大氣污染控制工程教學(xué)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(jī)理三、噴淋塔洗滌器四、旋風(fēng)洗滌器五、文丘里洗滌器教學(xué)重點(diǎn)：碰撞參數(shù)；濕式除塵器的常見(jiàn)類(lèi)型；文丘里洗滌器。教學(xué)難點(diǎn)：文丘里洗滌器的組成、原理第1頁(yè)，共42頁(yè)。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(duì)10m以上粉塵的凈化效率可達(dá)9095%高能濕式除塵器的壓力損失為2.59.0kPa，凈化效率可達(dá)99.5

2、以上第2頁(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器第3頁(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器板式塔填料塔第4頁(yè)，共42頁(yè)。第5頁(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器旋風(fēng)水膜除塵第6頁(yè)，共42頁(yè)。第7頁(yè)，共42頁(yè)。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(lèi)。低能壓力損失0.2-1.5Kpa，包括噴霧塔、旋風(fēng)洗滌器等。一般耗水量（L/G比）0.5-3.0 l/m3，對(duì)10m以上的可達(dá)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(dá)95%以上, 如文丘里洗滌器。根據(jù)濕式除塵器的凈化機(jī)理，大致分為重力噴霧洗滌器旋風(fēng)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(jī)械誘導(dǎo)噴霧洗

3、滌器 第8頁(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器的優(yōu)點(diǎn) 在耗用相同能耗時(shí)，比干式機(jī)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(shí)，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(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器的缺點(diǎn) 排出的污水污泥需要處理，澄清的洗滌水應(yīng)重復(fù)回用 凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時(shí)，洗滌水具有一定程度的腐蝕性，因此要特別注意設(shè)備和管道腐蝕問(wèn)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(yīng)采取防凍措施 第10頁(yè)，共42頁(yè)。二、濕式除塵器的除塵機(jī)理 Scrubber濕式除塵機(jī)理涉及各種機(jī)理中的一種或幾種。主要是慣性碰撞、擴(kuò)散效應(yīng)、粘附、擴(kuò)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(gè)主要機(jī)理。現(xiàn)討論塵粒、液滴和氣流性質(zhì)對(duì)碰撞的影響問(wèn)題，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，現(xiàn)考慮下述模型：含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中同液滴相遇，在液滴前xd處氣流開(kāi)始改變方向，繞過(guò)液滴運(yùn)動(dòng)，而慣性較大的塵粒有繼續(xù)保持其原來(lái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。塵粒運(yùn)動(dòng)主要受兩個(gè)力支配，即其本身的慣性力以及周?chē)鷼怏w對(duì)它的阻力。第11頁(yè)，共42頁(yè)。二、濕式除塵器的除塵機(jī)理定義：塵粒從脫離流線(xiàn)到慣性運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)所

5、移動(dòng)的直線(xiàn)距離稱(chēng)為粒子的停止距離xs; xd為原始距離，即氣流改變方向時(shí)，液滴距塵粒的距離。若xsxd時(shí)發(fā)生碰撞, 一般用碰撞參數(shù) =xs/xd來(lái)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(jiǎn)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(xiàn)拐彎處的距離越大，xd越大)。并用慣性碰撞數(shù)Ni來(lái)表示碰撞參數(shù)的大小。將xs與dD(液滴直徑)的比值稱(chēng)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(yè)，共42頁(yè)。 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(zhǔn)數(shù)表示。定義xs與液滴直徑dD的比值為Stokes準(zhǔn)數(shù)(即慣性碰撞數(shù)

6、Ni)，對(duì)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(duì)斯托克斯粒子up：粒子運(yùn)動(dòng)速度uD：液滴運(yùn)動(dòng)速度dD：液滴直徑 第13頁(yè)，共42頁(yè)。二、濕式除塵器的除塵機(jī)理由上式可見(jiàn)，當(dāng)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(duì)速度成正比，而與液滴直徑成反比。所以對(duì)于給定的煙氣系統(tǒng)，要提高NI值，必須提高氣液相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)因素發(fā)展起來(lái)的。但液滴直徑并非愈小愈好，直徑過(guò)小，液滴容易隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，減小了氣液相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。氣體的粘度越大則效率愈低。第14頁(yè)，共42頁(yè)。 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(duì)于勢(shì)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(shè)備幾何結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)操作條件L液氣比，L/1000m3 第15頁(yè)，共42頁(yè)。 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(yàn)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(jī)理無(wú)關(guān)第16頁(yè)，共42頁(yè)。 2.接觸功率與除塵效率 總能耗Et:氣流通過(guò)洗滌器時(shí)的能量損失EG+霧化噴淋液體過(guò)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(yè)，共42頁(yè)。 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(jiàn)下頁(yè)） 第18頁(yè)，共42頁(yè)。 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(jí)通過(guò)率可以表示為da: 粒子的空氣動(dòng)力學(xué)直徑Ae，Be: 均為常數(shù) 對(duì)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(dāng)NI=0.55），Be=2第19頁(yè)，共42頁(yè)。 三、噴霧塔洗滌器 假定所有液滴具有相同直徑液滴進(jìn)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(wú)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(yè)，共42頁(yè)。 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(yù)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(gè)液滴的碰撞效率第21頁(yè)，共42頁(yè)。 三、噴霧塔洗滌器單液滴捕集效率d可用下式表示對(duì)于Stokes 粒子， 紊流過(guò)渡區(qū)， 牛頓區(qū)， 第22頁(yè)，共42頁(yè)。 三、噴霧塔洗滌器噴霧塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yán)格控制噴霧的過(guò)程，保證液滴大小均勻，對(duì)有效的操作是很有必要第23頁(yè)，共42頁(yè)。 四、旋風(fēng)洗滌器干式旋風(fēng)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(jiǎn)單的旋風(fēng)

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(fēng)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(yè)，共42頁(yè)。 四、旋風(fēng)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(dǎo)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(yè)，共42頁(yè)。 四、旋風(fēng)洗滌器旋風(fēng)洗滌器的壓力損失范圍一般為0.51.5kPa，可以下式進(jìn)行估算 旋風(fēng)洗滌器的壓力損失，pa噴霧系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)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(yè)，共42頁(yè)。 四、旋風(fēng)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(chǎng)合可單獨(dú)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(yùn)動(dòng)，使其帶水現(xiàn)象減弱可采用比噴霧塔更細(xì)的噴嘴第27頁(yè)，共42頁(yè)。 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(guò)程文丘里除塵器： 收縮管， 喉管， 擴(kuò)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(yè)，共42頁(yè)。 文丘里洗滌器第29頁(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器 1.除塵過(guò)程 含塵氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入收縮管后，流速逐漸增大，氣流的壓力能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能在喉管入口處，氣速達(dá)到最大，一般為50180m/s洗滌液 （一般為水）通過(guò)沿喉管周邊均勻分布的噴嘴

12、進(jìn)入，液滴被高速氣流霧化和加速充分的霧化是實(shí)現(xiàn)高效除塵的基本條件 第30頁(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器 通常假定微細(xì)塵粒以氣流相同的速度進(jìn)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(guò)程中，由于液滴與粒子之間慣性碰撞，實(shí)現(xiàn)微細(xì)塵粒的捕集碰撞捕集效率隨相對(duì)速度增加而增加，因此氣流入口速度必須較高 第31頁(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器2.幾何尺寸進(jìn)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(jìn)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(xué)性質(zhì)、對(duì)洗滌器效率和阻力的要求等因素D2L 11 2Converging sectionthroatDiverging sectionDTD1L 2第32頁(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器2.幾何尺寸（續(xù)）擴(kuò)散管的擴(kuò)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(kuò)散管后面的直管還具有凝聚和恢復(fù)壓力的作用，一般設(shè)12m長(zhǎng)的連接管，再接除霧器。收縮管和擴(kuò)散管的長(zhǎng)度L1及L2由下式計(jì)算：L 11 2Converging sectionthroatDiverging sectionDTD1L 2喉管長(zhǎng)度取喉管直徑的0.81.5倍或200500mm第33頁(yè)，共42頁(yè)。

14、五、文丘里洗滌器3.壓力損失高速氣流的動(dòng)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(jì)算文丘里洗滌器壓力損失的數(shù)學(xué)模式第34頁(yè)，共42頁(yè)。 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(diǎn)）液滴在x方向的速度為零，積分得第35頁(yè)，共42頁(yè)。 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(dòng)為不可壓縮的絕熱過(guò)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?chē)鷫毫κ菍?duì)稱(chēng)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(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器3.壓力損失（續(xù)）對(duì)于球形液滴 因?yàn)?，所以第37頁(yè)，共42頁(yè)。 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(shí)驗(yàn)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(yè)，共42頁(yè)。 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(yàn)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(yè)，共42頁(yè)。 五、文丘里洗滌器4.除塵效率 卡爾弗特等人作了一系列簡(jiǎn)化后提出下式以計(jì)算文丘里洗滌器的通過(guò)率 第40頁(yè)，共42頁(yè)。 濕式除塵器的設(shè)計(jì)舉例濕式除塵器的設(shè)計(jì)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;