大氣污染控制工程教學課件除塵裝置03

1、 第六章 除塵裝置3濕式除塵器 Scrubber一、概述二、濕式除塵器的除塵機理三、噴淋塔洗滌器四、旋風洗滌器五、文丘里洗滌器教學重點：碰撞參數(shù)；濕式除塵器的常見類型；文丘里洗滌器。教學難點：文丘里洗滌器的組成、原理第1頁，共42頁。3 濕式除塵器一、概述使含塵氣體與液體 （一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵粒或使粒徑增大的裝置 可以有效地除去直徑為0.120m的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物 高能和低能濕式除塵器低能濕式除塵器的壓力損失為0.21.5kPa，對10m以上粉塵的凈化效率可達9095%高能濕式除塵器的壓力損失為2.59.0kPa，凈化效率可達99.5

2、以上第2頁，共42頁。 濕式除塵器第3頁，共42頁。 濕式除塵器板式塔填料塔第4頁，共42頁。第5頁，共42頁。 濕式除塵器旋風水膜除塵第6頁，共42頁。第7頁，共42頁。工程上使用的濕式除塵器型式很多，大體分為低能、高能兩類。低能壓力損失0.2-1.5Kpa，包括噴霧塔、旋風洗滌器等。一般耗水量（L/G比）0.5-3.0 l/m3，對10m以上的可達90-95%,常用于焚燒爐、化肥制造、石灰窯的除塵; 高能濕式除塵器P=2.5-9.0Kpa，可達95%以上, 如文丘里洗滌器。根據(jù)濕式除塵器的凈化機理，大致分為重力噴霧洗滌器旋風洗滌器自激噴霧洗滌器板式洗滌器填料洗滌器文丘里洗滌器機械誘導噴霧洗

3、滌器 第8頁，共42頁。 濕式除塵器的優(yōu)點 在耗用相同能耗時，比干式機械除塵器高。高能耗濕式除塵器清除0.1m以下粉塵粒子，仍有很高效率可與靜電除塵器和布袋除塵器相比，而且還可適用于它們不能勝任的條件，如能夠處理高溫，高濕氣流，高比電阻粉塵，及易燃易爆的含塵氣體在去除粉塵粒子的同時，還可去除氣體中的水蒸氣及某些氣態(tài)污染物。既起除塵作用，又起到冷卻、凈化的作用第9頁，共42頁。 濕式除塵器的缺點 排出的污水污泥需要處理，澄清的洗滌水應重復回用 凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時，洗滌水具有一定程度的腐蝕性，因此要特別注意設備和管道腐蝕問題不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體寒冷地區(qū)使用濕式除塵器，

4、容易結(jié)凍，應采取防凍措施 第10頁，共42頁。二、濕式除塵器的除塵機理 Scrubber濕式除塵機理涉及各種機理中的一種或幾種。主要是慣性碰撞、擴散效應、粘附、擴散漂移和熱漂移、凝聚等作用。 1.慣性碰撞參數(shù)與除塵效率 慣性碰撞是濕式除塵的一個主要機理?，F(xiàn)討論塵粒、液滴和氣流性質(zhì)對碰撞的影響問題，為簡化起見，現(xiàn)考慮下述模型：含塵氣流在運動過程中同液滴相遇，在液滴前xd處氣流開始改變方向，繞過液滴運動，而慣性較大的塵粒有繼續(xù)保持其原來直線運動的趨勢。塵粒運動主要受兩個力支配，即其本身的慣性力以及周圍氣體對它的阻力。第11頁，共42頁。二、濕式除塵器的除塵機理定義：塵粒從脫離流線到慣性運動結(jié)束時所

5、移動的直線距離稱為粒子的停止距離xs; xd為原始距離，即氣流改變方向時，液滴距塵粒的距離。若xsxd時發(fā)生碰撞, 一般用碰撞參數(shù) =xs/xd來反映除塵效率的大小。碰撞參數(shù)受到多種因素的影響, 在上述簡化模型的前提下，現(xiàn)以液滴直徑dD代替xd(液滴直徑dD大，流線拐彎處的距離越大，xd越大)。并用慣性碰撞數(shù)Ni來表示碰撞參數(shù)的大小。將xs與dD(液滴直徑)的比值稱為碰撞數(shù)Ni。塵粒與液滴間的碰撞率，即塵粒從氣流中除去的效率與此碰撞數(shù)有關(guān)。第12頁，共42頁。 1.慣性碰撞參數(shù)與除塵效率(2)慣性碰撞參數(shù)也可以用Stokes準數(shù)表示。定義xs與液滴直徑dD的比值為Stokes準數(shù)(即慣性碰撞數(shù)

6、Ni)，對Stokes粒子的除塵效率有：定義慣性碰撞參數(shù)NI：停止距離xs與液滴直徑dD的比值對斯托克斯粒子up：粒子運動速度uD：液滴運動速度dD：液滴直徑 第13頁，共42頁。二、濕式除塵器的除塵機理由上式可見，當塵粒直徑和密度確定以后，碰撞參數(shù)NI與粒子和液滴之間的相對速度成正比，而與液滴直徑成反比。所以對于給定的煙氣系統(tǒng)，要提高NI值，必須提高氣液相對運動速度和減小液滴直徑。目前，工業(yè)上常用的各種濕式除塵器基本上是圍繞這兩個因素發(fā)展起來的。但液滴直徑并非愈小愈好，直徑過小，液滴容易隨氣流一起運動，減小了氣液相對運動速度。氣體的粘度越大則效率愈低。第14頁，共42頁。 1.慣性碰撞參數(shù)與

7、除塵效率除塵效率：NI值越大，粒子慣性越大，則II越高對于勢流和粘性流，II =f(NI)有理論解，一般情況下，John Stone等人的研究結(jié)果 K關(guān)聯(lián)系數(shù)，其值取決于設備幾何結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)操作條件L液氣比，L/1000m3 第15頁，共42頁。 2.接觸功率與除塵效率 根據(jù)接觸功率理論得到的經(jīng)驗公式，能夠較好地關(guān)聯(lián)濕式除塵器壓力損失和除塵效率之間的關(guān)系接觸功率理論：假定洗滌器除塵效率僅是系統(tǒng)總能耗的函數(shù)，與洗滌器除塵機理無關(guān)第16頁，共42頁。 2.接觸功率與除塵效率 總能耗Et:氣流通過洗滌器時的能量損失EG+霧化噴淋液體過程中的能量消耗EL PG: 氣體壓力損失，Pa PL: 液體入口壓力

8、，PaQL,QG: 液體和氣體流量，m3/s第17頁，共42頁。 2.接觸功率與除塵效率除塵效率其中，傳質(zhì)單元數(shù) 除塵器的特性參數(shù)（見下頁） 第18頁，共42頁。 3.分割粒徑與除塵效率 分割粒徑法：基于分割粒徑能全面表示從氣流中分離粒子的難易程度和洗滌器的性能多數(shù)慣性分離裝置的分級通過率可以表示為da: 粒子的空氣動力學直徑Ae，Be: 均為常數(shù) 對填充塔和篩板塔，Be=2； 離心式洗滌器，Be=0.67； 文丘里洗滌器（當NI=0.55），Be=2第19頁，共42頁。 三、噴霧塔洗滌器 假定所有液滴具有相同直徑液滴進入洗滌器后立刻以終末速度沉降液滴在斷面上分布均勻、無聚結(jié)現(xiàn)象含塵氣體清潔氣

9、體循環(huán)水含塵水第20頁，共42頁。 三、噴霧塔洗滌器 則立式逆流噴霧塔靠慣性碰撞捕集粉塵的效率可以用下式預估ut 一液滴的終末沉降速度，m/sVG空塔斷面氣速，m/sz氣液接觸的總塔高度，md單個液滴的碰撞效率第21頁，共42頁。 三、噴霧塔洗滌器單液滴捕集效率d可用下式表示對于Stokes 粒子， 紊流過渡區(qū)， 牛頓區(qū)， 第22頁，共42頁。 三、噴霧塔洗滌器噴霧塔結(jié)構(gòu)簡單、壓力損失小，操作穩(wěn)定，經(jīng)常與高效洗滌器聯(lián)用捕集粒徑較大的粉塵嚴格控制噴霧的過程，保證液滴大小均勻，對有效的操作是很有必要第23頁，共42頁。 四、旋風洗滌器干式旋風分離器內(nèi)部以環(huán)形方式安裝一排噴嘴，就構(gòu)成一種最簡單的旋風

10、洗滌器噴霧作用發(fā)生在外渦旋區(qū)，并捕集塵粒，攜帶塵粒的液滴被甩向旋風洗滌器的濕壁上，然后沿壁面沉落到器底在出口處通常需要安裝除霧器第24頁，共42頁。 四、旋風水膜除塵器 噴霧沿切向噴向筒壁，使壁面形成一層很薄的不斷下流的水膜含塵氣流由筒體下部導入，旋轉(zhuǎn)上升，靠離心力甩向壁面的粉塵為水膜所粘附，沿壁面流下排走 第25頁，共42頁。 四、旋風洗滌器旋風洗滌器的壓力損失范圍一般為0.51.5kPa，可以下式進行估算 旋風洗滌器的壓力損失，pa噴霧系統(tǒng)關(guān)閉時的壓力損失，Pa液滴密度，kg/m3液滴初始平均速度，m/s第26頁，共42頁。 四、旋風洗滌器離心洗滌器凈化dp5m的塵粒仍然有效耗水量L/G=

11、0.51.5L/m3適用于處理煙氣量大，含塵濃度高的場合可單獨使用，也可安裝在文丘里洗滌器之后作脫水器由于氣流的旋轉(zhuǎn)運動，使其帶水現(xiàn)象減弱可采用比噴霧塔更細的噴嘴第27頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器除塵器系統(tǒng)的構(gòu)成文丘里洗滌器除霧器沉淀池加壓循環(huán)水泵除塵過程文丘里除塵器： 收縮管， 喉管， 擴散管就其斷面形狀圓形文丘里除塵器矩形文丘里除塵器第28頁，共42頁。 文丘里洗滌器第29頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器 1.除塵過程 含塵氣體由進氣管進入收縮管后，流速逐漸增大，氣流的壓力能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽茉诤砉苋肟谔帲瑲馑龠_到最大，一般為50180m/s洗滌液 （一般為水）通過沿喉管周邊均勻分布的噴嘴

12、進入，液滴被高速氣流霧化和加速充分的霧化是實現(xiàn)高效除塵的基本條件 第30頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器 通常假定微細塵粒以氣流相同的速度進人喉管洗滌液滴的軸向初速度為零，由于氣流曳力在喉管部分被逐漸加速。在液滴加速過程中，由于液滴與粒子之間慣性碰撞，實現(xiàn)微細塵粒的捕集碰撞捕集效率隨相對速度增加而增加，因此氣流入口速度必須較高 第31頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器2.幾何尺寸進氣管直徑D1按與之相聯(lián)管道直徑確定，管道中氣流速度一般為16m/s22m/s收縮管的收縮角1常取23o25o喉管直徑DT按喉管氣速vT確定，其截面積與進口管截面積之比的典型值為1：4vT的選擇要考慮到粉塵、氣體和洗滌液

13、的物理化學性質(zhì)、對洗滌器效率和阻力的要求等因素D2L 11 2Converging sectionthroatDiverging sectionDTD1L 2第32頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器2.幾何尺寸（續(xù)）擴散管的擴散角2一般為5o7o出口管的直徑D2按與其相聯(lián)的除霧器要求的氣速確定由于擴散管后面的直管還具有凝聚和恢復壓力的作用，一般設12m長的連接管，再接除霧器。收縮管和擴散管的長度L1及L2由下式計算：L 11 2Converging sectionthroatDiverging sectionDTD1L 2喉管長度取喉管直徑的0.81.5倍或200500mm第33頁，共42頁。

14、五、文丘里洗滌器3.壓力損失高速氣流的動能要用于霧化和加速液滴，因而壓力損失大于其它濕式和干式除塵器卡爾弗特等人基于氣流損失的能量全部用于在喉管內(nèi)加速液滴的假定，發(fā)展了計算文丘里洗滌器壓力損失的數(shù)學模式第34頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器3.壓力損失（續(xù)）卡爾弗壓力損失模式：基于喉管內(nèi)氣流方向上dx段的力平衡令x=0處（液體注入點）液滴在x方向的速度為零，積分得第35頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器3.壓力損失（續(xù)）假定：1.在喉管內(nèi)氣流速度為常數(shù)；2.氣體流動為不可壓縮的絕熱過程；3.在任何斷面上液氣比不變；4.液滴直徑為常數(shù)；5.液滴周圍壓力是對稱的，因而可以忽略根據(jù)作用在液滴上的慣性力

15、與阻力的平衡第36頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器3.壓力損失（續(xù)）對于球形液滴 因為 ，所以第37頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器3.壓力損失（續(xù)）積分得或根據(jù)由多種型式文丘里洗滌器得到的實驗數(shù)據(jù)間的關(guān)系，海斯凱茨（Hesketh）提出了如下方程式第38頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器液滴平均直徑的估算拔山一彭澤的經(jīng)驗公式估算液滴體積一表面積平均直徑 VT：喉管氣流速度，m/s：液體表面張力，N/m：液體的粘度，Pa sL：液體的密度，kg/m3QL/QG：同單位 第39頁，共42頁。 五、文丘里洗滌器4.除塵效率 卡爾弗特等人作了一系列簡化后提出下式以計算文丘里洗滌器的通過率 第40頁，共42頁。 濕式除塵器的設計舉例濕式除塵器的設計步驟一般為 (1)收集需處理的廢氣的有關(guān)資料，包括廢氣流量、廢氣溫度、廢氣密度、廢氣中粉塵的濃度、粉塵的密度、粒塵的粒徑分布等;