第六章 除尘装置(湿式、过滤).ppt

1、第三节 湿式除尘器 wet separator 一、概述 conspectus 湿式除尘器是使含尘气体与液体密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。 湿式除尘器可将直径为0.120m的粒子除去。具有结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便和净化效率高等优点，能够处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。 采用湿式除尘器要特别注意设备和管道腐蚀以及污水和污泥的处理等问题。如果设备安装在室外，还必须考虑在冬天设备可能冻结的问题。,在工程上使用的湿式除尘器型式很多。总体上可分为低能和高能两类。低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5 kPa，包括喷雾塔和旋风

2、洗涤器等，在一般运行条件下的耗水量（液气比）为0.53.0L/m3，对10m以上颗粒的净化效率可达90%-95%，高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0 kPa，净化效率可达99.5%以上，如文丘里洗涤器等。根据湿式除尘器的净化机理，可以将其大致分成七类； 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。,二、湿式除尘器的除尘机理 Removal dust theory of wet separator 1、惯性碰撞参数和除尘效率 在湿式除尘设备中可以采用第五章讨论的几种或全部的除尘机理，但任何此类装置的除尘机理主要是液滴和颗粒

3、之间的惯性碰撞和拦截作用。因此，讨论颗粒、液滴和气流性质对碰撞的影响成为一个重要问题。 含尘气体在运动中与液滴相遇，在液滴前xd处气流开始改变方向，绕过液滴流动，而惯性较大的颗粒将继续保持其原来直线运动的趋势。颗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。,定义颗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，颗粒和液滴就会发生碰撞。定义xs与液滴直径Dc的比值为惯性碰撞参数NI，对斯托克斯粒子，根据式（5-92）有： 式中：uD液滴的速度,m/s; up在流动方向上粒子的速度, m/s; 对于粒径小于5.

4、0m的粒子，必须考虑坎宁汉校正系数C。,颗粒和液滴之间的碰撞几率，即颗粒从气流中除去的效率与该碰撞参数密切相关。这一点已被实验和理论所证实。 可以看出，当颗粒直径和密度确定以后，碰撞系数与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，必须提高液气相对运动速度和减小液滴直径。目前工程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。 但液滴直径也不是愈小愈好，直径过小的液滴容易随气流一起运动，减小了液气相对运动速度。,对于给定颗粒,为获得最大除尘效率，应有一个最佳液滴直径。用图6-32可加以说明，此图系根据密度为2 g/m3的颗粒在重力喷雾塔中的碰撞效

5、率做出的。 根据碰撞参数的物理意义可以想象，N1值越大，则粒子惯性越大，则碰撞捕集效率越高。理论上讲，针对势流和粘性流，捕集效率可以根据惯性碰撞参数N1进行计算。约翰斯顿等人的研究结果是：,2、接触功率与除尘效率 根据接触功率（包括输送气体和雾化、喷淋液体功率）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，被工业界广泛接受。 最初，莱普（Lapple）和卡马克（Kamarck）观察到喷淋洗涤器的除尘效率主要由气体压力与雾化液体所消耗能量之和决定。接触功率理论推广了该结果，并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。设总能耗Et由两部分组成：气流通

6、过洗涤器时的能量损失Eg和雾化喷淋液体过程中的能量消耗E1。,（kWh/1000m3气体） 式中：pg气体通过洗涤器的压力损失，pa; p1液体入口压力，pa; Q 和 Qg分别为液体和气体的流量，m3/s。 为了关联接触功率和除尘效率，经常以传质单元数Nt表示后者，根据传质单元数的定义： 对于给定的洗涤器和颗粒物，传质单元数和接触功率之间有明确的关联: 其中，和为特性参数，由被捕集粉尘的特性和洗涤器类型决定。,3、分割粒径与除尘效率 预测洗涤器除尘性能的另一种方法是分割粒径法。这种方法是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。 对于多分散气溶胶体系，控制装置的总除尘效

7、率将取决于颗粒的粒径分布和对这种粉尘的分级效率。任何湿式除尘器对给定粉尘的总通过率可以表示为： 式中：Pi粒径为dpi的粒子分级通过率：m含尘总质量；G1入口粉尘累积频率分布；q1入口粉尘的频度分布。,多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为 式中：Ae、Be均为常数；da 粒子的空气动力学直径. 在粒径dp大于1m或粒径分布服从对数正态分布的特殊情况下，作为近似推算，式（6-43）中空气动力学直径da可以用实际直径dp代替。 填料塔、离心式洗涤器和筛板塔都服从上述关系。对填料塔和筛板塔，Be的值为2；对离心式洗涤器，Be大约为0.67。文丘里洗涤器也服从上述关系，当喉管处惯性碰撞参数N1=0.

8、55时，Be近似为2。,对于多种形式的对数正态分布，求解上述方程，其结果表示于图6-33和图6-34。图6-33以BeLn(g)为参数，给出了总通过率Pt随 （dac/da50）Be的变化，其中dac为洗涤器的空气动力学分割直径，d a50为空气动力学中位直径。图6-34为Be=2时以g为参数时的结果。 为推算总通过率，必须首先确定洗涤器的分割粒径。卡尔弗特（Calvert）等人关联了洗涤器分割粒径与气相压力损失或输送给洗涤器的能量之间的关系（称为分割-功率关系）。对常用的洗涤器得出了如图6-35所示的结果，曲线给出了分割粒径随气相压力损失的变化。,三、喷雾塔洗涤器 Spray tower w

9、asher 喷雾塔的除尘效率取决于液滴大小、颗粒的空气动力学直径、液气流量比以及气体性质。为了预估喷雾塔的除尘效率，通常假定所有液滴具有相同直径，且进入洗涤器后立刻以终末沉降速度沉降；液滴在整个过气断面上分布均匀，无聚结现象。基于这些假定，立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可以用下式表示：,式中：ut液滴的终末沉降速度； Vg空塔断面速度； z 气液接触的总塔面积； d单个液滴的碰撞效率。 单个液滴的集尘效率受液滴运动雷诺数的影响很大，根据液滴周围为粘性流和势流时的集尘效率，内插得到如下近似表达式： 在塔内只有小部分液滴保持在悬浮状态，有时甚至只有20%的液体是有效的，这取决于洗涤器的大小

10、。,喷雾塔的压力损失较低，当气流速度为0.15 0.45 m/s，液体质量流量为(28) x 104 kg/(m2 .h）时，压力损失通常为1000 Pa/m。空塔气流速度Vg一般取为液滴沉降速度的50，如果液滴直径在0.51.0 mm范围内，Vg可采用0.61.2m/s。最佳液滴直径的选择，根据颗粒粒径的大小由图6-32确定。另外，液气流量比对除尘效果也有较大影响。为了提高操作时的液气比，液体应循环使用,为此在工厂区应设置沉淀池。,除了逆流喷雾塔外，还有错流型式的喷雾塔。即液体由塔的顶部喷淋下来，而含尘气流水平通过喷雾塔。对于粒子的惯性捕集，可用下式估算粒子的总通过率： 喷雾塔具有结构简单、

11、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颗粒。与大多数其他类型洗涤器一样，严格控制喷雾过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要的。,四、旋风洗涤器 Cyclone washer 在干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，这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，并捕集颗粒，携带颗粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面降落到器底。 旋风洗涤器的另一种形式如图6-37所示，常称为中心喷雾的旋风洗涤器。含尘气体由筒体的下部切向引入，水通过轴上安装的多头喷嘴喷出，径向喷出的水雾与螺旋形旋转气流相碰，使颗粒被捕集下来。,旋风洗涤器气体入口速度范围一般为1545

12、 m/s。随着入口速度的提高，气流与液滴之间相对运动速度增加。通常假定粒子与气流的速度相等，因此，颗粒与液滴之间相对运动速度亦增加，靠惯性碰撞的集尘效率提高。同时气体在塔内旋转运动的路程比在喷雾塔内加长，使颗粒被捕集的概率增大。通常离心洗涤器净化5m以下颗粒是有效的。中心喷雾的旋风洗涤器对于0.5m以下颗粒的捕集效率可达95以上。 因为旋风洗涤器内气流的旋转运动使其带水现象减弱，可以采用比喷雾塔中更细的喷嘴。旋风洗涤器的耗水量一般为0.51.5 L/ m3。,旋风洗涤器的压损范围一般为0.51.5kPa，可以下式进行估算： P= P0 +(Ql/ Qg)1uD2 式中: P旋风除尘器的压力损失

13、,pa； P0喷雾系统关闭时的压力损失,pa； 1液滴密度，kg/ m； uD液滴初始平均速度，m/s。 旋风洗涤器适合于处理烟气量大和含尘浓度高的场合。它可以单独采用，也可以安装在文丘里洗涤器之后作为脱水器。,五、文丘里洗涤器 Venturi washer 1、除尘过程 文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器，常用在高温烟气降温和除尘上，其结构如图6-39所示，由收缩管、喉管和扩散管组成。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50180 m/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

14、化是实现高效除尘的基本条件。,通常假定：微细颗粒以与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，实现微细颗粒的捕集。当液滴速度接近气流速度时，液滴与颗粒之间相对速度接近零。在喉管下游，惯性碰撞的可能性迅速减小。因为碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此，气流入口速度必须高。在扩散管中，气流速度减小和压力的回升，使以颗粒为凝结核的凝聚速度加快，形成直径较大的含尘液滴，以便于被低能洗涤器或除雾器捕集下来。,2、几何尺寸 文丘里洗涤器的几何尺寸主要包括收缩管、喉管和扩散管的长度、直径以及收缩管和扩散管的张开角度等。

15、进气管直径D，按与之相联管道直径确定，管道中气流速度一般为1622 m/s。收缩管的收缩角1常取23o25o，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。扩散管的扩散角2一般为5o7o，出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气速确定。,由于扩散管后面的直管道还具有凝聚和恢复压力的作用，一般设12 m长的连接管，再接除雾器。收缩管和扩散管的长度L1及L2由下面的式子决定: 喉管长度一般取喉管直径的0.81.5倍，或取为200500 mm.,3、压力损失 文丘里洗涤器内高速气流的动

16、能要用于雾化和加速液滴，因而气流的压力损失自然大于其他湿式和干式除尘器。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，基于喉管内气流方向上dx段的力平衡： 式中：uD，vg分别为液滴和气体的速度； 令x=0处（液体注入点）液滴在x方向的速度亦为零。积分式（6-50）得： 式中：uD2液滴在 x2 处的速度。,为决定在整个喉管内的压力损失，假定在喉管内气流速度为常数；气体流动为不可压缩的绝热过程；在任何断面上液气比不变；液滴直径为常数；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： 式中：md液滴的质量； AD

17、液滴在垂直于流动方向上的截面积； CD阻力系数。,对于球形液滴： 因为 所以 (6-51) 上式的积分限为：在x=0处，uD=0，在x=L处（L为喉管长度），uD= uDL，当L足够长时，液滴速度将近似等于喉管内的气流速度vT；对式(6-51)积分时还应考虑阻力系数CD与vg和uD的关系，则 (6-52),或者 (6-53) 其中:p的单位为cmH2O, vT的单位是cm/s，Q1与Qg的单位相同。 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（Hes-keth）提出了如下方程式： (6-54) 其中：p的单位为Pa， A为喉管的横断面积(m2)。方程式(6-53)和(6-54)

18、是二个被广泛接受的表达式。,4、除尘效率 虽然文丘里洗涤器广泛用于除尘过程，但尚缺乏可靠的计算除尘效率的方程式。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： 式中：l和g分别为洗涤液和颗粒的密度，g/cm3; g气体黏度，10-1pas; P文丘里洗涤器压力损失，cmH2O; dp颗粒粒径m； f 经验常数，在该表达式中为0.10.4。,图6-40给出了文丘里洗涤器性能（以空气动力学分割粒径表示） 与气流速度、液气比之间的关系，同时也给出压力损失等值线。,例6-6,第四节 过滤式除尘器,使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置.分类如下：,空气过滤器 滤纸或玻璃纤维,颗

19、粒层除尘器 砂、砾、焦炭等颗粒物,袋式除尘器 纤维织物,除尘器工作原理,工作原理 截留、惯性碰撞,除尘器工作原理,工作原理 扩散、电沉积,除尘器工作原理,工作原理 筛分,袋式除尘器,采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广 除尘效率一般可达99%以上 效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用,袋式除尘器的工作原理,含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上 沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中 粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作 用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层,袋式除尘器的工作原

20、理,新鲜滤料的除尘效率较低 粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率 随着粉尘在滤袋上积聚，滤袈两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降,除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰 清灰不应破坏粉尘初层,袋式除尘器的工作原理,袋式除尘器的分级效率曲线,袋式除尘器除尘效率的影响因素,粉尘负荷 过滤速度 烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称气布比 过滤速度是重要的技术经济指标。选用高的过滤速度，所需要的滤布面积小，除尘器体积、占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却会加大。 一般来讲，除尘效率

21、随过滤速度增加而下降 过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关,袋式除尘器的除尘效率,丹尼斯 （Dennis）和克莱姆（Klemm）提出了一系列方程，以预测袋式除尘器的粉尘出口浓度和穿透率,袋式除尘器的压力损失,压力损失：重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等,袋式除尘器的压力损失,渗透率K是沉积粉尘层性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大小分布和粉尘粒径分布等的函数 对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失 基本上是一个常数 通过袋式除尘器的压力损失主要由 决定,袋式除尘器的压力损失,在时间t内，沉积在滤袋上的粉尘质量m可以表示为 因此 粉尘层的压力损失 令 ，

22、定义为颗粒层的比阻力系数，因此,袋式除尘器的压力损失,对于给定的烟气特征和粉尘层渗透率， 与粉尘浓度C和过滤时间t成线性关系，而与过滤速度的平方成正比,粉尘的比阻力系数,袋式除尘器的压力损失,过滤阻力与粉尘负荷,袋式除尘器的滤料,对滤料的要求 容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低 使用寿命长，耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度 表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高 表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰 。,袋式除尘器的滤料,滤料种类 按滤料材质分 天然纤维 棉毛织物，适于无腐蚀、350360K以下气

23、体 无机纤维 主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆 合成纤维 性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域,袋式除尘器的滤料,滤料种类 按滤料结构分 滤布（编织物） 毛毡 工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰,袋式除尘器的滤料,袋式除尘器的清灰,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 常用的清灰方式有三种 机械振动式 逆气流清灰 脉冲喷吹清灰,袋式除尘器的清灰,机械振动清灰 机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.02.0m/min，压力损失为8001200Pa,袋式除尘器的清灰,机械振动清灰 此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果

24、较好 缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大,袋式除尘器的清灰,逆气流清灰 过滤风速一般为0.52.0m/min，压力损失控制范围10001500Pa 这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少。,袋式除尘器的清灰,脉冲喷吹清灰 利用47atm的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落 必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间 （通常为0.1一0.2s） 每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s,袋式除尘器的清灰,脉冲喷吹清灰,袋式除尘器的清灰,脉冲喷吹清灰 脉冲喷吹耗用压缩空气量 脉冲喷吹清灰

25、实现了全自动清灰，净化效率达99；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠,袋式除尘器的选择、设计和应用,设计流程 选择过滤介质：与温度、气体、粉尘的性质相适应 选择清灰方式：与滤布相适应 计算气布比、计算穿透率 计算需要的过滤面积和袋室数目 提出风机和管道的技术要求 经济核算,袋式除尘器的选择、设计和应用,选择与设计 （1）选定除尘器型式、滤料及清灰方式 根据对除尘效率的要求、厂房面积、投资和设备定货的情况等，选定除尘器类型 根据含尘气体特性，选择合适的滤料 根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等便可初步确定清灰方式,袋式除尘器的选择、设计和应用,选择与设计 清灰方式,袋式除

26、尘器的选择、设计和应用,选择与设计 滤料的比较,袋式除尘器的选择、设计和应用,选择与设计 气布比对穿透率的影响,袋式除尘器的选择、设计和应用,选择与设计 （2）计算过滤面积 一般情况下的过滤气速归纳如下 简易清灰: vF=0.200.75m/min 机械振动清灰: vF=1.02.0m/min 逆气流反吹清灰: vF=0.52.0m/min 脉冲喷吹清灰: vF=2.04.0m/min,袋式除尘器的选择、设计和应用,选择与设计 （3）除尘器设计 确定滤袋尺寸:直径d和高度l 计算每条滤袋面积:a=dl 计算滤袋条数:n=A/a 在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻

27、两滤袋之间的净距一般取5070mm,袋式除尘器的选择、设计和应用,应用 袋式除尘器作为一种高效除尘器，广泛用于各种工业部门的尾气除尘 比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，可以回收高比电阻粉尘 与文丘里洗涤器相此，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用 微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集是适宜,袋式除尘器的选择、设计和应用,袋式除尘器和静电除尘器对细粒子的捕集性能比较,袋式除尘器的测定,测定除尘器的性能 穿透性 压力损失：U型管压力计 测量位置：系统的总压降（为风机技术条件所需要） 法兰盘连接袋滤器的压降、滤袋两侧的压降 滤袋出现孔洞时的检验 对滤袋或小块过滤介质进行测试 透气性 耐腐蚀性 抗张试验等,袋式除尘器的运行,最佳操作 最佳费用，即长期的最低费用,袋式除尘器的运行,费用与清灰频率之间的关系,颗粒层除尘器,颗粒层除尘器是利用颗粒状物料 （如硅石、砾石、焦炭等）作填料层的一种内部过滤式除尘装置 颗粒层除尘器的除尘机理与袋式除尘器类似，主要靠惯性碰撞、截留及扩散作用等,第五节 除尘器选择与发展,除尘器的比较,某标准粉尘的粒径分布,除尘器的比较,续1,除尘器的比较,续2,费用与除尘效率的关系,除尘器的比较,费用与除尘效率的关系,续3,1.Inertial collector 10.Electron