Очищення газів в мокрих пиловловлювачах

Мокрі пиловловлювачі мають ряд переваг і недоліків порівняно з апаратами інших типів. Переваги: 1) невелика вартість і вища ефективність уловлювання завислих часток; 2) можливість використання для очищення газів від часток розміром до 0,1 мкм;
3) можливість очищення газів при високій температурі і підвищеній вологості, а також при небезпеці спалаху і вибухів газів і уловленого пилу; 4) можливість разом з пилом одночасно вловлювати пароподібні і газоподібні компоненти. Недоліки: 1) виділення уловленого пилу у вигляді шламу, що пов'язане з необхідністю обробки стічних вод, тобто із здорожчанням процесу; 2) можливість віднесення краплин рідини і осадження їх з пилом в газоходах і димососах; 3) у разі очищення агресивних газів необхідність захищати апаратуру і комунікації антикорозійними матеріалами.

У мокрих пиловловлювачах як рідина для зрошення найчастіше використовується вода. Залежно від поверхні контакту або за способом дії їх підрозділяють на 8 видів: 1) порожнисті газопромивачі; 2) насадкові скрубери; 3) тарілчасті (барботажні і пінні); 4) з рухомою насадкою; 5) ударно-інерційної дії (ротоклони); 6) відцентрової дії; 7) механічні газопромивачі; 8) швидкісні газопромивачі (скрубери Вентурі і ежекторні).

Також мокрі пиловловлювачі підрозділяють за витратами енергії на низьконапірні (гідравлічний опір яких не перевищує Δр=1,5 кПа): форсуночні скрубери, барботери, мокрі відцентрові апарати і інше; середньонапірні (Δр=1,5-3000 Па): динамічні скрубери, газопромивачі ударно-інерційної дії, ежекторні скрубери; високонапірні (Δр>3,0 кПа): скрубери Вентурі, з рухомою насадкою.

В результаті контакту запиленого газового потоку з рідиною утворюється міжфазна поверхня контакту. Ця поверхня складається з газових бульбашок, газових струменів, рідких струменів, крапель, плівок рідини. У більшості мокрих пиловловлювачів спостерігаються різні види поверхонь, тому пил уловлюється в них за різними механізмами.

Порожнисті газопромивачі. Найбільше поширені порожнисті форсункові скрубери. Це колона круглого або прямокутного перетину, в якій здійснюється контакт між газом і краплинами рідини. За напрямком руху газу і рідини порожнисті скрубери ділять на протиточні, прямоточні, з поперечним підведенням рідини. Форсунки встановлюють в колоні в одному або декількох перетинах: іноді рядами до 14-16 в кожному перетині, іноді тільки по осі апарату.

При роботі без краплевловлювачів частіше використовують протиточні скрубери. Швидкість газу в них змінюється від 0,6 до 1,2 м/с. Скрубери з краплевловлювачами працюють при швидкості газу 5-8 м/с. Гідравлічний опір порожнистого скрубера без краплевловлювачів і газорозподільника зазвичай не перевищує 250 Па.

Скрубери забезпечують високий ступінь очищення тільки при уловлюванні частинок пилу розміром d_ч=10 мкм і малоефективні при уловлюванні частинок розміром d_ч<5 мкм.

Висота скрубера складає 2,5D. Діаметр апарату визначається за рівнянням витрат, питому витрату рідини m вибирають в межах 0,5-8 дм³/м³ газу.

Насадкові пиловоловлювачі. Це колони з насадкою навалом або регулярною. Їх використовують для уловлювання добре змочуваного пилу, але при невисокій його концентрації. Через часте забивання насадки такі газопромивачі використовують рідко. Окрім протиточних колон на практиці застосовують насадкові скрубери з поперечним зрошуванням (рис. 2.9, б). У них для забезпечення кращого змочування поверхні насадки шар її зазвичай нахилений на 7-10° у напрямі газового потоку. Витрата рідини 0,15-0,5 дм³/м³, ефективність при уловлюванні частинок розміром d_ч > 2 мкм перевищує 90%.

Рисунок 2.9 – Скрубери

А – порожнисті форсуночні: 1 – корпус; 2 – форсунки; б – насадкові з поперечним зрошенням: 1 – корпус; 2 – форсунки; 3 – зрошувальний пристрій; 4 – опорна решітка; 5 – насадка ; 6 – шламозбірник.

Газопромивачі з рухомою насадкою. Вони дуже поширені в пиловловлюванні (2.10, а). Як насадку використовують кулі з полімерних матеріалів, скла або пористої гуми. Насадкою можуть бути кільця, сідла та ін.

Колона з рухомою насадкою може працювати при різних режимах, але оптимальний для пиловловлювання – режим повного (розвиненого) псевдозрідження.

Для забезпечення високого ступеня пиловловлювання рекомендуються наступні параметри процесу: швидкість газу – 5–6 м/с; питоме зрошування 0,5-0,7 дм³/м³; вільний перетин тарілки
So = 0,4 м²/м² при h = 4-6 мм. При очищенні газів, що містять смолянисті речовини, а також пил, схильний до утворення відкладень, застосовують щілинні тарілки з більшою часткою вільного перетину (So = 0,5-0,6 м²/м²).

Рисунок 2.10 – Газопромивачі з рухомою насадкою

А – з циліндричним шаром: 1 – опорна решітка; 2 – кулькова насадка; 3 – зрошувальна решітка; 4 – зрошувальний пристрій; 5 – бризковловлювач; б і в – з конічним шаром форсункові і ежекційні: 1 – корпус; 2- опорна решітка; 3- шар куль; 4 – бризковловлювач; 5 – зрошувальна решітка; 6 – форсунка; 7 – ємність з постійним рівнем рідини.

Вільний перетин обмежувальної тарілки складає 0,8-0,9 м²/м². При виборі діаметру куль необхідно дотримувати співвідношення діаметру колони до діаметру куль ≥10. Оптимальними є кулі діаметром 20-40 мм і насипною щільністю 200-300 кг/м³.

Мінімальна статистична висота шару насадки складає 5-8 діаметрів куль.

Скрубери з рухомою кульовою насадкою конічної форми (КСК). Для забезпечення стабільності роботи в широкому діапазоні швидкостей газу, поліпшення розподілу рідини і зменшення винесення бризок запропоновані апарати з рухомою кульовою насадкою конічної форми. Розроблено два типи апаратів: форсункові і ежекційні (рис. 2.10, б, в).

У ежекційному скрубері зрошування куль здійснюється рідиною, яка всмоктується з судини з постійним рівнем газами, що підлягають очищенню. Зазор між нижньою підставою конуса і рівнем рідини залежить від продуктивності апарату (чим більший зазор, тим більша продуктивність). У апаратах застосовують поліетиленові кулі діаметром 34-40 мм з насипною щільністю 110-120 кг/м³. Висота шару куль складає 650 мм; швидкість газу на вході в шар коливається в межах 6-10 м/с і зменшується на виході до
1-2 м/с. Висота конічної частини в обох варіантах прийнята 1 м. Кут розкриття конічної частини залежить від продуктивності апаратів і може складати від 10 до 60°. Для уловлювання бризок в циліндричній частині апаратів розміщується незрошуваний шар куль заввишки 150 мм.

У форсунковому скрубері форсунки витрата рідини на 1 м³ газів складає 4-5 дм³. Гідравлічний опір форсункових скруберів – 900-1400 Па, ежекційних – від 800 до 1400 Па. Продуктивність конічних скруберів від 3000 до 40000 м³/год.

Тарілчасті газопромивачі (барботажні, пінні).Найбільше поширені пінні апарати з провальними тарілками або тарілками з переливом. Тарілки з переливом мають отвори діаметром 3–8 мм і вільний перетин 0,15–0,25 м²/м². Провальні тарілки можуть бути дірчастими, щілинними, трубчастими і колосниковими. Дірчасті тарілки мають отвори 4–8 мм. Ширина щілин у решти конструкцій тарілок рівна 4–5 мм. Вільний перетин всіх тарілок складає
0,2–0,3 м²/м². Пил уловлюється пінним шаром, який утворюється при взаємодії газу і рідини.

Виділяють наступні стадії процесу уловлювання пилу в пінних апаратах: інерційне осадження часток пилу в підґратному просторі; першу стадію уловлювання часток пилу в пінному шарі ("механізм удару"); другу стадію уловлювання часток пилу в пінному шарі (інерційно-турбулентне осадження часток на поверхні піни).

Ефективність уловлювання пилу в підґратному просторі значна при уловлюванні пилу розміром часток більше 10 мкм. Переважаючим в роботі пінних апаратів для пиловловлювання є "механізм удару". Ефективність цього механізму набагато більше ефективності інших механізмів.

Рисунок 2.11 – Мокрі пиловловлювачі

а – циклон з водяною плівкою: 1 – вхідний патрубок; 2 – вихідний патрубок; 3 – кільцевий колектор; 4 – сопло;