Аппараты мокрой очистки газов

Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

Аппараты мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц и небольшой стоимостью по сравнению с аппаратами сухой очистки.

Некоторые типы аппаратов мокрой очистки (турбулентные газопромыватели) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

Аппараты мокрой очистки газов по степени очистки могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры не могут быть применены вследствие высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами можно улавливать парообразные и газообразные компоненты. К недостаткам мокрой очистки следует отнести: необходимость обработки образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и необходимость защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред. Несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности.

Аппараты мокрой очистки часто используют в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов. В этом случае газоочистные аппараты служат еще и теплообменниками смешения, где охлажденный газовый поток непосредственно контактирует с охлаждающей жидкостью.

Среди аппаратов для очистки газов от пыли мокрые пылеуловители отличаются наибольшим многообразием, что обусловливается силами, воздействующими на газо-жидкостные потоки. При этом жидкая фаза находится в аппарате в виде пленки, струи, капель, пены или различных сочетаний.

По принципу работы аппараты мокрой очистки газов делятся на следующие группы: полые и насадочные, барботажные и пенные, аппараты ударно-инерционного типа, центробежного типа, динамические и турбулентные промыватели.

В полых и насадочных аппаратах запыленные газы пропускают через поток распыляемой, разбрызгиваемой или стекающей по насадке жидкости. При этом частицы пыли захватываются потоками промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

В полых скрубберах промывку газов осуществляют с помощью разбрызгивания жидкости навстречу движущемуся очищаемому потоку. Для орошения скрубберов применяют форсунки грубого, распыления. Высокая эффективность очистки газов достигается в том случае, если промывная жидкость распыливается с образованием капель 0,5−1 мм. Обычно скруббер представляет собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения. Форсунки устанавливают в одном или нескольких сечениях по высоте аппарата.

Для снижения брызгоунос скорость газа в аппарате не должна превышать 1−1,2 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера невелико и обычно не превышает 250 Па. Расход воды составляет 5−10 м3/ч на 1 м² площади поперечного сечения. Наиболее полно в этих аппаратах улавливаются частицы пыли более10 мкм.

Характерной особенностью насадочных скрубберов является то, что процесс выделения пыли происходит на смоченной поверхности насадки в результате многочисленных изменений движения газового потока в аппарате. Насадочные скрубберы заполняют насадочными элементами различной конфигурации, которые удерживаются, на опорных решетках. К беспорядочной насадке относятся кольцевая (при загрузке навалом), седлообразная, кусковая; к регулярной — хордовая, блочная, уголковая.

Недостатками насадочных скрубберов являются частые забивки насадки при обработке запыленных газов, что ограничивает область их применения в технике пылеулавливания. Насадочные колонны целесообразно применять только при улавливании, хорошо смачиваемой пыли, особенно в тех случаях, когда процессы улавливания сопровождаются охлаждением или очисткой газов от других компонентов.

Барботажные и пенные аппараты. В барботажных аппаратах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости; при этом вследствие большой поверхности соприкосновения газов с жидкостью протекает процесс очистки газов от взвешенных частиц. Очищаемые газы барботируют в жидкость через трубки, опущенные в слой жидкости. Для дробления газов на мелкие пузырьки край барботажной трубки часто делают зубчатым. Эффективность подобных аппаратов достаточно велика, однако из-за сложности изготовления они имеют ограниченное применение в промышленности. В пенных аппаратах пылеулавливающий эффект достигается в результате движения очищаемого газа через слой пены. Пена в этих аппаратах может формироваться различными способами: на решетке, куда подается жидкость, продуваемая снизу воздушным потоком или при ударе воздушного потока о зеркало жидкости.

Пенные пылеуловители широко распространены в химической промышленности. Они просты по конструкции и достаточно эффективны. В отличие от барботеров в пенных пылеуловителях газы проходят через жидкость со скоростью, превышающей скорость свободного всплывания пузырьков, что создает условия для образования высокотурбулизованной пены.

Пенные газопромыватели представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, во внутренней полости которого установлены перфорированные или щелевые решетки. Очищаемые газы поступают к решеткам снизу. В результате интенсивного перемешивания газа с жидкостью в слое пены происходит смачивание и выделение из потока пылевидных частиц, которые выводятся из аппарата в виде шлама, а очищенные газы выходят через патрубок, расположенный в верхней части аппарата.

В провальном пылеуловителе жидкость как бы «проваливается» сквозь отверстия в решетке, через которые поступает очищенный поток. Аппараты с переливными решетками могут работать со свободным сливом пены через сливной порог.

Для эффективной работы аппаратов, как с провальными, так и переливными решетками важно, чтобы жидкость и газ равномерно распределялись по поверхности решеток.

В пенных аппаратах с переливными решетками расходуется примерно в три раза меньше жидкости и допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстие вода смывает осадок с решеток.

Необходимо отметить, что при скорости газа более 1,0−1,2 м/с в пенных аппаратах возможен сильный унос капель воды. Поэтому в сечении аппарата над слоем пены должен быть установлен каплеуловитель. Последними исследованиями в области совершенствования пенных аппаратов было установлено, что над основной решеткой должен быть расположен специальный выпрямитель высотой 60 мм в виде сот с ячейками (35Х35 мм). Соты выравнивают слой пены по всей площади решетки и позволяют увеличить скорость газа в сечении корпуса аппарата до 3 м/с.

В целях интенсификации масса — и теплообменных процессов в последние годы, получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластических масс.

В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной решеткой помещается слой полых шаров. Эти аппараты успешно применяли для мокрого обеспыливания газов в процессах, сопровождающихся образованием взвесей и осадков, когда другие аппараты оказывались непригодными.

При гидравлическом сопротивлении, от 1500 до 2000 Па в аппарате с псевдоожиженной паровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.

Пенные пылеуловители используют для тонкой очистки технологических, дымовых и выхлопных газов, а также вентиляционного воздуха от пыли, туманов и других загрязнений, обеспечивая более высокую степень очистки по, сравнению с мокрыми пылеуловителями других типов.

Аппараты ударно-инерционого типа. Мокрые газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.

Мокрый ударно-инерционный пылеуловитель представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 1800) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы направляются в выходной газопровод. Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла.

Среди мокрых пылеуловителей ударного действия можно выделить еще два наиболее распространенных в промышленности аппарата: статический пылеуловитель ПВМ типа ротоклон и скруббер ударного действия (скруббер Дойля).

Производительность промышленных ротоклонов составляет от 2500 до 90 000 м3/ч. эксплуатационным достоинством ротоклонов является возможность изменения производительности (в пределах 25% от номинальной) без заметного снижения эффективности.

Аппараты центробежного типа. Принцип использования центробежной силы для улавливания пыли, широко используемый в циклонах, нашел применение и в аппаратах мокрой очистки. Вращение газового потока в аппаратах центробежного типа осуществляется с помощью специальных направляющих лопаток либо путем тангенциального подвода газа. Орошение аппаратов осуществляют форсунками, установленными в центральной части аппарата или вдаль его стенок.

Над форсунками предусматривается свободная от орошения зона, которая служит для сепарации капельной жидкости. Наибольшее применение в промышленности получили центробежные скрубберы с тангенциальным подводом газов.

Пылеуловитель с водяной пленкой (ПВП) рассчитан на очистку запыленного вентиляционного воздуха от любых видов неслеживающейся пыли. Корпус такого циклона представляет собой цилиндр, в нижней части которого тангенциально закреплен патрубок для подвода запыленного газа. Внутренняя стенка циклона орошается водой, стекающей по ней в виде пленки.

Если содержание пыли превышает 2 г/м3, перед циклоном с водяной пленкой рекомендуется устанавливать первую ступень очистки в виде сухого циклона или другого инерционного пылеотделителя. Циклоны ЦВП не применяют для очистки агрессивных газов.

Центробежный скруббер ВТИ предназначен для очистки дымовых газов от золы. Аппарат можно применять для очистки дымовых газов при сжигании твердого топлива с содержанием серы не более 1% и температуре поступающих на очистку газов не выше 2000 С. Скруббер ВТИ состоит из стального цилиндра с коническим днищем, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Входной патрубок аппарата приваривается тангенциально к внутренней поверхности.

Степень очистки газа в скруббере ВТИ достигает 90% и не зависит от смачиваемости пыли, изменения плотности орошения (в пределах от 0,06 до 0,14 кг/м3) и концентрации пыли в газах (до 20 г/м3).

Динамические промыватели. В динамических промывателях очищаемые газы контактируют с жидкостью, которую разбрызгивает вращающийся элемент (вал с лопастями перфорированного барабана, перфорированные диски и т. п.). К таким газоочистным аппаратам, в которых используют механическую энергию, относятся механические скрубберы и дезинтеграторы.

Механический скруббер состоит из поддона и кожуха, в котором вращается горизонтальный вал с насаженными на него перфорированными дисками, частично погруженными в ванну с жидкостью. При вращении вала жидкость, увлекаемая дисками, смачивает их поверхность и разбрызгивается в виде капель на пути движения очищаемых газов. Содержащаяся в газах пыль осаждается вместе с жидкостью в ванну и частично на диски, с которых смывается. Уловленную пыль в виде шлама периодически или непрерывно удаляют из ванны.

Расход промывной жидкости в механических скрубберах определяется свойствами очищаемых газов и улавливаемого продукта. Поскольку механические скрубберы чаще работают с периодическим выводам жидкости, расход промывной жидкости в них значительно меньше, чем в полых или насадочных аппаратах. Допускаемая скорость очищаемых газов в механических скрубберах составляет 0,8−1,0 м/с. Эти аппараты пригодны для очистки газов (в том числе агрессивных и ядовитых) от взвешенных частиц размером более 7 мкм, не обладающих свойствами образовывать твердые отложения в присутствии влаги.

Для охлаждения и очистки газов в промышленности применяют также механический скруббер с вращающимся ротором, частично погруженным в жидкость. При вращении ротора жидкость поднимается вверх по винтовой спирали и отбрасывается к стенке аппарата. Высокая скорость вращения ротора обеспечивает интенсивное дробление жидкости и значительную радиальную скорость движения образующихся капель. Запыленный газовый поток движется перпендикулярно жидкостным завесам, в результате чего и достигается эффективная очистка газов.

Гидравлическое сопротивление подобных аппаратов зависит от линейной скорости газов в свободном сечении аппарата и числа оборотов ротора. Расход жидкости в механическом скруббере на очистку 1000 м³ газов составляет 0,55 — 0,70 м³.

Для очистки воздуха от пыли используют вентиляторный мокрый пылеуловитель ПВМ — ЛИОТ, который служит для предварительной очистки воздуха от нетоксичной пыли при ее начальной концентрации не более 5 г/м3.

Дезинтегратор представляет собой мокрый, пылеуловитель-вентилятор. Он состоит из статора и ротора, которые снабжены направляющими лопатками. Жидкость подается через сопла во вращающийся ротор. Газовый поток, движущийся между кольцами ротора и cтaтopа, со скоростью 60−90 м/с, а также направляющие лопатки обеспечивают интенсивное дробление жидкости на мелкие капли, что обусловливает хороший контакт газов улавливаемых частиц с жидкостью. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и затем в виде шлама выводятся из аппарата, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу. Направление потока газов в дезинтеграторах не играет существенной роли, так как развивающиеся при работе центробежные силы во много раз превышают силу тяжести.

Дезинтеграторы выпускают в горизонтальном и вертикальном исполнении. В последнем случае распыливающее жидкость сопло устанавливают в нижней части аппарата.

Степень очистки в дезинтеграторах составляет около 70% при улавливании частиц размером 0,5 мкм и 90−95% при улавливании частиц размерам 1 мкм. Эффективность возрастает с увеличением плотности орошения и числа направляющих лопаток у ротора и статора.

Турбулентные промыватели применяют главным образам для очистки газов от микронной и субмикронной пыли. Принцип действия этих аппаратов основан на интенсивном дроблении жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 60−150 м/с. Оcaждeнию частиц пыли способствует высокая турбулентность газожидкостных потоков.

К турбулентным промывателям относятся скрубберы Вентури, диафрагменные (дроссельные) скрубберы и скрубберы с подвижным дисковым шибером. Все перечисленные аппараты обеспечивают высокую степень очистки газа, но обладают большим гидравлическим сопротивлением и значительным брызгоуносом.

Скруббер Вентури. Является наиболее распространенным аппаратом этого класса. Его выполняют в виде трубы, имеющей плавное сужение на входе (конфузор) и плавное расширение на выходе (диффузор). Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подводится жидкость. Запыленный поток с большой скоростью проходит через горловину и входит в диффузор. В процессе истечения газа через горловину происходит тесный контакт между газом и жидкостью. Процесс очистки газа в аппарате можно рассматривать как фильтрование газа через объемный фильтр, состоящий из мельчайших капелек, образующихся при дроблении жидкости.

При очистке горячего влажного газа повышению эффективности процесса способствует охлаждение газа ниже точки росы и выделение сконденсированной влаги. При движении газа через диффузорный участок трубы скорость потока снижается, в результате происходит агрегация мелких капель. Для их улавливания за трубой Вентури обычно устанавливают циклоны или другие аппараты подобного типа.

По конструкции разные типы турбулентных промывателей отличаются конфигурацией поперечного сечения трубы-распылителя (круглое, прямоугольное), местом подачи орошающей жидкости (в конфузор или горловину) И конструкцией каплеуловителя.

Эффективность улавливания пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и плотности орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и плотностью орошения определяют для каждого вида пыли.

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости можно различать основные типы аппаратов: с центральным подводом жидкости в конфузор, с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине), с пленочным орошением, с бесфорсуночным и форсуночным орошением.