4.2.3. Мокрые пылеуловители

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли с dr  (0,3…1,0) мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков – это ограничивает область их применения: образование в процессе очистки шламов, требующих специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотходах при охлаждении газов до точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель. Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Силы инерции действуют на частицы пыли и капли жидкости при их сближении. Эти силы зависят от массы капель и частиц, а также от скорости их движения. Частицы малого размера (менее 1 мкм) не обладают достаточной кинетической энергией и при сближении обычно огибают и не улавливаются жидкостью. Броуновское движение характерно для частиц малого размера (менее 1 мкм). Для достижения высокой эффективности очистки газа от частиц примесей за счет броуновского движения, необходимо уменьшить скорость движения газового потока в аппарате.

Кроме этого на процесс осаждения влияют турбулентная диффузия, взаимодействие электрически заряженных частиц, процессы конденсации, испарения и др. Важным фактором, влияющим на эффективность мокрых пылеуловителей, является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).

Мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа, барботажно - пенные аппараты и др.

Среди этих аппаратов наибольшее практическое применение получили скрубберы Вентури (рисунок 2.23).

Принцип работы скруббера Вентури

Основная часть скруббера – сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение.

В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (w=15…20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 60…150 м/с.

Процесс осаждения частиц пыли на капле жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15…20 м/с и подается в каплеуловитель 3.

Скрубберы Вентури обеспечивают эффективность очистки 0,96…0,98 аэрозолей и более со средним размером частиц 1…2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м³. Удельный расход воды на орошение составляет при этом 0,4…0,6 л/м³. Характерные размеры труб Вентури круглого сечения обычно составляют: ₁=15…28 град., ₂=6…8 град.,

ℓ₁=(d₁-d₂)/2tg₁; ℓ₂=0,15d₂; ℓ₃=(d₃-d₂)/2tg₂.

Диаметры d₁,d₂,d₃ рассчитываются для конкретных условий очистки воздуха от пыли. Круглые скрубберы Вентури применяют до расходов газа 10000 м³/ч.

При больших расходах газа и больших размерах трубы возможности равномерного распределения орошающей жидкости по сечению трубы ухудшаются, поэтому применяют либо несколько параллельно работающих круглых труб, либо переходят на трубы прямоугольного сечения.

Одним из удачных конструктивных решений совместной компановки скруббера Вентури и каплеуловителя может служить конструкция (рисунок 2.24) коагуляционно-центробежного мокрого пылеуловителя (КЦМП).

Сопло Вентури 1 установлено в корпусе циклона 2, а для закручивания воздуха используется специальный закручиватель 3. Промышленные КЦМП работают при скоростях в узком сечении трубы Вентури 40…70 м/с, удельных расходах воды на орошение 0,1…0,5 л/м³ и имеют габариты на 30% меньше, чем обычные скрубберы Вентури.

Скрубберы Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц около 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

При расчете скрубберов Вентури определяют гидравлическое сопротивление трубы Вентури

,

где ∆p_c - гидравлическое сопротивление сухой трубы, т.е. без подачи жидкости на орошение;

∆p_ж - гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости.

,

где ξ_с - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы;

w_г - скорость газа в горловине;

ρ_г -плотность газа в горловине.

,

где ξ_ж -коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости;

ρ_ж -плотность жидкости;

q_ж -удельный расход жидкости на орошение;

ξ_ж является справочной величиной.

Для трубы Вентури круглого сечения при ℓ₁=0,15d₂, w_г=60…166 м/с и q_ж=0,4…1,7 л/м³.

,

где m_г и m_ж - массовые расходы жидкости и газа.

Суммарное гидравлическое сопротивление трубы Вентури составляет

10…20кПа.

Эффективность очистки скруббера Вентури рассчитывается по формуле

,

где B и n-константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли; они определяются экспериментально:

для конверторной пыли В = 9,88·10^-2; n = 0,4663

для ваграночной пыли В = 1,355·10^-2; n = 0,6210

для мартеновской пыли В = 1,915·10^-2; n = 0,5688

для пыль доменных печей В = 0,1925; n = 0,3255

для туман фосфорной кислоты В = 1,34·10^-2; n = 0,6312.

Суммарная энергия соприкосновения равна

,

где p_ж – давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель;

Q_ж и Q_г – объемные расходы жидкости и газа соответственно.

Разновидностью аппаратов для улавливания пыли осаждением частиц на каплях жидкости являются форсуночные скрубберы (рисунок 2.25).

Рисунок 2. 25 – Форсуночный скруббер