粒主要在气泡区被捕集 为防止筛板堵塞 经常用来处理含尘浓度不高的烟气 2 4旋风水膜除尘器 筒壁上部设置切向喷嘴 水雾喷向壁面 使内壁形成一层很薄的不断下流的水膜 含尘气体由筒体下部切向导入旋转上升 靠离心力降尘粒甩向壁面 尘粒被水膜粘附 沿着器壁向下排出 由于采用离心力作为除尘作用力 因此增加气速 减小筒体直径会提高除尘效率 2 5卧式旋风水膜除尘器 工作过程 具有旋风 水浴 水膜除尘机理 含尘气体以切线方向导入 沿着螺旋形通道流动 当气流以较高速度冲击集尘水箱水面时 部分尘粒被水吸收 同时激起水花 气流夹带着水滴继续前进 在离心力的作用下把水滴和尘粒甩向壁面 并在其上形成一层厚度为3 5mm的水膜 尘粒被水膜所捕集 其外筒内壁的水膜不是由喷嘴形成 而是依靠气体冲击水面激溅起的水花形成 影响除尘效率的因素 水位1 除尘器内水位过高时 气流通过水面到内管的底面之间通道缩小 卷起水花过多 形成水膜过大 使除尘器阻力增加 处理风量减少 2 水位过低 通道过大 水膜形成不完全 除尘效率降低 向气体中喷入水雾2 6重力喷雾洗涤器 洗涤 喷雾塔 含尘气体通过喷淋液体形成液滴空间时 由于尘粒与液滴之间的碰撞 拦截和凝聚作用 较大颗粒依靠重力沉降 与洗涤液一起排走 较小的尘粒与液滴在顶部安装的除沫器作用下去除 逆流式 相对速度大 并流式 横流式压力损失小 250Pa 用于净化50微米以上尘粒 液滴最佳直径800微米 多与高效除尘器并用 用于预净化 降温加湿 如可用于静电除尘器前的烟气调质 增加比电阻 2 7旋风洗涤器 与干式旋风除尘器相比 增加了水滴的捕集作用 除尘效率增加除尘过程 在旋风除尘器中 逆向或者横向对旋转气流进行喷雾 尘粒与液滴碰撞拦截 气体螺旋运动产生离心力把和尘粒水滴甩向壁面 为了提捕集及效率 增加气体流速15 45m s和减小雾滴粒径 100微米最佳适用于去除5微米以上粉尘 压力损失为250 1000Pa分为环形喷液旋风洗涤器 中心喷雾式旋风除尘器 2 8填料塔洗涤器 重力喷雾洗涤器 填料 在洗涤器内部充填填料 形成填料层 由塔顶喷淋的洗涤液在填料表面形成液膜 含尘气体通过填料层时 尘粒被捕集 气体中的有害成分被吸收适用于伴有气体冷却和有害气体吸收的除尘过程设备外形与喷雾洗涤器相近 只是塔内设置填料层除尘效率和阻力的影响因素 填料性能 填料层常用的几种填料 常用的有拉西环 十字环 鲍尔环 鞍形环 阶梯环填料的主要参数 比表面积 空隙率1 从增大气夜两相的接触面积考虑 比表面积越大越好 空隙率越小越好2 从阻力动力消耗以及防止堵塞考虑 比表面积和空隙率存在最佳值 液滴分离器 气流在洗涤器中接触液体后 不可直接进入通风系统 液滴分离器重力式依靠液滴重力从气流中分离 粗大液滴 气流上升速度 0 3m s撞击式通过液滴同挡板或纱网撞击分离离心式利用惯性力使液滴分离 在洗涤器内设置螺旋叶片 三 气液界面 用液体来洗涤和捕集气体中微粒 大体要在四种气 液交界面上进行 即气泡表面 液体喷射表面 液膜表面以及液滴表面 1 气泡表面 泡沫除尘器 Scrubber 2 液体射流表面 文丘里除尘器 重力喷雾洗涤器表示一个压力喷咀形成的射流 喷出的射流经一定距离后破碎为直径分布范围很广的液滴群 气体和液体发生强烈混合 3 液膜 填料塔 液体依靠其流动性 润湿性在固体表面铺展开来 即形成液膜 如填料塔 内装填料 在填料表面形成液膜 4 液滴 旋风洗涤器靠机械力 惯性力以及摩擦力等使液体分散在大量气体中 从而形成液滴 四文丘里洗涤器 除尘器系统的构成文丘里管除雾器沉淀池加压循环水泵文丘里除尘器 渐缩管 喉管 渐扩管就其断面形状圆形文丘里除尘器矩形文丘里除尘器 4 1文丘里洗涤器除尘过程 含尘气体由迸气管进入收缩管后 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 80m s洗涤液 一般为水 通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入 被高速的含尘气流撞击成雾状液滴 气体中的尘粒与液滴凝聚成较大颗粒 随气流进入旋风分离器中与气体分离 文丘里管的工作条件 充分的雾化是实现高效除尘的基本条件 喉管气速 洗涤液速度1 要提高尘粒与水滴的碰撞速率 喉管气体速度必须较大 50 80m s 2 洗涤液的喷射速度控制在6m s 喷射速度过低时 会被分散成细粒而被气流带走 过高导致气液相对速度过小 除尘效率较低 同时洗涤液不能很好的被分散成小液滴 散落在渐扩管壁上3 除尘效率还与水气比有关 一般为0 5 1L m3 4 2文丘里洗涤器压力损失的计算前提 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 气流的全部能量损失用在喉管将液滴加速到气流速度 文丘里管压力损失计算 式中 文丘里洗涤器的气体压力损失cmH20L 液气体积比L m3 喉部气体速度cm s 4 3文丘里管几何尺寸的设计计算 由Q V确定D 进气管直径D1按与之相联管道直径确定 管道中气体流速v1为16 22