《大气污染控制工程 第四章 除尘装置课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程 第四章 除尘装置课件.ppt（132页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第四章 除尘装置,从气体中去除或捕集固体或液体微粒的设备称为除尘装置，或除尘器。根据除尘机理的不同，除尘装置一般可分以下几种类型：（1）机械式除尘器 重力沉降室、旋风除尘器和惯性除尘器；（2）洗涤式除尘器 喷淋洗涤器、文丘里除尘器、自激式洗涤器、水膜除尘器（3）过滤式除尘器 包括袋式除尘器和颗粒层除尘器（4）电除尘器,第一节 机械除尘器,利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。,一、重力沉降室,通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。,含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速度us缓
2、慢落至沉降室低部。设计重力沉降室的模式有层流式和湍流式两种。,1.层流式重力沉降室假设沉降室内气流为柱塞流，流速为v0(m/s),流动状态保持在层流范围内，颗粒均匀地分布在烟气中。粒子的运动由两种速度组成。在垂直方向，忽略气体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒子以其沉降速度us(m/s)独立沉降，在烟气流动方向，粒子和气流具有相同的速度。,设沉降室的长、宽、高分别为L、W和H,处理烟气量为Q(m3/s),气体在沉降室内停留时间为 t=L/v0=LWH/Q,在时间t内，粒径为dp的粒子的沉降距离为：,对于粒径为dp的粒子，只有在高度hc以下进入沉降室才能沉降到灰斗。当hcH时，粒子的分级
3、除尘效率为：,从该式可以看出，提高沉降室除尘效率的主要途径为，降低沉降室内的气流速度、增加沉降室长度或降低沉降室高度。,于是，沉降室的总除尘效率为：,该沉降室所能捕集的最小粒径为：,v0气体的流速，m/s；流体的粘度，pa.s,湍流式重力沉降室沉降室中气流为湍流状态，在垂直于气流方向的每个横断面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都均匀分布于气流中。为了确定对粒径为dp的粒子的分级效率，需要寻求沉降室内任意位置x与留在气流中的粒子为dp的粒子数目Np之间的关系。粒径为dp的粒子的分级除尘效率为：,重力沉降室的主要优点是：结构简单。投资少，压力损失小（一般为50-130Pa），维修管理容易。但它的体
4、积大，效率低，因此只能作为高效除尘的预除尘装置，除去较大和较重的粒子。,二、惯性除尘器 1.惯性除尘器除尘机理,为了改善沉降室的除尘效果，可在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。,回旋气流的曲率半径愈小，愈能分离捕集细小的粒子。显然，这种惯性除尘器，除借助惯性力作用外，还利用了离心力和重力的作用。,2.惯性除尘器结构型式 结构型式多样，可分为以气流中粒子冲击挡板捕集较粗粒子的冲击式和通过改变气流流动方向而捕集较细粒子的反转式。,这种设备，沿气流方向设置一级或多极挡板，使气体中的尘粒冲撞挡板而被分离。,弯管型和百叶窗
5、型反转式除尘装置和冲击式惯性除尘装置一样都适于烟道除尘，多层隔板型的塔式除尘装置主要用于烟雾的分离。,3.惯性除尘器的应用 一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流方向转变角度愈大，转变次数愈多，净化效率愈高，压力损失也愈大。惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘的除尘效率较高；对于粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。由于惯性除尘器的净化效率不高，故一般只用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10-20m 以上的粗尘粒。压力损失依型式而定，一般为100-1000Pa。,三、旋风除尘器 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动 普通旋风除尘器是由进
6、气管、筒体、锥体和排气管等组成。,外涡旋：旋转向下的外圈气流；内涡旋：旋转向上的中心气流。气流作涡旋运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，达到外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰头。,气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分细小的尘粒沿筒壁旋转向上，达到顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上涡旋。,对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际气流除切向和轴向运动外，还有径向运动。在外涡旋也存在离心的径向运动。通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。切向速度是决定气流速度大小的
7、主要速度分量，也是决定气流质点离心力大小的主要因素。根据涡旋定律，外涡旋的切向速度vT反比于旋转半径R的n次方,n，称为涡旋指数。,D为旋风除尘器直径，m;T为气体的温度，k。,内旋涡的切向速度正比于旋转半径R，比例常数等于气流的旋转角速度，于是,因此，在内、外旋涡交界园柱面上，气流的切向速度最大。实验测量表明，交界园柱面直径d0=(0.6-1.0)de(de是排气管直径）。,旋转气流的径向速度,根据塔林登（TerLinden)测量的结果，可近似认为外旋涡气流均匀地经过内、外旋涡交界园柱面进入内旋涡，即近似地认为气流通过这个圆柱面时的平均速度就是外旋涡气流的平均径向速度vr，即,式中：Q为旋风
8、除尘器处理气量，m3/s；r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m。,轴向速度 外旋涡的轴向速度向下，内旋涡的轴向速度向上。在内旋涡，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值。,2.旋风除尘器的压力损失p 在评价旋风除尘器设计和性能时的一个主要指标是气流通过旋风器时的压力损失，亦称压力降。旋风除尘器的压力损失与其结构和运行条件等有关，理论计算比较困难，主要靠实验确定。p 一般与气体入口速度的平方根成正比，即,为气体的密度，kg/m3；v1为气体入口速度，m/s；为局部阻力系数。,在旋风除尘器内，粒子的沉降速度主要取决于离心力Fc和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD在内外涡旋
9、界面上，如果FcFD，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；如果FcFD，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排气管排出；如果Fc=FD，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停地旋转。实际上由于各种随机因素的影响，处于这种平衡状态的尘粒有50%的可能性进入内涡旋，也有50%的可能性移向外壁，它的除尘效率为50%。此时的粒径即为除尘器的分割直径，用dc表示。因为Fc=FD，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到：,3.旋风除尘器的除尘效率,式中，vT0为交界面处气流的切向速度，m/s;vr为旋转气流的径向速度。,dc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。dc确定后，可根据雷思利希特模式计算其他
10、粒子的分级效率：,n为涡旋指数。,另一种广泛采用的分级效率公式是分析大量实验数据后提出的经验公式，其精度完全可以满足工程设计的需要。,4影响旋风除尘器效率的因素 二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。（1）二次效应即被捕集的粒子重新进入气流。在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒碰撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率。在较大粒径区间，实际效率低于理论效率，因为理应沉降入灰斗的尘粒却随净化后气流一起排走，其起因主要为粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起。,（2）比例尺寸 在相同的切向速度下筒体直径D愈小，粒子受到的惯性愈大，除尘效率愈高，但若筒体直径过小，粒子
11、容易逃逸，使效率下降。另外，锥体适当加长，对提高除尘效率有利。实践表明，筒体和锥体的总高度以不大于5的筒体直径为宜。除尘器分割直径的公式可看出，排出管直径愈小分割直径愈小，即除尘器效率愈高。但排出管直径太小，会导致压力降的增加，一般取排出管直径de=（0.4-0.65)D。此外，除尘器下部的严密性也是影响除尘效率的一个重要因素。如果除尘器下部不严密，漏入外部空气，会把正在落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘效率显著下降。因此，在不漏风的情况下进行正常排灰是旋风除尘器运行中必须重视的问题。,旋风除尘器尺寸比例变化对性能的影响,（3）烟尘的物理性质气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度等。,（
12、4）操作变量 提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，使除尘器性能改善。,5旋风除尘器的结构型式（1）按进气方式分类 切向进入式和轴向进入式,切向进入式分为直入式和蜗壳式，前者的进气管外壁与筒体相切，后者进气管内壁与筒体相切。,轴向进入式是利用固定的导流叶片促进气流旋转，在相同的压力损失下，能够处理的气体量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气体量大的场合。,（2）按气流组织分类 回流式、直流式、平流式和旋流式等多种。（3）多管旋风除尘器 由多个，有时多达数千个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用的除尘器组。但处理烟气量大时，可采用这种组合方
13、式。多管除尘器布置紧凑，外形尺寸小，可以用直径较小的旋风子（D=100、150、250mm)来组合，能够有效地捕集5-10um的粉尘，多管旋风除尘器可用耐磨铸铁铸成，因而可以处理含尘浓度较高的气体（100g/m3)。,常见的多管除尘器有回流式和直流式。,6.旋风除尘器的设计选型,根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件，合理选择旋风除尘器的型式,根据使用时允许的压力降确定进口气速v1若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12-25m/s,确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h,确定各部分几何尺寸，由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分的几何尺
14、寸,第二节 电除尘器,电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置，与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效地捕集亚微米级粒子。电除尘器还具有处理气流量大，能连续操作，可在高温或腐蚀性条件下工作等优点。除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率。处理量大，能连续操作，可用于高温、高压，广泛应用于冶金、化工、能源、材料、纺织等工业部门。但静电除尘器设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高，应用范围受粉尘比电
15、阻限制，难以适应操作条件的变化，此外对制造、安装质量要求高。,一、静电除尘器分类和特点,静电除尘器主要由放电电极和集尘电极组成。放电电极（电晕极）是一根曲率半径很小的纤细裸露电线，上端与直流电源的一极相连，下端由吊锤固定位置，集尘电极是具有一定面积的管和板，它与电源的另一极相连。若在两极施加高压，则在放电电极附近的电场强度很大，而在集尘电极附近的电场强度相对很小，因此两极之间的电场是不均匀强电场。,1.按集尘电极的结构形式分类（1）管式电除尘器单管电除尘器结构如图所示。集尘极为 150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。放电极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极园管的中心。管式电除尘器电场强度
16、高且变化均匀，但清灰比较困难。常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。,（2）版式电除尘器集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。放电极（电晕极）均布在两平行集尘极间。两平行集尘极的距离一般为200-400mm，极板高度2-5mm。版式电除尘器电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装容易。,2.按气流流动方式分类（1）立式电除尘器一般管式电除尘器为立式电除尘器，含尘气流自下而上流过。立式电除尘器占地面积小，捕集效率高。（2）卧式电除尘器含尘气流沿水平方向流过完成除尘过程的电除尘器称为卧式电除尘器，又可分为电场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率。安装高度比立式低，操作和维修方便。,
17、3.按电极在除尘器内的布置分类(1)单区电除尘器 集尘级和电晕极装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。(2)双区电除尘器 收尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘极称为收尘区，荷电粉尘粒子在收尘区被捕集。双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。,4.按清灰方式分类(1)干式电除尘器 干燥状态下采用机械振打、电磁振打和压缩空气等方法清除集尘极上粉尘的电除尘器称为干式电除尘器。有利于回收经济价值的粉尘，但容易产生二次扬尘。(2)湿式电除尘器 用水喷淋或用溢流水在集尘极表面形成一层水膜，使沉积在集尘极上的粉尘和水一起流到除尘器下
18、部排出。湿式除尘器无二次扬尘，效率高，但清灰水需要处理，对设备有腐蚀。,二、静电除尘器的工作原理,在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。含尘气体在电晕极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子使粒子荷电。荷电粒子在电场力作用下向集尘极运动并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当集尘极上粉尘达到一定厚度时，借助振打机构使粉尘落入下部灰斗。可见，电除尘器的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。,1.气体电离和电晕放电 通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，
19、当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿，如电晕放电、辉光放电、火花放电及电弧放电。（1）电晕放电 电晕放电是一种不完全的电击穿，只是在放电极周围很薄的一气层中出现电击穿，两电极间的电流很小。而火花放电则是在放电极到收尘极之间有多条火花电击穿，传导电流较大。,离开放电电极一定距离，经多次碰撞已经失去能量，由于电场强度下降不足以使电子获得足够的能量再电离中性气体分子，电晕现象随之消失。开始发生电晕现象的电压c称为起始电晕电压，曲线cd称为电晕放电段，在电晕放电区，通过气体的电离电流，称为电晕电流。,如果两极间的电压升到e点，由于电晕
20、区扩大，致使电极间产生火花或电弧。电极间出现火花或电弧说明极间气体全部击穿。火花放电时，极间电压急剧下降，同时在极短的时间内通过大量电流。出现火花放电的电压称为火花放电电压。电除尘器运行时应经常保持在两极间的气体处于不完全被击穿的电晕状态，应尽量避免产生短路现象。,(2)电晕的形成及离子迁移率电除尘器中能够形成电晕放电的基本条件是:在正负电极间的电位差，应保证形成使气体电离发生电晕放电的非均匀电场。在放电极表面电场强度最大，距放电极愈远电场强度愈小。在电晕区的阳离子向放电极(阴极）表面迁移，而电子和阴离子向集尘极迁移。电子和阴离子是电场中粒子荷电的来源。实验证实电场中离子的迁移速度与电场强度成
21、正比：u0=KiE式中，u0为离子的迁移速度，m/s；E为电场强度，V/m；Ki为离子迁移率，m2/(V.s)。可见，在一定的电场强度下，离子的迁移率愈大，其迁移速度愈快，电晕电流愈大。离子迁移率的大小与气体的种类，气体的电负性、压力、温度和气体组成有关。,（3）起始电晕电压 皮克（Peek)通过大量实验提出空气中园形极线上的起始电晕电场强度Ec的经验公式为：,式中，P为气体的压力，Pa；P0为标准大气压，P=101300Pa；T为气体温度，K；T0为标准状况下的气体温度，298K；a为放电极半径，m;f为放电极表面的粗糙度系数，清洁光滑的圆极线f=1,实际可取0.6-0.7。,2.粉尘粒子荷
22、电,在电除尘器中，粉尘粒子主要是借助电场力作用而被捕集。粉尘粒子荷电量愈大，被捕集的效果就愈大。理论和实践都证明单极高压电晕可使粉尘粒子荷电量较大。气体离子与粉尘粒子碰撞，能使离子附着在粒子上而荷电。两种荷电机制：一种是气体离子在电场力的作用下做定向运动与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为电场荷电，dp1.0 m。另一种是气体离子作不规则热运动时与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为扩散荷电，dp0.2 m。粒子介于0.2-1.0 m的粒子，两种荷电机制均存在。,（1）电场荷电在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。随着粉尘粒子荷电量的增加，粉尘粒子自身将产生局部电场，结果使附
23、近的电力线向外偏转，于是减少了离子向粉尘粒子运动的机会，直至最后完全偏离粉尘粒子，这时粉尘粒子的电荷不再增加，达到饱和。单个球形颗粒的饱和荷电量：,qs粉尘粒子饱和荷电量，C;-粉尘粒子的相对介电常数，无量纲；0真空介电常数，8.85 10-12，C2 V-1 m-2或F/m;E电场强度，V/m；dp颗粒粒径，m。可见，电场强度越高，颗粒越大，饱和荷电量越大。,粉尘粒子荷电量随时间的变化为：,t粉尘粒子进入荷电区的时间，s;-荷电过程时间常数，s；N荷电区离子浓度，个/m3；Ki离子迁移率，m2/u s；e电子电量，1.6 10-19 C。,（2）扩散荷电由离子的热运动引起，不存在饱和荷电量。
24、与离子热运动强度、碰撞几率、运动速度、粉尘粒子的大小和在电场里的停留时间等有关。,k波尔兹曼常数，1.38 10-23 J/K；T气体温度，K;u气体离子的平均热运动速度，m/s；e电子电量，1.6 10-19 C；0真空介电常数，8.85 10-12，C2 V-1 m-2或F/m;E电场强度，V/m；dp颗粒粒径，m；N电场中离子浓度，个/m3；t粒子在电场中停留时间，s;m离子质量，kg。,（3）电场荷电和扩散荷电联合作用dp1 m的粉尘粒子主要靠电场荷电，而扩散荷电电量很小，可忽略；dp0.2 m的粉尘粒子主要靠扩散荷电，而电场荷电甚微。粒径在0.2-1.0 m间的粉尘粒子，两种荷电机理
25、获得的电荷数量级大致相同，荷电量可近似按两种机制荷电量叠加计算为：,3.荷电粒子的迁移和捕集,（1）驱进速度 qE(电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力）=3dp(粉尘粒子向集尘极迁移时受到的介质阻力）,同样，对于滑动区的颗粒，还应乘以系数C。,q-粉尘颗粒的荷电量，C;E-粉尘颗粒所出位置的电场强度，V/m；-气体介质的动力粘度,Pa.s；dp-粉尘粒子的粒径，m;-荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度（终末沉降速度），m/s。,（2）捕集效率德意希假设：除尘器中气流为湍流状态，在垂直于集尘表面的任一断面上粒子浓度和气流分布是均匀的。粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程；忽略电风、气流分布不均匀，被捕集
26、粒子重新进入气流等影响。,气体流向x，气体和粉尘在x方向的流速皆为u，气体流量为Q;x方向上每单位长度的集尘版面积为a，总集尘板面积为A；电场长度为L，气体流动截面积为F；直径为dpi的颗粒，其驱进速度，在气体中的浓度。,在dt时间内于长度dx的空间所捕集的粉尘量为：dn=a(dx)i i(dt)=-Fdx di(dt=dx/dt),此即为德意希的理论分级效率方程。,4.被捕集粉尘的清除,电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘厚度为几mm，甚至几cm。对电晕极一般采用振打清灰方式，使电晕极上的粉尘很快被振打干净。集尘极清灰方法有湿法和干法。湿法使用水冲洗集尘极板，使极板表面经常保持着一层水膜，粉
27、尘降落在水膜上时，随水膜流下，从而达到清灰的目的。湿法清灰的主要优点是粉尘重新进入量小，改进了电除尘器的操作，同时也净化部分有害气体，如SO2、HF等，缺点是极板腐蚀和污泥处理。干法是由机械撞击或电极振动产生的振动清除。大都采用电磁振打或锤式振打。,1.电晕电极 电晕极又称放电电极，型式很多，目前常采用直径为3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等。电晕线固定方式有重锤悬吊，重锤重量10kg；另一种为管框绷线式。,三.电除尘器结构,电晕线固定方式有重锤悬吊，重锤重量10kg；另一种为管框绷线式。,2.集尘电极,管式集尘极 小型为直径为15cm、长3m左右的园管；大型为直径为40cm、长6m
28、。每台除尘器的集尘极数目少则几个，多则100个以上。板式集尘极 极板二侧通常设有沟槽和挡板，既能加强板的刚性，又能防止气流直接冲刷极板的表面，产生二次杨尘。极板之间的间距，对电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小（200mm)电压升不高，间距太大又受供电设备允许电压的限制。采用60-72kV变压器时极板间距一般取200-350mm。,高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流。通常高压供电设备的输出峰值电压为70-100kV，电流为100-2000mA。为使除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或更多的供电机组。,
29、3.电极清灰装置,4.高压供电设备,5.气流分布板,为了减少涡旋，保证气流分布均匀，在进口处应设变经管道，进口变经管内应设气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽型钢式和栏杆型分布等，而以多孔板使用最广泛。通常采用厚度为3-3.5mm的钢板。孔径为30-50mm，分布板层数为2-3层。,四、电除尘器的选择和设计,迄今，电除尘器的选择和设计仍然采用经验和类比的方法。,比集尘表面积（A/Q)的确定根据运行和设计经验，确定有效驱进速度e,长高比的的确定集尘板有效长度与高度之比，当要求除尘效率大于99%，除尘器的长高比至少要1.0-1.5,气流速度的确定由处理烟气量和电除尘器过流断
30、面积计算烟气的平均流速。,气体的含尘浓度,第三节 湿式除尘器,湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般为水）相互接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。湿式除尘器可以有效地将直径0.1-20m的液态或固态粒子从气流中除去，同时也能脱除部分气态污染物。它具有结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便和净化效果高等优点，能够处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。但要特别注意设备和管道腐蚀以及污水和污泥的处理，也不利于副产品的回收。,一、湿式除尘器的分类和性能,根据湿式除尘器的净化机理，可将其分成七类：重力喷雾洗涤器；旋风洗涤器；自激喷雾洗涤器；板式洗涤器；填料洗涤
31、器；文丘里洗涤器；机械诱导喷雾洗涤器。,a:重力喷雾洗涤器；b:旋风洗涤器；c:自激喷雾洗涤器；d:泡沫洗涤器（塔板式）；e:填料床洗涤器（填料塔）；f:文丘里洗涤器；g:机械诱导洗涤器,主要湿式除尘装置的性能操作范围,二、湿式除尘器的除尘机理,湿式除尘器除尘与惯性碰撞、拦截作用、扩散效应、热泳和静电作用有关 惯性碰撞和拦截作用湿式除尘器的主要除尘机制。惯性碰撞主要取决于尘粒质量，拦截作用主要取决于粒径大小。只有在捕集很小的尘粒时，才受到布朗运动引起的扩散作用的影响。,（1）惯性碰撞 含尘气流在运动过程中遇到障碍物（水滴），气流会改变方向，绕过水滴运动，但尘粒因惯性力作用，将保持原有运动方向，
32、脱离气流与水滴相撞。该效应就是所谓的惯性碰撞。尘粒的惯性越大，气流曲率越小，尘粒脱离流线而被水滴捕集的可能性越大。,定义xs与液滴直径Dc的比值为惯性碰撞参数NI，对于斯托克斯粒子有：,式中，St斯托克斯准数；dp尘粒粒径（沉降粒径），m;up在流动方向上尘粒的速度，m/s；uD液滴的速度，m/s；Dc水滴直径，m;C坎宁汉修正系数；xs颗粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离，若xs大于粒子开始偏离流线那一点至液滴的距离xd，颗粒和液滴就会发生碰撞。,可见，惯性碰撞主要取决于尘粒质量及其与水滴之间的相对运动。水滴小时，惯性碰撞作用增强，有利于分离气体中的尘粒，但水滴太小
33、容易随气流一起运动，降低气液相对运动速度，不利于分离含尘气体。因为惯性碰撞参数St与尘粒和水滴之间的相对运动速度成正比，而与水滴直径Dc成反比。因此，要提高St，必须提高气液之间的相对运动速度并减少水滴直径。,（2）拦截作用拦截是指尘粒在水滴上直接被阻截，尘粒被水润湿进入水滴内部，或粘附在水滴表面，使尘粒与含尘气流分离。被拦截的尘粒必须质量小，且具有一定尺寸，当流线绕过水滴拐弯时，它不会离开流线。这时只有尘粒中处在围绕捕集物（水滴)流过而相距捕集物不超过dp/2的流线上，尘粒就与捕集物（水滴）接触而被拦截。尘粒在水滴上的拦截作用可用直接拦截比描述，该比值称为拦截参数Kp，可表示为：,取决于粒径
34、与水滴Dc大小，dp愈大、Dc愈小，Kp愈大，拦截效率愈高。,(4)热泳和静电作用 气体分子具有一定的热运动，且随温度而变化。由于尘粒热面的气体分子对尘粒的作用力比冷面大，因而在湿式除尘器内含尘气体引起的热运动使尘粒向着较冷的区域运动，这种效应称为热泳。静电作用是指尘粒与液滴（水滴）所带电荷相反，其强度足以吸引尘粒，使其离开气流流线，被水滴捕集。这种效应对很小的尘粒捕集影响较大。但一般情况下，热泳力和电荷力是有限的。,(3)扩散效应 在湿式除尘器中，扩散效应是指粒径小于0.3 m的尘粒，作不规则的热运动时，尘粒与水滴接触而被捕集。一般来说，粒径愈小，扩散系数愈大，除尘效率愈高；水滴周围气膜厚度
35、愈大，水滴与气流的相对速度愈大，除尘效率愈低。用皮克莱数Pe描述。,2 湿式除尘器的除尘效率,（1）惯性碰撞参数与除尘效率由前述可见，当颗粒直径和密度确定后，碰撞系数与液滴之间的相对速度成正比，而与液滴直径成反比。所以对于给定的烟气系统，要提高惯性参数NI值，必须提高液气相对运动速度和减小液滴直径。目前工程上常用的各种湿式除尘器基本上是围绕这两个因素发展起来的。但液滴直径也不是愈小愈好，直径过小的液滴容易随气流一起运动，减小液气相对运动速度，因此对于给定颗粒为获得最大除尘效率，应有一个最佳液滴直径。,根据惯性参数的物理意义可以想象，NI值越大，则粒子惯性越大，则碰撞捕集效率越高。理论上讲，针对
36、势流和粘性流，捕集效率可以根据惯性参数NI进行计算。约翰斯顿（Johnstone)等人的研究结果是：,式中：K关联稀疏，其值取决于设备几何结构和系统操作条件，L液气比，L/1000m3气体。,(2)接触功率与除尘效率根据接触效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。最初莱普（Lapple)和卡马克（Kamarck)观察到喷淋洗涤器的除尘效率主要由气体压力与雾化液体所消耗能量之和决定。接触功率理论推广了这一结果，并假设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。设总能耗Et由两部分组成：气流通过洗涤器时的能量损失Eg和雾化喷淋液体过程中的能量消耗
37、EI。即,式中:Pg气体通过洗涤器的压力损失，Pa；P1液体入口压力，Pa；Q1和Q2分别为液体和气体的流量，m3/s。,为了关联接触功率和除尘效率，经常以传质单元数Nt表示后者，于是,对于给定的洗涤器和颗粒物，传质单元数和接触功率之间有明确的关联。对于一系列洗涤器的研究表明，在双对数坐标系内传质单元数与总能量消耗之间的关系为一直线，可表示为：,式中:和为特性参数，由被捕集粉尘的特性和洗涤器类型决定。,（3）分割粒径与除尘效率,对于多分散气溶胶体系，控制装置的总除尘效率将取决于颗粒的粒径分布和对这种粉尘的分级效率。任何除尘器对给定粉尘的总通过率可表示为：,式中：Pi粒径为dpi的粒子的分级通过
38、率；m含尘总质量；G1入口粉尘的累计频率分布；q1入口粉尘的频度分布。多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为：,每种粒经粒子的质量分数与其分级通过率乘积的积分。,Ae、Be常数；da-粒子的空气动力学直径。,三、各类湿式除尘器举例,1.喷雾塔洗涤器园柱形的喷雾塔是一种最简单的湿式除尘装置。在逆流式喷雾塔中，含尘气体向上运动，液滴由喷嘴喷出向下。因颗粒和液滴之间的惯性碰撞、拦截和凝聚等作用，使较大的粒子被液滴捕集。假如气体流速较小，夹带了颗粒的液滴将因重力作用而沉于塔底。为保证塔内气流分布均匀，常采用孔板型气流分布板。通常在塔的顶部安装除雾器，以除去那些十分小的液滴。,喷雾塔的除尘效率取决于液滴
39、大小、颗粒的空气动力学直径、液气流量比以及气体性质。为了预估喷雾塔的除尘效率，通常假定所有液滴具有相同直径，且进入洗涤器后立即以终末沉降速度沉降；液滴在整个过气断面上分布均匀，无聚结现象。基于这些假定，立式逆流喷雾塔靠碰撞捕集粉尘的效率为：,式中：ut液滴的终末沉降速度，m/s；Vg空塔断面气速，m/s；z气液接触的总塔高毒，m；d单个液滴的碰撞效率。,单个液滴的集尘效率受液滴运动雷诺数的影响很大，根据液滴周围为粘性流和势流时的集尘效率，内插得到：,除了逆流喷雾塔外，还有错流型式的喷雾塔。即液体由塔的顶部喷淋下来，而含尘气流水平通过喷雾塔。对于粒子的惯性捕集，粒子的总通过率为：,喷雾塔具有结构
40、简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒子较大的颗粒。与大多数其他类型洗涤器一样，严格控制喷雾过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要的。,2.旋风洗涤器,在干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成了最简单的旋风洗涤器。喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集颗粒，携带颗粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面降落器底。进水喷嘴也可安装在旋风洗涤器入口处。在出口处通常需要安装除雾器。,旋风洗涤器的另一种形式常称为中心喷雾的旋风洗涤器。含尘气体由筒体的下部切向引入，水通过轴上安装的多头喷嘴喷出，径向喷出的水雾与螺旋形旋转气流相碰，使颗粒被捕集下来。如果在喷雾段上面有足够的高
41、度，也能起一定的除雾作用。,旋风水膜除尘器在我国已得到了广泛应用。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。,旋风洗涤器气体入口速度范围一般为15-45m/s。随着入口速度的提高，气流与液滴之间相对运动速度增加。通常假定粒子与气流的速度相等，因此颗粒与液滴之间相对运动速度也增加，靠惯性碰撞的集尘效率提高。同时气体在塔内旋转运动的路程比在喷雾塔内加长，使颗粒被捕集的概率增大。通常离心洗涤器净化5m 以下颗粒是有效的。中心喷雾的旋风洗涤器对于0.5m 以下颗粒的捕集效率可达95%。由于旋风洗涤器内气
42、流的旋转运动使其带水现象减弱，可以采用比喷雾塔中更细的喷嘴。旋风洗涤器的耗水量一般为0.5-1.5L/m3.,旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.5-1.5kPa，可按下式估算：,式中：p-旋风洗涤器的压力，Pa；p0喷雾系统关闭时的压力损失，Pa；1液滴密度，kg/m3；uD液滴初始平均速度，m/s。,旋风洗涤器适合处理烟气量大和含尘浓度高的场合。它可以单独采用，也可以安装在文丘里洗涤器之后作为脱水器。,3.文丘里洗涤器,(1)除尘过程文丘里除尘器是一种高效湿式除尘洗涤器，常用在高温烟气降温和除尘上，其结构见下图，由收缩管、喉管和扩散组成。,含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压
43、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。充分雾化是实现高效除尘的基本条件。,通常假设：（1）微细颗粒以与气流相同的速度进入喉管；（2）洗涤液滴的轴向初速度为零，在气流曳力作用下在喉管部分被逐渐加速。在液滴加速过程中，液滴与粒子之间靠惯性碰撞作用实现细微颗粒的捕集。当液滴速度接近气流速度时，液滴与颗粒之间相对速度接近于零。在喉管下游，惯性碰撞的可能性迅速减小。由于碰撞效率取决于相对速度的大小，因此提高气流入口速度将提高捕集效率。在扩散管中，气流速度减小和压力的回升，使以颗粒为凝结核的凝聚
44、速度加快，形成直径较大的含尘液滴，以便于被低能洗涤器或除雾器捕集。,(2)几何尺寸,文丘里洗涤器的几何尺寸主要包括收缩管、喉管和扩散管的长度、直径以及收缩管和扩散管的张开角度等。进气管直径D1按与之相联管道直径确定，管道中气流速度一般为16-22m/s。收缩管的收缩角1常取230-250，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1:4，vT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。扩散管的扩散角2一般为50-70，出口管的直径Dz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道还具有凝聚和恢复压力的作用，一般设1-2m长
45、的长连接管，再接除雾器。,收缩管和扩散管的长度L1及L2由下面公式计算：,（3）压力损失 文丘里除尘器内高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因而气流的压力损失自然大于其他湿式和干式除尘器。,喉管长度一般取喉管直径的0.8-1.5倍，或取为200-500mm。,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。,式中，p的单位为cmH2O，vT的单位是cm/s，QL和Qg的单位相同。根据多种文丘里洗涤器得到的实验数据，海斯凯茨（Hesketh)提出如下方程式：,式中，p的单位为Pa，A为喉管的横断面积（m2),（4）除尘效率,至今文丘里除尘器
46、尚无可靠的计算除尘效率的理论公式，卡尔弗特等人提出计算通过率的经验公式为：,式中，L和P分别为洗涤液和颗粒的密度，g/cm3；g为气体粘度，10-1 Pa s；p为文丘里洗涤器压力损失，cm H2O；dp为颗粒粒径，m；f为经验常数，在该表达式中为0.1-0.4。,第四节 过滤式除尘器,过滤式除尘器，又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤料的颗粒层除尘器，是20世纪70年代出现的一种除尘装置。采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用广泛
47、。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上。虽然袋式除尘器是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得广泛应用。同时，在结构型式、滤料、清灰方式等方面也得到不断发展。滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁袋，在相同过滤面积下体积小而显示较大的生命力。,一、袋式除尘器工作原理,图为简单机械振动袋式除尘器。含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的空隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入回头中。,常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为20-50m，表面起绒的滤料为5-10
48、m，因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。,清灰不能过分，即不应破坏颗粒初层，否则会引起除尘效率显著降低。一般用颗粒物负荷m表示滤布表面颗粒层的厚度，它代表单位面积滤布上的积尘量。对于粒径0.1
49、-0.5 m粒子，清灰后滤料的除尘效率在90%以下；对于1m以上的粒子，效率在98%以上。当形成颗粒层后，对所有粒子效率都在95%以上；对于1m以上的粒子，效率高于99.6%。,另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，所以也称为气布比。过滤速度是一个重要的技术经济指标。从经济上考虑，选用高的过滤速度，处理相应体积烟气所需要的滤布面积小，则除尘器体积、占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却会加大。从除尘机理看，过滤速度主要影响惯性碰撞和扩散作用。选取过滤速度时还应考虑欲捕集粉尘的粒径及其分布。一般来讲，除尘效率随过滤速度增加而下降。此外，过滤
50、速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关。,丹尼斯（Dennis)和克莱姆（Klemm)提出了一系列方程，以预测袋式除尘器的颗粒物出口浓度和穿透率：,式中，2为颗粒物出口浓度，g/m3；Pns为无量纲常数；v为表面过滤速度，m/s；1为颗粒物入口浓度，g/m3；R为脱落浓度（常数），g/m3；w为颗粒物负荷，g/m3。,二、袋式除尘器的压力损失,迫使气流通过滤袋是需要能量的，这种能量通常用气流通过滤袋的压力损失表示，它是个重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等。袋式除尘器的压力损失p由通过清洁滤料的压力损失pf和通过颗粒层的压力损失pp组成。对于相对清洁的滤袋p
