大气污染控制工程_除尘装置-湿式除尘器

1、 第六章第六章 除尘装置除尘装置- -湿式除湿式除尘器尘器 n3 Scrubbern一、概述一、概述n二、二、湿式除尘器的除尘机理湿式除尘器的除尘机理n三、喷淋塔洗涤器三、喷淋塔洗涤器n四、旋风洗涤器四、旋风洗涤器n五、文丘里洗涤器五、文丘里洗涤器n教学重点：碰撞参数；湿式除尘器的常见类型；教学重点：碰撞参数；湿式除尘器的常见类型；文丘里洗涤器。文丘里洗涤器。n教学难点教学难点：文丘里洗涤器的组成文丘里洗涤器的组成、原理湿式原理湿式除尘器除尘器 3 湿式除尘器湿式除尘器n一一、概述、概述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，利用水滴和尘（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的

2、惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置 n可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，亦的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物能脱除气态污染物 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以以上粉尘的净化效率可达上粉尘的净化效率可达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，净化效率可达达99.5以上以上 湿式除尘器湿式除尘器 湿式除尘器湿式除尘器板式塔板式塔填料塔填料塔 湿式除尘器湿式

3、除尘器旋风水膜除尘旋风水膜除尘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 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

4、.0转筒洗涤器转筒洗涤器（300750r/min）0.7250015000.2冲击式洗涤器冲击式洗涤器1020105001500.2文丘里洗涤器文丘里洗涤器60900.31.5300080000.1 湿式除尘器的优点湿式除尘器的优点 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。高能耗湿式比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除除尘器清除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，而且还可适用于它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，高比电们不能胜任的条件，如能够处理高温，

5、高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体n在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些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 湿式除尘器的缺点湿式除尘器的缺点 n排排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用n 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定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程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题n不适用于净化含

6、有憎水性和水硬性粉尘的气体不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体n寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施施 二二、湿式除尘器的除尘机理湿式除尘器的除尘机理 Scrubbern湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。主要是湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。主要是惯性惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。等作用。 1.1.惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率 气体流线停滞流线Xd气流方向d0vpoXs12345图3.3 不同粒径的球形颗粒在液滴上的捕获示意图 液滴

7、n(1)根据粉尘受力情况推导碰撞数根据粉尘受力情况推导碰撞数Nin推导过程如下推导过程如下: :n粉尘运动时主要受两个力的作用：惯性力粉尘运动时主要受两个力的作用：惯性力F FI I和阻力和阻力f fd d。n nF FI I=f=fd d时经过积分得时经过积分得x xs sn nV Vp0p0相对速度，即尘粒相对于液滴的速度；相对速度，即尘粒相对于液滴的速度；dtdVmFIpdVf31820pppsdVX二、湿式除尘器的除尘机理二、湿式除尘器的除尘机理n n dD液滴直径。液滴直径。DpppIddVN1820pDpVVV0二、湿式除尘器的除尘机理二、湿式除尘器的除尘机理 1.1.惯性碰撞参数

8、与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率n(2)惯性碰撞参数也可以用惯性碰撞参数也可以用Stokes准数表示。准数表示。对斯托克斯粒子对斯托克斯粒子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 DppDPItdduuNS9)(22 1.1.惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率除尘效率：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，一般情有理论解，一般情况下，况下，John Stone等人的研究结果等人的研究结果 K K关联系数，其值关联系数，其值取

9、决于设备几何结构取决于设备几何结构和系统操作条件和系统操作条件L L液气比，液气比，L/1000mL/1000m3 3 I1exp()KLN 2.2.接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率 接触功率理论接触功率理论：n假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数，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与洗涤器除尘机理无关 2.2.接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率 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+ +雾化喷淋液体过程中的能量消耗雾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 P

10、L: 液体入口压力，液体入口压力，PaQL,QG: 液体和气体流量，液体和气体流量，m3/s3LtGLGLG1()(kWh/1000m3600气体）QEEEPPQ 2.2.接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率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） t1e NttNE、 粉尘和尘源类型粉尘和尘源类型1LD转炉粉尘转炉粉尘4.4500.46632滑石粉滑石粉3.6260.35063磷酸雾磷酸雾2.3240.63124化铁炉粉尘化铁炉粉尘2.2550.62105炼钢平炉粉尘炼钢平炉粉尘2.0000.56886滑石粉滑石粉2.0000

11、.65667从硅钢炉升华的粉尘从硅钢炉升华的粉尘1.2260.45008鼓风炉粉尘鼓风炉粉尘0.9550.89109石灰窑粉尘石灰窑粉尘3.5671.052910从黄铜熔炉排出的氧化锌从黄铜熔炉排出的氧化锌2.1800.531711从石灰窑排出的碱从石灰窑排出的碱2.2001.229512硫酸铜气溶胶硫酸铜气溶胶1.3501.067913肥皂生产排出的雾肥皂生产排出的雾1.1691.414614从吹氧平炉升华的粉尘从吹氧平炉升华的粉尘0.8801.619015没有吹氧的平炉粉尘没有吹氧的平炉粉尘0.7951.5940除尘器的特性参数除尘器的特性参数 3.3.分割粒径与除尘效率分割粒径与除尘效率

12、 n分割粒径法：基于分割粒径能全面表示从气流中分割粒径法：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分离粒子的难易程度和洗涤器的性能n多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为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=2eea1 exp()BiiPAd 三三、喷雾塔洗涤器喷雾塔洗涤器 假定假定所有液滴具有相所有液滴具有相同直径同直径液滴进入洗涤器液滴进

13、入洗涤器后立刻以终末速后立刻以终末速度沉降度沉降液滴在断面上分液滴在断面上分布均匀、无聚结布均匀、无聚结现象现象含尘气体清洁气体循环水含尘水 三三、喷雾塔洗涤器喷雾塔洗涤器 n则立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的则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效率可以用下式预估ut 一液滴的终末沉降速度，一液滴的终末沉降速度，m/sVG空塔断面气速，空塔断面气速，m/sz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LtdGDtg31 exp2() Q u zQ duV 三三、喷雾塔洗涤器喷雾塔洗涤器喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，喷雾塔结构简单

14、、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经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘粉尘n严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均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匀，对有效的操作是很有必要 四四、旋风洗涤器旋风洗涤器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排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器最简单的旋风洗涤器n喷雾作用发生在外涡旋区，并喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然甩向旋风洗涤器的湿壁上，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

15、需要安装除雾器在出口处通常需要安装除雾器 四、旋风洗涤器旋风洗涤器 n喷雾沿切向喷向筒壁，喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜不断下流的水膜n含尘气流由筒体下部导含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下膜所粘附，沿壁面流下排走排走 四四、旋风洗涤器旋风洗涤器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0.51.5kPa，可以下式进行估算可以下式进行估算 2L0LDG QPPuQ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

16、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/s0PLDuP 四四、旋风洗涤器旋风洗涤器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/m3n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可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作脱水器作脱水器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 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n除尘器系统的构成除尘器系统的构成文丘

17、里洗涤器：收缩管，文丘里洗涤器：收缩管， 喉管，喉管， 扩散管扩散管除雾器除雾器沉淀池沉淀池加压循环水泵加压循环水泵 文丘里洗涤器文丘里洗涤器 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器 n1.1.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，气流的压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嘴进入，（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液滴被高速气流雾化和加速在渐扩管中，气流速

18、度减小压力回升，颗粒凝聚在渐扩管中，气流速度减小压力回升，颗粒凝聚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 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器 n通常假定通常假定微细尘粒以气流相同的速度进人喉管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，实现微细尘粒的捕集惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集n碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气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流

19、入口速度必须较高 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n2.2.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，管道中气流速管道中气流速度一般为度一般为16m/s16m/s22m/s22m/s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按喉管气速按喉管气速vT确定，其截面积与进口管截面积确定，其截面积与进口管截面积之比的典型值为之比的典型值为1：4v vT的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、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对洗涤器效率和阻力的要求等因素D2L 1 1

20、2Converging sectionthroatDiverging sectionDTD1L 2 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n2.2.几何尺寸（续）几何尺寸（续）n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D2按与其相联的除雾器要求的气速确定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还具有凝聚和恢复压力的作用由于扩散管后面的直管还具有凝聚和恢复压力的作用，一般设一般设12m长的连接长的连接管管，再接除雾器。，再接除雾器。收缩管和扩散管的长度收缩管和扩散管的长度L L1 1及及L L2 2由下式计算由下式计算：L 1 1 2Converging s

21、ectionthroatDiverging sectionDTD1L 21T1122DDLctg2T2222DDLctg喉管长度取喉管直径的喉管长度取喉管直径的0.81.5倍倍或或200500mm 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n3.3.压力损失压力损失高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因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里洗涤器压力损失的数学模

22、式 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n3.3.压力损失（续）压力损失（续）卡尔弗压力损失模式：卡尔弗压力损失模式：n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n令令x=0处（液体注入点）液滴在处（液体注入点）液滴在x方向的速度为零，方向的速度为零，积分得积分得LLgDGd()d QPvuQ2LLgDG() QPvuQ 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n3.3.压力损失（续）压力损失（续）n假定：假定：1.1.在喉管内气流速度为常数；在喉管内气流速度为常数；2.2.气体流动为不可压缩的绝热过程；气体流动为不可压缩的绝热过程；3.3.在任何断面上液气比不变；在任何断面上液气比不变

23、；4.4.液滴直径为常数；液滴直径为常数；5.5.液滴周围压力是对称的，因而可以忽略液滴周围压力是对称的，因而可以忽略n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2DDLgDDDd1()d2umvuA CtmD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2DDLgDDDd1()d2umvuA CtmD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 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n3.3.压力损失（续）压力损失（续）n对于球形液滴对于球形液滴 n因为因为 ，所以，所以gD2DgDLD3d()d4CuvutdDDDdddduuutxgD2DgDLDD

24、3d()d4Cuvuxd u 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n3.3.压力损失（续）压力损失（续）n积分得积分得n或或n根据由多种型式文丘里洗涤器得到的实验数据间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（的关系，海斯凯茨（HeskethHesketh）提出了如下方程式）提出了如下方程式2LL TG() QPvQ32LTG1.03 10() QPvQ0.13320.78LgTG0.863( )()QPAvQ 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器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拔山一彭泽的经验公式估算液滴体积一表面积平均直径均直径 VT：

25、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 ：液体的粘度，：液体的粘度，Pa s L：液体的密度，：液体的密度，kg/m3QL/QG：同单位：同单位 0.451.50.53LLDTLGL586 1010001682QdVQ 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n4.4.除尘效率除尘效率 卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下式以计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算文丘里洗涤器的通过率 922LPCp2g6.1 10exp()C d fPP 和和分分别别为为洗洗涤涤液液和和粉粉尘尘的的密密度度，g/cm3；气气体体粘粘度度，101Pa.s；文

26、文丘丘里里洗洗涤涤器器压压力力损损失失，cmH2O。粉粉尘尘粒粒径径，m；一一经经验验常常数数，在在该该表表达达式式中中为为0.10.4。LPgPpdf和和分分别别为为洗洗涤涤液液和和粉粉尘尘的的密密度度，g/cm3；气气体体粘粘度度，101Pa.s；文文丘丘里里洗洗涤涤器器压压力力损损失失，cmH2O。粉粉尘尘粒粒径径，m；一一经经验验常常数数，在在该该表表达达式式中中为为0.10.4。LPgPpdf 五五、文丘里洗涤器文丘里洗涤器n【例例6-6】：以液气比为以液气比为1.0L/m3的速率将水喷入文丘里洗涤的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为器的喉部，气体流速为122m/s，密度和粘

27、度分别为，密度和粘度分别为1.15kg/ m3和和 2.08105kg/ms-1 ，喉管横断面积为，喉管横断面积为0.08 m2，参数，参数f f取为取为0.25，对于粒径为，对于粒径为1.0m、密度为、密度为1.5g/ m3的粒子，试确定气流的粒子，试确定气流通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率n解解:由式（由式（6 653） 现在运用海斯凯茨提出的式现在运用海斯凯茨提出的式 （6 65454），得），得 33221.0 101.03 10122001153.3 cmH O （） （）P30.13320.781.0 100.863 1.150.08122112567Pa （）（） （）P 五、文丘里洗涤器n【例6-6 】（续） 利用式利用式 （6 65555）估算粒子的通过率：）估算粒子的通过率：Cp0.17211.172 Cd093. 0)375. 2exp(1008. 23 .15325. 01172. 15 . 11101 . 6exp24229）（）（P 湿式除尘器的设计举例湿式除尘器的设计举例湿式除尘器的设计步骤一般为湿式除尘器的设计步骤一般为 (1)收集需处理的废气的有关资料，包括废气流量、废气温收集需处理的废气的有关资料，包括废气流量、废气温度、废气密度、废气中粉尘的浓度、粉尘的密度、粒尘的度、废气密