Мокрый скруббер своими руками
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 19.09.2024
Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями. Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возможности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы. Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На действующих и новых предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.
Большое число современных химико-технологических процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно часть материалов переходит в аэрозольное состояние, образуя пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.
В настоящее время известно несколько сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.
В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы: пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.
Рассмотрим подробно мокрый способ очистки газов и воздуха от пыли, а именно очистку мокрыми пылеуловителями ударного действия (скруббер Дойля).
1. Свойства пыли, содержащейся в газах
Металлургические заводы являются промышленными предприятиями с технологическим комплексом, в котором применяются механические, термические и химические процессы, сопровождающиеся выделением в дымовые газы и окружающую среду твердых или жидких частиц.
Для производства металлов используют руды, кокс, агломерат и другие сыпучие материалы, которые приходится разгружать, перемешивать, транспортировать и обрабатывать. Во время этих механических операций в окружающую среду выделяется пыль. Технологические процессы металлургического производства в большинстве случаев происходят при высокой температуре. В результате термических реакций твердое топливо и другие сыпучие материалы растрескиваются и разрушаются, а получающиеся при этом мельчайшие частицы в виде пыли уносятся дымовыми газами. При воздействии высокой температуры одновременно может происходить испарение металлов, флюсов и других материалов. Пары этих веществ попадают в дымовые газы и после их охлаждения образуют взвешенные в газе мельчайшие твердые или жидкие частицы. Пары черных металлов могут образовываться в процессе плавки стали в мартеновских, электросталеплавильных печах и конверторах. На предприятиях цветной металлургии цинк, олово, свинец, сурьма и другие металлы, имеющие низкую температуру испарения, легко переходят в парообразное состояние и поступают в дымовые газы.
Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо знать следующие основные свойства пыли, содержащейся в технологических и вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, структуру частиц, дисперсность, токсичность, воспламеняемость, смачиваемость и способность коагулировать.
Химический состав пыли. Он всегда характерен для данного производства или технологического процесса. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из окислов этих металлов и флюсов; пыль, выделяющаяся в процессе холодной обработки металлов, содержит мелкие частицы металлов и абразивного инструмента; в производстве строительных материалов пыль состоит из минеральных составляющих; текстильная пыль образуется из мельчайших частиц перерабатываемых волокон и т.п.
По химическому составу пыли судят о ее токсичности. Зная химический состав пыли, можно обоснованно выбрать мокрый или сухой способ очистки газа. Если пыль содержит компоненты, способные образовывать с водой или другой жидкостью, подаваемой на орошение аппаратов, соединения, которые при оседании на стенках аппаратов и газоходов трудно удалить, применять мокрый способ очистки газов нельзя. При наличии в руде серы во время металлургических процессов в газ переходят ее оксиды, которые при мокром способе очистки образуют кислоты. В этом случае следует принимать меры по защите аппаратов и газоходов от коррозии и обеспечивать нейтрализацию шламовых вод. При наличии в составе пыли окислов кремния и аналогичных им соединений принимают меры по защите аппаратов и газоходов от механического истирания.
Абразивность, т.е. истирающая способность пыли, зависит не только от ее химического состава, но и от формы частиц, их размера и плотности.
Плотность пыли играет большую роль при очистке от нее газа. Чем больше плотность частиц пыли, тем более полно они осаждаются в аппаратах, предназначенных для очистки газа. Обычно ее определяют с помощью пикнометра (небольшого стеклянного сосуда) по объему жидкости, вытесненной пылью, масса которой известна. Вследствие вакуумирования пикнометра воздух, находящийся между частицами пыли, удаляется. Частное от деления массы пыли на объем жидкости, вытесненной пылью, представляет собой плотность пыли.
Смачиваемость пыли характеризует ее способность смачиваться водой. Чем меньше размер частиц пыли, тем меньше их способность смачиваться. Смачиванию препятствует газовая оболочка, образующаяся вокруг мелких частиц пыли. Чем крупнее частицы пыли и чем округлее их форма, тем слабее силы, удерживающие газовую оболочку вокруг поверхности частиц, и, следовательно, тем больше их способность смачиваться. Смачиваемость пыли зависит и от ее химического состава. Смоченные частицы лучше отделяются от газа в аппаратах газоочистки. Смачиваемость определяется путем измерения доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда порошка, насыпанного тонким слоем на поверхность воды.
Пыли по смачиваемости разделяют на три группы: гидрофобные (плохо смачиваемые, менее 30%), умеренно-смачиваемые (30 – 80%), гидрофильные (хорошо смачиваемые, 80 – 100%). В зависимости от химического состава некоторые пыли при смачивании водой схватываются (цементируются, затвердевают). Такие пыли при оседании на стенки аппаратов и газоходов образуют трудно удаляемые отложения, которые уменьшают расстояние для прохода газа и ухудшают условия газоочистки.
Форма и структура частиц пыли. Пыль в аэрозолях состоит из частиц самой разнообразной формы. Возгоны большей частью имеют шарообразную или сферическую форму. Частицы, образованные в результате механического воздействия, представляют собой мелкие осколки различной неправильной формы. Пыль, образованная в процессе сжигания или плавления материала, наряду с частицами неправильной формы содержит большое количество частиц с оплавленными краями. По структуре пыль может быть аморфной, зернистой и волокнистой. К аморфной пыли относят частицы округлой формы и возгоны, к волокнистой – частицы, образованные в процессе текстильного производства.
Дисперсность пыли. Размер частиц пыли является одной из основных характеристик пыли, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Крупная пыль лучше, чем мелкая, оседает из газового потока и может быть уловлена в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газа. Под дисперсностью пыли понимают совокупность размеров всех составляющих ее частиц. Доля частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве верхнего и нижнего пределов, называют фракцией.
Одной из классификаций пыли по размерам служит ее разделение на крупную пыль (размером более 10 мкм) и мелкую пыль (размером менее 10 мкм). Пыль, образованная в результате механических операций (дробление, транспортировка и т.п.), обычно имеет размеры более 5 – 10 мкм. В любых технологических газах металлургического производства в зависимости от их физико-химических характеристик содержится пыль разнообразного дисперсного состава.
Токсичность пыли. Чем мельче частицы пыли, тем больше их способность проникать вместе с воздухом в органы дыхания человека и вызывать различные заболевания. Токсичность пыли зависит от материала, из которого она образованна.
Воспламеняемость и взрываемость пыли. Чем меньше размеры и пористее структура частиц пыли, тем больше их удельная поверхность, выше физическая и химическая активность пыли. Высокая химическая активность некоторых видов пыли является причиной ее взаимодействия с кислородом воздуха. Окисление частиц пыли сопровождается повышением температуры. Поэтому в местах скопления пыли возможны ее самовоспламенение и взрыв. Ввиду большой удельной поверхности возгонов и наличия в ряде случаев в их составе неокисленных металлов, углерода и серы возгоны более склонны к самовозгоранию. Взрывоопасность пыли увеличивается с уменьшением ее зольности и влажности.
Коагуляция (укрупнение) пыли – это способность ее мелких частиц слипаться между собой и образовывать более крупные частицы. На скорость коагуляции влияют запыленность газа, размер и форма частиц, вязкость, температура и скорость газового потока, а также другие факторы, в частности колебание газа под воздействием звуковых волн, электрические заряды частиц. Чем больше скорость газа, тем выше его турбулентность и вероятность столкновения и укрупнения частиц пыли, находящихся во взвешенном состоянии в газе. Частицы пыли разного размера укрупняются лучше, чем частицы одинакового размера.
Коагуляция частиц пыли размером более 0,1 мкм происходит вследствие их столкновения во время движения. Более мелкие частицы коагулируют в процессе броуновского движения под действием молекулярных сил. Частицы пыли размером более 5 – 10 мкм почти не коагулируют в газовом потоке. [7]
2. Очистка газов в мокрых пылеуловителях
скруббер дойля пылеуловитель мокрая газоочистка
В мокрых пылеуловителях удаление пыли из газо-воздушного потока осуществляется путем смачивания частиц пыли и уноса их водой. В процессе пылеулавливания газо-воздушный поток приводится в контакт с жидкостью, которая образует заслон на пути движения потока, а затем стекает в виде тонкой пленки по стенкам аппарата вместе с частицами пыли. Различают три принципиальные схемы работы мокрых пылеуловителей.
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. [5]
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 основные 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. [1]
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. [4]
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. [1]
3. Пылеуловители ударно-инерционного действия. Скруббер Дойля
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 180°) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы направляются в выходной газопровод. Труба Вентури служит для увеличения скорости частиц и, следовательно, увеличения действия инерционных сил частиц перед ударом о поверхность жидкости.
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.
По такому принципу работает скруббер Дойля (рис.1). На поверхность воды запыленный газ поступает через трубу, в выходном сечении которой установлен конус, образующий узкую кольцевую щель. В результате наличия этой щели скорость газа на выходе из трубы достигает 35 – 55 м/с. Уровень жидкости в аппарате устанавливают на 2 – 3 мм ниже уровня выходного сечения трубы. Газовый поток при ударе о поверхность жидкости создает завесу из капель, в которой и очищается газ. Проходя между вертикальными перегородками, газ изменяет направление своего движения и освобождается от капель. Расход жидкости в скруббере составляет около 0,13 кг/м3. Гидравлическое сопротивление 1500 Па. Степень очистки 97,5 – 99,5% в зависимости от дисперсного состава пыли. [7]
На примере реконструкции котла ТП-81 Новосибирской ТЭЦ-4 рассмотрена возможность замены кассет с эмульгаторными трубками модулями вихревых скрубберов, с целью повышения надежности и эффктивности работы.
В теплоэнергетике при сжигании пылевидного топлива существует необходимость очистки дымовых газов от содержащихся в них твердых фракций. По способу очистки газоочистные аппараты разделяют на сухие и мокрые. В отечественной теплоэнергетике наибольшее распространение получили аппараты мокрой очистки газов. В настоящее время многие из аппаратов мокрой очистки дымовых газов, работающих на Новосибирских энергетических объектах не удовлетворяют современным требованиям по защите окружающей среды. Поэтому необходимо повышать эффективность действующих аппаратов путем их реконструкции, а также создавать новые, более эффективные.
Аппараты мокрой газоочистки могут обеспечивать довольно высокий уровень очистки газа, сопоставимый с такими высокоэффективными аппаратами как рукавные фильтры и электрофильтры. От известных аппаратов мокрой очистки газов вихревые скрубберы отличаются более высокой эффективностью, меньшим гидравлическим сопротивлением, меньшими габаритами и устойчивой работой при изменении расходов газа и жидкости в широких пределах. В зависимости от назначения и условий работы вихревые скрубберы могут быть выполнены в единичном, групповом или батарейном исполнении. Их производительность по газу может составлять сотни тысяч кубометров в час, а гидравлическое сопротивление одной контактной ступени от 40 до 150 мм вод.ст. Вихревые скрубберы из-за относительно меньших размеров удобно использовать при реконструкции газоочистных установок путем встраивания их в корпуса установленных аппаратов. Лаборатория экологических проблем теплоэнергетики с 1999 года ведет работы по реконструкции золоулавливающей установки котла ТП-81 Новосибирской ТЭЦ-4, в ходе которой эмульгаторные кассеты заменяются вихревыми скрубберами.
Батарейный эмульгатор (БЭ) способен производить высокоэффективную очистку газа от твердых фракций. Золоулавливающая установка котла ТП-81 ст№9 НТЭЦ-4 состоит из 2-х БЭ, рассчитанных на суммарный расход газов 800 тыс м 3 /ч. Однако установленный аппарат работал весьма неустойчиво. Из-за неравномерности распределения газов по эмульгаторным трубкам только часть из них работала в оптимальном режиме, остальные постепенно зарастали твердыми отложениями, что являлось причиной возрастания гидравлического сопротивления от 150 до 250 мм вод.ст. и вынужденных остановок котла каждые две-три недели для очистки стеклопластиковых кассет БЭ. Эффективность аппарата составляла не более 85%. Описанные явления затрудняли эксплуатацию устройства и поддержание его эффективности на высоком уровне.
По этой причине было решено произвести реконструкцию установленного эмульгатора, с целью повышения эффективности и устойчивости его работы. Одно из основных требований реконструкции – модернизация эмульгатора не должна сопровождаться ростом гидравлического сопротивления и увеличением расхода воды на орошение. Кроме того, учитывая материалоемкость и габариты газоходов и каплеуловителя, желательно использовать их без существенных переделок.
По результатам исследовательских работ, выполненных с экспериментальными образцами вихревого скруббера на лабораторном стенде и на опытной установке НТЭЦ-4, была разработана конструкция вихревого модуля для первой батареи ЗУУ котла №9 НТЭЦ-4. Изготовленные 32 вихревых модуля были установлены в корпусе батарейного эмульгатора. Установка прошла производственные испытания и была запущена в эксплуатацию. Работа реконструированной батареи сопровождалась умеренным каплеуносом. Роста гидравлического сопротивления не наблюдалось, лопатки завихрителя не зарастали золовыми отложениями. Результаты замеров по определению эффективности работы аппаратов показали 94%. Во время остановки котла производилось обследование состояния ВС. Визуальный осмотр аппаратов показал, что работа батареи сопровождалась неравномерным распределением подачи осветленной воды. У ряда аппаратов было забито золой днище, в результате чего пульпа вытекала через межлопаточное пространство завихрителя, на некоторых аппаратах наблюдался абразивный износ обечайки водоподводящего канала.
Проведенная серия экспериментов дала результаты, по которым аппараты были доработаны для дальнейшей эксплуатации. Для предупреждения забивания пульповыводящего отверстия и снижения каплеуноса предложено плоское днище аппарата заменить на конусообразный вариант. Во избежание абразивного износа водоподводящего канала внутрь вихревого модуля вставили трубу, так чтобы поток газа не соприкасался с верхним основанием завихрителя.
Для второй батареи котла решено установить 8 модулей ВС с расходом по газу 50000 м 3 /ч. По сравнению с 32 модулями первой батареи это устранит некоторые сложности связанные с раздачей орошающей воды по аппаратам. Вместо конусообразного завихрителя с углом раскрытия вверх и имеющего 24 лопатки, установлен цилиндрический завихритель с 32 лопатками. Как показывают результаты экспериментов, завихритель такого типа способствует образованию более устойчивого газожидкостного слоя при почти полном отсутствии каплеуноса в широких пределах изменения расхода орошающей воды. Остальные детали ВС были также усовершенствованы. Для равномерной раздачи воды по завихрителю был спроектирован съемный узел, что позволит в случае необходимости производить чистку водораздающего канала. Кроме этого, наличие съемного узла дает возможность доработки конструкции аппарата ВС с целью повышения эффективности и ликвидации возможного чрезмерного каплеуноса. Новая конструкция днища осуществляет слив пульпы под определенным напором, что не допускает попадания золы в аппарат через сливные отверстия. Для повышения эффективности ВС конструкция нижнего основания завихрителя выдается внутрь аппарата создавая кольцо, что способствует созданию более толстого газожидкостного слоя. На выходе из аппарата рассматривается возможность установки раскручивателя, позволяющего снизить гидравлическое сопротивление скруббера на 20 – 25%.
Не смотря на относительно низкую эффективность очистки газов реконструированной первой батареи котла, проведенная модернизация была признана удовлетворительной в первую очередь за счет устойчивой работы ВС, отсутствия забивания аппаратов золой, малого гидравлического сопротивления, а также простоты эксплуатации. Запуск второй реконструированной батареи планируется произвести в декабре 2002 г. Конструкция нового модуля ВС позволит значительно увеличить эффективность работы аппарата, не уменьшая всех прежде достигнутых положительных характеристик. Постоянно проводящиеся в Институте теплофизики СО РАН исследования и разработки ВС позволяют рассчитывать на создание наиболее оптимального вихревого аппарата, способного заменить многие устройства мокрой очистки газов, применяющиеся в отечественной теплоэнергетике.
Рассмотрение широкого круга разнообразных конструкций мокрых скрубберов, разработанных к настоящему времени, невозможно и не представляется столь необходимым. Многие из приводимых в технической литературе аппаратов малоупотребительны из-за несовершенства разработки.
Полые газопромыватели (рисунок 1.16) реализуют наиболее примитивную схему мокрой очистки с организацией промывки запыленных потоков газа в газоходах (воздуховодах) или отдельных камерах (емкостях) различной формы. Орошающая жидкость в них подается навстречу или поперек газового потока (рисунок 1.16).
Рисунок 1.16 - Полые газопромыватели
Чтобы унос жидкости из зоны контакта был незначительным, размер капель должен быть не менее 500 мкм, а скорость газового потока не должна превосходить 1-1,2 м/с. С целью уменьшения габаритов установки скорость потока увеличивают (иногда до 5 м/с и более) и устанавливают на выходе аппарата каплеуловители. Орошающую жидкость разбрызгивают прежде всего с помощью центробежных форсунок, поддерживая ее давление в пределах 0,3-0,4 МПа. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, из которой удалена грубая взвесь. Полые газопромыватели могут найти применение для осаждения частиц крупнее 10 мкм.
Как и в полых скрубберах, подвод жидкости может быть организован навстречу или поперек потока.
Пенные газопромыватели представляют собой колонны с перфорированными перегородками, называемыми тарелками (рисунок 1.17). Для очистки газов чаше всего используются провальные, щелевые и дырчатые тарелки (рисунок 1.17, а, б и в).
Диаметр отверстий дырчатых тарелок принимают в пределах 3-8 мм, а относительное свободное сечение (отношение площади отверстий к площади тарелки) ffr = 0,15-0,25.
а - провальные; б - щелевые; в - дырчатые
Рисунок 1.17 - Тарелки пенных газопромывателей
Отверстия разбиты по равностороннему треугольнику. Шаг между отверстиями , мм, определяют по формуле
где D0 - диаметр отверстия, м.
Размеры тарелок приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Геометрические характеристики дырчатых тарелок
Щелевые тарелки могут выполняться решетчатыми, трубчатыми или колосниковыми. Трубчатые и колосниковые конструкции изготавливают сварными из трубок, прутков или пластин. Ширину щели в тарелке b принимают 4-5 мм, свободное сечение ffr = 0,2-0,25. Необходимое число N щелей в тарелке можно найти по таблице 1.5
Таблица 1.5 - Зависимость числа щелей в тарелке N от конструктивного параметра
Конструктивный параметр рассчитывают по формуле
где D - диаметр аппарата, м; lm - длина щели, расположенной в середине тарелки; ее принимают на 0,01 м меньше диаметра аппарата D.
Общую длину всех щелей ltot - определяют из выражения
Шаг между щелями равен
Расстояние между щелями b1, находят следующим образом.
Оптимальная толщина дырчатых и щелевых тарелок 4-6 мм. Удельное орошение для очистки газов от пыли принимают в пределах 0,4-0.6 на 1 л газов. При этом минимальная скорость газов, необходимая для создания устойчивого пенного режима на тарелке, составляет порядка 1 м/с.
Газопромыватели с подвижной насадкой представляют собой емкости, в которых на опорно-распределительной решетке располагается слой насадочных элементов, имеющих возможность перемещаться при работе аппарата. Корпуса таких аппаратов выполняют цилиндрической (рисунок 1.18, а) или цилиндроконической (рисунок 1.18, б) формы. Цилиндрические аппараты рассчитываются на работу в режиме псевдоожижения, а цилиндроконические - в режиме фонтанирования. В отличие от газопромываетелей с неподвижной насадкой, эти аппараты могут использоваться для улавливания всех видов пыли, за исключением схватывающей и длинноволокнистой. Аппараты с фонтанирующей насадкой могут работать в более широком диапазоне скоростей, чем аппараты с псевдоожижением.
Для цилиндрических аппаратов удельное орошение rjr принимается в пределах 0.5-0.7 л/ м3. Опорные тарелки обычно выполняются щелевыми с шириной щелей в пределах 4-6 мм. Относительное свободное сечение тарелки ffr для слабо слипающихся не волокнистых пылей принимают около 0,4 м2/ м2, а для смолистых веществ и пылей, способных образовывать отложения, ffr увеличивают до 0,6 м2/ м2. С целью уменьшения сопротивления слоя используют насадки шаровой или овальной формы. Наилучший материал насадок - полиолефины (полиэтилен, полипропилен), ввиду невысокой насыпной плотности. Кроме того, они достаточно легко очищаются. Рекомендуемая насыпная плотность насадки составляет 200-300 кг/м3. Возможно также использование стеклянных шариков, вспученных материалов без поверхностных пор. Оптимальный диаметр шаров около 20 мм. Диаметр аппарата в десять или более раз должен превышать диаметр элементов насадки.
а - цилиндрический; б - цилиндроконический
Рисунок 1.18 - Корпуса газопромывателей с подвижной насадкой
Минимальная высота слоя насадки в неподвижном состоянии должна быть в пределах 5-8 диаметров шаров, а максимальная - не более диаметра аппарата.
Для цилиндроконических аппаратов рекомендуются полиэтиленовые элементы насадки диаметром до 40 мм с насыпной плотностью до 120 кг/ м3, а высота засыпки в статическом состоянии - 650 мм. Угол раскрытия конической части аппарата должен быть не более 60°. Удельное орошение для цилиндроконических аппаратов принимают достаточно высоким - около 4-6 л/ м3; при этом унос жидкости меньше, чем в аппаратах с псевдоожиженном слое. Цилиндроконические скрубберы могут применяться для очистки газов при их расходе до 40000 м3/ч.
В скрубберах ударно-инерционного действия (называемых в литературе также газопромывателями ударного действия, импакторными и брызгальными скрубберами, скрубберами с самораспылением или с самогенерацией капель, ротоклонами типа N) смесь обрабатываемых выбросов с промывочной жидкостью создается в результате удара газового потока о поверхность жидкости. Образующиеся при ударе капли имеют размеры до 400 мкм. Вся энергия, необходимая для создания смеси, подводится газовым потоком. Наиболее простая конструкция импакторного скруббера представлена на рисунке 1.19, а.
Широко известный скруббер Дойла (рисунок 1.19, б) отличается от него наличием направляющих лопаток и сепаратора уноса. В аналогичном по конструкции промывателе типа ПВМ (пылеуловители вентиляторные мокрые), разработанном ЦНИИПромзданий, загрязненные газы подаются непосредственно в корпус аппарата, а приобретают необходимую скорость для образования смеси уже в щелевом канале. Схема движения газового потока в камере этого аппарата приведена на рисунке 1.19, в. Достаточно распространены и так называемые ротоклоны типа N отечественных и зарубежных конструкций, отличающиеся от промывателей ПВМ более сложной формой импеллеров (щелей) или схемой перемещения потоков. Осаждение пыли в ударно-инерционных скрубберах происходит в две стадии. Крупные фракции пыли из-за инерции не могут повернуть после удара вместе с потоком газа. Мелкие фракции, увлекаемые газом, улавливаются каплями жидкости и, вследствие образования газожидкостной смеси, отделяются от потока после прохождения импеллерной щели или на сепараторе уноса.
а - конструкция импактного скруббера; б - скруббер Дойла; в - схема движения газового потока
Рисунок 1.19 - Скрубберы
Степень очистки в импакторных скрубберах сопоставима с распылительными скрубберами при одинаковом перепаде давлений. Такие аппараты ударного действия, как высокоскоростные скрубберы Дойла, способны улавливать частицы пыли субмикронных размеров, но требуют значительной энергии для создания достаточного перепада давлений в потоке очищаемых газов.
Аппараты с самораспылением выгодно отличаются от других типов мокрых скрубберов низким потреблением воды. Для поддержания ее постоянного уровня в ванне необходимо лишь компенсировать потери со шламами, унос капель через сепаратор - каплеуловитель, испарение с поверхности и испарение диспергированной жидкости. Во избежание возрастания потерь от испарения жидкости нежелательна обработка в аппаратах с самогенерацией капель высокотемпературных газовых выбросов. Технические характеристики ударных промывателей ПВМ приведены в таблице 1.6.
Таблица 1.6 - Технические характеристики газопромывателей ПВМ
Номинальная производительность по обрабатываемому газу, м3/с
Объем воды в промывателе, м3
Масса пылеуловителя (без воды и электродвигателя), кг
Длина одной перегородки, м
Число перегородок, шт
Центробежные скрубберы отечественных конструкций в основном имеют тангенциальный подвод очищаемого газа и пленочное орошение по внутренней стенке аппаратов. В циклонах с водяной пленкой (ЦВП), рассчитанных на очистку низкотемпературных газов с любым видом пыли, кроме схватывающейся и реагирующей с водой, пленка образуется за счет тангенциального подвода воды через ряд трубок, расположенных в верхней части промывной емкости.
Основные технические характеристики газопромывателя типа ЦВП приведены в таблице 1.7, а его схема - на рисунке 1.20.
Газопромыватели типа СИОТ работают при повышенных скоростях газового потока (14-20 м/с), имеют неплохую степень очистки и рассчитаны на улавливание смачиваемой не волокнистой не схватывающейся пыли при начальной запыленности до 5 г/м3.
Основные характеристики аппаратов приведены в таблице 1.8.
Рисунок 1.20 - Схема газопромывателя типа ЦВП
Таблица 1.7 - Технические характеристики газопромывателей ЦВП
Расход воды на орошение стенок, л/с
расстояние от оси до патрубка на
газовых патрубков, на входе и выходе, ахb
патрубка на входе*
Таблица 1.8 - Технические характеристики газопромывателей СИОТ
Производительность, м3/с, при скорости
Диаметр входа, мм
Внутренний диаметр аппарата, мм
Максимальный расход воды, л/с
Центробежные скрубберы ЦС ВТИ (рисунок 1.20, б) были разработаны для улавливания золы из дымовых газов. Аппарат состоит из стального вертикального цилиндра, конического днища, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Внутренняя поверхность аппарата футерована керамической кислотоупорной плиткой. В середине века аппараты ЦС ВТИ были широко распространены в энергетике, но имели невысокий коэффициент очистки и сейчас не изготавливаются. Однако сохранившиеся на предприятиях аппараты могут быть полезны для предварительной обработки выбросов с высоким содержанием кислых газов и туманов кислот. Основные технические характеристики аппаратов ЦС ВТИ приведены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Технические характеристики газопромывателей ЦС ВТИ
Наружный диаметр, м
Максимальная производительность, м3/с
Расход воды на орошение, л/с
Коэффициент гидравлического сопротивления, z
Скрубберы Вентури имеют распыливающие элементы в виде орошаемых труб Вентури или аналогичных устройств для ускорения газового потока, соединенные с каплеуловителями. Скорость потока начинает расти в конфузоре и достигает в горловине трубы 40-150 м/с, куда поступает также промывочная жидкость. Диспергируясь, жидкость вместе с запыленным потоком поступает в диффузор. Однако приобретенная каплями скорость жидкости оказывается существенно меньшей скорости потока и частиц пыли. Поэтому процесс осаждения частиц пыли на каплях при прохождении потока через горловину и диффузор трубы становится сходным с процессом осаждения в зернистом фильтре с подвижной насадкой.
Более высокая эффективность пылеулавливания по сравнению с полыми газопромывателями достигается в скрубберах Вентури созданием развитой поверхности контакта фаз, что требует и значительно более высоких энергозатрат. Образование тонкодисперсного аэрозоля происходит при этом как за счет механической диспергации промывочной жидкости, так и вследствие интенсивного испарения капель при резком падении давления в горловине. Очевидно, это приводит также к повышению влажности газа и интенсификации капиллярной конденсации влаги на поверхности частиц пыли. Последняя причина может служить объяснением того, что степень очистки пыли в скрубберах Вентури слабо зависит от ее смачиваемости.
В диффузоре трубы происходит рост давления и снижение скорости потока, что способствует коагуляции мелких частиц. Из диффузора газовый поток выносит капли жидкости с осевшими на них частицами пыли в каплеуловитель, где происходит сепарация взвешенных частиц.По величине гидродинамического сопротивления труб Вентури различают низконапорные и высоконапорные скрубберы. Низконапорные скрубберы с сопротивлением распылителя до 5 кПа применяются для улавливания пыли с размерами частиц более 20 мкм.
Эффективное улавливание мелких частиц требует более высоких энергозатрат. Скрубберы с высоконапорными трубами Вентури могут осаждать частицы размером 0,5 мкм и выше. Скорость потока в высоконапорных трубах приближается к скорости звука, а их сопротивление достигает нескольких десятков кПа.
Следует отметить, что в распылительных трубах с оптимальным соотношением размеров подведенная энергия преимущественно расходуется на обеспечение контакта между газовой и жидкой фазами, и, в конечном итоге, - на очистку выбросов. Для труб Вентури оптимальными считаются следующие геометрические характеристики (рисунок 1.21): угол сужения конфузора 1=15-28, длина горловины l=15 D, угол раскрытия диффузора, аг = 6-8°. На практике указанные соотношения не всегда выдерживаются, что приводит к увеличению и без того высоких затрат.
Скрубберы Вентури могут различаться устройством каплеуловителей, конструкциями и способами установки труб, способами подвода жидкости. Каплеуловители могут быть выносными (рисунок 1.21, б) или размешаться в одном корпусе с трубой (рисунок 1.21, в). Трубы могут иметь круглое, кольцевое или прямоугольное (щелевое) сечение горловины. Трубы с круглым сечением применяют для небольших расходов, а трубы со щелевым или регулируемым кольцевым сечением (рисунок 1.21, в) -- для больших. При необходимости трубы компонуются в группы и батареи.
Вода в горловину трубы может подаваться через форсунки различных конструкций, установленные центрально или периферийно, или стекать в виде пленки по стенкам конфузора (рисунок 1.21, г, д, е). Худшие показатели по дроблению капель и. следовательно, по степени очистки имеют бесфорсуночные трубы Вентури (рисунок 1.21, ж). В то же время они допускают использование оборотной неочищенной жидкости, что может быть важным при совместном улавливании газообразных и дисперсных примесей (например, при нейтрализации кислых газов известковым молоком).
а - геометрические характеристики; б - выносные каплеуловители; в - в одном корпусе; г, д, е - форсунки различных конструкций; ж - бесфорсуночные трубы
Рисунок 1.21 - Трубы Вентури
Для использования в промышленности на базе оптимальной конфигурации трубы Вентури (рисунок 1.21, а) разработан типоразмерный ряд высоконапорных скрубберов Вентури ГВПВ. Основные характеристики аппаратов этого ряда приведены в таблице 1.10. В качестве каплеуловителей для них используются малогабаритные прямоточные циклоны. Орошение производится через цельнофакельные форсунки, устанавливаемые над конфузором под углом к оси трубы 60°. Аппараты предназначены для очистки газов с температурой до 400°С и начальной запыленностью до 30 г/м3. Содержание взвеси в жидкости, подаваемой на орошение, не должно превышать 500 мг/л.
Разработан также унифицированный ряд скрубберов Вентури с кольцевой горловиной. Технические характеристики их приведены в таблице 1.11. Скрубберы предназначены для работы в таких же условиях, как правило, и аппараты предыдущей серии.
Коагуляционный мокрый пылеуловитель КМП (рисунок 1.21, б) разработанный Ленинградским институтом Промстройпроект, представляет собой низко направленную трубу Вентури, оснащенную циклоном ЦВП с периодическим орошением в качестве каплеуловителя. Подача воды в трубу. Вентури производится центрально в зоне конфузора в распылительной форсунке, на выходе из сопла установлен отбойник (тело-препятствие конической формы), дробящий поток жидкости. Диаметр сопла D, м, определяется из формулы
Мокрая очистка — промывка газов водой или другой жидкостью.
взаимодействие между жидкостью и
запыленным газом
на поверхности жидкой
пленки
на поверхности капель
пленочные или
насадочные скрубберы
полые скрубберы,
скрубберы Вентури
На поверхности
пузырьков газа
барботажные
пылеуловители
Основной недостаток этого метода очистки газов от примесей – образование
значительного объема шлама. В некоторых случаях отработанный раствор
агрессивен, поэтому оборудование необходимо изготавливать из химически
стойких материалов.
Главное преимущество мокрой очистки газов – возможность уловить частицы
размером 3-5 мкм. Коэффициент очистки варьирует от 50 до 99% (у разных типов
оборудования). Аэрозоли улавливаются до 99.9 %. Очищенный воздух может
выбрасываться в атмосферу или направляться обратно на производственные
нужды.
3. Полый скруббер
7. Струйный скруббер
Вода
Вода
Запыленный
газ
Очищенный газ
Запыленный
газ
Очищенный газ
Тип 1
Тип 2
9. Насадочный скруббер
Насадка:
•Хордовая
•кольцевая
•кусковой кокс
•кварц
1 – оросители,
2 – насадка
10. Виды насадок
12. Скруббер Вентури
1 - конфузор трубы
Вентури;
2 – горловина;
3 – отверстия;
4 – диффузор;
5 – циклонный
сепаратор;
6 – остойник;
7 - насос
14. Скруббер Вентури
17. Барботажный (пенный) пылеуловитель
1 – камера,
2 – пена,
3 – тарелка (решетка)
а – с провальной решеткой, б – с переливной решеткой
Скруббер (мокрый пылеуловитель) – это прибор для очистки газов от различных примесей путем промывки их жидкостями.
Принцип работы
Всего различают 4 вида скрубберов:
- Центробежный (форсуночный)
- Пенный (барботажно-пенный)
- Насадочный
- Скруббер Вентури
Форсуночный (центробежный) скруббер
Особенностью его конструкции является наличие форсунок, через которые в систему подается очищающая жидкость, создающая тонкую капельную завесу. Газ поступает через патрубки, расположенные у основания корпуса скруббера и движется наверх по винтообразной траектории. При этом твердые частицы пыли под действием центробежной силы прижимаются к стенкам корпуса, намокают и падают вниз. Отсюда они выводятся в виде шлама по стандартной схеме.
Барботажно-пенный пылеуловитель
Очищаемое вещество подается на барботажную решетку с небольшими отверстиями (порядка 3-5 мм), над которой расположен слой жидкости. При скорости подачи газа до 2 м/с жидкость становится пенообразной и благодаря этому практически на 100% улавливают все частицы размером более 5 микромикрон.
Насадочный скруббер
Устройство получило свое название благодаря возможности установки внутри корпуса насадок и приспособлений разного типа, которые существенно повышают эффективность работы газоочистителя.
Газообразное вещество проходит несколько степеней очистки, однако скорость обменных процессов из-за малой гидродинамики невысокая, что приводит к быстрому засорению насадочных элементов. Поэтому их использование оправдано лишь для удаления из газов кислотных и щелочных туманов, мелкой растворенной пыли.
Скруббер Вентури
Принцип действия этого типа устройства основан на аэродинамических свойствах трубки Вентури. Она представляет собой трубу, напоминающую своей формой песочные часы. Состоит из конуса, переходящего в узкую горловину, которая расширяется в полноценный диффузор.
Принцип действия скруббера Вентури довольно прост: в трубу Вентури, оснащенную форсунками для подачи жидкости, 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.
Препараты
Основа концентратов – совокупность смеси эфирных масел и органических соединений извлеченных из растений. Ингредиенты жидкости: терпены, альдегиды, спирт и кетон, производные бензола и различные молекулы, такие как эвгенол и ванилин.
Газовая коррозия
Газовая коррозия появляется при непосредственном контакте элементов электрооборудования с химически активным газом.
Читайте также: