Мокрая очистка газов

Принцип мокрой очистки газа основан на контакте запыленного потока с жидкостью. При этом в большинстве случаев, когда температура газа и жидкости различна, пылеулавливанию сопутствуют тепло- и массообменные процессы. Контакт газа с жидкостью способствует и процессу абсорбции газовых компонентов. Таким образом, с помощью аппаратов мокрого типа решают комплексную задачу: охлаждение, пылеулавливание и в некоторой степени очистку от вредных газообразных примесей.

Поверхность контакта, газового потока и жидкости в аппарате может быть в виде пленки жидкости, пузырьков гaзa, барботирующего через жидкость, и капель диспергированной жидкости. Наиболее развитой является поверхность капель.

Осаждение частиц на пленку жидкости происходит в скруббеpax с орошаемой насадкой и в масляных самоочищающихся фильтрах КДМ. Необходимый запас кинетической энергии частицы для осаждения ее на пленку зависит от размера частицы и угла смачивания. Здесь основную роль играют силы инерции и гравитации, т. е. захват эффективен только для крупных частиц. Аппараты такого типа имеют ограниченное применение.

В условиях барботажного или пенного аппарата анализ расчетов осаждения частиц показывает, что в пузырьках диаметром 0,2—1,0 см при скорости их подъёма 0,28 м/с интенсивность инерционного осаждения высока и на порядок выше гравитационного. С ростом размера частиц и с уменьшением размера пузырьков эффективность улавливания растёт. Высокодисперсная пыль улавливается хуже. Поэтому пенные аппараты не получили широкого распространения в металлургии.

Осаждение частиц на каплях происходит за счет действия многих сил. Однако и в этом случае основная роль принадлежит инерции. Инерционный эффект захвата капель частичек пыли лежит в основе процесса кинематической коагуляции. Скорость и эффективность кинематической коагуляции зависит от относительной скорости частиц и капель — прямопропорционально, и обратно пропорционально от отношения их размеров. Диапазон размеров улавливаемых частиц увеличивается с повышением скорости. Коагуляция может протекать более интенсивно если частицы или капли несут электрический заряд.

Наиболее благоприятные условия для кинематической коагуляции протекают в горловине трубы Вентури, где относительная, скорость частиц достигает 100 м/с и более.

В промышленности, в частности в металлургии, широко применяются аппараты,, где осаждение частиц происходит на каплях. Распыление жидкости производят с помощью форсунок (форсуночные скрубберы) или за счет энергии турбулентного газового потока (скрубберы Вентури).

Форсуночные оросительные скрубберы способствуют охлаждению потока и очистке от крупной пыли размером более 10—15 мкм, т. е. подготовке газа к последующей тонкой очистке. В верхней части скруббера размещается несколько поясов орошения с большим числом форсунок, распыляющих воду равномерно по сечению. Газ подводится снизу и со скоростью 0,7—1,5 м/с поднимается вверх. Расход воды (~8—10 л/м3), расположение форсунок и скорость газов определяют с учетом охлаждения газов обычно до 40—50 °С при увлажнении до состояния насыщения и предотвращения капельного уноса. Форсунки грубого распыливания обеспечивают оптимальный для такого процесса диаметр капель dк = 0,6 ÷ 1,0 мм. Шлам непрерывно удаляется из аппарата через гидрозатвор в канал — шламопровод.

Расчет теплообмена в скруббере основан на уравнении теплового баланса и теплоотдачи от газа к воде. Значительную трудность при этом представляет нахождение объемного коэффициента теплоотдачи, обычно определяемого экспериментально. Гидравлическое сопротивление скрубберов не более 150—200 Па. При тангенциальном подводе газа можно повысить эффект очистки. Такие центробежные скрубберы в некоторых случаях применяют не только как аппараты для подготовки газа перед тонкой очисткой, но и как самостоятельные пылеуловители. Фракционный коэффициент очистки в них составляет для частиц 5, 10 и 20 мкм соответственно 80, 90, 95 %. Тангенциальный подвод газа расположен в нижней части скруббера. Орошение производится форсункой во входной патрубке и подачей воды на стенку в виде пленки. Укрупненные частицы отбрасываются центробежной силой на стенку н улавливаются стекающей вниз пленкой воды. Условная скорость газа на сечение аппарата принимается 4,5 м/с, скорость во входном патрубке 11 ÷ 12 м/с, максимальный диаметр 3,3 м, высота Н ≈ (3—4) D, м.

Гидравлическое сопротивление скруббера конструкции Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) составляет 400—500 Па, а при установке так называемой мокрой прутковой решетки во входном патрубке — до 800 Па. Удельный расход воды, включая орошение решетки, 0,1 л/м3 газа.

Скрубберы Вентури наиболее эффективные из всех типов мокрых пылеуловителей и наиболее распространенные в схемах промышленных предприятий. Скруббер Вентури состоит из трубы Вентури, в которую вводится орошающая жидкость, и специального устройства для улавливания капель и вывода шлама. В трубе Вентури при высокой скорости газа в горловине (100—150 м/с) происходит дробление капель жидкости, и осаждение на них пыли. Коагуляции подвергаются даже частицы менее 1 мкм.

По гидравлическим характеристикам промышленные скруб­беры Вентури условно делятся на высоконапорные и низконапорные. Первые применяют для улавливания высокодисперсной пыли, их гидравлическое сопротивление достигает 10—20 кПа, вторые —: как аппараты для предварительной очистки или для улавливания крупных частиц, их сопротивление не превышает 3—5 кПа,

Существует много конструкций скрубберов Вентури, отличающихся формой сечения горловины, способом ввода жидкостей, устройством регулирования сечения горловины, конструкцией каплеуловителя.

Широкое распространение получают конструкции унифицированного ряда скрубберов с кольцевым сечением горловины, разработанные институтами НИИОгаз и Гипрогазочистка. Две модификации этого ряда охватывают производительность по газу от 2 до 500 тыс. м3/ч. Для всех типоразмеров труб расход орошающей жидкости постоянен для всего диапазона расходов газа и равен 0,8 л/м3.

Центробежные каплеуловители при работе в оптимальном режиме обеспечивают содержание капель в газах на выходе ниже 75—100 мг/м3.

Теоретический расчет мокрых пылеуловителей сложен. В практике пылеулавливания при выборе типа мокрого аппарата и определении его эффективности пользуются более простым, так называемым энергетическим методом расчета. Институтом НИИОгаз разработана нормаль расчета. В основе метода лежит допущение, что эффективность аппарата при улавливании определенного вида пыли зависит только от удельного расхода энергии. В расчете применяют эмпирические величины для пыли различных производств.