第六章 湿式除尘器

3．液膜
液体依靠其流动性、润湿性在固体表面铺展开来，即形成液膜， 如洗涤塔，内装填料，在填料表面形成液膜。
4．液滴
靠机械力、惯性力以及摩擦力等使液体分散在大量气体中，从 而形成液滴。
Scrubber
(二)除尘器的形式
按气液流动形式分为:
1.collection of particles
(3)另一种解释方法：
曲率半径
Scrubber
气体流线 尘粒轨迹
图（a）
Scrubber
图（b）
Scrubber
图（c）
Scrubber
图（d）
t
d d
0 L
2
Scrubber
尘粒的惯性越大，气体流线曲率半径
越小，尘粒脱离流线而被液滴捕集的可能 性越大。如图a，当尘粒与液滴碰撞时，尘 粒若能被该液体润湿，则进入液体内部 （b），若不能被润湿，则粘附在液滴表面。 所有接近液滴的尘粒，在直径d0的面积范 围内将与液滴碰撞(c)。通常把气流中有可 能被分离的垂直断面面积与液滴在气流方 向上的投影面积之比叫做碰撞效率ηt
低蒸气浓度
微粒
微粒 运动方向
高蒸气浓度
水碰蒸撞气分分子子
图 3.4 扩散泳示意图
蒸发中的液体
3 热泳
在气体介质中，如果有温度梯度存在，微 粒就会受到由热侧指向冷侧的力的作用， 这种力是粒子热侧和冷侧之间的分子碰撞 差异而产生的结果。热区介质分子运动剧 烈，单位时间碰撞微粒的次数较多，而冷 区介质分子碰撞微粒次数较少，两侧分子 碰撞次数和能量传递的差异，就会使微粒 产生由高温区向低温区的运动。这一现象 称为热泳或温差泳，如图所示。
会反方向跑掉，也不能完全喷成雾状，一般控制的水 气比为0.5-1 L/m3。
特点：体积小、构造简单，效率增大，压力损失大。
Scrubber
压损公式： p 1.03106 Vg2t L cm水柱
Vgt——喉部气速，cm/s
L——液气体积比，l/m3
F——实验系数， 0.1-0.4
穿透率的公式：
(1)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
m dV dt
f d 3 V p
FI=fd时经过积分得xs
Xs
Vp0d
2 p
p
18
Vp0——相对速度，即尘粒相对于液滴的速度；
Scrubber
NI
Vp0
d
2 p
p
18d D
Vp0 VD Vp
in crossflow scrubber (气液垂直)
2.collection of particles
in counterflow scrubber(气液逆向)
3.collection of particles
in co-flow scrubber(气液同向)
Scrubber
三、捕集效率 因湿式除尘器捕集尘粒的交界面的形状，大小及
Pa；的压力损失, Pa。
四、典型除尘器
Scrubber
文丘里除尘器(Venturi scrubber)：
文丘里除尘器（可除去1μm以下的尘粒） 由收缩管、喉管、扩散管组成。水从喉管 周边均匀分布的若干小孔进入，在被通过 这里的高速含尘气流撞击成雾状液滴，气 体中的尘粒与液滴凝聚成较大颗粒随气流 进入旋风器和气体分离。在旋风分离器中， 含尘的水滴与气流分离。
选小；
dD 150 dp
d
p
小
d d
D p
选大；d D dp
150
dp小（1μm）
d p 100m
dD
dp大（5-10μm）
150
dp
Scrubber
(2)惯性碰撞参数也可以用Stokes准数表示。
定义xs与液滴直径dL的比值为Stokes准数(即惯性 碰撞数Ni)，对Stokes粒子的除尘效率有：
Scrubber
从捕集角度来看，希望ηt接近于1，ηt与 惯性参数φ的关系为：
t
0.65
d
2 p
Vp
VD
p
18d L
2．扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移
扩散几率：
效厚度。
Vs= Vp—VL
4D Vs
δ为液滴周围气膜的有 D为扩散系数。
若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷液滴接触时， 饱和蒸汽会在较冷的液滴表面上凝结，形成一个 向液滴运动的附加气流，这就是所谓的热漂移和 扩散漂移，这种气流促使较小尘粒向液滴移动， 并沉积在液滴表面而被捕集。
热区
冷区
微粒
微粒运动方向
图 3.5 热泳示意图
气体分子
Scrubber
4．凝聚作用 排烟中常含有水蒸汽、气态有机物等。随
着温度降低，这些凝结成分就会被吸附在 粉尘表面，使尘粒彼此凝聚成较大的二次 粒子，易于被液滴捕集。 5. 静电
Scrubber
二、气液界面及除尘器的型式 (一) 气液界面 用液体来洗涤和捕集气体中微粒，大体要
在四种气—液交界面上进行。即气泡表面、 液体喷射表面、液膜表面以及液滴表面。
Scrubber
1．气泡表面 含尘气流通过多孔板上的液体时，气体在孔眼处
形成气泡，并逐渐变大，随后上升通过液层，筛 板可分为三个区域：最下层是鼓泡区，主要为液 体；中间层是运动的气泡层，主要是气体，液体 是以气泡膜的形式存在；上层是溅沫区，液体变 成了不连续的溅沫。 气流中的尘粒主要在气泡区被捕集。
1）扩散泳力沉降
气体介质中如果有浓度梯度存在，某一方向的物质 扩散速度明显大于其他方向。微粒在扩散运动分子 的撞击下，也会产生与扩散方向相同的运动，这种 现象称为扩散泳。在冷凝与蒸发过程中，扩散泳表 现得十分明显。
图5.4为蒸发过程中扩散泳的示意图。当液滴（或液 膜）表面进行蒸发时，在液滴或液膜表面上会产生 蒸气组分的浓度梯度，但当气体总压不变时，气态 混合物就会发生垂直于液滴表面的流动，并向这个 表面扩散，这种气体流动称为斯蒂芬流。斯蒂芬流 对粒子的沉降影响很大，例如用喷水雾清除粉尘粒 子时，斯蒂芬流有助于液滴捕获粉尘粒子。
η可达95%以上, 如文丘里洗涤器。
Scrubber
特点（优点）：
① 不仅可以除去粉尘，还可净化气体；
② 效率较高，可去除的粉尘粒径较小；
③ 体积小，占地面积小；
④ 能处理高温、高湿的气流。
缺点：① 有泥渣；
② 防冻设备（冬天）；
③ 易腐蚀设备；
④ 动力消耗大。
一、湿式除尘机理
Scrubber
P
exp
6.110
9
Lcd 2
2 p
f
2 P
f——实验系数， 0.1-0.4
穿透率小，压力损失大。
Scrubber
文丘里除尘器的设计与计算 文丘里除尘器的尺寸包括收缩管、喉管、
扩散管的直径和长度，扩张角。
D1 V1=16-22m/s
D2(1-2m) V2=18-22m/s
① 收缩管：入口风速V1,进气端截面积
湿式除尘器
Scrubber
scrubber
重点：碰撞参数；湿式除尘器的常见类
型；文丘里洗涤器。 湿式除尘是利用洗涤液来捕集粉尘，利
用粉尘与液滴的碰撞及其它作用来使气 体净化的方法。
工程上使用的湿式除尘器型式很多，大体分为低能、高能两 类。低能压力损失0.2-1.5Kpa，包括喷雾塔、旋风洗涤器等。 一般耗水量（L/G比）0.5-3.0 l/m3，对10μm以上的η可达 90-95%,常用于焚烧炉、化肥制造、石灰窑的除尘; 高能湿式 除尘器ΔP=2.5-9.0Kpa，
NI
Vp0 dD
dD——液滴直径。
碰撞数的影响因素：
①Vp0：Vp0增大，Ni增大，则效率增大。 ②dD：dD增大，Ni减小，则效率减小。
Scrubber
但太小，相对速度会变得太小，粉尘跟液 滴 碰 撞 不 上 。 一 般 dD>100μm( 据 stokes 公 式可推算出来)
d
大
p
dD dp
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。
1．惯性碰撞
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。
Ni
xs dL
d
2 p
p
Vp
VL
18d L
c
Vp——在流动方向上粒子的速度，m/s； VL——液滴的速度，m/s； C——肯尔汉校正系数，<5μm的粒子必须考虑修正。
Scrubber
由上式可见，当尘粒直径和密度确定以后，碰撞 参数φ与粒子和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φ值，必须提高气液相对运动速度和减小 液滴直径。目前，工业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 径并非愈小愈好，直径过小，液滴容易随气流一 起运动，减小了气液相对运动速度。气体的粘度 越大则效率愈低。
FQ1t1——36温Q00度t1u为1 t1时的进气流量，m3/h；
u1——入口气速，16-22m/s；
圆 矩形形的收收缩缩管管长：D1
A1 A2
Scrubber
接旋风分离器
V：80-180m/s 100m/s
Venturi Scrubber
Байду номын сангаас
Gas-liquid
Gas-liquid
Dirty gas Contactor Mixed gas Separator
(scrubber) And liquid (cyclone)
Clean gas
Scrubber
溅沫区 运动的气泡区 鼓泡区
Scrubber
2．液体射流表面
表示一个压力喷咀形成的射流。喷出的射流经一定距离后
破碎为直径分布范围很广的液滴群。气体和液体发生强烈混合，
常见的除尘器是引射式文丘里洗涤器，由于尘粒和液滴相对速
度较小，故此装置的捕集效率不很高，但由于液体喷射的抽吸
作用，气体不需引风设备。
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dD代替xd(液滴直径dD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 碰撞参数φ的大小。将xs与dD(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。
Scrubber
位置时刻在变化着，故很难微观地将其与捕集效 率关联起来，但对喷雾式、文丘里研究较多（液 滴为主的）。 （一） 液滴群捕集效率 （二） 喷淋式洗涤器 （三） 中心喷雾旋风 （四） 文丘里洗涤器 。
Scrubber
捕集机理以惯性碰撞为主的湿式除尘器， 其净化粉尘分布遵从对数正态分布时，对 某一粒径的分级通过率可用下式表示:
Pd=1-ηd=exp(AdaB)
A,B—常数,随除尘器的类型及粉尘的粒径分布 的不同而不同。
Da----粉尘粒子的空气动力学直径，μm。
Scrubber
除尘器的总除尘效率可用气相总传质单元数NoG或 除尘器的总能耗Ei表示:
ηd= 1 - exp(-aEiβ) =1- exp(-NoG) 除尘器的总能耗Ei : Ei=(ΔPG+ΔPL·L×10-3)/3600 式中: L—液气比, 单位L/m3。 ΔPG—气体通过除尘器的压力损失, Pa； ΔPL—加入液体—气体通过除尘器的压力损失,
气体流线
气流方向
2
4
Xs
3
v po
停滞流线Xd
1
5
液滴
d0
图 3.3 不同粒径的球形颗粒在液滴上的捕获示意图
Scrubber
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为原始距离，即气流 改变方向时，液滴距尘粒的距离。若xs≥xd时发生碰撞, 一般用碰撞参数φ=xs/xd来反映除尘效率的大小。
于40m/s，效率会大大降低。最佳的速度为50m/s，喉
管直径 不能把水打成雾状D。0
4Q
V0
长度
L0 1 3D0
为什麽要有扩大部分的原因是扩大部分可以减小阻力， 加强分离。扩散管的角度一般为6-7˚，进口的角度为 25-30˚，A1=4A2,喉管要有一定的长度，一般大于200mm， 过长阻力会增大，水量太小，形不成水帘子，太大，
Dirty liquid
Clean liquid Solid-liquid
separator
Liquid recirculating pump
Collected solid
FIGURE Schematic of venturi scrubber
Scrubber
喉管速度（气速）要求大一些好（50-180m/s），若小