2.3.2. Мокрые пылеуловители
Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли с диаметром менее 1,0 мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако эти аппараты обладают рядом недостатков, что ограничивает область их применения: образованные в процессе очистки шламы требуют специальной переработки; вынос влаги в атмосферу; образование отложений в отводящих газоходах 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 поверхности капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения. Кроме этих основных сил на процесс осаждения влияют турбулентная диффузия, взаимодействие электрически заряженных частиц, процессы конденсации, испарения и др. Во всех случаях очистки газов в мокрых пылеуловителях важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).
Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа, барботажно-пенные аппараты и др.
Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхности капель наибольшее практическое применение нашли скрубберы Вентури (рис. 2.5). Основная часть скруббера – сопло Вентури, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В этой части сопла (в горловине) 2 происходит разгон газа от входной скорости (15-20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 60-150м/с и более. Процесс осаждения частиц пыли на каплях жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости по сечению этой части сопла. В диффузорной части (камере смешения) 3 сопла поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подается в каплеуловитель (камеру разделения), который обычно выполняют в виде прямоточного циклона или скруббера ВТИ. Скруббер Вентури обеспечивает эффективность очистки 96-98% аэрозолей и более при начальной концентрации примесей 100 г/м3. Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,4-0,6 л/м3.
Скрубберы Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц около 0,3 мкм достигает 99,9%, что сравнимо с высокоэффективными фильтрами.
Рис. 2.5. Схема скруббера Вентури
1 – сопло; 2 – горловина; 3 – камера смешения
Одним из удачных конструктивных решений совместной компоновки скруббера Вентури и каплеуловителя служит конструкция (рис. 2.6) 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 40-70 м/с, удельных расходах воды на орошение 0,1-0,5 л/м3 и имеют габариты на 30% меньше, чем габариты скруббера Вентури.
Рис. 2.6. Схема коагуляционно-центробежного мокрого пылеулавителя
1 – сопло Вентури; 2 – корпус циклона; 3 – закручиватель потока
В некоторых конкретных случаях процесс очистки может быть значительно рационализирован путем избирательного усиления действия физических факторов. При улавливании крупнодисперсной пыли хорошие результаты можно получить при использовании газопромывателей ударно-инерционного действия. Например, в скруббере Дойля (рис. 2.7) акцент делается на преимущественное использование сил инерции улавливаемых частиц. Конструктивно это решается путем организации лобового удара струи газа о зеркало жидкости с резким изменением направления газового потока, а также путем использования перегородок. В нижней части подводящей трубы 1 установлены конусы 2 для увеличения скорости выходящего газа до 35-55 м/с. Разогнанные таким способом частицы пыли отбрасываются силой инерции на периферию газовой струи и захватываются жидкостью. Дополнительным положительным эффектом является частичное дробление жидкой фазы газовым потоком с улавливанием затем образующихся капель перегородками 3. Аэродинамическое сопротивление таких аппаратов составляет 500-4000 Па. Однако повышенное сопротивление компенсируется высокой производительностью этих аппаратов и малым удельным расходом промывной жидкости (в среднем 0,12 л/м3). В целом же инерционные газопромыватели эффективны для улавливания крупных частиц и поэтому используются чаще всего для предварительной очистки газов.
Рис. 2.7. Схема скруббера Дойля
1 – подводящая запыленный газ труба; 2 – конус; 3 – перегородки
Разновидностью аппаратов для улавливания пыли осаждением на каплях жидкости являются форсуночные скрубберы (рис. 2.8,а). Запыленный газовый поток поступает в скруббер по патрубку 3 и направляется на зеркало воды, где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1, поднимается вверх навстречу потоку капель, подаваемых в скруббер через форсуночные пояса 2. Удельный расход воды в форсуночных скрубберах – 3-6 л/м3, гидравлическое сопротивление аппарата – до 250 Па при скоростях движения потока газа в корпусе скруббера 0,7-1,5 м/с.
В тех случаях, когда требуется очистка небольших масс горячих газов от загрязнений с размером частиц более 15-20 мкм, можно применять простейшие оросительные устройства, которые выполняют в виде ряда форсунок, встроенных в газоход. Удельный расход воды в таких системах выбирают равным 0,1-0,3 л/м3. Скорость газового потока в газоходе в целях исключения интенсивного каплеуноса не должна превышать 3 м/с.
Рис. 2.8. Схемы скрубберов
форсуночного (а) центробежного (б)
1 – корпус; 2 – форсуночный пояс; 1 – сопло; 2 – пленка жидкости;
3 – патрубок для ввода газа 3 – корпус аппарата; 4 – бункер;
5 – вводный патрубок
В аппаратах центробежного типа (рис. 2.8, б) частицы пыли отбрасываются на пленку жидкости 2 центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенсального расположения входного патрубка 5 в корпусе аппарата. Пленка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создается подачей воды через сопло 1 и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер 4 частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата 3, скорости газа во вводном патрубке и дисперсности пыли.
К мокрым пылеуловителям также относятся барботажно-пенные пылеуловители. В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены, очищается от частиц пыли за счет осаждения частиц на внутренние поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдают барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе аппарата до 2-2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газов и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газов от мелкодисперсной пыли около 95-96% при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м3.