В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 8 видов: 1) полые газопромыватели; 2) насадочные скрубберы; 3) тарельчатые (барботажные и пенные); 4) с подвижной насадкой; 5) ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) центробежного действия; 7) механические газопромыватели; 8) скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури и эжекторные).

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные (гидравлическое сопротивление которых не превышает ДР=1,5 кПа): форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.; средненапорные (ДР=1,5-3000 Па): динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжектормые скрубберы; высоконапорные (ДР>3,0 кПа): скрубберы Вентури, с подвижной насадкой.

4.1 Полые газопромыватели

Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы (рис. 13, а). Они представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Форсунки устанавливают в колонне в одном или нескольких сечениях: иногда рядами до 14-16 в каждом сечении, иногда только по оси аппарата.

Рис. 13. Скрубберы: а - полый форсуночный: 1 - корпус; 2 - форсунки; б - насадочный с поперечным орошением: 1 - корпус; 2 - форсунка; 3 - оросительное устройство; 4 - опорная решетка; 5 - насадка; 6 - шламосборник

При работе без каплеуловителей чаще используют противоточные скрубберы. Скорость газа в них изменяется от 0,6 до 1,2 м/с. Скрубберы с каплеуловителями работают при скорости газа 5-8 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера без каплеуловителя и газораспределителя обычно не превышает 250 Па.

Скрубберы обеспечивают высокую степень очистки только при улавливании частиц пыли размером d_ч=10 мкм и малоэффективны при улавливании частиц размером d₂<.5 мкм.

Высота скруббера составляет ?2.5D. Диаметр аппарата определяется по уравнению расхода, удельный расход жидкости т выбирают в пределах 0,5-8 л/м ³ газа.

Эффективность противоточного скруббера вычисляют по формуле:

(3.7)

где Q_ж - расход жидкости, м³/с; з₃ - эффективность захвата каплями частиц определенного диаметра; щ_г - скорость газа, м/с; щ_к - скорость осаждения капли, м/с; d_к - диаметр капли. М; V_г - расход газа, м ²/с; H - высота скруббера, м.

Для капель с d_к?0.6-1.0 мм скорость осаждения щ_к определяют по диаграмме. Коэффициент захвата каплями частиц находят по формулам:

(3.8)

где ш - инерционный параметр, отличающийся от числа Стокса поправкой, определяемой по справочникам.

4.2 Насадочные газопромыватели

Они представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой ее концентрации. Из-за частой забивки насадки такие газопромыватели используют мало. Кроме противоточных колонн на практике применяют насадочные скрубберы с поперечным орошением (рис. 13, б). В них для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки слой ее обычно наклонен на 7-10° в направлении газового потока. Расход жидкости 0,15-0,5 л/м³,. эффективность при улавливании частиц размером d_ч?2 мкм превышает 90 %.

4.3 Газопромыватели с подвижной насадкой

Они имеют большое распространение в пылеулавливании (14, а). В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т. д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости.

Колонна с подвижной насадкой может работать при различных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания - режим полного (развитого) псевдоожижения. Скорость газа щ_г?, соответствующая началу режима полного псевдоожижения, определяется из формулы:

(3.9)

где d_ш - диаметр шаровой насадки. М; С - коэффициент (при ширине щели в опорной тарелке в = 2 мм С = 2.8•10⁴, при в > 2 мм С = 4.5•10⁴); S₀ - свободное сечение решетки, м ²/м ².

Предельно допустимая скорость газа щ_г^?? равна:

(3.10)

Для обеспечения высокой степени пылеулавливания рекомендуются следующие параметры процесса: скорость газа - 5-6с; удельное орошение 0,5-0,7 л/м ³; свободное сечение тарелки S₀ = 0,4 м ²/м ² при в = 4-6 мм. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки с большей долей свободного сечения (S₀ = 0,5-0,6 м ²/м ²).

Свободное сечение ограничительной тарелки составляет 0,8-0,9 м ²/м ². При выборе диаметра шаров необходимо соблюдать соотношение D/d_ш ? 10. Оптимальными являются шары диаметром 20-40 мм и насыпной плотностью 200-300 кг/м³.

Рис. 14. Газопромыватели с подвижной насадкой: а - с цилиндрическим слоем: 1 - опорная решетка: 2 - шаровая насадка; 3 - ограничительная решетка; 4 - оросительное устройство; 5 - брызгоуловитель; б и в - с коническим слоем форсуночный и эжекционный; 1 - корпус; 2 - опорная решетка; 3 - слой шаров; 4 - брызгоуловитель; 5 - ограничительная решетка; 6 - форсунка; 7 - емкость с постоянным уровнем жидкости

Минимальная статистическая высота слоя насадки H_ст составляет 5-8 диаметров шаров, а максимальная определяется из соотношения H_ст/D ? 1.

Высота секции (расстояние между тарелками) складывается из динамической высоты слоя псевдоожиженной шаровой насадки и высоты сепарационной зоны (в м):

(3.11)

Общее гидравлическое сопротивление колонны рассчитывается по уравнению:

(3.12)

где ДРвх и ДРвых - потеря напора при входе и выходе газа из аппарата соответственно, Па; ДР_т - гидравлическое сопротивление опорной тарелки со слоем удерживаемой жидкости, Па; ДР_ш - гидравлическое сопротивление слоя сухой насадки, Па; ДР_ж.н-гидравлическое сопротивление жидкости, удерживаемой слоем насадки, Па; ДР_т^? - гидравлическое сопротивление ограничительной тарелки, Па.

Расчет ДР_ш и ДР_ж.н производят по формуле:

(3.13)

где с_ш - насыпная плотность, кг/м³; е₀ - порозность неподвижного слоя сухой шаровой насадки, принимается равной 0,4; щ_ж-скорость орошаемой: жидкости в расчете на свободное сечение, м/с.

4.4 Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ)

Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и инжекционный (рис. 14, 6, в).

В инжекционном скруббере орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке. Зазор между нижним основанием конуса и уровнем жидкости зависит от производительности аппарата (чем больше зазор, тем больше производительность). В аппаратах применяют полиэтиленовые шары диаметром 34-40 мм с насыпной плотностью 110-120 кг/м ³. Высота слоя шаров Н_ст составляет 650 мм; скорость газа на входе в слой колеблется в пределах 6-10 м/с и уменьшается на выходе до 1-2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята 1 м. Угол раскрытия конической части зависит от производительности аппаратов и может составлять от 10 до 60°. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов размещается неорошаемый слой шаров высотой 150 мм.

В форсуночном скруббере расход жидкости на 1 м³ газов составляет 4-б л. Гидравлическое сопротивление форсуночных скрубберов - 900-1400 Па, инжекционных - от 800-1400 Па. Производительность конических скрубберов от 3000 до 40000 м³/ч.

4.5 Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные)

Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом (рис. 15). Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3-8 мм и свободное сечение 0,15-0,25 м²/м². Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия d₀ = 4-8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4-5 мм. Свободное сечение всех тарелок составляет 0,2-0,3 м²/м². Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Выделяют следующие стадии процесса улавливания пыли в пенных аппаратах: инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве; первую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое ("механизм удара"); вторую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое (инерционно-турбулентное осаждение частиц на поверхности пены).

Эффективность улавливания пыли в подрешеточном пространстве значительна при улавливании пыли размером частиц более 10 мкм. Преобладающим в работе пенных аппаратов для пылеулавливания является "механизм удара". Эффективность этого механизма намного больше эффективности других механизмов.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от величины межфазной поверхности.

Высота слоя пены:

(3.16)

Полное гидравлическое сопротивление аппарата:

(3.17)

где ДР_т - полное сопротивление тарелки, Па; ДР_кап - гидравлическое сопротивление каплеуловителя, Па.

Гидравлические потери при входе и выходе газа из аппарата ДР_вх+ДР_вых принимаются равными 50-100 Па.

Полное сопротивление тарелки:

(3.18)

где ДР_с, ДР_у, ДР_ст - соответственно сопротивление сухой тарелки, сил поверхностного натяжения и статического слоя жидкости, Па.

4.6 Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя

На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Рекомендуются следующие размеры стабилизатора: высота пластин 60 мм, размер ячеек от 35X35 до 40X40 мм. Оптимальные условия работы: щ_к = 2,5-3,5 м/с; m = 0,05-0,1 л/м³. В аппарате устанавливаются дырчатые провальные тарелки с d_o = = 3-6 мм и S₀ = 0,14-0,2 м²/м² или щелевые (трубчатые) тарелки с в=3-6 мм и S₀=0,12-0,18 м²/м². Производительность по газу аппаратов со стабилизаторами изменяется от 3000 до 90 000 м ³/ч.

Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300-400 мкм.

Рис. 1-15. Пенные пылеуловители (газопромыватели): а - с переливной тарелкой; б - с провальной тарелкой; 1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - приемная коробка; 4 - порог; 5 - сливная коробка; 6 - ороситель

Рис. 16. Пылеуловитель ударно-инерционного действия: 1 - входной патрубок; 2 - резервуар с жидкостью; 3 - сопло

Наиболее простым по конструкции является аппарат, показанный на рис. 16. Газ с большой скоростью входит в колонну. При повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости. В основе процесса осаждения лежит "механизм удара". Имеются и другие конструкции аппаратов этого типа (скруббер Дойля, СУД).

Схема скруббера Дойля приведена на рис. 17. В нижней части трубы установлены конусы для увеличения скорости выхода газа. В щели она равна 35-55 м/с. Газ ударяется о поверхность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя от 500 до 4000 Па, удельный расход жидкости составляет 0,13 л/м³.

4.7 Газопромыватели центробежного действия

Наиболее распространены центробежные скрубберы, которые по конструктивному признаку можно разделить на два вида: 1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи центрального лопастного закручивающего устройства и 2) аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа. Последние орошают через форсунки, установленные в центральной части аппарата, кроме того, жидкость, стекающая по внутренней поверхности стенки аппарата, образует пленку.

Большинство отечественных центробежных скрубберов имеют тангенциальный подвод газов и пленочное орошение. Схема циклона с водяной пленкой представлена на рис. 1-18, а. Такие аппараты используют для очистки любых видов нецементирую-щейся пыли. Для создания на внутренней поверхности стенки пленки воды, ее тангенциально вводят в аппарат через ряд трубок, расположенных в верхней его части.

Рис. 1-18. Мокрые пылеуловители: а - циклон с водяной пленкой: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - кольцевой коллектор; 4 - сопло; 6 - скруббер Вентури с выносным каплеуловителем: 1 - труба-распылитель; 2 - циклон-пылеуловитель

При содержании пыли, превышающем 2 г/м ³, до очистки в циклоне с водяной пленкой рекомендуется предварительная очистка газов в аппарате другого типа. Для улавливания смачиваемой пыли (за исключением волокнистой и цементирующейся) при начальной концентрации до 5 г/м ³ используют скоростные промыватели СИОТ.

Для очистки дымовых газов от золы применяют центробежный скруббер ЦС-ВТИ.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40-150 м/с. Имеется также каплеуловитель (рис. 18,6).

Эффективность пылеуловителя зависит от скорости газа и удельного орошения (обычно m =0,5-1,5 л/м ³ газа).

Средний диаметр капель при распыле пневматической форсункой:

(3.25)

где щ_ог - скорость газов относительно капли (принимается равной скорости в горловине трубы).

При больших объемах газа применяют батарейные или групповые компоновки скрубберов Вентури.

Лекция №5. Очистка газов в электрофильтрах

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц (коронирующий электрод). Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам. Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов. Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0,5 мкм, второй - менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2-0,5 мкм эффективны оба механизма. Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм - диаметру частицы.

Величину заряда q (кА), приобретаемого проводимой частицей сферической формы под воздействием электрического поля, рассчитывают по формуле:

, (4.1)

где - диэлектрическая проницаемость (=Ф/м);

Е - напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.

Величину заряда, приобретаемого непроводимой частицей, определяют по формуле:

(4.2)

где - относительная диэлектрическая проницаемость частицы.

Рисунок 5 - Трубчатый электрофильтр: 1 осадительный электрод; 2 коронирующий электрод: 3 рама; 4 встряхивающее устройство; 5 изолятор

Таким образом, электроочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевых частиц, транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные бункеры.

По конструктивным признакам электрофильтры различают по разным признакам: по направлению хода газов на вертикальные и горизонтальные; по форме осадительных электродов с пластинчатыми, С-образными, трубчатыми и шестигранными электродами; по форме коронируюших электродов с игольчатыми, круглого или штыкового сечения; по числу последовательно расположенных электрических полей на одно- и многопольные; по расположению зон зарядки и осаждения на одно- и двухзонные; по числу параллельно работающих секций на одно- и многосекционные.

Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми и трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между осадительными пластинчатыми электродами натянуты проволочные коронирующие. В трубчатых электрофильтрах. осадительные электроды представляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси расположены коронирующие электроды.

Схема трубчатого электрофильтра представлена на рис. 5. Запыленный газ движется по вертикальным трубам диаметром 200-250 мм. Пыль оседает на внутренней поверхности труб. При помощи встряхивающего устройства ее удаляют в бункер.

Электрофильтры очищают большие объемы газов от пыли с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при температуре газов до 400-450 °С. Гидравлическое сопротивление их достигает 150 Па. Затраты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м ³ газа.

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли и газа, скорости и равномерности распределения запыленного потока в сечении аппаратов и т. д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Напряжение поля на расстоянии х метров от оси коронирующего электрода определяется по зависимости:

, (4.3)

где u - напряжение, приложенное к электродам, В;

и - радиусы коронирующего и осадительного электродов, м.

Критическое напряжение электрического поля, при котором возникает корона, для воздуха определяется по формуле (в В/м):

, (4.4)

отношение плотностей газа в рабочих и стандартных условиях:

, (4.5)

где барометрическое давление, кПа;

Р разряжение или избыточное давление в аппарате, кПа;

t температура газов, С.

Пыль с малой электрической проводимостью вызывает явление обратной короны, которое сопровождается образованием положительно заряженных ионов, частично нейтрализующих отрицательный заряд пылинок, вследствие чего последние теряют способность перемещаться к осадительным электродам и осаждаться. На проводимость пыли оказывает влияние состав газа и пыли. С повышением влажности газов удельное электрическое сопротивление пыли снижается. Наличие в очищенных газах десятых и сотых долей процента и > значительно улучшает электрическую проводимость пыли.

При высоких температурах газа понижается электрическая прочность межэлектродного пространства, что приводит к ухудшению улавливания пыли. С повышением температуры газов возрастает их вязкость и объем, а следовательно, увеличивается скорость потока в электрофильтре, что снижает степень обеспыливания. С увеличением скорости газа возрастает так называемый вторичный унос.

Для нормальной работы электрофильтров необходимо обеспечить чистоту осадительных и коронирующих электродов. Отложения загрязнений на коронирующем электроде способствуют повышению начального напряжения коронирования, но это не всегда возможно. Если пыль имеет большое электрическое сопротивление, то слой на электроде действует как изолятор и коронный разряд прекращается.

Теоретическая степень очистки газов в электрофильтре: для трубчатого электрофильтра:

(4.6)

для пластинчатого электрофильтра:

(4.7)

где скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с;

скорость газов в активном сечении электрофильтра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с;

L активная длина электрофильтра, т. е. протяженность электрического поля в направлении хода газов (в вертикальных электрофильтрах совпадает с высотой электродов), м;

R радиус трубчатого осадительного электрода, м;

h расстояние между короннруюшим электродом и пластинчатым осадительным электродом (межэлектродный промежуток), м.

В пределах применимости формулы Стокса скорость (в м/с) рассчитывают по следующим формулам: для частиц диаметром :

(4.8)

для частиц диаметром

(4.9)

где коэффициент, равный (А = 0,815 1,63);

длина среднего свободного пробега молекул газа (=м)./4, с. 96/.

5.1 Улавливание туманов

Туманами являются дисперсные системы типа ж-Г и образующиеся, как правило, на химическом производстве (производство H₂SO₄, HCL, H₃PO₄, испарение масел).

Для улавливания туманов применяются волокнистые и сеточные фильтры, туманоуловители и мокрые электрофильтры.

Частицы тумана адсорбируются на поверхности волокнистого фильтра и происходит коагуляция (слипание) образуется пленка жидкости, которая или стекает с фильтра или распадается на более крупные капли, улавливаемые в дальнейшем в каплеуловителях.

Фильтры - туманоуловители обладают высокой эффективностью, в том числе и для тонкодисперсных туманов, надежны в работе, обладают простотой конструкции, монтажа и обслуживания. Недостатки: возможность быстрого засорения в случае если в туманах присутствуют мелкие частицы, а также возможность образования нерастворимых солей на поверхности волокон. Волокна изготавливают из специальных стекол, полипропилена, полиэфира, ПВХ, фторопласта и других инертных пластических материалов. Диаметр волокон от 5-20 мкм, плотность упаковки волокон от 100-400 кг/м³, толщина слоя о 3-10 см. фильтрующие элементы крепят на решетке в несколько слоев. Туманоуловители работают при скорости газа меньше 0.2 м/с, с максимальной производительностью 180 км³/ч.

Для улавливания масел разработаны фильтры с вращающимся фильтрующим элементом, в котором обеспечивается постоянная регенерация поверхности от улавливаемого масла. Эффективность 85 0 94: при расходе от 500-1500 м³/ч.

Для очистки от грубодисперсных примесей и брызг используют каплеуловители, состоящие из пакетов вязанных металлических сеток, материалами сеток являются сплавы титана и высоколегированной стали; диаметр проволоки 0.2-0.3 мм, проволоку гофрируют и укладывают в пакеты толщиной от 50-300 мм. Такие сепараторы эффективно работают при концентрации пара в газе не более 120 гр/м³. сетки также изготавливают из фторопласта и полипропилена.

В ряде случаев для очистки от тумана применяют мокрые электрофильтры.

Размещено на Allbest.ru