Очистка газов от пыли

      В качестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях чаще всего применяется вода. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обуславливается процессом абсорбции [5]. 

  Башни с насадкой (насадочные скрубберы) отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малым гидравлическим сопротивлением  (DР=300¸800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. В насадочном скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до 5-6 г/м³. Эффективность одной ступени очистки для пылей с d > 5 мкм не превышает 70-80%. Насадка быстро забивается пылью, особенно при высокой начальной запыленности [51].

  Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют для очистки больших объемов газа. Они имеют сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление – 400-850 Па. Для частиц размером 2-5 мкм степень очистки составляет ~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны благодаря большой скорости газа; во входном патрубке w_г=18¸20 м/с, а в сечении скруббера w_г = 4¸5 м/с.

  Пенные  аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1-4 м/с. Пенные газоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением (DР одной полки около 600 Па). Для частиц с диаметром d >5 мкм эффективность их улавливания на одной полке аппарата 90-99%; при d < 5 мкм h = 75¸90%. Для повышения h устанавливают двух- и трехполочные аппараты.

     В основе работы пенных пылеуловителей лежит взаимодействие газов с  жидкостью на тарелках или решетках различных конструкций. При достаточной скорости газов взаимодействие протекает весьма интенсивно и сопровождается образованием высокотурбулизированной пены. Процесс пылеулавливания в пенных аппаратах протекает следующими стадиями.

      1. Улавливание частиц пыли в  подрешеточном пространстве за счет инерционных сих, образующихся в результате перемены направлений газовых струй при прохождении их через тарелку. Эффективность этой стадии значительна лишь при улавливании крупных (более 10 мкм) частиц.

     2. Осаждение частиц пыли из газовой  струи, сформировавшейся в отверстии (щели) решетки и с относительно высокой скоростью ударяющей в слой жидкости на решетке.

     3. Осаждение частиц пыли на внутренней  поверхности пузырьков пены за  счет инерционно-турбулентного механизма взаимодействия. Эффективность второй и третьей стадий процесса пылеулавливания значительно выше, чем первой и составляет до 90 % для частиц порядка 2... 5 мкм.

     Существует  целый ряд конструкций пенных газоочистителей [20]. В аппарате с провальной решеткой (рис.7) дырчатая или щелевая решетка орошается жидкостью. Запыленный газ, проходя снизу через решетку и слои пены, очищается, а уловленные частицы пыли удаляются со шламом. 
 

  

 
 

Рис. 7. Пенный пылеотделитель с провальной решеткой: 1 – корпус, 2 - оросительное устройство, 3 - пенный слой,

4 - провальная  решетка 
 

     В аппарате с переливной решеткой (рис.8) жидкость подают на решетку таким образом, чтобы часть ее удалялась через сливной порог, а часть проходила через решетку, очищая ее от отложений и загрязнений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Рис. 8 Пенный аппарат с переливной решеткой: 1-корпус, 2-решетка, 3-приемный короб, 4-пенный слой, 5-порог, 6-сливная коробка.

  

 
 

     Часто с целью получения более стабильного  пенного слоя на провальных решетках применяют стабилизаторы пенного слоя, которые представляют собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин. Стабилизатор, разделяя сечение аппарата на небольшие ячейки, предотвращает возникновение волнового режима на тарелке и существенно расширяет скоростной интервал пенного режима. 

     Пенные аппараты, как уже указывалось, достаточно эффективны при улавливании частиц пыли размером более 2 мкм, имея при этом относительно небольшое гидравлическое сопротивление порядка 500 .....1000 Па.

Однако, для  пенных аппаратов характерны следующие  недостатки:

а) частицы  размером менее 2 мкм улавливаются в них неполно,

б) необходима установка брьгзгоуловителей,

      в) недопустимы большие колебания  в подаче очищаемых газов, т.к. это приводит к нарушению режима пенообразования,

     г) недопустимы большие колебания  и концентрации пыли в очищаемом газе, т.к. это может привести к загрязнению решетки[13]. 

  Скрубберы Вентури— высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но работающие с большим расходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100—200 м/с, а в некоторых установках — до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции. Скруббер Вентури — универсальный малогабаритный аппарат, обеспечивающий улавливание тумана на 99—100%, частиц пыли с d = 0,01¸0,35 мкм — на 50–85% и частиц пыли с d = 0,5-2 мкм — на 97%.  
 

     Мокрые  пылеуловители этого типа представляют собой вертикальные башни - полые или с насадкой, по которым проходит газ и в которые тем и иным способом вводится жидкость.

     В полых газопромывателях запыленные газы пропускают через завесу распыляемой жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями промывной жидкости и осаждаются в аппарате в виде шлама, а очищенные газы удаляются из скруббера.

      Из  аппаратов этого класса наибольшее распространение получили форсуночные  скрубберы [14] (рис. 9).  

  Рис.9 Полый форсуночный скруббер: 1-форсунки, 2-корпус, 3-газораспределительная решетка 
 

 
 
 

     Полые форсуночные скрубберы широко используются для очистки газов от достаточно крупных частиц и в качестве аппарата предварительной очистки и охлаждения (кондиционирования) газов. 

Разработаны полые мокрые газоочистители, в которых орошающая жидкость регенерируется и вновь подается в аппарат [11] (рис.10)

Рис 10. Скруббер с регенерацией орошающей жидкости:

1- ороситель,  2-корпус, 3 - фильтрующая решетка, 4 - сборник

Шлама, 5 - фильтрующая кассета, 6 - сборник осветленной жидкости,

7 - насос. 

 

    На  рис. 11 приведена схема скруббера с механической очисткой стенок. В нем  имеется шнек, закрепленный на перфорированном трубопроводе. Витки шнека выполнены в виде щетки из гибких нитей. [11]. 
 

Рис.11 Скруббер с механической очисткой стенок. 

     Скрубберы с насадкой по конструкции схожи  с полыми скрубберами и отличаются тем, что внутри корпуса помещена насадка из кусковых материалов ( кокса, кварца и др.), деревянных реек ( хордовая насадка), керамических или фарфоровых колеи разных диаметров и т .д.

     Насадочные  скрубберы особенно целесообразно  применять при улавливании пыли с одновременной абсорбцией. В пылеулавливании нашли в основном применение противоточные скрубберы (рис. 12), хотя используются конструкции и с поперечным орошением газов жидкостью (рис. 13). Для обеспечения полного смачивания поверхности насадки последняя наклонена на 7 ... 10° к направлению газового потока. Первые (по ходу газов) слои насадки орошаются более интенсивно для предотвращения образования отложений. [25], [1], [13]. 

 
              

 
              

 
              Рис: 12. Противоточный посадочный скруббер: 1 - оросительное устройство, 2 – насадка, 3 – корпус, 4 - опорная решетка.

Рис. 13. Посадочный и скруббер с поперечным орошением:

1 - оросительное  устройство, 2 – насадка, 3 – корпус, 4 - шламосборник. 

     В противоточных насадочных скрубберах скорость газов обычно составляет 1,5 ... 2,0м/с.

     В скрубберах обоих типов степень  улавливания пыли растет с повышением интенсивности орошения и увеличением содержания пыли в газах на входе в аппарат. Дисперсность пыли также оказывает влияние на степень очистки. Практически частицы размером 2 ...5 мкм удаляются примерно на 70 %, более крупная пыль на 80 ... 90%.

     Гидравлическое  сопротивление скрубберов зависит  от наличия и типа насадки, условий работы и т.д. Оно может достигать 1500 Па [17].

     Между полыми и насадочными скрубберами  есть отличие в способе подачи орошающей жидкости. В полых скрубберах, где капли жидкости играют главную роль в процессе пылеулавливания, применяются форсунки, работающие под высоким давлением. Их задача - создать тонкораспыленный факел жидкости. В насадочных скрубберах требуется равномерное орошение по всему сечению аппарата, что является сложной задачей, особенно в аппаратах с большей площадью орошения[19]. 

  Главный дефект скруббера Вентури — большой расход энергии по преодолению высокого гидравлического сопротивления, которое в зависимости от скорости газа в горловине может составлять 0,002-0,013 МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностью в эксплуатации, управление им сложное.

  Основной  недостаток всех методов мокрой очистки газов от аэрозолей — это образование больших объемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т. е. из атмосферы в водоемы.

  Электростатическая  очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц [31]. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25–100 кВ

  На  рис. 14 приведены идеальные кривые зависимости степени улавливания аэрозолей в электрофильтре от размеров частиц. Кривые на этом рисунке отвечают разным значениям произведения рЕЕ_О , где р — коэффициент, для непроводящих частиц р = 1,5¸2, для проводящих частиц р=3; Е — напряженность электрического поля; e_О – критическое значение напряженности поля. Фактическая зависимость степени улавливания аэрозолей h от диаметра частиц d для промышленных электрофильтров определяется экспериментально. Очистка осложнена прилипанием частиц к электроду, аномальным (пониженным) сопротивлением слоя пыли на электродах и др. 
 
 

   Рис. 14 
 
 

  При очистке от пыли сухих газов электрофильтры могут работать в широком диапазоне температур (от 20 до 500 °С) и давлений. Их гидравлическое сопротивление невелико – 100-150 Па. Степень очистки от аэрозолей – выше 90, достигая 99,9% на многопольных электрофильтрах при d > 1 мкм. Недостаток этого метода – большие затраты средств на сооружение и содержание очистных установок и значительный расход энергии на создание электрического поля. Расход электроэнергии на электростатическую очистку – 0,1-0,5 кВт на 1000 м³ очищаемого газа[43]. 

2.ОЧИСТКА ДОМЕННОГО ГАЗА

Доменный  газ, содержащий до 35 % горючих компонентов  и 50-60 г/м куб. пыли при работе печи с повышенным давлением на колошнике (и 15-20 г/м куб. - с нормальным давлением), должен быть очищен от пыли перед его отправкой потребителям - на коксовые батареи, на горелки доменных воздухонагревателей и др. - до достижения концентрации пыли не выше 10 мг/м куб. Для очистки газа до столь низких концентраций пыли на металлургических заводах применяют многоступенчатые комбинированные схемы