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同学们好! 这一讲我们介绍湿式除尘器的工作原理
湿式除尘器是使含尘气体与液体密切接触
利用液滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用
捕集尘粒或使粒径增大以便捕集的装置
一般用水作为除尘用的液体
我们从大家都目睹过一种湿式除尘器——暴雨来开篇
大家常常感到大雨后的空气比较清新
说明下雨对大气中的颗粒物有一定的清除作用
使大气颗粒物的浓度降低
那么下雨对颗粒物的去除作用到底有多大呢
下面我们就试着来计算一下
大家看到的这个立方体
是我们计算暴雨除尘效率时所考虑的区域
其长、宽、高分别为Δx、Δy、Δz
其中气体中颗粒物浓度为ρ
首先，我们假设雨滴的直径为DD，它在大气中垂直降落
通过这一空间的过程中有多少颗粒物被捕集在雨滴上呢
我们看到雨滴经过的空间是大家看到圆柱体
其体积为四分之派乘以DD方乘以Δz
雨滴通过的圆柱体中原有的颗粒物质量
为这一体积与浓度ρ 的乘积
如果雨滴对颗粒物的碰撞捕集效率为ηt
那么单个雨滴捕集的颗粒物质量就是其原有质量乘以捕集效率ηt
这里ηt可以用我们第五章的有关知识来进行计算
那么整个空间内的颗粒物浓度随时间的变化
就等于单个雨滴的捕集量，乘以单位时间空间内的雨滴数
再除以整个区域的体积
我们用ND表示单位时间内区域内降落的雨滴数
可以得到颗粒物浓度随时间变化的表达式，就是这个公式
方程上下同时乘以一个水滴的体积，进行化简
得到右面这个公式
这里中括号里的分子项，ND乘以六分之πD的三次方
即雨滴数乘以单个雨滴的体积
也就是单位时间降雨体积qL，它除以区域的底面积ΔyΔx
就是单位面积上的降雨体积
这也就是我们天气预报中通常所说的降雨量
这样我们就得到了简化的颗粒物浓度随时间变化的表达式
对这个式子进行积分
就可以得到一段时间内颗粒物浓度的变化情况
那么从这个表达式
从公式中我们可以看出
暴雨对颗粒物的捕集效果与颗粒物的初始浓度无关
利用从这个公式可以求出一段时间后空间内的颗粒物浓度
也就是颗粒物的初始浓度乘以右边的幂指数
指数项受降雨时间、降雨强度
单雨滴的捕集效率及雨滴直径大小的影响
降雨强度越大，时间越长，捕集效率也就越高
下面我们来看一个实际的例子
假如雨滴的直径是1mm，颗粒物粒径3微米
降雨强度是25毫米每小时
根据这个公式，一小时后
大气中颗粒物浓度将从100微克每立方米降到43微克每立方米
实际上每小时25毫米的降雨量已经是非常大的雨了
但我们发现，颗粒物浓度下降不到60%
说明暴雨对颗粒物的捕集效果并不是很好
那么如何设计出更为高效的湿式除尘器呢
一种最简单的湿式除尘器-立式逆流喷雾塔
这里给出了立式逆流喷雾塔的示意图
含尘气体从塔底进入，在塔中自下向上运动
液体通过一系列喷嘴从塔顶喷下，成为很小的雾滴
并在重力作用下下落
为了简化计算喷雾塔洗涤器除尘效率
我们需要先要做三样假定
第一是假设所有液滴都具有相同的直径
第二是液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降
第三是液滴在断面上分布均匀、没有聚结的现象
我们希望像处理暴雨问题那样来处理这一问题
但是，需要注意的是，和前面介绍的暴雨问题不同
在立式逆流喷雾塔里，液滴相对周围气体以终末速度沉降
气体以速度vG上升
所以液滴相对于喷雾塔的速度等于终末沉降速度再减去气速
这样，液滴在喷雾塔中经历的平均时间为
喷雾塔高度除以液滴相对于喷雾塔的速度
因此，任何时间塔中的液滴数就等于
ND乘以液滴在塔中的平均时间
单位时间这些液滴冲刷过的气体体积
可以用液滴数、液滴的截面积
和它们相对气体的终末速度的乘积求得
我们对喷雾塔做物料衡算
单位时间单位体积液滴所补集的颗粒物质量
等于单位时间从单位体积气体中去除的颗粒物质量
方程中左边这一项可以用单位时间液滴经过的体积
乘以颗粒物的浓度和单个液滴的捕集效率求得
而右边这一项可以用气体流量乘以颗粒物浓度变化得到
我们将单位时间液滴冲刷过的气体体积公式代入到这个公式中
使塔高无限小，Δz和Δρ就成为dz和dρ
那么对分离变量积分后
就得到立式逆流喷雾塔的除尘效率公式
从这个公式可以看出，提高单个液滴的捕集效率
有利于提高喷雾塔的整体除尘效率
单个液滴的捕集效率受液滴运动雷诺数影响很大
对于斯托克斯粒子，可以近似用斯托克斯准数估算
当颗粒粒径确定以后，对于给定的烟气系统
斯托克斯准数与与液滴直径成反比
所以我们应当减小液滴直径
但液滴直径也不是越小越好，直径过小
液滴容易随气流一起运动
因此，对于给定的颗粒，为获得最大除尘效率
应有一个最佳液滴直径
这个图就给出了逆流喷雾塔中
对于密度为2g/cm3的颗粒物，碰撞效率和液滴直径的关系
我们可以看到，最佳液滴直径约在500~1000微米范围内
这个公式也使我们看到了这种除尘器的极限
如果液滴的终末沉降速度等于气速
则右边的值就成为负无穷大
这样我们就得到了100%的除尘效率
从物理意义讲，如果液滴的终末沉降速度等于气速
每个液滴就会在喷雾塔中处于静止状态
在气体经过时液滴从一个无限长的气柱中捕获颗粒物
然而，如果液滴连续进入喷雾塔，但没有液体流出
就会使塔内充满液体，造成溢流，喷雾塔就停止工作了
所以溢流现象是这类除尘器在实际使用中的一个重要局限
喷雾塔内的气体流速一般取为液滴沉降速度的50%
如果液滴直径在500~1000微米范围内
气速流速可采用0.6-1.2m/s
此外，液气流量比也对除尘效率有较大影响
为了提高操作时的液气流量比，液体应该循环使用
除了逆流喷雾塔外，还有错流形式的喷雾塔
液体由塔顶喷淋下来，含尘气流水平通过喷雾塔
与雾滴的运动方向垂直
在这种塔中，垂直方向的气速为0
因此我们可以把这个除尘效率的计算公式进行简化
得到这个计算式
湿式除尘器不仅要完成尘粒与气体的分离
还要对含尘的液体进行处理
因此，一套完整的湿式除尘系统应该至少包括三个部分
就是这个图里给出的三个系统
首先，含尘气体进入湿式除尘器
比如我们刚刚介绍的喷雾塔，尘粒被捕集进入液滴中
接下来，我们要把这些液滴从气流中分离出来
由于液滴比较大
因此用简单的旋风分离器就可以实现气体和液滴的高效分离
得到洁净气体
被分离出来的液体含有大量颗粒物
要通过一个液固分离装置，通常是沉淀池
来实现液体的循环利用
如果没有很好地处理含尘气体
我们就将空气污染问题转化成水污染问题了
综合来看，在耗用相同能量时
湿式除尘器的除尘效率是高于干式机械除尘器的
尽管湿式除尘器的效率可能低于电除尘器
但它可以处理高温高湿的气流
高比电阻粉尘和易燃易爆的含尘气体
这些情况下电除尘器和布袋除尘器往往是不适用的
此外，湿式除尘器在去除尘粒的同时
还可以去除气体中的水蒸气和易溶的气态污染物
如氯化氢、氟化氢、以及三氧化硫等
既起到了除尘作用，又能起到冷却和净化的作用
但湿式除尘器也有一些缺点：
一是，排出的污水和污泥需要处理
使得湿式除尘器系统装置较多、系统比较复杂
二是，如果湿式除尘器净化的气体中含有带腐蚀性的气态污染物
洗涤水就可能对设备和管道造成腐蚀
三是，湿式除尘器不适用于去除憎水性和水硬性的粉尘
比如氧化钙
此外，湿式除尘器在寒冷地区的使用也是受到限制的
需要采取防冻措施
关于湿式除尘器的工作原理我们就介绍到这里
下一讲我们将一起学习一种高效的湿式除尘装置
文丘里洗涤器，欢迎大家继续学习
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
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-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
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-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
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-6-2 旋风除尘器--作业
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
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-8-1 概述--作业
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-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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