第06章 颗粒物污染控制技术3

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0.120m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0.21.5kPa，对10m以上粉尘的净化效率可达9095%高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达99.5以上,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0.1m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湿式除尘过程不利于副产品的回收。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,湿式除尘器的除尘机理,惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移与热漂移、凝聚等多种作用并存。惯性碰撞,尘粒的惯性越大，气体流线曲率半径越小，尘粒脱离流线而被液滴捕集的可能性越大。,当尘粒与颗粒碰撞时，尘粒若能被液体润湿，则进入液体内部,若不能被润湿，则粘附在液体表面，其过程不受界面的张力支配,所有接近液滴的尘粒，在直径d0的面积范围内将与液滴碰撞,湿式除尘器的除尘机理,扩散对于粒径0.3m的尘粒，扩散是一个很重要的捕集因素微粒象气体分子一样，作不规则的热运动，在运动过程中，尘粒和液体接触而被捕集扩散几率可用下式表示：,为液滴周围气膜的有效厚度D为扩散系数,湿式除尘器的除尘机理,粘附当尘粒半径大于粉尘中心到液滴边缘的距离时，则粉尘被液滴粘附而被捕集扩散漂移和热漂移若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷液体接触时，饱和蒸气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此气流促使较小尘粒向液滴移动，并沉积在液滴表面而被捕集凝聚作用通过排烟系统排出的烟雾通常含有水蒸气，硫酸酐和气态有机物，当温度降低时，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,气液界面气泡表面,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，随后上升通过液层气泡到达液层表面时，逐渐累积增多，在液面上形成气泡层气泡层顶部薄膜逐渐变薄，最后破裂释放出气体，同时溅起细小的飞沫在筛板上形成三个区域：鼓泡区气泡区（主要的尘粒捕集区）溅沫区,泡沫式气体净化设备,气液界面液体射流表面,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载尘气体平行于射流运动，在射流破碎过程中，气体和液体发生强烈混合，在更远的下游，气液混合射流冲击储存器中的液体表面，储存器中的液体被部分分裂。由于尘粒和液滴相对速度较小，故此装置的捕集效率不是很高，但由于液体喷射的抽吸作用，气体不需引风设备,气液界面液膜,液体依靠其流动性、润湿性在固体表面铺展开，即形成液膜液膜的形状和面积主要取决于它们依附的固体表面的形状和面积由于气流几乎总是与液体平行，故各种的捕集作用都不太强,气液界面液滴,液滴的形成主要是利用机械力、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,气液界面液滴,利用惯性力形成液滴,气液界面液滴,利用摩擦力形成液滴,气液界面液滴,靠摩擦力来高效分散液体的文丘里湿式除尘器能在有效的容积内形成很好的界面分布，液滴的椭球面和伞形薄层有利于尘粒的惯性碰撞，而且液滴不断破碎，表面不断更新，故尘粒的捕集效率很高,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,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,up：粒子运动速度uD：液滴运动速度dD：液滴直径,除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则越高,惯性碰撞参数与除尘效率,对于势流和粘性流，=f(NI)有理论解，一般情况下，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,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EL,PG:气体压力损失，PaPL:液体入口压力，PaQL,QG:液体和气体流量，m3/s,接触功率与除尘效率,除尘效率,其中，,特性参数,湿式除尘器的总效率与总能耗的关系,分割粒径与除尘效率,分割粒径法：基于分割粒径计算的除尘效率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各种型式的惯性分离装置的分级通过率可以表示为对任何一种类型的湿式除尘器，总通过率,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=0.55），Be=2,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（分割功率关系）,喷雾塔洗涤器,优点：结构简单、阻力小且不易堵塞，较适合处理高湿、高热的含尘气体缺点：体积庞大、效率低、耗水量大且污水处理困难广泛用于净化粒径大于50m的尘粒，对于粒径小于10m的粉尘粒子的净化效率较低，很少用于脱除气态污染物，经常与高效洗涤器联用，起预净化降温和加湿等作用,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，md单个液滴的碰撞效率,喷雾塔洗涤器,单液滴捕集效率d可用下式表示,对于Stokes粒子，紊流过渡区，牛顿区，,喷雾塔洗涤器,对一定入口浓度的含尘气体，净化程度越深，耗水量越大,错流式中，垂直方向气速=0，,所以,喷雾塔洗涤器,错流式喷雾塔,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,旋风洗涤器,湿式旋风洗涤器的捕集效率比干式旋风除尘器有明显提高。在旋风洗涤器中，采用比喷雾塔更细的喷雾。为增强捕集效果，采用较高的入口气流速度，一般为1545m/s，并从逆向或横向对气流喷雾，使气液间的相对速度增大，惯性碰撞效率提高最佳水滴直径从理论上估算为100m，在实际中采用的水滴直径范围为100200m。适于净化5m以上的尘粒。在净化亚微米范围内的粉尘时，常用在文丘里洗涤器之后，作为脱除凝聚水滴。压力损失范围一般为0.251.0kPa，特别适合于处理气量大和含尘浓度高的场合。,中心喷雾旋风洗涤器,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主要的除尘机制：水滴的碰撞作用；旋转气流的离心作用；水滴甩向壁面后形成的水膜的黏附作用。入口气流速度一般为1545m/s，压力损失0.52kPa，耗水量0.51.5L/m3。对于大于5m的尘粒的净化效率可达9598常作为文丘里洗涤器的脱水器,中心喷雾旋风洗涤器,液滴直径范围,中心喷雾旋风洗涤器,与文丘里除尘器联用时，净化烟气时的性能,立式旋风水膜除尘器,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，沿壁面流下排走净化效率随气流入口速度增高和筒体直径减小而提高，但入口速度过高，可能破坏水膜层。入口速度一般为1522m/s。净化效率比干式旋风除尘器高得多，且器壁磨损较轻。净化效率一般可保证在90以上。耗水量为0.10.3L/m3,麻石水膜除尘器,优点：良好的耐腐蚀性和耐磨性，经久耐用；除尘效率高，一般可达90左右钢材用料少，对于麻石产区可就地取材，节省投资和钢材缺点：采用安装环形喷嘴形成筒壁水膜，喷嘴易被烟尘堵塞；液气比大，含酸废水需处理后才能排放不宜处理急冷急热的除尘过程，处理烟气温度不超过100,麻石水膜除尘器主要尺寸,性能参数：入口速度：18m/s，直径大于2m的除尘器可采用22m/s内部上升气流速度：4.55m/s；L/g0.150.2L/m3压损6001200Pa，锅炉除尘效率可达8590,麻石水膜除尘器主要性能参数,卧式旋风水膜除尘器,构造由内筒、外壳、螺旋导流叶片、集尘水箱和排水设施等组成。工作原理水箱内水表面接触沉降外筒内壁和内筒外壁形成的水膜的捕集作用除尘效率可达8592%通道内断面流速为818m/s，压力损失约为3001000Pa液气比一般为0.060.15L/m3筒底水位高为80150mm,旋风洗涤器,旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.51.5kPa，可以下式进行估算,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/s,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,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50180m/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,气速、液滴速度和捕集效率,文丘里管的结构形式是效率高低的关键,文丘里洗涤器的几何尺寸,圆形截面进气管直径D0按与之相联管道直径确定，,1.收缩管进气端截面积。一般按与之相连的进气管道形状计算。,u1进口管道中流速一般为1622m/s.,文丘里洗涤器的几何尺寸,收缩管的收缩角1：常取23o30o。用于除尘时为23o25o，最大可达30o。用于降温时，取23o25o。,矩形截面收缩管进气端的高度和宽度,收缩管长度的计算,圆形收缩管：,bTaT,矩形截面收缩管：,取两者最大值,文丘里洗涤器的几何尺寸,2.喉管喉管截面积,一般vT40120m/s，净化亚微米粉尘，可取90120m/s，甚至高达150m/s；净化较粗粉尘，可取6090m/s，有时取35m/s也可满足要求；在气体吸收中，一般取2023m/s。,圆形喉管直径的计算：,文丘里洗涤器的几何尺寸,矩形喉管：对于小型矩形文丘里管，喉管的高宽比可取为,对于通过大气量的喉管,喉管长度的计算：,文丘里洗涤器的几何尺寸,3.扩散管出口端截面积：u2按其后连接的除雾器要求的气速确定，一般取1822m/s。由于扩散管后面的直管段还有凝聚和压力恢复的作用，故最后设12m直管段，再接除雾器。,圆形扩散管直径的计算：,文丘里洗涤器的几何尺寸,扩散管的扩散角2一般为5o7o,矩形截面扩散管出气端的高度和宽度,扩散管长度的计算,圆形扩散管：,矩形截面收缩管：,取两者最大值,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,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,或,文丘里洗涤器,除尘效率:凝聚效率和脱水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,文丘里洗涤器,文丘里洗涤器性能气流速度、液气比之间的关系,文丘里洗涤器的应用,文丘里洗涤器对细粉尘具有很高的除尘效率，且对高温气体的降温效果也很好，因此广泛用于高温烟气的除尘、降温上炼铁高炉煤气、炼钢电炉烟气以及有色冶