塞班岛湿式除尘器的结构原理

原创 2020-05-21 21:40  阅读

  湿式除尘器的结构原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。铝镁金属制品打磨抛光作业选用湿式除尘工艺

  第六章 除尘装置 湿式除尘器 ? ? ? ? ? 概述 除尘机理:惯性碰撞参数 除尘效率与粒径 喷雾洗涤塔:除尘效率 旋风洗涤器 文丘里洗涤器: ? ? ? 掌握湿式除尘器的除尘机理 掌握各类湿式除尘器的工作原理、结构及性能 能够进行湿式除尘器的选择和设计 第三节 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0.1~20μ m的液态或固态粒子, 亦能脱除气态污染物 ? 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10μ m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 重力喷雾洗涤器 旋风洗涤器 湿式除尘器 文丘里洗涤器 冲击式 湿式除尘器 ? 根据湿式除尘器的净化机理,大致分为 ? 重力喷雾洗涤器 ? 旋风洗涤器 ? 自激喷雾洗涤器 ? 板式洗涤器 低能 ? 填料洗涤器 ? 文丘里洗涤器 ? 机械诱导喷雾洗涤器 湿式除尘器 ? 主要湿式除尘装置的性能和操作范围 气体流速 /m?s-1 0.1~2 0.5~1 15~45 (300~ 750r/min) 10~20 液气比 /l ? m-3 2~3 2~3 0.5~1.5 0.7~2 10~50 压力损失/Pa 100~500 1000~2500 1200~1500 500~1500 0~150 分割直径 /μ m 3.0 1.0 1.0 0.2 0.2 装置名称 喷淋塔 填料塔 旋风洗涤器 转筒洗涤器 冲击式洗涤 器 文丘里洗涤 器 60~90 0.3~1.5 3000~8000 0.1 湿式除尘器的优点 ? 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0.1?m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和水硬性粉尘的气 体; 寒冷地区使用湿式除尘器,容易结冻,应采 取防冻措施 。 ? ? ? 二、湿式除尘器的除尘机理 ? 1、惯性碰撞参数与除尘效率 xd ?简化模型 xs 含尘气体与液滴相遇,在液滴前xd处开始绕 过液滴流动,惯性较大的尘粒继续保持原来 的直线运动。尘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xs, 若xs大于xd;尘粒和液滴就会发生碰撞 1、惯性碰撞参数与除尘效率 ? 定义惯性碰撞参数NI:停止距离xs与液滴直径 dD的比值 ? 对斯托克斯粒子(5μ m时,要坎宁汉修正) St ?2NI ? 2 xs dD ? d ?p (up ? uD )C 2 p 9?d D up:粒子运动速度 uD:液滴运动速度 dD:液滴直径 1、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 II越高 ? 对于势流和粘性流, η II =f(NI) 有理论解,一般 情况下,John Stone等人的研究结果 ? ? 1 ? exp( ? KL N I ) 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 2、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 1 QL Et ? EG ? EL ? ( ?PG ? PL )(kWh /1000m3气体) 3600 QG ΔPG: 气体压力损失,Pa PL: 液体入口压力,Pa QL,QG: 液体和气体流量,塞班岛,m3/s 接触功率与除尘效率 ? 除尘效率 ? ? 1? e ? ? Nt 其中,传质单元数 N t ? ? Et ?、? ? -除尘器的特性参数(见下页) 接触功率与除尘效率 除尘器的特性参数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 粉尘和尘源类型 L-D转炉粉尘 滑石粉 磷酸雾 化铁炉粉尘 炼钢平炉粉尘 滑石粉 从硅钢炉升华的粉尘 鼓风炉粉尘 石灰窑粉尘 从黄铜熔炉排出的氧化锌 从石灰窑排出的碱 硫酸铜气溶胶 肥皂生产排出的雾 从吹氧平炉升华的粉尘 没有吹氧的平炉粉尘 ? 4.450 3.626 2.324 2.255 2.000 2.000 1.226 0.955 3.567 2.180 2.200 1.350 1.169 0.880 0.795 ? 0.4663 0.3506 0.6312 0.6210 0.5688 0.6566 0.4500 0.8910 1.0529 0.5317 1.2295 1.0679 1.4146 1.6190 1.5940 3、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 P i ? exp(? A d ) ? 1 ??i Be e a da: 粒子的空气动力学直径 离心式洗涤器,Be=0.67; P ? ? PdG i 1 0 1 Ae,Be: 均为常数 对填充塔和筛板塔,Be=2; 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 (dac/da50)Be和Beln(σ g) 5-23 Be=2时 和(dac/da50)、σ g 分割粒径与除尘效率 ? 压力降 dac 分割直径与压力降的关系(分割-功率关系) 三、喷雾塔洗涤器 清洁气体 ? 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 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 3QLut z?d ? ? 1 ? exp[? ] 2QG d D (ut ? Vg ) ut 一液滴的终末沉降速度,m/s Vg-空塔断面气速,m/s z-气液接触的总塔高度,m ?d-单个液滴的碰撞效率 喷雾塔洗涤器 ? 单液滴捕集效率η d可用下式表示 St ?d ? ( )2 S t ? 0.7 2 xs 2? (uD ? uP ) 2? uD St ? 2 N I ? ? ? dD dD dD 2 u ? d D ? ?di ? d D (正比) 5-80 对于Stokes 粒子, tD 紊流过渡区, utD ? d D ? ?di不随d D变化 5-82 牛顿区, utD ? d D0.5 ? ?di ? 1 / d D (反比) 5-83 喷雾塔洗涤器 ? 错流式喷雾塔 ut ? Vg ? ut ,所以 错流式中,垂直方向气速=0, 3QL Z?d Pt ? exp( ? ) 2QG d D 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 ? 严格控制喷雾的过程,保证液滴大小均 匀,对有效的操作是很有必要 四、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 旋风水膜除尘器 cyclone irrigated scrubber ? 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 ? 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 2 QL ?P ? ?P0 ? ? L uD QG ? P -旋风洗涤器的压力损失,pa ?P0-喷雾系统关闭时的压力损失,Pa ? L -液滴密度,kg/m3 u D -液滴初始平均速度,m/s 旋风洗涤器 ? ? ? ? 离心洗涤器净化dp5μ m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 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 ? 除尘过程 ? 文丘里除尘器: 收缩管,塞班岛 喉管, 扩散管 ? 就其断面形状 ? 圆形文丘里除尘器 ? 矩形文丘里除尘器 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 ? 除尘过程 -液体进入文丘里管及雾化情况: 文丘里洗涤器 气速、颗粒与液滴相对速度和捕集效率 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 文丘里洗涤器 D1 L1 L0 ?1 ?2 DT throat L2 D2 ? 几何尺寸 Converging section Diverging section ? 进气管直径D1按与之相联管道直径确定 ? 收缩管的收缩角α 1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1:4 ? 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 文丘里洗涤器 ? 几何尺寸(续) ? 扩散管的扩散角α 2一般为5o~7o ? 出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气 速确定 D1 ? DT ?1 L1 ? ctg 2 2 D2 ? DT ?2 L2 ? ctg 2 2 L1 L0 ?1 ?2 DT L2 D1 Converging section D2 throat Diverging section L0 ? 0.8 ~ 1.5DT 文丘里洗涤器 ? 压力损失 ?高速气流的动能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 QL dP ? ? ?Lvg ( )duD QG 动量定理 QG Fdt ? dpdt ? ??l Ql dtduD ? ?d ? mV ? vg ? 令x=0处(液体注入点)液滴在x方向的 速度为零,积分得 QL ?P ? ? ? Lvg ( )uD2 QG 文丘里洗涤器 ? 压力损失(续)整个喉管内的压力损失 ? 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 mD duD 1 ? ? L (vg ? uD )2 ADCD dt 2 mD-液滴质量 AD-液滴在垂直于流动方向上的截面积 CD-阻力系数 g 文丘里洗涤器 ? 压力损失(续) ? 对于球形液滴 duD 3?gCD ? (vg ? uD )2 dt 4 ? Ld D duD duD ? 因为 dt ? uD dx ,所以 3?gCD duD ? (vg ? uD )2 dx 4 ?Ld DuD ? 积分条件:x=0,uD=0;x=L, uD= uDL=vT=Vg 文丘里洗涤器 ? 压力损失(续) ? 积分得 QL ?P ? ? ? v ( ) QG 2 L T ?或 2 ?P ? ?1.03 ? 10?3 vT ( QL ) cmH2O QG 单位 ? 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 ?P ? 0.863?g ( A) 0.133 2 T QL 0.78 v ( ) QG Pa 文丘里洗涤器 ? 液滴平均直径的估算 ? 拔山一彭泽的经验公式估算液滴体积一表面积平均直径 ? ?L 586 ?10 ? ? ? dD ? ? ? ? 1682 ? ? ?? VT ? ?L ? L ? 3 0.5 ? ? ? ? 0.45 ? 1000QL ? ? ? ? QG ? 1.5 VT:喉管气流速度,m/s ?:液体表面张力,N/m ?L:液体的粘度,Pa s ?L:液体的密度,kg/m3 QL/QG:同单位 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 P ? exp( 2 2 ?6.1?10?9 ?L?PCCdp f ?P ? 2 g ) ?L 和 ? P-分别为洗涤液和粉尘的密度,g/cm3; ?g -气体粘度,10-1Pa.s; ?P -文丘里洗涤器压力损失,cmH d p-粉尘粒径,μ m; 2O。 f 一经验常数,在该表达式中为0.1~0.4。 文丘里洗涤器 ? 文丘里洗涤器性能气流速度、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0.08 m2,参数f取为0.25,对于粒径为1.0μ m、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(6-53) ?3 1.0 ? 10 3 2 ?P ? ?1.03 ? 10?( 12200) ( ) 1 =153.3 cmH 2O 现在运用海斯凯茨提出的式 (6-54),得 ?3 1.0 ? 10 0.133 2 0.78 ?P ? 0.863 ? 1.15 ? (0.08) ? ( 122) ( ) 1 =12567Pa 文丘里洗涤器 ? 例题(续) 利用式 (6-55)估算粒子的通过率: 0.172 CC ? 1 ? ? 1.172 dp 2 6.1 ? 10 ?9 ? 1 ? 1.5 ? 1.172 ? 12 ? (0.25) ? 153.3 P ? exp[ ? ] ?4 2 (2.08 ? 10 ) ? exp( ?2.375) ? 0.093 文丘里洗涤器 ? 思考题:文丘里除尘器的主要特点是什 么? 作业:6.18、6.19 ? ?

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