Мокрая очистка газов

В основе способа мокрой очистки газа лежит контакт 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 часто решают комплекс­ную задачу: охлаждение, пылеулавливание и в некоторой степени очистку от вредных газообразных примесей.

Поверхность контакта потока газа с жидкостью в аппа­рате может быть трех видов: поверхность пленки жидкости, поверхность пузырьков газа, барботирующего через жид­кость и поверхность капель диспергированной жидкости. Наиболее развитой является поверхность капель. В аппа­ратах мокрой очистки создается одна или несколько видов поверхностей контакта.

Осаждение частиц на пленку жидкости происходит в скрубберах с орошаемой насадкой и в масляных кассетных самоочищающихся фильтрах типа КДМ. Необходимый за­пас кинетической энергии частицы для осаждения ее на пленку зависит от массы (размера) частицы и угла смачи­вания. Аппараты такого типа эффективны только для улав­ливания крупных частиц пыли.

Осаждение частиц в барботажных или пенных аппара­тах происходит в образующихся пузырьках диаметром 0,2 – 1,0 см при скорости их подъема примерно 0,3 м/с.

Высокая эффективность улавливания достигается лишь с ростом размера частиц и с уменьшением размера пу­зырьков. Пенные аппараты не получили распространения в металлургии. Чаще применяются аппараты скрубберного типа. Осаждение частиц пыли в них происходит на каплях. Инерционный захват частичек пыли каплей при ее обтека­нии лежит в основе процесса кинематической коагуляции. Эффективность кинематической коагуляции зависит от относительной скорости частиц и капель и отношения их разме­ров. Диапазон размеров улавливаемых частиц увеличива­ется с увеличением скорости.

Наиболее благоприятные условия для кинематической коагуляции протекают в таких аппаратах, 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. Распыл жидкости в них чаще всего производят с помощью форсунок (форсуночные скрубберы) или за счет энергии турбулентного газового потока (скрубберы Вентури).

В форсуночных оросительных безнасадочных скруббе­рах (рис. 99) происходит охлаждение потока и очистка его от крупной пыли размером более 10—15 мкм, т. е. подго­товка 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 аппарата со скоростью 0,7 – 1,5 м/с и отводится вверху. Расход воды (обычно 8 – 10 л/м³), распределение форсунок и скорость газов выбира­ется с учетом охлаждения газов до 40 – 50°С при увлажне­нии его до состояния насыщения при условии предотвраще­ния капельного уноса. Форсунки грубого распыла обеспечи­вают оптимальный для такого процесса диаметр капель d_к= 0,6 ¸ 1,0 мм. Шлам непрерывно удаляется из аппарата через гидрозатвор в канал — шламопровод. Гидравлическое сопротивление скрубберов не более 150 – 200 Па. Разновидностью форсуночных скрубберов являются центробежные.

При тангенциальном подводе газа можно повысить эф­фект очистки. Такие скрубберы в некоторых случаях при­меняются не только как аппараты для подготовки газа пе­ред тонкой очисткой, но и в качестве основного пылеулови­теля. Фракционный коэффициент очистки в них составляет для частиц 5, 10 и 20 мкм соответственно 80, 90, 95%. Тангенциальный вход газа расположен в нижней части скруббера. Орошение производится не только форсункой во входном патрубке, но и подачей воды на стенку в виде пленки. Укрупненные частицы отбрасываются центробеж­ной силой на стенку и 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 H » (3 – 4)D. Гидрав­лическое сопротивление центробежного скруббера ВТИ выше и составляет 400 – 500 Па, при установке дополни­тельной мокропрутковой решетки во входном патрубке до 800 Па. Удельный расход воды 0,1 л/м³ газа.

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

На схеме (рис. 100) показано изменение скорости газа и капель по длине трубы Вентури. Отсюда видно, что причи­на взаимодействия фаз (дробления) и коагуляции частиц на каплях — большая относительная скорость. Максималь­ное ее значение приходится на участок горловины трубы.

Для случая распыления воды воздухом средний диа­метр образующихся капель

, мкм (95)

где w — скорость газа относительно пыли, м/с; т — удель­ное орошение м³ воды на м³ газа.

Как показывает опыт, эффективность скруббера Вентури растет с увеличением количества капель распыляемой воды и критерия Стокса.

Фракционную эффективность скруббера Вентури мож­но оценить с помощью эмпирической зависимости

(96)

где Stk = ρ_чwd_і²/18m_гd_к критерий Стокса, d_і — диаметр час­тиц і-той фракции, мкм, k — коэффициент, зависящий от эффективной длины и диа­метра горловины l_эф.

Для l_эф = 100 ¸ 400 мм k = 1,254 ¸ 1,56.

Гидравлическое сопро­тивление скруббера Венту­ри складывается из сопро­тивления двух элементов: трубы Вентури и каплеуловителя. Основную долю со­ставляют потери в трубе Вентури Dp, которые в свою очередь учитывают не толь­ко потери «сухой» трубы Вентури, но и потери, обусловленные вводом воды, Па

, (97) (

где ζ_с — коэффициент сопротивления сухой трубы, ζ_с = 0,12 ¸ 0,30; ζ_ж — коэффициент, учитывающий ввод жид­кости ζ_ж = 0,6 ¸ 1,15.

По гидравлическим характеристикам промышленные скрубберы Вентури условно делятся на высоконапорные и низконапорные. Первые применяются для улавливания вы­сокодисперсной пыли, их гидравлическое сопротивление достигает 10 – 20 кПа, вторые — как аппараты предваритель­ной очистки газов 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 (рис. 101).

Широкое распространение получают конструкции уни­фицированного ряда скрубберов с кольцевым сечением гор­ловины, разработанные институтами НИИогаз и Гипрогазоочистка. Две модификации этого ряда охватывают производительность по газу от 2 тыс. 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.