Экология промышленного производства

По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Обычно применяются аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости и реже с поперечным подводом жидкости, в которых жидкость вводится под прямым углом к направлению газового потока.

В противоточном скруббере капли из форсунок подают навстречу запыленному потоку газов и должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет от 0,6 до 1,2 м/с.

Полые форсуночные скрубберы просты по устройству и надежны в работе. Они обеспечивают достаточно высокую степень улавливания пыли для частиц диаметром dч > 10 мкм.

Наиболее распространены полые скрубберы типа АКРП. Основные габаритные размеры этих устройств представлены на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Скруббер типа АКРП:

1 – корпус каплеуловителя; 2 – завихритель;

3 – корпус непосредственно скрубберной части аппарата

161

Основные технические характеристики аппаратов типа АКРП:

Согласно расчетам, максимальная эффективность при инерционном осаждении улавливаемых частиц на каплях, падающих под действием силы тяжести в неподвижном воздухе (вне зависимости

от размера частиц), достигается при dk 0,6 – 1,0 мм. Поэтому в полых газопромывателях обычно устанавливают центробежные фор-

сунки грубого распыла (работающие под давлением от 3 105 до

4 105 Па), которые создают капли требуемого размера. Применение таких форсунок позволяет работать на оборотной воде, содержащей взвеси; они просты в изготовлении и мало подвержены износу.

Полые форсуночные скрубберы обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц dч > 10 мкм и малоэффективны при улавливании частиц размером dч < 5 мкм.

Расчет полого газопромывателя проводят в следующей последовательности. Исходные данные: расход очищаемых газов VГ, плотность газов; плотностьчастицулавливаемойпылииеедисперсныйсостав.

1. Определяют площадь сечения скруббера, м2:

s Vг , м2 ,

г

где г – скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с.

При скорости газов г > 1 м/с наблюдается интенсивный

брызгоунос, в связи с чем возникает необходимость установки каплеуловителей.

Противоточные скрубберы обычно представляют собой цилиндрическую колонну, в то время как аппараты с поперечным орошением имеют прямоугольное или квадратное сечение.

Высоту противоточного скруббера выбирают из условия H = 2,5D (где D – диаметр аппарата, м).

162

2. Удельный расход жидкости т выбирают в пределах от 0,5 до 8 л/м3 газов [при больших концентрациях пыли на входе (10 – 12 г/м3) т = 6 – 8 л/м3]. Отсюда общий расход жидкости, подаваемой на орошение аппарата, Vж = m Г

3.Гидравлическое сопротивление полого скруббера (при отсутствии встроенного каплеуловителя и газораспределительной тарелки) очень мало и не превышает 250 Па.

4.Для конкретных случаев применения полых скрубберов пред-

ложены уравнения, связывающие значения со значениями отдельных факторов, влияющих на работу рассматриваемых аппаратов: для противоточного скруббера

Для скруббера с поперечным орошением

1 exp 3Vж э

2Vгdк

где э – эффективность захвата каплями частиц определенного

диаметра;к – скорость осаждения капли, м/с;

H – высота скруббера с поперечным орошением, м.

Скорость осаждения капель к можно определить по диаграмме

(рис. 5.14).

Рис. 5.14. Диаграмма для определения скорости осаждения капель

в воздухе (при температуре воздуха 15 С)

163

Значения коэффициента э определяются по формуле, характеризующей осаждение частиц на шаре:

где Stk dч2 ч г жCК – число Стокса; 18 гdК

г ж – скорость газов относительно капли, м/с; CК – поправка Каннингема-Милликена.

В противоточном скруббере г ж г к ; в скруббере с поперечным орошением г ж г .

Поправка Каннингема-Милликена приобретает существенное значение при диаметре частиц пыли меньше 1 мкм. Ниже приведены значения поправок (для воздуха при нормальных условиях).

При больших значениях удельного орошения порядка 2 л/м3 газов рекомендуется пользоваться формулой

э 1 0,15Stk 1,24.

Выражение (5.1) действительно при 1 Stk 170 ; при Stk 170

величина э может быть принята практически равной 1,0. Значения э прибольшихудельныхорошенияхтакжеприведенынарисунке5.15.

Зависимости (5.2) приведены на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Эффективность инерционного осаждения части на шаре (капле):

1 – кривая, полученная на основании формулы (5.2); 2– при больших удельных орошениях, формула (5.3)

164

5.2.3. Скрубберы с насадкой

Для улучшения контакта газа с жидкостью применяют смачиваемую насадку, которую встраивают в полый скруббер. Такой скруббер называют насадочным (рис.5.16). Корпус скруббера с насадкой обычно изготавливают из металла и реже из других материалов. Внутрь аппарата на специальную решетку, которую называют колосниковой, помещают насадку. В верхней части аппарата над насадкой располагают оросительное устройство, состоящее из различного вида разбрызгивателей или форсунок. Газ вводят в нижнюю часть скруббера под насадку. Он движется снизу вверх, проходит через смоченную поверхность насадки и в верхней части аппарата выходит через патрубок.

Жидкость, смачивающая насадку, стекает с ее поверхности в бункер, откуда через гидрозатвор выводится из аппарата. Ес-

ли скруббер с насадкой работает под повышенным давлением газа, для поддержания требуемого уровня жидкости в бункере устанавливают поплавковую камеру. Типы насадок выбирают в зависимости от условий работы скруббера.

В насадочных скрубберах газ движется по смоченным каналам, образуемым элементами насадки. Проходя через насадку, газ многократно изменяет направление движения. В результате этого содержащаяся в газе пыль или капельные компоненты по инерции попадают на смоченную поверхность насадки и смываются стекающей жидкостью. Поэтому в скрубберах с насадкой пыль удавливается более эффек-

165

тивно, чем в полых. Но зачастую пыль при увлажнении осаждается

вотверстиях насадки, забивая их. При этом резко возрастает гидравлическое сопротивление проходу газа и снижается производительность скруббера. Загрязнение насадки весьма трудно устранить, поэтому в большинстве случаев насадку извлекают из аппарата для ее очистки. На рис. 5.17 приведены типы насадок, используемых

вскрубберах.

Рис. 5.17. Типы насадок: а – засыпка колец навалом; б – укладка рядами; 1 – керамические кольца Рашига; 2 – кольца с перегородкой; 3 – кольца с крестообразной перегородкой; 4 – кольца Паля;

5,6 – седла; 7 – хордовая насадка

Насадочные скрубберы, широко применяют как абсорберы для улавливания из газа таких компонентов, как SO2, НCl, Н2S и другие, а также для охлаждения и увлажнения малозапыленного газа.

Насадка должна обладать химической стойкостью, механической прочностью, небольшой массой и большой поверхностью единицы объема. Наибольшее распространение для химически агрессивных сред получила насадка из керамических колец (пустотелых и с перегородками). Кольца либо укладывают на колосниковую решетку правильными рядами, что удорожает стоимость монтажа, либо беспорядочно засыпают на нее. Насадку, выполненную из седел, засыпают. При щелочных жидкостях и газах с невысокой температурой применяют и стальные кольца. При нейтральных и не агрессивных к дереву жидкостях и тазах с невысокой температурой применяют

166

хордовую насадку, выполненную из досок сосны или ели. Между ярусами насадок в скруббере оставляют промежутки в 400–500 мм. Лазы в корпусе аппарата устраивают с выходом в эти промежутки.

Количество жидкости, которое подается на каждый 1 м2 сечения насадки скруббера, называют плотностью орошения. Оно зависит от типа насадки, назначения скруббера и определяется расчетом. При использовании насадочного скруббера для охлаждения и увлажнения

газаплотностьорошенияводойсоставляет5–20 м3 /(м2 ч). Насадочные скрубберы не требуют тонкого распыления воды,

поэтому напор перед распылителями обычно невелик и составляет 50–100 кПа. Ввиду того что после выхода газа из скруббера с насадкой наблюдается некоторый унос капелек жидкости газовым потоком, за скруббером, если это необходимо, следует предусматривать каплеуловители. В качестве каплеуловителей могут служить сухой слой насадки из колец Рашига, слой стружки с опилками или аппараты инерционного действия.

Как уже указывалось выше, насадочные скрубберы в настоящее время мало применяются для очистки газов от пыли. Они находят применение при улавливании тумана, хорошо растворимой пыли, а также при совместном протекании процессов пылеулавливания, охлаждения газов и абсорбции.

Впротивоточных скрубберах скорость газов обычно принимает-

ся в пределах 1,5–2,0 м/с, а расход орошающей жидкости составляет от 1,3 до 2,6 л/м3.

Взарубежной практике для улавливания пыли нашли применение насадочные скрубберы с поперечной подачей жидкости. Считается, что подобный тип насадочного аппарата потребляет на 40 % ниже промывочной жидкости (по сравнению с противоточной колонной) и имеет более низкое гидравлическое сопротивление. Для обеспечения полного смачивания поверхности насадки падающей жидкостью насадка наклонена на 7–10° к направлению газового по-

тока (рис. 5.18).

Первые (по ходу газов) слои насадки орошаются более интен-

сивно для предотвращения образования отложений. Расход жидкости в аппаратах такого типа 0,15–0,5 л/м3, гидравлическое сопротивление – от 160 до 400 Па на 1 м насадки. Эффективность очистки достигает 90 % при улавливании частиц размером d4 > 2 мкм при

167

входной запыленности до 10–12 г/м3. Более высокая входная запыленность возможна при улавливании хорошо растворимой пыли.

Рис. 5.18. Насадочный скруббер с поперечным орошением:

1 – форсунки; 2 – опорные решетки; 3 – оросительное устройство; 4 – неорошаемый слой насадки (брызгоуловитель); 5 – шламосборник; 6 – насадка

При выводе зависимости для расчета эффективности пылеулавливания в насадочном скруббере Калвертом был принят ряд допущений:

1)запыленный газовый поток, двигаясь через слой насадки по каналу шириной b, описывает в каждом ее ряду полукруг;

2)по высоте слоя насадки Н газовый поток совершает п = H/(dн +

+b) таких поворотов;

3)скорость газового потока в канале 0 (м/с) равняется:

0 s0 гqж ,

где qж – количество удерживаемой жидкости, приходящееся на

единицу поверхности насадки, м3/м3.

Величина qж может быть выражена уравнением

qж a пл .

В этом случае для расчета qж могут быть использованы формулы, характеризующие толщину пленки, стекающей по поверхности.

168

4)осаждение частиц пыли на поверхности насадки происходит за счет центробежной силы, возникающей при огибании ее газовым потоком;

5)запыленный газовый поток при прохождении слоя насадки полностью перемешивается благодаря турбулентности;

6)ширина канала между элементами насадки может быть пред-

ставлена в виде соотношения b = jdн (где j – коэффициент пропорциональности).

Сучетом вышеизложенного была получена зависимость:

где

Stk vгdч2 чCК .

18 гdн

Ниже приводятся значения j, полученные на основании экспериментальных исследований:

Небольшие значения j для кокса вызваны небольшими размерами каналов для прохода газов по сравнению с размерами кусков кокса.

Формула может быть использована для построения кривых, характеризующих зависимость величины d50 от различных параметров насадочного скруббера (при этом значение количества удерживаемой жидкости qж обычно принимается равным 0).

В качестве примера такие кривые приведены на рис. 5.19.

169