湿式除尘器的结构原理

1、n概述概述 n除尘机理：惯性碰撞参数除尘机理：惯性碰撞参数 除尘效率与粒径除尘效率与粒径 n喷雾洗涤塔：除尘效率喷雾洗涤塔：除尘效率 n旋风洗涤器旋风洗涤器 n文丘里洗涤器：文丘里洗涤器： n掌握湿式除尘器的除尘机理掌握湿式除尘器的除尘机理 n掌握各类湿式除尘器的工作原理、结构及性能掌握各类湿式除尘器的工作原理、结构及性能 n能够进行湿式除尘器的选择和设计能够进行湿式除尘器的选择和设计 n使含尘气体与液体使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴（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和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒捕集尘粒或或使粒径增大使粒径增大 的装置的装置 n可

2、以有效地除去直径为可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，的液态或固态粒子， 亦能脱除气态污染物亦能脱除气态污染物 n高能和低能湿式除尘器高能和低能湿式除尘器 低能湿式除尘器的压力损失为低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，对，对10m以上粉以上粉 尘的净化效率可达尘的净化效率可达9095% 高能湿式除尘器的压力损失为高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达，净化效率可达 99.5以上以上 旋风洗涤器旋风洗涤器 重力喷雾洗涤器重力喷雾洗涤器 冲击式冲击式 文丘里洗涤器文丘里洗涤器 n根据湿式除尘器的净化机理，大致分为根据湿式除尘器的净化机理，大致分为 重力喷

3、雾洗涤器重力喷雾洗涤器 旋风洗涤器旋风洗涤器 自激喷雾洗涤器自激喷雾洗涤器 板式洗涤器板式洗涤器 填料洗涤器填料洗涤器 文丘里洗涤器文丘里洗涤器 机械诱导喷雾洗涤器机械诱导喷雾洗涤器 低能 n主要湿式除尘装置的性能和操作范围主要湿式除尘装置的性能和操作范围 装置名称装置名称 气体流速气体流速 /ms-1 液气比液气比 /l m-3 压力损失压力损失/Pa 分割直径分割直径 /m 喷淋塔喷淋塔0.12231005003.0 填料塔填料塔0.5123100025001.0 旋风洗涤器旋风洗涤器15450.51.5120015001.0 转筒洗涤器转筒洗涤器 （300 750r/min） 0.725

4、0015000.2 冲击式洗涤冲击式洗涤 器器 1020105001500.2 文丘里洗涤文丘里洗涤 器器 60900.31.5300080000.1 n在在耗用相同能耗时，耗用相同能耗时， 比干式机械除尘器高。比干式机械除尘器高。高能耗高能耗 湿式除尘器清除湿式除尘器清除0.1 m以下粉尘粒子，仍有很高效率以下粉尘粒子，仍有很高效率 n 可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用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，如能够处理于它们不能胜任的条件，如能够处理高温高温，高湿气高湿气 流流，高比电阻粉尘高比电阻粉尘，及，及易燃易爆的含尘气体易燃易爆的含尘气体 n在

5、去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气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。既起及某些气态污染物。既起除尘除尘作用，又起到作用，又起到冷却冷却、 净化净化的作用的作用 n排排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应 重复回用重复回用; ; n 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具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，因此有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备要特别注意设备 和管道腐蚀问题和管道腐蚀问题; ; n不适用于净化含有不适用于净化含有憎水性憎水性和和水硬性粉尘水硬性粉尘的气的气 体体; ; n寒冷地区

6、使用湿式除尘器，容易结冻，应采寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采 取防冻措施取防冻措施 。 n1 1、惯性碰撞参数惯性碰撞参数与除尘效率与除尘效率 简化模型简化模型 含尘含尘气体气体与液滴相遇，与液滴相遇，在液滴前在液滴前xd处开始绕处开始绕 过液滴流动过液滴流动，惯性较大的，惯性较大的尘粒尘粒继续继续保持原来保持原来 的直线运动的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结。尘粒从脱离流线到惯性运动结 束时所移动的直线距离为束时所移动的直线距离为粒子的停止距离粒子的停止距离xs， 若若xs大于大于xd； ；尘粒和液滴就会发生碰撞 尘粒和液滴就会发生碰撞 xs xd 定义定义惯性碰撞参数惯性碰撞参

7、数NI：停止距离停止距离xs与液滴直径与液滴直径 dD的比值的比值 对斯托克斯粒子对斯托克斯粒子(5(5 m时时, ,要坎宁汉修正要坎宁汉修正) up：粒子运动速度：粒子运动速度 uD：液滴运动速度：液滴运动速度 dD：液滴直径：液滴直径 2 pppD s tI DD () 9 duuC x SN dd 2 2 除尘效率：除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则值越大，粒子惯性越大，则II越高越高 对于势流和粘性流，对于势流和粘性流，II = =f f( (NI)有理论解，一般有理论解，一般 情况下，情况下，John Stone等人的研究结果等人的研究结果 K K关联系数，其值取关联系数，其值取

8、 决于设备几何结构和决于设备几何结构和 系统操作条件系统操作条件 L L液气比，液气比，L/1000mL/1000m3 3 I 1exp()KLN n根据接触功率理论得到的根据接触功率理论得到的经验公式经验公式，能够较，能够较 好地关联好地关联湿式除尘器湿式除尘器压力损失压力损失和和除尘效率除尘效率之之 间的关系间的关系 n接触功率理论接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是假定洗涤器除尘效率仅是系系 统总能耗统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关的函数，与洗涤器除尘机理无关 n总能耗总能耗E Et t: :气流通过洗涤器时的能量损失气流通过洗涤器时的能量损失E EG G+ +雾雾 化喷淋液体过程中

9、的能量消耗化喷淋液体过程中的能量消耗E EL L PG: 气体压力损失，气体压力损失，Pa PL: 液体入口压力，液体入口压力，Pa QL,QG: 液体和气体流量，液体和气体流量，m3/s 3 L tGLGL G 1 ()(kWh/1000m 3600 气体） Q EEEPP Q n除尘效率除尘效率 n其中，传质单元数其中，传质单元数 除尘器的特性参数（见下页）除尘器的特性参数（见下页） t 1e N tt NE 、 粉尘和尘源类型粉尘和尘源类型 1LD转炉粉尘转炉粉尘4.4500.4663 2滑石粉滑石粉3.6260.3506 3磷酸雾磷酸雾2.3240.6312 4化铁炉粉尘化铁炉粉尘2.

10、2550.6210 5炼钢平炉粉尘炼钢平炉粉尘2.0000.5688 6滑石粉滑石粉2.0000.6566 7从硅钢炉升华的粉尘从硅钢炉升华的粉尘1.2260.4500 8鼓风炉粉尘鼓风炉粉尘0.9550.8910 9石灰窑粉尘石灰窑粉尘3.5671.0529 10从黄铜熔炉排出的氧化锌从黄铜熔炉排出的氧化锌2.1800.5317 11从石灰窑排出的碱从石灰窑排出的碱2.2001.2295 12硫酸铜气溶胶硫酸铜气溶胶1.3501.0679 13肥皂生产排出的雾肥皂生产排出的雾1.1691.4146 14从吹氧平炉升华的粉尘从吹氧平炉升华的粉尘0.8801.6190 15没有吹氧的平炉粉尘没有

11、吹氧的平炉粉尘0.7951.5940 除尘器的特性参数除尘器的特性参数 n分割粒径法：基于分割粒径法：基于分割粒径能全面表示分割粒径能全面表示从气流中分从气流中分 离粒子的难易程度离粒子的难易程度和和洗涤器的性能洗涤器的性能 n多数惯性分离装置的多数惯性分离装置的分级通过率分级通过率可以表示为可以表示为 da: 粒子的空气动力学直径粒子的空气动力学直径 Ae，Be: 均为常数均为常数 对填充塔和筛板塔，对填充塔和筛板塔，Be=2； 离心式洗涤器，离心式洗涤器，Be=0.67； 文丘里洗涤器（当文丘里洗涤器（当NI=0.55），），Be=2 e ea 1 exp() B ii PAd 1 1 0

12、 i PPdG n通过率与分割粒径的关系通过率与分割粒径的关系 n（dac/da50) )Be和和Beln(g) Be=2时时 和和( (dac/da50) )、g 5-23 n分割直径与压力降的关系（分割功率关系）分割直径与压力降的关系（分割功率关系） 压力降压力降dac n假定假定 所有液滴具有相同所有液滴具有相同 直径直径 液滴进入洗涤器后液滴进入洗涤器后 立刻以终末速度沉立刻以终末速度沉 降降 液滴在断面上分布液滴在断面上分布 均匀、无聚结现象均匀、无聚结现象 含尘气体 清洁气体 循环水 含尘水 n则则立式逆流喷雾塔立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率靠惯性碰撞捕集粉尘的效率 可以用

13、下式预估可以用下式预估 ut 一液滴的终末沉降速度，一液滴的终末沉降速度，m/s Vg空塔断面气速，空塔断面气速，m/s z气液接触的总塔高度，气液接触的总塔高度，m d单个液滴的碰撞效率单个液滴的碰撞效率 Ltd GDtg 3 1 exp 2() Q u z Q duV n单液滴捕集效率单液滴捕集效率d d可用下式表示可用下式表示 对于对于Stokes 粒子粒子， 紊流过渡区紊流过渡区， 牛顿区牛顿区， 2 t d t () 0.7 S S sDPD tI DDD 2() 2 xuuu SN ddd 2 tDDdDi udd()正比 tDDdDi udd不随变化 0 5 tDDdD 1 i

14、udd . /()反比 2 2 580 582 583 错流式中，垂直方向气速错流式中，垂直方向气速=0=0， , ,所以所以 n错流式喷雾塔错流式喷雾塔 tgt uVu Ld t GD 3 exp() 2 Q Z P Q d n喷雾塔喷雾塔结构简单结构简单、压力损失小压力损失小，操作稳操作稳 定定，经常与，经常与高效洗涤器高效洗涤器联用捕集粒径较联用捕集粒径较 大的粉尘大的粉尘 n严格控制喷雾的过程，保证严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均液滴大小均 匀匀，对有效的操作是很有必要，对有效的操作是很有必要 n干式旋风分离器内部以环形方干式旋风分离器内部以环形方 式安装一排喷嘴，就构成一种式安装一

15、排喷嘴，就构成一种 最简单最简单的旋风洗涤器的旋风洗涤器 n喷雾作用发生在喷雾作用发生在外涡旋区外涡旋区，并并 捕集尘粒，捕集尘粒，携带尘粒的液滴被携带尘粒的液滴被 甩向旋风洗涤器的湿壁上甩向旋风洗涤器的湿壁上，然，然 后沿壁面沉落到器底后沿壁面沉落到器底 n在出口处通常需要安装除雾器在出口处通常需要安装除雾器 n喷雾沿切向喷向筒壁，使喷雾沿切向喷向筒壁，使 壁面形成一层很薄的不断壁面形成一层很薄的不断 下流的水膜下流的水膜 n含尘气流由筒体下部导入，含尘气流由筒体下部导入， 旋转上升，旋转上升，靠离心力甩向靠离心力甩向 壁面的粉尘为水膜所粘附，壁面的粉尘为水膜所粘附， 沿壁面流下排走沿壁面流

16、下排走 n旋风洗涤器的压力损失范围一般为旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.5 1.5kPa，可以下式进行估算可以下式进行估算 2 L 0LD G Q PPu Q 旋风洗涤器的压力损失，旋风洗涤器的压力损失，pa 喷雾系统关闭时的压力损失，喷雾系统关闭时的压力损失，Pa 液滴密度，液滴密度，kg/m3 液滴初始平均速度，液滴初始平均速度，m/s 0 P L D u P n离心洗涤器净化离心洗涤器净化dp5m的尘粒仍然有效的尘粒仍然有效 n耗水量耗水量L/G=0.51.5L/m3 n适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合 n可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作

17、可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作 脱水器脱水器 n由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱 n可采用比喷雾塔更细的喷嘴可采用比喷雾塔更细的喷嘴 n除尘器系统的构成除尘器系统的构成 文丘里洗涤器文丘里洗涤器 除雾器除雾器 沉淀池沉淀池 加压循环水泵加压循环水泵 n除尘过程除尘过程 文丘里除尘器：文丘里除尘器： 收缩管，收缩管， 喉管，喉管， 扩散管扩散管 就其断面形状就其断面形状 圆形圆形文丘里除尘器文丘里除尘器 矩形矩形文丘里除尘器文丘里除尘器 n除尘过程除尘过程 含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，

18、气流的压力能逐渐转变为动能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，一般为在喉管入口处，气速达到最大，一般为50180m/s 洗涤液洗涤液 （一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷（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充分的雾化是实现高效除尘的基本条件 n除尘过程除尘过程 液体进入文丘里管及雾化情况：液体进入文丘里管及雾化情况： 气速、颗粒与液滴相对速度和捕集效率气速、颗粒与液滴相对速度和捕集效率 n通常假定通常假定 微细尘粒以微细尘粒以气流相同的速度气流相同的速度进入喉管进入喉管

19、 洗涤液滴的洗涤液滴的轴向初速度为零轴向初速度为零，由于气流曳力在，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，实现微细尘粒的于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的 捕集捕集 n碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口 速度必须较高速度必须较高 n几何尺寸几何尺寸 进气管直径进气管直径D D1 1按与之相联管道直径确定按与之相联管道直径确定 收缩管的收缩角收缩管的收缩角1常取常取23o25o 喉管直径喉管直径D DT按按喉管气速喉管气速vT确定，其截面积与进口管

20、确定，其截面积与进口管 截面积之比的典型值为截面积之比的典型值为1：4 v vT的选择要考虑到的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液粉尘、气体和洗涤液的的物理化学物理化学 性质性质、对洗涤器效率和阻力的要求对洗涤器效率和阻力的要求等因素等因素 D2 L 1 1 2 Converging section throatDiverging section DT D1 L 2 L0 n几何尺寸（续）几何尺寸（续） 扩散管的扩散角扩散管的扩散角2一般为一般为5o7o 出口管的直径出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气按与其相联的除雾器要求的气 速确定速确定 1T1 1 22 DD Lctg 2T2 2 2

21、2 DD Lctg 0 0.8 1.5 T LD D2 L 1 1 2 Converging section throatDiverging section DT D1 L 2 L0 n压力损失压力损失 高速气流的动能要用于高速气流的动能要用于雾化和加速液滴雾化和加速液滴，因，因 而压力损失而压力损失大于其它湿式和干式除尘器大于其它湿式和干式除尘器 卡尔弗特等人基于卡尔弗特等人基于气流损失的能量全部用于气流损失的能量全部用于 在喉管内加速液滴的假定在喉管内加速液滴的假定，发展了，发展了计算文丘计算文丘 里洗涤器压力损失的数学模式里洗涤器压力损失的数学模式 n压力损失（续）压力损失（续） 卡尔弗

22、压力损失模式：卡尔弗压力损失模式： 基于喉管内气流方向上基于喉管内气流方向上dx段的力平衡段的力平衡 令令x=0处（液体注入点）液滴在处（液体注入点）液滴在x方向的方向的 速度为零，积分得速度为零，积分得 L LgD G d()d Q Pvu Q 2 L L gD G () Q Pvu Q G llD g Q FdtdpdtQ dtdud mV v 动量定理 n压力损失（续）整个喉管内的压力损失压力损失（续）整个喉管内的压力损失 假定：假定： 1.1.在喉管内在喉管内气流速度气流速度为为常数常数； 2.2.气体流动为气体流动为不可压缩的绝热过程不可压缩的绝热过程； 3.3.在任何断面上在任何断

23、面上液气比不变液气比不变； 4.4.液滴直径为常数；液滴直径为常数； 5.5.液滴周围液滴周围压力是对称的压力是对称的，因而可以忽略因而可以忽略 根据作用在液滴上的惯性力与阻力的平衡根据作用在液滴上的惯性力与阻力的平衡 2 D DLgDDD d1 () d2 u mvuA C t 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 2 D DLgDDD d1 () d2 u mvuA C t 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 g n压力损失（续）压力损失（续） 对于球形液滴对于球形液滴 因为因为 ，所以，所以 积分条件：积分条件：x=0,ux=0,uD

24、 D=0=0；x=L, ux=L, uD D= u= uDL DL=v =vT T=Vg=Vg gD2 D gD LD 3 d () d4 C u vu td DD D dd dd uu u tx gD2 D gD LDD 3 d () d4 C u vu xd u n压力损失（续）压力损失（续） 积分得积分得 或或 根据由多种型式文丘里洗涤器得到的实验数据间的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（关系，海斯凯茨（HeskethHesketh）提出了如下方程式）提出了如下方程式 2 L L T G () Q Pv Q 32 L T G 1.03 10() Q Pv Q

25、0.13320.78 L gT G 0.863( )() Q PAv Q 单位单位 cmH2O Pa n液滴平均直径的估算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一表面积平均直径拔山一彭泽的经验公式估算液滴体积一表面积平均直径 VT：喉管气流速度，：喉管气流速度，m/s ：液体表面张力，：液体表面张力，N/m L：液体的粘度，：液体的粘度，Pa s L：液体的密度，：液体的密度，kg/m3 QL/QG：同单位：同单位 0.45 1.50.5 3 LL D TLG L 586 101000 1682 Q d VQ n除尘效率除尘效率 卡尔弗特等人作了卡尔弗特等人作了一系列简化一系列简化后提出下式以后提出下式以计算文丘计算文丘 里洗涤器的通过率里洗涤器的通过率 922 LPCp 2 g 6.1 10 exp() C d fP P 和和分别为洗涤液和粉尘的密度，分别为洗涤液和粉尘的密度，g/cm3； 气体粘度，气体粘度，10 1Pa.s； ； 文丘里洗涤器压力损失，文丘里洗涤器压力损失，cmH2O。 粉尘粒径，粉尘粒径，m； 一经验常数，在该表达式中为一经