第06章颗粒物污染控制技术

第四节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0.1～20μm的液态或固态粒子高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95%高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以上湿式除尘器的优点

结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便在耗用相同能耗时，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(如碳黑)和水硬性(如水泥)粉尘的气体对于疏水性烟尘除尘效率不高，粘性烟尘容易使管边、叶片等发生堵塞寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施非常微细的粉尘难于湿润，会降低除尘效率动力消耗大a、重力喷雾洗涤器b、旋风洗涤器c、自激喷雾洗涤器按净化机理：大致分为七类：abd、板式洗涤器e、填料洗涤器f、文丘里洗涤器g、机械诱导喷雾洗涤器高速旋转雾化喷嘴或高压力雾化喷嘴。用50目液滴粒径（小于300微米）的液滴形成的伞状雾化浆液。需要多个喷嘴或旋转雾化器来保证较细的雾化和完全覆盖反应截面。

湿式除尘器板式塔填料塔填料外形湿式除尘器填料塔湿式除尘器的类型湿式除尘器按照捕集方式分类以气泡形式除尘湿式除尘器主要湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称气体流速/m∙s-1液气比/l∙m-3压力损失/Pa分割直径/μm喷淋塔洗涤器0.1～22～3100～5003.0填料塔洗涤器0.5～12～31000～25001.0旋风洗涤器15～450.5～1.51200～15001.0转筒洗涤器（300～750r/min）0.7～2500～15000.2冲击式洗涤器10～2010～500～1500.2文丘里洗涤器60～900.3～1.53000～80000.1除尘效率计算方法惯性碰撞参数与除尘效率接触功率与除尘效率分割粒径与除尘效率湿式除尘器的除尘机理Scrubber湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。主要是惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。除尘机理：①液体介质与尘粒间的惯性碰撞和拦截；②微细尘粒与液滴间的扩散接触；③加湿的尘粒相互凝并；④饱和态高温烟气降温时，以尘粒为凝结核凝结湿式除尘器的除尘机理惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞是湿式除尘的一个主要机理。现讨论尘粒、液滴和气流性质对碰撞的影响问题，为简化起见，现考虑下述模型：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。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。惯性碰撞参数与除尘效率定义：尘粒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。xd为尘粒偏离流线时，液滴距尘粒的距离。若xs≥xd时发生碰撞,一般用St=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Dc代替xd(液滴直径Dc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St的大小。将xs与Dc(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。根据粉尘受力情况推导碰撞数NI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Xs

uD：液滴运动速度up：粒子运动速度惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率对斯托克斯粒子Dc：液滴直径

p164式5-92液滴直径并非越小越好，直径过小的液滴易随气流一起流动，减小了液气相对运动的速度；对于给定尘粒的最大除尘效率应有一个最佳液滴直径。一般Dc>100μmup0=up-uD：尘粒相对于液滴的速度DcDc18惯性碰撞参数与除尘效率除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则η越高对于势流和粘性流，η=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接触功率与除尘效率

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

ΔPG:气体压力损失，Pa

PL:液体入口压力，PaqV,L,qV,G:液体和气体流量，m3/s接触功率与除尘效率除尘效率其中，传质单元数－除尘器的特性参数（见下页）

接触功率与除尘效率

粉尘和尘源类型1L－D转炉粉尘4.4500.46632滑石粉3.6260.35063磷酸雾2.3240.63124化铁炉粉尘2.2550.62105炼钢平炉粉尘2.0000.56886滑石粉2.0000.65667从硅钢炉升华的粉尘1.2260.45008鼓风炉粉尘0.9550.89109石灰窑粉尘3.5671.052910从黄铜熔炉排出的氧化锌2.1800.531711从石灰窑排出的碱2.2001.229512硫酸铜气溶胶1.3501.067913肥皂生产排出的雾1.1691.414614从吹氧平炉升华的粉尘0.8801.619015没有吹氧的平炉粉尘0.7951.5940除尘器的特性参数分割粒径与除尘效率分割粒径法：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=0.5～5），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、无聚结现象含尘气体清洁气体循环水含尘水喷雾塔洗涤器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Ut—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ηd可用下式表示喷雾塔洗涤器空塔截面气速一般为液滴沉降速度的50%。严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作很有必要。若要捕集更细颗粒，可将液滴雾化的更细，但细小液滴蒸发掉，其寿命太短，影响效率。例如一个10μm水滴，在相对湿度为90％的空气中，1s就蒸发完。效率还取决于空气动力学直径、液气流量比、气体性质。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喷雾塔洗涤器喷雾塔结构简单、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粉尘。耗水量大，处理每m3气体所需液量约为2~3L。塔内气速一般在0.6~1.2m/s间，气体压降可在1000Pa/m左右。停留时间约20~30s，占地面积大，多用于净化大于50μm的尘粒。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喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底在出口处通常需要安装除雾器含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，水通过轴上安装的多头喷嘴喷出形成水雾与螺旋旋转气流相碰，使尘粒被捕集下来

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0.5～1.5kPa，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旋风洗涤器离心洗涤器净化dp<5μm的尘粒仍然有效耗水量L/G=0.5～1.5L/m3适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作脱水器由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱可采用比喷雾塔更细的喷嘴旋风水膜除尘器

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

旋风水膜除尘器

旋风水膜除尘器的除尘特性

大直径旋风除尘器分级效率离心力为重力100倍时的液滴直径对捕集效率的影响旋风水膜除尘器旋风水膜除尘器除尘效率一般可保证在90％以上，甚至可达到95％，器壁磨损比干式旋风除尘器低。有时在某些工业含尘气体中不仅含有粒子，而且还含有有毒、有害气体。这类有害气体将与制造除尘器的金属材料发生腐蚀反应，应用麻石水膜除尘器可有效地解决除尘过程中的腐蚀问题。麻石水膜除尘器的特点包括：耐腐蚀耐磨性强、适用范围广，造价低廉等。耗水量大；含酸废水需经处理后排放；采用安装环形喷嘴形成筒壁水膜，喷嘴易被烟尘堵塞；麻石水膜除尘器不适宜耐急冷急热变化的除尘，处理烟气温度有一定的范围(20~l00℃)，不宜用于间断运行的锅炉烟气除尘。旋风水膜除尘器麻石水膜除尘器五、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管:收缩管，喉管，

扩散管就其断面形状圆形、矩形除尘过程分为雾化、凝聚和脱水三个过程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50～180m/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

文丘里洗涤器文丘里洗涤器通常假定微细尘粒以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，实现微细尘粒的捕集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

扩散管中，气流速度减小压力回升，颗粒凝结速度加快，形成直径较大的含尘液滴

五、文丘里洗涤器气速、液滴速度和捕集效率文丘里洗涤器几何尺寸进气管直径D1按与之相连管道直径确定收缩管的收缩角α1常取23o～25o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1：4vT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D2L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2文丘里洗涤器几何尺寸（续）扩散管的扩散角α2一般为5o～7o出口管的直径Dz按与其相接的除雾器要求的气速确定

L112ConvergingsectionthroatDivergingsectionDTD1L2文丘里洗涤器几何尺寸（续）文丘里洗涤器压力损失高速气流的动能主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文丘里洗涤器压力损失（续）卡尔弗压力损失模式：基于喉管内气流方向上dx段的力平衡uD、vG——液滴和气体的速度令x=0处（液体注入点）液滴在x方向的速度为零，积分得uD2——液滴在x2处的速度文丘里洗涤器喉管内压力损失假定：1.在喉管内气流速度为常数；2.气体流动为不可压缩的绝热过程；3.在任何断面上液气比不变；4.液滴直径为常数；5.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文丘里洗涤器喉管内压力损失对于球形液滴

因为，所以在x=0处，uD=0；在x=L处（L为喉管长度），uD=uDL当L足够长，液滴速度将近似等于喉管内的气流速度vT文丘里洗涤器喉管内压力损失积分得或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）提出了如下方程式返回文丘里洗涤器除尘效率

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

C—坎宁汉修正系数返回文丘里洗涤器文丘里洗涤器性能与气流速度、液气比之间的关系文丘里洗涤器例题：以液气比为1.0L/m3的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122m/s，密度和粘度分别为1.15kg/m3和

2.08×10－5kg/m∙s-1

，喉管横断面积为0.08m2，参数f取为0.25，对于粒径为1.0μm、密度为1.5g/m3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解:由式（6－67）现在运用海斯凯茨提出的式（6－68），得阻力公式文丘里洗涤器例题（续）利用式（6－69）估算粒子的通过率：效率公式C湿式静电除尘器（WESP）与干式ESP的相同点除尘机理相同：电晕放电-粒子荷电-粒子运动-集尘极捕集WESP与干式ESP的不同点WESP冲刷液冲洗集尘极，或冷却集尘极使烟气中水汽凝结成液膜（保持水膜均匀稳定）；干式ESP采用机械振打方式清灰（收集颗粒重返烟气）WESP安装在湿法烟气脱硫或洗涤装置后，干式ESP在湿法烟气脱硫装置前WESP烟气速度3m/s左右，停留时间1~5s；干式ESP烟气速度1.5m/s左右，停留时间10sWESP一般在饱和湿烟气条件下工作粒子比电阻对WESP没有影响

六、湿式静电除尘器湿式静电除尘器主要问题由于水的表面张力及极板（金属或塑料）表面几何形状的固有缺陷（崎岖不同及沟、槽），其洗涤水通过极板表面时易出现水珠冲洗水不能均布于集尘极表面，极板上水道和尘粒“干污点”的形成，不能连续地洗涤极板上积聚的粉尘积聚的粉尘是不良导体，会抑制电流，导致大规模电晕闭锁，除尘效率下降集尘极腐蚀颗粒物浓度不能过高，原因是电极间荷电粒子的低迁移率，抑制了电晕电流，所以通常作为最后一级处理单元集尘极材料合金材质，价格昂贵玻璃钢或导电玻璃钢纤维薄膜，柔性绝缘疏水纤维织物-山东大学，2011年WESP投运10s后的效果比较整体式WFGD/WESP国外情况全世界第一台除尘器为湿式静电除尘器，1907年投入运行，用来去除硫酸雾。美国在用于多污染物控制的湿式静电除尘器研究及应用方面处于领先地位。目前已在多个电厂大型机组上取得了成功运行经验。如：2000年NB电力公司Dalhousie电厂315MW容量WFGD系统WESP改造。2001年Xcel能源公司Sherburne电厂两台750MW的机组2002年NB电力ColesonCove电厂的3×350MW机组等。

国内情况：

在冶金行业、硫酸工业已有多年成功的运行经验，是一项非常成熟的技术。已制定《电除雾器》标准HJ/T

323-2006。技术特点：单体处理烟气量较小，一般不超过5万m3/h。设计烟气流速较低，一般为1m/s左右。集尘极多采用PV或FRP材质。逐渐推广应用。七、提高湿式除尘器捕尘效率的新方法(1)利用冷凝提高捕尘效率冷凝提高湿式除尘器效率的原因主要有：蒸汽冷凝于颗粒上，使颗粒因凝聚水层提高质量，使之更易由惯性碰撞机理而被捕集；当温度低于气体饱和温度而出现冷凝时，在低温表面上不仅有惯性碰撞而且会产生扩散泳和热泳沉降，此时扩散泳可提高捕尘效率。冷凝会提高除尘效率，而蒸发会降低其效率，尘粒愈细，影响愈明显。冷凝捕尘效果随尘粒浓度的减小而增加，这是因为这部分有效的水分被较少的尘粒所吸收，从而尘粒增大而更易捕集。提高湿式除尘器捕尘效率的新方法(1)含尘气体先进入上部饱和室、依靠细喷雾使气体饱和，并将粗颗粒捕集下来。饱和气体通过文氏管喉部，又将一部分细颗粒捕集下来。当气体进入渐扩管后，水蒸汽开始冷凝在细小的尘粒上，这样尘粒之间由于密度不同而产生速度差，它们相互碰撞，形成更大的颗粒团聚，将细小尘粒也捕集下来。对于锅炉除尘，用一级Solivore洗涤器，压降只有300~400Pa，效率可达99％以上。Solivore洗涤器提高湿式除尘器捕尘效率的新方法(2)电场力含尘气在进入每级前都先经过一个电离器，使粉尘带上荷电。受荷电尘粒的诱导，水滴带反向电荷。这样，尘粒与水滴间，既有惯性碰撞，又有静电吸引，捕集效率大大提高。对0.1~0.8微米微尘的捕集效率可达96％~98％。Electrodynactor洗涤器提高湿式除尘器捕尘效率的新方法(3)表面活性剂和泡沫剂在喷水中加入表面活性剂可改善颗粒的可湿性，提高捕尘效率，憎水性粉尘效果更显著。只有当粉尘碰撞到水滴后，表面活性剂才能起作用。因此在中低能湿法除尘器中采用活性剂是有效的。在水中加入泡沫剂可增加泡沫层厚度，提高粉尘在泡沫层中的停留时间；同时产生直径小数量多的气泡，使粉尘易于与气泡壁相碰撞，从而提高捕尘效率。提高湿式除尘器捕尘效率的新方法(3)含尘气体由下部通过分布板后均匀分布于器内。泡沫剂由侧面连续或间断注入，因而在分布板上形成一泡沫层。泡沫层中大量气池形成了众多的捕尘面，使气流中的尘粒能够与其碰撞而被捕集。由于粘性力的作用，即使尘粒稍微接触到湿气泡壁面上，也能有效地予以捕集，尘粒的大小并不重要，微细尘粒与大颗粒同样具有高的捕尘效率。Cemtrifoam洗涤器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各种除尘器的对标准粉尘的除尘效率——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————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31.Inertialcollector 10.Electronicprecipitator2.Mediumefficiencycyclone 11.Irrigatedelectrostaticprecipitator3.Lowresistancecyclone 12.Floodeddisc-lowenergy4.Highefficiencycyclone 13.Floodeddisc-mediumenergy5.Impingementscrubber 14.Venturi-mediumenergy6.Selfinducedtower 15.HighefficiencyESP7.Voidspraytower 16.Venturi-highenergy8.Fluidizedbedscrubber 17.Shakerfabricfilter9.Irrigatedtarget 18ReversefabricfilterRepoducedbypermissionfromFiltration/Separation除尘器的比较除尘器的比较除尘器应用

除尘器的种类繁多，型式多样，各具不同的性能和优缺点。正确选择除尘器并进行科学的维护，是保证除尘器正常运行并保证应有的除尘效率的关键。除尘器的合理选择选择除尘器必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理、运行安全性等，其中最主要的是除尘效率。1.选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度

2.粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响

包括粉尘的粒径分布、密度、比电阻、亲水性、温度、压力、粘性、毒性等

粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；比电阻过大或过小，不宜采用电除尘；纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。除尘器名称全效率/％不同粒径（μm）时的分级效率/％0～55～1010～2010～44>44带挡板的沉降室58.67.522438090普通的旋风除尘器65.31233578291长锥体旋风除尘器84.240799299.5100喷淋塔94.5729698100100电除尘器97.09094.59799.5100文丘里除尘器（ΔP

＝7.5kPa）99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100除尘器的合理选择除尘器的合理选择除尘器的合理选择3.气体的含尘浓度气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒4.气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器烟气中同时含有SO2、NOx等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题5.选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题湿式除尘带来的问题——烟道凝结析水湿式除尘带来的问题——叶轮腐蚀湿式除尘带来的问题——烟筒腐蚀隐患湿式除尘存在的问题——脱硫剂人工添加脱硫剂的人工加入不能保证循环水系统稳定性浪费脱硫剂现场卫生条件差除尘器的合理选择6．其他因素设备的位置，可利用的空间，环境条件设备的一次投资

（设备、安装和工程等）以及操作和维修费用设备投资费用运行费用高效旋风除尘器100100袋式除尘器250250电除尘器450150塔式洗涤器270260文丘里洗涤器220500除尘器名称体积m3/(1000m3/h)除尘器设备费(比值)耗钢量kg/(m3/h)能耗量kJ/m3重力沉降室20～401.0旋风除尘器约1.751.0～4.00.05～0.10.8～1.6多管旋风除尘器3.92.5～5.00.07～0.151.6～4.0机械振打袋式除尘器约7.12.5～80.1