Очистка отходящих газов от пылей в мокрых пылеуловителях

Обзор мокрых пылеуловителей, их характеристики, область применения, достоинства и недостатки

Содержание

Общие сведения о мокрых пылеуловителях
Выбор очищающей жидкости в аппаратах мокрой очистки газов
Выбор скруббера для очистки газа
Полые газопромыватели
Насадочные газопромыватели
Тарельчатые газопромыватели
Газопромыватели ударно-инерционного действия
Скрубберы центробежного действия
Скрубберы Вентури

Общие сведения о мокрых пылеуловителях

Наиболее часто аппараты, основанные на мокрых методах очистки, используют для очистки газов от различных газообразных веществ в туманов, например от галогенидов водорода (коды веществ - 342, 316), диоксида серы (код - 330), аммиака (код - 303), сероводорода (код - 333), летучих органических растворителей. Вместе с этим, аппараты мокрой очистки могут использоваться и для удаления взвешенных веществ.

Наиболее общая классификация мокрых пылеуловителей выглядит следующим образом:

Группа	Виды мокрых пылеуловителей
Инерционные	циклоны с водяной пленкой, ротационные, скрубберы и ударные аппараты
Фильтрационные	пенные пылеуловители с переливной и провальной решеткой, струйно-пенные, ударно-пенные, циклонно-пенные и пенно-вихревые аппараты, барботажные пылеуловители без решетки и с подачей запыленного воздуха под утопленную в воде решетку
Электрические	мокрые электрофильтры классифицируют так же, как и сухие

Мокрые электрофильтры отличаются от сухих только применением воды в виде стекающей пленки на осадительных электродах. При отделении жидкой дисперсной фазы уловленная жидкость стекает по электродам без применения воды.

В зависимости от поверхности контакта или по способу действия мокрые пылеуловители подразделяют на следующие группы:

Группа	Виды мокрых пылеуловителей
Полые газопромыватели	Оросительные устройства, промывные камеры, полые форсуночные скрубберы
Насадочные скрубберы
Тарельчатые газопромыватели	Барботажные и пенные аппараты
Газопромыватели с подвижной насадкой
Мокрые аппараты ударно-инерционного действия	Ротоклоны
Мокрые аппараты центробежного действия
Механические газопромыватели	Механические скрубберы, динамические скрубберы
Скоростные газопромыватели	Скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы

По затратам энергии на следующие группы

Группа	Гидравлическое сопротивление, Па	Виды мокрых пылеуловителей
Низконапорные	1500	Форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты
Средненапорные	1500 - 3000	Динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы
Высоконапорные	более 3000	Скрубберы Вентури и дезинтеграторы

Выбор очищающей жидкости в аппаратах мокрой очистки газов

Выбор очищающей жидкости в мокром электрофильтре зависит от загрязняющих веществ, подлежащих удалению:

От чего очищаем?	Коды веществ	Очищающая жидкость
Органические соединения	-	Вода
Взвешенные вещества	2902	Вода
Галогениды водорода	342, 316	Вода
Аммиак	303	Вода, кислые растворы
Диоксид серы	330	Щелочные растворы (каустическая сода, гидроксида натрия, карбоната натрия)
Сероводород	333	Щелочные растворы, растворы моноэтаноламина и диэтаноламина
Фенолы	1071	Щелочные растворы (каустическая сода, гидроксида натрия, карбоната натрия)
Хлор	349	Щелочные растворы (каустическая сода, гидроксида натрия, карбоната натрия)
Дурнопахнущие вещества	-	Щелочные растворы с окислителями (гипохлоритом натрия, диоксидом хлора, озоном)
Оксиды азота	301, 304	Окисляющие растворы
Альдегиды	-	Растворы гидросульфита натрия бисульфит
Ртуть	183	Растворы Na₂S₄
Амины и сложные эфиры	-	Кислые растворы
ЛОС	-	Органические растворители с низкой летучестью

Экономическая целесообразность применения мокрых пылеуловителей определяется не только задачами газоочистки, но и необходимостью одновременного охлаждения и осушки (или увлажнения) газов, улавливания туманов и брызг, абсорбции газовых примесей и так далее. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции.

Выбор скруббера для очистки газа

Выбор скруббера зависит от следующих факторов:

требования к эффективности работы;
энергопотребление;
реагенты;
свойства потока отходящих газов.

Обычно, скрубберы эксплуатируют с холодильниками предварительного охлаждения (например, камерами распыления и гасителями) в целях понижения температуры газа на входе и одновременного насыщения газового потока, что позволяет избежать сокращения скорости поглощения и испарения растворителя. Такие дополнительные устройства обеспечивают малые перепады давления.
Также, при выборе скруббера следует учитывать его достоинства и не достатки по сравнению с другими аппаратами очистки газов

Сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства);
Более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями
Возможность применения для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм
Возможность использования в качестве абсорберов, для охлаждения и увлажнения (кондиционирования) газов в качестве теплообменников смешения
Возможность забивания газоходов и оборудования пылью (при охлаждении газов)
Потери жидкости вследствие брызгоуноса
Необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей

В этой таблице для нас одним из интересных веществ, входящих в состав атмосферного воздуха может быть метан (CH₄). В последнее время, про это вещество говорили много и часто, в основном, в связи с "зеленой повесткой" и борьбой с глобальным потеплением, так как метан относится к основным парниковым газам. Вместе с этим, метан также относится и к загрязняющим веществам. Как так получается: одно и то же вещество (метан) входит в состав чистого атмосферного воздуха и, одновременно с этим, его называют загрязняющим веществом? Давайте разбираться. И, прежде всего, рассмотрим определение "загрязняющее вещество".
Вот как определяет загрязняющее вещество федеральный закон "Об охране атмосферного воздуха":

Полые газопромыватели

В полых газопромывателях газопылевой поток пропускают через завесу распыляемой жидкости: частицы пыли захватываются каплями промывной жидкости и осаждаются в промывателе, а очищенные газы удаляются из аппарата. Самым распространенным аппаратом этого вида является полый форсуночный скруббер, который используется как для очистки газов от достаточно крупных частиц пыли, так и для охлаждения газов, выполняя в различных системах пылеулавливания роль аппарата, обеспечивающего подготовку (кондиционирование) газов. Схема форсуночного скруббера показана на рисунке ниже

Полый форсуночный скруббер

Насадочные газопромыватели

Насадочные газопромыватели представляют собой колонны, заполненные телами различной формы. Эти аппараты желательно применять только при улавливании хорошо смачиваемой пыли и в тех случаях, когда процессы улавливания пыли сопровождаются охлаждением газов или абсорбцией. При улавливании плохо смачиваемой пыли (но не склонной к образованию твердых отложений) могут использоваться аппараты с регулярной и разреженной насадкой. Широко применяются противоточные насадочные скрубберы. Для примера, на рисунке представлены различные насадки, используемые в насадочных скрубберах

Насадки для скрубберов

Тарельчатые газопромыватели

Принцип действия этих аппаратов, которые также часто называют пенными аппаратами, основан на взаимодействии газов с жидкостью на тарелках различной конструкции. По мере повышения скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более интенсивно, сопровождаясь образованием высокотурбулизованной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых пузырьков. В промышленности используют тарельчатые (пенные) газопромыватели различных конструкций:

аппарат с провальными тарелками,
аппарат с переливными тарелками.
тарельчатые газопромыватели с подвижной насадкой, представляющей собой шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины

В качестве насадки могут также использоваться кольца, седла и т. д. (см. рисунок выше). В состав скрубберов с подвижным слоем входят зоны с подвижной загрузкой (обычно полимерные шарики с низкой плотностью). Оболочка емкости содержит опорные сетки, на которых размещены подвижная загрузка, впускные и выпускные отверстия для скрубберной жидкости и туманоуловитель.

Скрубберы с подвижным слоем применяют для удаления диоксида серы (330), фторидов и запахов, а также для обработки отходящих газов, содержащих пыль, склонную к образованию комков (чешуек). Эти скрубберы слабо подвержены засорению, поскольку шарики находятся в постоянном состоянии перемешивания и псевдоожижения. Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг используются аппараты двух типов (форсуночный и эжекционный) с подвижной шаровой насадкой конической формы.

Пенная колонна разрезе (в данном исполнении переливы выполнены в центральных частях тарелок)

Газопромыватели ударно-инерционного действия

Наиболее простая конструкция газопромывателя ударно-инерционного действия представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла. Во время периодического отвода шлама подпитка воды производится только для компенсации ее потерь за счет испарения. Поэтому эти аппараты желательно применять для очистки холодных или предварительно охлажденных газов.
В скруббере Дойля газовый поток поступает через трубы, в нижней части которых установлены конусы, увеличивающие скорость газов в свободном сечении трубы.

Схема работы скруббера Дойля

Типичным примером газопромывателей ударно-инерционного действия является ротоклон типа N, где установлены один или несколько изогнутых щелевых каналов, нижняя часть которых затоплена жидкостью. Газовый поток, ударяясь о поверхность жидкости, захватывает часть жидкости и заставляет ее двигаться вдоль нижней направляющей канала. После этого жидкость отбрасывается к верхней направляющей, а при выходе из щели падает в виде сплошной водяной завесы. Для предотвращения уноса капель газы после канала проходят через систему каплеотбойных устройств. Скорость газов в канале обычно не превышает 15 м/с.

Скрубберы центробежного действия

Скрубберные газопромыватели центробежного действия подразделяют на два вида:

газопромыватели, в которых закручивателем служит центральное лопастное устройство;
газопромыватели, в которых вращательное движение пылегазовому потоку придается за счет тангенциального подвода потока.

Широкое распространение получили центробежные скрубберы с тангенциальным подводом газопылевого потока и пленочным орошением, создаваемым форсунками. Типичным примером скрубберных газопромывателей центробежного действия является циклон с водяной пленкой, предназначенный для очистки запыленного вентиляционного воздуха от любых видов нецементирующейся пыли.

Скрубберы Вентури

Скрубберы с трубами Вентури представляют собой высокоэффективные устройства для удаления твердых частиц размером < 1 мкм. Также их можно использовать для удаления микропримесей газов, особенно реактивных суспензий. Основной конструктивной особенностью скрубберов Вентури является наличие трубы-распылителя, оснащенной форсунками для подачи жидкости, в которую поступает загрязненный газ. Сечение конуса сужается, заставляя смесь газа и жидкости двигаться быстрее — возникает эффект турбулентности. Турбулентность дробит поток на мельчайшие капельки, на поверхности которых оседают частицы. По мере поступления потока в расширяющуюся часть аппарата его скорость снижается, турбулентность падает. Жидкость собирается в крупные капли и оседает на дно под действием силы тяжести, а очищенный газ снова подается в атмосферу.

Скруббер Вентури с верхней подачей

Скрубберы Вентури могут работать со степенью очистки 96 % — 98 % на пылях со средним размером частиц 1–2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе — от 0,05 до 100 г/м³ . Если в потоке отходящих газов содержатся твердые частицы и газы, подлежащие удалению, то скруббер Вентури можно использовать как устройство предварительной очистки, в котором удаляются твердые частицы в целях предотвращения засорения последующего очистного оборудования, например насадочного скруббера.

В последнее время достаточно широко применяется пленочное орошение, при котором подаваемая вода непрерывно стекает по стенкам конфузора, образуя возобновляющуюся пленку. Дробление пленки на капли происходит за счет энергии высокоскоростного потока газа. Основным достоинством пленочного орошения является отсутствие мелких отверстий, склонных к зарастанию и засорению, а также возможность подачи на орошение воды пониженного качества, что очень важно в условиях оборотного водоснабжения газоочисток. Высоконапорные трубы Вентури предназначены для распыливания газов с температурой до 400 °C и концентрацией пыли 30 г/м3 при допустимом содержании взвеси в оборотной воде — 0,5 г/л.

В качестве каплеуловителей в скруббере Вентури можно применять сепараторы различных конструкций. Наибольшее распространение получили циклоны, коленные сепараторы, разделительные емкости, сепараторы с закручивающими элементами. Значительно реже в качестве каплеуловителей используются пенные аппараты, полые и насадочные скрубберы, электрофильтры. При большом удельном расходе орошающей жидкости, а также в случае очистки в скрубберах Вентури переменных объемов газов применяют двухступенчатую сепарацию влаги. На первой ступени для улавливания основного количества жидкости обычно используют разделительные емкости и коленные сепараторы, на второй — циклонные сепараторы для доулавливания капельной влаги. Это позволяет достичь высокой степени улавливания капель и осевших на них частиц пыли во всем диапазоне изменения производительности по газу.