Мокрая очистка промышленных газов: скрубберы

     Первая  схема характеризуется пропуском  запыленного потока, движущегося  прямолинейно, через заслон разбрызгиваемой  жидкости, в результате чего частицы пыли смачиваются, вес их значительно увеличивается и по этой причине они выпадают вместе с жидкостью из потока под действием силы тяжести.

     Вторая  схема характеризуется тем, что  газо-воздушный поток при движении через аппарат резко изменяет направление, в результате чего частицы пыли движутся под действием сил инерции по первоначальному направлению и, встречая на своем пути пленку жидкости, стекающую по стенкам пылеуловителя, захватываются ею и удаляются в виде шлама, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

     Третья  схема работы пылеулавливающих аппаратов  аналогична первой схеме, но отличается тем, что в этих аппаратах струя  газо-воздушного потока вводится в  аппарат с большой скоростью  по касательной к внутренней его  поверхности, по которой стекает тонкая пленка жидкости, при этом под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам пылеуловителя и уносятся стекающей жидкостью вниз.

     Таким образом, взвешенные в газе частицы  пыли выводятся из газового потока под действием гравитационных сил, сил инерции, в том числе центробежных сил, либо захватываются жидкостью и удаляются в виде шлама.

     Инерционное осаждение пыли происходит в случае, если масса частиц или скорость ее движения настолько значительны, что  она не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей препятствие, и, стремясь продолжить по инерции свое движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нем.

     При криволинейном движении газового потока в скруббере, а также при обтекании  препятствия возникают и развиваются центробежные силы, под действием которых взвешенные частицы сталкиваются с каплями или пленкой жидкости на поверхности препятствий и стенок аппарата.

     Мелкие  частицы испытывают непрерывное  воздействие молекул газа, находящихся  в движении, обусловленное различными причинами (броуновское движение, конвективные токи, стефановское движение и др.). В результате захвата мелких частиц этим движением увеличивается вероятность столкновения и осаждения их на поверхности обтекаемых тел (капель, препятствий) и стенок аппарата. Влияние диффузионного эффекта на пылеулавливание резко возрастает в турбулентном потоке газов.

     Эффект  касания (зацепления) наблюдается, когда  расстояние от центра частицы, движущейся с газовым потоком, до поверхности  обтекаемого тела равно или меньше ее радиуса.

     Каждый  из перечисленных механизмов осаждения  наиболее характерен для частиц определенного  размера, однако при соответствующих  условиях возможно их совокупное влияние  на процесс улавливания некоторых  фракций пыли.

     Процесс очистки газов от взвешенных частиц в современных конструкциях мокрых пылеуловителях разделяется на четыре основных стадии:

1. подготовка газов путем их орошения на входе в аппарат;
2. улавливание (смачивание) частиц пыли жидкостью;
3. выделение уловленных частиц пыли (в виде шлама) из газового потока;
4. удаление выделенной пыли из аппарата.

     При очистке газа в мокрых пылеуловителях он одновременно охлаждается. Ввиду  того, что при смачивании масса  частиц становится больше, эффективность  их улавливания из газа больше в  мокрых пылеуловителях, чем в однотипных сухих. Мокрые пылеуловители применяют в тех случаях, когда уловленная из газа пыль не используется, может быть использована в мокром виде или после обезвоживания, а также когда необходимо охладить газ независимо от его очистки.

     Мелкие частицы пыли в мокрых инерционных пылеуловителях улавливаются плохо. Это связано с тем, что на поверхности таких частиц образуется пленка газа, которая препятствует их смачиванию. Для улучшения смачиваемоси мелких частиц создают условия для разрушения газовой пленки вокруг частиц. В частности, запыленному газовому потоку придают высокую турбулентность или в жидкость, орошающую аппараты, вводят поверхностно-активные добавки. В этих условиях пленка газа разрушается, частицы пыли смачиваются, укрупняются и могут улавливаться мокрыми инерционными аппаратами.

     При очистке газов с высоким влагосодержанием и подаче в аппарат холодной жидкости на частицах пыли и каплях жидкости конденсируются водяные пары. Интенсивная  конденсация водяных паров происходит также при вдувании пара в холодный поток запыленного газа. При этом увеличивается размер и масса частиц пыли вследствие как конденсации на их поверхности водяных паров, так и контакта с водяными парами и каплями жидкости. Процесс конденсации пара жидкости, содержащегося в газах при их охлаждении, способствует повышению эффективности очистки газов в мокрых пылеуловителях.

     При интенсификации процесса смачивания пыли отдельные мокрые пылеуловители  могут быть применены для глубокой очистки газов или воздуха  от частиц пыли размером до 0,1 мкм.

     Мокрые  пылеуловители могут успешно  применяться вместо таких высокоэффективных  пылеуловителей, как рукавные фильтры, особенно в тех случаях, когда  применение последних невозможно (например, при высокой температуре и  повышенной влажности газов, при опасности возгораний и взрывов очищаемых газов или улавливаемой пыли).

     Аппараты  мокрой очистки одновременно со взвешенными  частицами пыли могут улавливать парообразные и газообразные компоненты вредных примесей (окислы серы, азота, углерода и т.п.).

     Процесс очистки газов от взвешенных частиц в мокрых пылеуловителях сопровождается обычно процессами абсорбции и охлаждения газов, поэтому все типы мокрых газоочистных аппаратов могут применяться  для очистки газов не только от пыли и капель жидкости.

     В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей  жидкости чаще всего применяется  вода; при комплексном проведении процессов пылеулавливания и  химической очистке газа выбор орошающей  жидкости (абсорбента) обуславливается  процессом абсорбции.  

 

     3. Скрубберы

     3.1. Скрубберы   с насадкой

      

       Для  улучшения   контакта   газа   с  жидкостью   применяют   смачиваемую  насадку,  которую  вставляют в  полый  скруббер.  Насадку  помещают  на   колосниковую  решетку,  насыпая  ее   навалом  или  укладывая  рядами,  а  тип   насадки  выбирают  в  зависимости  от   условий  работы скруббера.

     Проходя  через  насадку,  газ  многократно  изменяет   направление  своего  движения,  в  результате   чего   содержащаяся  в  газе   пыль  или   капельные   компоненты   по  инерции  попадают  на   смоченную   поверхность  насадки  и  смываются  стекающей   жидкостью .  Поэтому  в  насадочных  скрубберах   пыль  улавливается   более  эффективно,  чем   в   полых.  Однако  пыль  часто осаждается   в отверстиях   насадки и забивает   их.  При   этом   возрастает   гидравлическое   сопротивление  скруббера  и  снижается  его  производительность.  Тогда  насадку извлекают и чистят.

     В  настоящее  время   насадочные  скрубберы   редко  используют  для  улавливания  пыли,  в  основном  их  применяют   как  абсорберы   для  очистки  от  SO₂, HCl, H₂S, для охлаждения и увлажнения малозапыленного газа. Насадка должна  обладать   химической  стойкостью ,  механической  прочностью,  небольшой  массой  и большой поверхностью единицы объема. Для химически   агрессивных сред   чаще  всего используется   насадка  из  керамических   колец (пустотелых   и  с  перегородками),  которые   укладывают правильными  рядами,  либо просто  засыпают на  нее. При  щелочных жидкостях применяют   керамику  и стальные  кольца .

     При   нейтральных   и  не   агрессивных  к  дереву   жидкостях  и  газах  с  невысокой  температурой  применяют  насадку из  досок  сосны  или  ели. Количество   жидкости,  которое  следует  подавать   на   каждый 1 м2 сечения  насадки  скруббера,  называют  плотностью  орошения,  которая   зависит  от  типа  насадки и назначения  скруббера.

     Для  охлаждения  и  увлажнения  газа   плотность  орошения  водой   составляет 5-20 м3/(м²*ч). После насадочного скруббера устанавливают каплеуловители. Скорость газа насадки 0,8-1,5 м/с  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.2. Скрубберы   с подвижной насадкой

      

     Принципиальная  схема   такого   устройства   приведена  на   рис. 1.1.  В корпусе аппарата   между   нижней  опорно-распределительной  тарелкой   1   и верхней  ограничительной  тарелкой   3   помещается  слой   полых   или   сплошных  шаров,  колец  и  тел  другой   формы   из   полимерных  материалов,  а также   стекла  и пористой   резины.  Доля  обеспечения   свободного   перемещения   насадки  в газожидкостной   смеси   плотность  шаров  не   должна  превышать   плотность жидкости.

     При   пылеулавливании   рекомендуется  принимать   скорость   газов  в  пределах  до 5-6  м/ с,  а  удельное   орошение 0,5-0,7  л/м3.  При   очистке  газов,  содержащих   смолистые   вещества ,  а  также   пыль,  склонную  к  образованию   отложений ,  применяют   щелевые  тарелки  с  большей   долей  свободного   сечения (0,5-0,6 м2/м2).

     При   выборе  диаметра   шаров  соблюдают   соотношение  D/dш  ≥ 10.  Минимальная  высота   слоя   насадки  определяется   из   условия  Нс ≈ (5÷8)dш,  а  максимальная  –  Нс/D ≤  1. Гидравлическое   сопротивление аппарата   составляет  700-1200  Па.

       
 

Рис 1.1. Скруббер с подвижной насадкой: 1 – опорная тарелка; 2 - шаровая насадка; 3 - ограничительная тарелка; 4 – оросительное устройство; 5 – каплеуловитель 
 
 
 
 
 
 
 

     3.3. Центробежные циклоны  и  скрубберы 

      

     В  этих   аппаратах ( рис. 1.11)  газ очищается   от   твердых   или   жидких  частиц   за   счет   действия   центробежной  силы,  возникающей   при   вращении  газа, который   подается    через  патрубок ,  расположенный   по  касательной  к  корпусу аппарата .  Также   по  касательной  в  верхней  части  установлены  сопла  таким  образом,  чтобы   струя  воды  была  направлена   в  сторону  вращения  газа   и  создавала  тонкую пленку  на   стенках аппарата . Частицы   пыли  в  процессе   вращения  отбрасываются  к  стенкам,  захватываются  пленкой воды и стекают вместе  с  ней  вниз . Скорость   газа   по  сечению   аппарата   для  исключения  явления  брызгоуноса должна  составлять  2,5-5,5  м/ с.

     Эффективность   очистки  зависит  от   размера  аппарата  ( диаметр  не   дол -жен  быть  больше 1,2  м).  Чем   больше  размеры   частиц   пыли  и  их  плотность, чем   меньше  диаметр  цилиндрической  части  аппарата   и  больше  скорость   газа  во  входном  патрубке ,  тем  лучше  идет  процесс очистки.

     Для  очистки  газов  объемом   до 210 тыс . м3/ ч  используют  циклоны   СИОТ  ( рис. 1.12), которые   отличаются   от   обычных   центробеж ных   скрубберов   укороченной   цилиндрической частью  корпуса и конструкцией   днища .  Скорость  газа   во   входном   патрубке  12-20  м/ с,  расход   воды 0,1  л/м3 газа .  Но  начальная  запыленность  газов  не   должна  превышать  6 г /м3,  в  противном  случае   требуется  предварительная  грубая  очистка.  Гидравлическое   сопротивление такого  циклона  составляет  около 1500  Па. 

 

     

Рис. 1.11. Центробежный  циклон: 1 – входной   патрубок; 2 – корпус; 3 – система орошения; 4 – выходной  патрубок; 5 –  конусное   днище 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.12. Центробежный  циклон: 1 – входной   патрубок; 2 –  корпус; 3 – система орошения; 4 –  выходной  патрубок; 5 – конусное днище

 

      3.4. Динамические скрубберы   

     В  этих   аппаратах  газ  очищается   от   взвешенных  в  нем   частиц   при соприкосновении   с  жидкостью ,  которая  разбрызгивается  при   помощи  вращающегося тела  ( вал с  лопатками,  диски и т .д .).

     Простейшим  динамическим  газопромывателем   является   ванна  1 (рис. 1.13),  в которую   частично   погружено   колесо   2.  Газ проходит  через  решетку  3,  контактирует   с каплями   жидкости  и  через  газоход  4 выводится   из   аппарата. Из-за   поворота   газа   в устройстве   на  180^о наиболее   крупные   частицы   пыли  тонут  в жидкости под  действием сил  инерции.

      Динамические  скрубберы   могут  длительное  время   работать   без  пополнения  свежей  жидкости  и  отвода   шламовых  вод .  Эти аппараты  используют  для очистки газа   от  ядовитых  и вредных   пылей   и газовых компонентов . 
 
 
 
 
 
 

                                 Рис. 1.13. Ротационный скруббер 

 

 3.5. Пылеуловители ударно-инерционного действия. Скруббер Дойля.