濕式靜電除塵器的工作原理
濕式靜電除塵器,用噴水或溢流水等方式使集塵極表面形成一層水膜,實現(xiàn)極板清灰的靜電除塵器。濕式清灰可以避免沉集粉塵的再飛揚,達到很高的除塵效率。因無振打裝置,運行較穩(wěn)定,但存在著腐蝕、污泥和污水的處理問題。應用不如干式靜電除塵器廣泛。
靜電除塵器,利用靜電力(庫侖力)實現(xiàn)粒子與氣流分離的除塵器。有板式和管式、水平流式和垂直流式、干式和濕式之分。工作時,有懸浮顆粒荷電、荷電顆粒在電場中捕集、將捕集在集塵板上的顆粒清除等三個主要步驟。其特點是氣流阻力小,能處理高溫氣體,除塵效率可達99~99.9%,不受塵粒所含水分的影響,適于處理含塵濃度低、塵粒粒徑為0.05-50μm的氣體,但投資和維修費用較高,占地面積較大多粒子的電學性質對除塵效率有影響。主要用于處理煙氣量大的場合。
濕式除塵器
濕式除塵的過程是基于含塵氣流與某種液體(通常為水)接觸,借助于慣性碰撞、擴散等機理,將粉塵予以捕集。它具有結構簡單,在除塵的同時還能除氣態(tài)污染物,適于處理高溫或潮濕的含塵氣體,不會因為被捕集的粉塵再飛揚而出現(xiàn)二次塵源,因而在實際中得到廣泛的應用。
一、濕式除塵器的除塵原理
在濕式除塵器中,水與含塵氣流的接觸大致可以有三種形式:
1.水滴
表8-10 袋式收塵器的規(guī)格和主要技術性能
由于機械噴霧或其他方式使水形成大小不同的水滴,分散于氣流中成為捕塵體,例如噴淋塔等。從原理上看,捕塵機理符合過濾機理,只是以水滴作為捕塵體。
2.水膜
這是在捕塵表面形成水膜,氣流中的粉塵由于慣性、離心力等作用而撞擊到水膜中,例如旋風水膜除塵器等。其分離的原理與干式旋風除塵器相同。然而由于水膜的存在,增加了捕塵的機率,有效地防止了二次粉塵。因而可以大大提高除塵效率。
3.氣泡
水與氣體以氣泡的形式接觸主要產(chǎn)生于泡沫除塵器中,由于氣流穿過水層,根據(jù)氣流的速度、水的表面張力等因素的不同,產(chǎn)生不同大小的氣泡。粉塵在氣泡中的沉降,主要是由于慣性、重力和擴散等機理的作用。
在實際的濕式除塵器中,可能兼有兩種甚至三種接觸形式。
二、噴淋塔
噴淋塔是在空心塔中借助于噴嘴噴出的水霧以捕集粉塵。噴淋塔的典型結構如圖8-8所示。氣體從塔下部進入,通過氣流分布板使氣流在塔內(nèi)得到均勻分布。塔內(nèi)設置一排或數(shù)排噴嘴(噴水壓力不低于(1.5~2)×106Pa),水霧在重力的作用下向下流動,與含塵氣流的方向相反。含塵氣流經(jīng)水霧凈化后由上部排出。含塵氣流以0.6~1.2m/s速度上升,這樣可避免把液滴托起帶走。
噴淋塔除塵的主要機理是將水滴作為捕塵體,在慣性、截留、擴散等作用下將粉塵捕集,其中以慣性作用為主。為了提高捕塵效率,特別是慣性捕集碰撞機理,需要提高水滴與氣流的相對速度,同時要減少水滴的大小。圖8-9所示為噴淋塔水滴與除塵效率關系,從圖中看出水滴直徑在500~1000μm時,效率最高,水滴直徑減小,效率降低。因此可以認為小于5μm的粉塵,水滴直徑800μm時,理論效率最高。因此,用碰撞式噴嘴所產(chǎn)生的水滴比1mm稍小最為合適。
圖8-8 噴淋塔結構圖
1-水入口;2-濾水器;3-水管;4-擋水板;5-噴嘴;6-氣流分布板;7-污水出口
三、離心式噴淋除塵器
離心式噴淋除塵器是利用離心力的濕式除塵裝置。這類除塵器(洗滌器)大體可分為兩種。一種是借離心力來加強液滴與塵粒的碰撞作用。因此上面所述,塵粒和液滴的相對速度(慣性碰撞)以及噴淋密度(截留)是影響液滴捕集效率的兩個重要因素。如果液滴和塵粒的相對速度增加了,碰撞效率就會增加。這一點可以通過應用離心力的辦法來達到。例如,當氣體在半徑0.3m處以17m/s的切線速度旋轉時,離心力為重力的100倍。我們不用重力,而用這樣的離心力作用在液滴上,捕集塵粒的效果當然能大大提高(可以計算出,在0.1N的力影響下,塵粒因慣性碰撞而被各種粒度的液滴捕集的效率如圖8-10。圖中的曲線表明,液滴尺寸在40~200μm的范圍內(nèi)比較好,大約100μm的液滴最有效。這種除塵器的構造,有的是在除塵器下部中心設一根裝有若干噴嘴的進水管,向旋轉的氣體內(nèi)噴水,稱為中心噴水旋風除塵器;有的是在除塵器圓筒周邊設幾排噴嘴,以相同角度差不多或切向地向旋轉氣流中噴水,稱為周邊噴水旋風除塵器;還有的是像普通噴淋塔那樣噴水,但氣流在塔中作旋轉運動。這些除塵器使氣體旋轉的方法也有兩種:一種是像圖8-11(a)那樣,讓氣流以15~45m/s的速度切向進入除塵器,造成旋轉運動;另一種是像圖8-11(b)那樣用固定的導流葉片使氣流旋轉。
圖8-9 水滴直徑與碰撞效率的關系
圖8-10 離心噴灑洗滌器η-d的關系曲線
除了利用離心力以加強液滴與塵粒碰撞作用的除塵器外,還有一種利用離心力使塵粒到達被水潤濕的壁面而被捕獲的離心式除塵器。屬于這種的有水膜旋風除塵器(圖8-12);和臥式旋風水膜除塵器。
目前國內(nèi)用得較多的離心式除塵器是水膜旋風除塵器。其構造就是在筒體上部一周安裝若干噴嘴,向外圓筒內(nèi)壁面淋水,這樣使筒體內(nèi)壁始終覆蓋一層往下流動的很薄的水膜。含塵氣體從圓筒下部切向進入,然后螺旋上升,從圓筒上部排出。由于離心力作用而分離下來的粉塵甩向器壁,被水膜層所粘附,然后隨污水經(jīng)排污口排出,凈化后的氣體由筒體上部排出。
圖8-11 離心式洗滌器的兩種致旋型式
(a)切向入口致旋;(b)導流葉片致旋
四、沖擊式除塵器
沖擊式除塵器的工作原理為:含塵氣流以一定的流速從噴頭沖入水中,然后折轉180°改變其流動方向,在慣性作用下,部分粉塵被分離,由氣流沖擊濺起的水花、水霧可使氣流得到進一步的凈化,凈化后的氣流經(jīng)擋水板脫水后排出,如圖8-13所示。含塵氣流由進氣管噴入水中,在管的出口處設有一圓錐體,圓錐底部和導管壁之間形成一環(huán)狀間隙,氣流從這個間隙噴出去(管口距水面高2~3mm),激起水霧,然后轉變180°,經(jīng)過擋板水氣分離后,從出風口排出。
環(huán)狀間隙中的氣流速度,亦即沖擊速度,是支配除塵效率的重要設計因素。通常這個速度采用45m/s。整個除塵器的壓力降約為按沖擊速度計算的動壓的2倍。當沖擊速度為39m/s或更高一些時,在一個大小恰當?shù)某龎m器內(nèi)存在著極高度的紊流,水和氣體處在激烈擾動的狀態(tài),洶涌擾動的區(qū)域擴展到剛好在氣體出口下面的位置。
圖8-14所示為羅托克倫型(Roto-clone型)自激式除塵器。含塵氣流從中部進入后,先撞擊在洗滌液表面上,有一部分粗粒子沉降下來,然后被迫通過兩側的S型通道,使其速度增加到15m/s左右。S形通道系由兩塊彎曲的葉片組成,其下部浸沒在水里。因為通道中的氣流速度比較高,激起一片紊亂的水幕,然后破裂成許多水滴,塵粒與水滴碰撞而被捕獲。設計成S型通道的目的,是使氣流迅速轉變方向而增加離心力,提高液體的動亂程度。當氣流離開S形通道時,由于上葉片的限制而向下拐彎,然后再上升。這時一部分水滴和粉塵因為慣性的緣故就和氣體分離而落入水中。上升的氣流再經(jīng)檐板式脫水裝置脫除其中剩余的水滴和粉塵,便流出除塵器。
圖8-12 CLS型旋風水膜除塵器
圖8-13 沖擊式除塵器
圖8-14 Roto-clone型自激式除塵器
大型自激式除塵器,一般下部都設有機械清灰裝置和利用除塵器底部的排污閥,定期排放污泥。
這種除塵器的主要優(yōu)點是不使用具有細小孔口的噴嘴噴水,除塵器的各部分沒有很小的間隙,不容易發(fā)生堵塞,可用以處理含塵濃度高的大流量氣體。其耗水量小,只消耗于蒸發(fā)和排除泥漿時的損失。
自激式除塵器的效率,在很大程度上取決于水位的高低,因此為了保證設備的正常運轉,需要設置水位自動控制裝置。
此外,自激式除塵器的設計還要考慮到:
1.為了使進入除塵器的氣體均勻分布在整個葉片入口,進氣口下沿與水面的距離應不小于0.5~1.0m,進氣速度不宜太大,一般小于18m/s。
2.為了使氣流均勻,防止帶水便于控制水位,葉片兩側的空間大小應近似相等,斷面寬度一般不宜小于0.5m。
3.分霧室應有足夠的空間,防止過多的水滴帶入擋水板內(nèi),氣流上升速度一般不應大于2.7m/s。
4.單位葉片長度的處理風量以5800m3/h為好,消耗能量較小。當風量超過6000m3/h時,阻力顯著增加。
5.除塵器的關鍵部件――葉片,在制作時一定要符合設計要求,葉片的安裝必須水平,否則直接影響除塵效率。葉片長度一般不大于5m。
6.折式擋水板易于堵塞,最好采用雙層遮擋式,脫水效果好,不易堵塞。
這種除塵器的實際應用效果列于表8-11。
表8-11 Roto-clone型自激式除塵器的除塵效率
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