Глава 6. МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Процесс пылеулавливания в мокрых газоочистных аппаратах сопровождается процессами абсорбции и охлаждения газов. Поэтому многие аппараты этого класса могут применяться не только для очистки газов от пыли и капель жидкости, но и для очистки от газообразных составляющих, а также для охлаждения газов. В ряде случаев их целесообразно использовать для одновременного пылеулавливания, абсорбции и охлаждения газов. При этом конденсация паров жидкости, содержащихся в газах, при их охлаждении способствует росту эффективности мокрых пылеуловителей. Мокрые газоочистные аппараты широко применяются для предварительной очистки и соответствующей подготовки (кондиционирования) газов, поступающих в газоочистные аппараты других типов, в том числе и сухие (например, в электрофильтры, рукавные фильтры). В качестве орошающей жидкости в мокрых газоочистных аппаратах чаще всего применяется вода; при совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции. Для уменьшения количества отработанной жидкости при работе мокрых аппаратов применяется ее частичная рециркуляция, а иногда и замкнутая система орошения.

Мокрые пылеуловители обладают рядом преимуществ перед аппаратами других типов:

1. Аппараты мокрых типов отличаются небольшой стоимостью и более высокой эффективностью очистки по сравнению с сухими аппаратами.

2. Мокрые пылеуловители (например, скрубберы Вентури) могут быть использованы для очистки газов от пыли размерами d_ч < 0,1 мкм.

3. По эффективности мокрые пылеуловители сопоставимы с рукавными фильтрами и электрофильтрами и используются в тех случаях, когда эти аппараты не могут быть применены (например, при повышенной температуре газов, повышенной влажности газов, при опасности возгорания взрывов очищаемого газа).

4. Мокрые пылеуловители одновременно с очисткой газов от пыли способны улавливать газовые и парогазовые компоненты, а также их можно использовать для увлажнения и охлаждения промышленных газов.

Недостатки мокрых пылеуловителей:

1. Выделяемый продукт, как правило, представляет собой шлам, что вызывает необходимость обработки сточных вод и, как следствие, ведет к удорожанию очистной установки.

2. При охлаждении газа до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе капель жидкости, пыль может осаждаться на газопроводах, оборудованиях, что ведет к забиванию установки.

3. При очистке агрессивных газов необходимо предпринимать антикоррозийные мероприятия.

Единой общепризнанной классификации мокрых газоочистных аппаратов до настоящего времени не имеется. Однако они могут быть условно разделены на следующие группы:

– полые газопромыватели,

– насадочные газопромыватели,

– тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты),

– газопромыватели с подвижной насадкой,

– мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны),

– мокрые аппараты центробежного действия (типа ЦВП),

– пылеуловители типа ПВМ;

– механические газопромыватели (механические и динамические ск­р­у­б­беры);

– скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури),

– эжекторные скрубберы и др.

К мокрым пылеуловителям могут быть также отнесены и другие пылеулавливающие аппараты – конденсационные, орошаемые волокнистые фильтры и мокрые электрофильтры.

В мокрых пылеуловителях осаждение взвешенных частиц происходит на каплях или пленках жидкости. Доминирующим механизмом осаждения является инерционный, поэтому независимо от поверхности осаждения эффективность мокрых пылеуловителей оценивают по безразмерному параметру – критерию (число) Стокса: или от так называемого инерционного параметра отличающегося от числа Стокса тем, что в инерционный параметр входит числовой коэффициент 1/18 и поправка Кенингема C_K:

где v_отн – скорость газов относительно поверхности осаждения, м/с;

L – определяющий линейный параметр, м.

Как уже отмечалось в параграфе 4.10, поправка Кенингема приобретает существенное значение при диаметре частиц пыли меньше 1 мкм. Ниже приведены приближенные формулы для определения поправки Кенингема C_K (для воздуха при нормальных условиях):

для – d_ч = 1…3 мкм: C_K = – 0,065·d_ч + 1,225;

для – d_ч = 3…10 мкм: C_K = –0,0043·d_ч + 1,0429.

С учетом зависимости эффективности пылеулавливания от энергозатрат, потраченных на очистку газа, мокрые пылеуловители классифицируются:

– низконапорные пылеуловители (до 1500 Па);

– средненапорные пылеуловители (от 1500 до 4500 Па);

– высоконапорные пылеуловители (свыше 4500 Па).

Абсорбция

Очистка газовых выбросов в мокрых пылеуловителях сопровождается процессами абсорбции, которые характеризуются разделением газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Абсорбция характеризуется тем, что поглощение вещества является объемным, т.е. весь объем абсорбента более или менее равномерно поглощает абсорбирующее вещество.

Главным условием для выбора абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления.

Выявлено, что основной причиной абсорбции является градиент концентрации на границе фаз «газ – жидкость». Растворенный в жидкости улавливаемый компонент газовоздушной смеси (т.е. абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потока и коэффициент диффузии. Таким образом, абсорбция представляет собой массообменный процесс, который происходит на границе раздела фаз «газ – жидкость».

В зависимости от характера поверхности раздела, различают три вида абсорбции:

– при поверхностной (пленочной) абсорбции поверхностью раздела является зеркало жидкости, или поверхность текущей пленки жидкости;

– при барботажной абсорбции поверхность раздела образуется во время прохождения струй газа через жидкость (жидкостный слой);

– при капельной абсорбции поверхность газа формируется при распылении жидкости в потоке газа.

По степени применения в газоочистительных сооружениях наиболее распространена капельная абсорбция, затем барботажная и поверхностная.

Организация газового потока жидким растворителем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонку, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуемого способа контакта «газ – жидкость» различают: скрубберы Вентури; форсуночные скрубберы; центробежные скрубберы; барботажно-пенные скрубберы; струйные пылеуловители (типа ПВМ) и т.д.