8.3 Очистка газов в мокрых пылеуловителях

Мокрые пылеуловители имеют ряд достоинств и недостатков в сравнении с аппаратами других типов.

Достоинства:
небольшая стоимость и более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц;
возможность использования для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;
возможность очистки газа при высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгораний и взрывов очищенных газов и уловленной пыли;
возможность наряду с пылями одновременно улавливать парообразные и газообразные компоненты.

Недостатки:
выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод, т. е. с удорожанием процесса;
возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;
в случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 8 видов:
полые газопромыватели;
насадочные скрубберы;
тарельчатые (барботажные и пенные);
с подвижной насадкой;
ударно-инерционного действия (ротоклоны);
центробежного действия;
механические газопромыватели;
скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури и эжекторные).

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные (гидравлическое сопротивление которых не превышает ДР=1,5 кПа): форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые, центробежные аппараты и др.; средненапорные (ДР=1,5—3000 Па): динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы; высоконапорные (ДР>3,0 кПа); скрубберы Вентури, с подвижной насадкой.

В результате контакта запыленного газового потока с жидкостью образуется межфазная поверхность контакта. Эта поверхность состоит из газовых пузырьков, газовых струй, жидких струй, капель, пленок жидкости. В большинстве мокрых пылеуловителей наблюдаются различные виды поверхностей, поэтому пыль улавливается в них по различным механизмам.

Полые газопромыватели

Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы (рисунок 11,а).

Рисунок 11 – Скрубберы:
а – полый форсуночный: 1 – корпус; 2 – форсунки;
б – насадочный с поперечным орошением: 1 – корпус; 2 – форсунка; 3 – оросительное устройство; 4 – опорная решетка; 5 –насадка; 6 – шламосборник

Они представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Форсунки устанавливают в колонне в одном или нескольких сечениях: иногда рядами до 14 – 16 в каждом сечении, иногда только по оси аппарата.

Насадочные газопромыватели

Они представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой ее концентрации. Из-за частой забивки насадки такие газопромыватели используют мало. Кроме противоточных колонн на практике применяют насадочные скрубберы с поперечным орошением (рисунок 11,6). В них для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки слой ее обычно наклонен на 7–10° в направлении газового потока.

Газопромыватели с подвижной насадкой

Они имеют большое распространение в пылеулавливании (рисунок 12,а). В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т.д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости.

Рисунок 12 — Газопромыватели с подвижной насадкой:
а – с цилиндрическим слоем: 1 – опорная решетка; 2 — шаровая насадка; 3 — ограничи¬тельная решетка; 4 — оросительное устройство; 5 — брызгоуловитель;
б и в — с коническим слоем форсуночный и эжекционный: 1 — корпус; 2 — опорная решетка; 3 — слой шаров; 4 — брызгоуловитель; 5 — ограничительная решетка; 6 — фор-сунке; 7 — емкость с постоянным уровнем жидкости

Колонна с подвижной насадкой может работать при различных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания — режим полного (развитого) псевдоожижения.

Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ)

Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный (рисунок 12, б, в).

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке. Зазор между нижним основанием конуса и уровнем жидкости зависит от производительности аппарата (чем больше зазор, тем больше производительность). В аппаратах применяют полиэтиленовые шары диаметром 34-40 мм с насыпной плотностью 110-120 кг/м3. Высота слоя шаров Нст составляет 650 мм; скорость газа на входе в слой колеблется в пределах 6-10 м/с и уменьшается на выходе до 1-2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята 1 м. Угол раскрытия конической части зависит от производительности аппаратов и может составлять от 10 до 60°. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов размещается неорошаемый слой шаров высотой 150 мм.

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные)

Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом (рисунок 13). Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3 – 8 мм и свободное сечение 0,15- 0,25 м2/м2.

Рисунок 13 – Пенные пылеуловители (газопромыватели): а – с переливной тарелкой; б – с провальной тарелкой; 1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – приемная коробка; 4 – порог; 5 – сливная коробка; 6 – ороситель

Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия d0 = 4-8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4-5 мм. Свободное сечение всех тарелок составляет 0,2—0,3 м2/м2. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Выделяют следующие стадии процесса улавливания пыли в пенных аппаратах: инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве; первую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое («механизм удара»); вторую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое (инерционно-турбулентное осаждение частиц на поверхности пены).

Эффективность улавливания пыли в подрешеточном пространстве значительна при улавливании пыли размером частиц более 10 мкм. Преобладающим в работе пенных аппаратов для пылеулавливания является «механизм удара». Эффективность этого механизма намного больше эффективности других механизмов.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя

На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Газопромыватели ударно-инерционного действия

В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300—400 мкм.

Рисунок 14 — Пылеуловитель ударно-инерционного действия:
1- входной патрубок; 2 — резервуар с жидкостью; 3 — сопло
Рисунок 15- Скруббер Дойля (1 — труба; 2 — конус; 3 — перегородки)

Наиболее простым по конструкции является аппарат, показанный на рисунке 14. Газ с большой скоростью входит в колонну. При повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости. В основе процесса осаждения лежит «механизм удара».

Схема скруббера Дойля приведена на рисунке 15. В нижней части трубы установлены конусы для увеличения скорости выхода газа. В щели она равна 35-55 м/с.