Мокрый скруббер

Термин «мокрый скруббер» описывает множество устройств, которые удаляют загрязняющие вещества из печи дымовых газов или из других газовых потоков. В мокром скруббере поток загрязненного газа вводится в контакт с очищающей жидкостью путем распыления на него жидкости, проталкивания его через резервуар с жидкостью или каким-либо другим методом контакта для удаления загрязняющих веществ.

Мокрые скрубберы улавливают относительно мелкие пыли частицы с помощью крупных капель жидкости. В большинстве систем мокрой очистки образующиеся капли обычно имеют размер более 50 микрометров (в диапазоне от 150 до 500 микрометров). Для сравнения: диаметр человеческого волоса составляет от 50 до 100 микрометров. Распределение частиц по размерам, подлежащих сбору, зависит от источника.

Например, частицы, полученные механическим способом (дробление или измельчение), обычно имеют большие размеры (более 10 микрометров); тогда как частицы, образующиеся в результате сгорания или химической реакции, будут содержать значительную часть мелких (менее 5 микрометров) и субмикрометровых частиц.

Частицы наиболее критического размера находятся в диапазоне от 0,1 до 0,5 микрометра, поскольку их труднее всего собирать мокрыми скрубберами.

Дизайн

См. Также: Сбор частиц в мокрых скрубберах.

Конструкция скруббера Вентури . Туманоуловитель для скруббера Вентури часто представляет собой отдельное устройство, называемое циклонным сепаратором.

Конструкция башни с уплотненной станиной, в которой туманоуловитель встроен в верхнюю часть конструкции. Существуют различные конструкции башен.

Конструкция мокрых скрубберов или любого другого устройства для контроля загрязнения воздуха зависит от условий промышленного процесса и характера загрязняющих веществ. Характеристики входного газа и свойства пыли (при наличии частиц ) имеют первостепенное значение. Скрубберы могут быть предназначены для сбора твердых частиц и/или газообразных загрязняющих веществ. Универсальность мокрых скрубберов позволяет создавать множество конфигураций, каждая из которых предназначена для обеспечения хорошего контакта между потоком жидкости и загрязненного газа.

Мокрые скрубберы удаляют частицы пыли, улавливая их каплями жидкости. Затем капли собираются, жидкость растворяет или поглощает загрязняющие газы. Любые капли, находящиеся во входном газе скруббера, должны быть отделены от потока выходного газа с помощью другого устройства, называемого туманоуловителем или уносящим сепаратором (эти термины взаимозаменяемы). Кроме того, полученная промывная жидкость должна быть обработана перед окончательным сбросом или повторным использованием на установке.

Способность мокрого скруббера собирать мелкие частицы часто прямо пропорциональна потребляемой мощности скруббера. Устройства с низким энергопотреблением, такие как распылительные башни, используются для сбора частиц размером более 5 микрометров. Для достижения высокой эффективности удаления частиц размером 1 микрометр (или меньше) обычно требуются высокоэнергетические устройства, такие как скрубберы Вентури, или дополнительные устройства, такие как конденсационные скрубберы. Кроме того, для достижения высокой эффективности удаления важно правильно спроектировать и эксплуатировать сепаратор уноса или туманоуловитель. Чем больше капель жидкости, не уловленных туманоуловителем, тем выше потенциальные уровни выбросов.

Мокрые скрубберы, удаляющие газообразные загрязняющие вещества, называются поглотителями . Хороший контакт газа с жидкостью необходим для достижения высокой эффективности удаления в абсорберах. Для удаления газообразных загрязняющих веществ используются различные конструкции мокрых скрубберов, насадочная колонна и пластинчатая наиболее распространенными из которых являются колонна.

Если газовый поток содержит как твердые частицы, так и газы, мокрые скрубберы, как правило, являются единственным устройством контроля загрязнения воздуха, которое может удалять оба загрязняющих вещества. Мокрые скрубберы могут обеспечить высокую эффективность удаления частиц или газов, а в некоторых случаях могут обеспечить высокую эффективность удаления обоих загрязняющих веществ в одной и той же системе. Однако во многих случаях лучшие условия для улавливания частиц являются наихудшими для удаления газов.

В общем, для достижения высокой эффективности одновременного удаления газа и твердых частиц требуется, чтобы один из них легко собирался (т. е. чтобы газы были хорошо растворимы в жидкости или чтобы частицы были большими и легко улавливались) или путем использования промывочного реагента. например, известь или гидроксид натрия .

«Очищенные» газы обычно пропускаются через туманоуловитель (демистерные подушки) для удаления капель воды из газового потока. Грязная вода из системы скруббера либо очищается и сбрасывается, либо возвращается в скруббер. Пыль удаляется из скруббера в осветлителе или в резервуаре с тяговой цепью. В обеих системах твердый материал оседает на дно резервуара. Система скребкового цепного конвейера удаляет осадок и откладывает его в мусорный контейнер или отвал.

Капельное производство

Капли производят несколькими способами:

1. Впрыск жидкости под высоким давлением через специально разработанные форсунки.
2. Аспирация потока газа, содержащего частицы, через резервуар с жидкостью
3. Погружение вращающегося ротора в ванну с жидкостью.

Эти капли собирают частицы, используя один или несколько механизмов сбора, таких как удар, прямой перехват, диффузия , электростатическое притяжение , конденсация , центробежная сила и гравитация . Однако воздействие и диффузия основными из них являются .

Воздействие

Рисунок 1 – Воздействие

В системе мокрой очистки частицы пыли будут стремиться следовать за потоком выхлопных газов . Однако когда капли жидкости попадают в поток выхлопных газов, частицы не всегда могут следовать этим линиям тока, поскольку они расходятся вокруг капли (рис. 1). Масса частицы заставляет ее отрываться от линий тока и ударяться о каплю.

Удар увеличивается по мере увеличения диаметра частицы и увеличения относительной скорости между частицей и каплями. По мере того, как частицы становятся крупнее, они с меньшей вероятностью будут следовать за линиями потока газа вокруг капель. Кроме того, поскольку частицы движутся быстрее относительно капли жидкости, увеличивается вероятность того, что частица столкнется с каплей. Удар является преобладающим механизмом улавливания для скрубберов, в которых скорость газового потока превышает 0,3 м/с (1 фут/с) ( Perry 1973 ).

Большинство скрубберов работают при скоростях потока газа значительно выше 0,3 м/с. Следовательно, при таких скоростях частицы диаметром более 1,0 мкм собираются этим механизмом. Удар также увеличивается по мере уменьшения размера капли жидкости, поскольку наличие большего количества капель внутри сосуда увеличивает вероятность того, что частицы будут ударяться о капли.

Диффузия

Рисунок 2 – Диффузия

Очень мелкие частицы (диаметром менее 0,1 мкм) испытывают хаотическое движение в потоке выхлопных газов. Эти частицы настолько малы, что сталкиваются с молекулами газа при движении в потоке выхлопных газов. Это столкновение, или бомбардировка, заставляет их сначала беспорядочно перемещаться в одну сторону, а затем в другую или диффундировать через газ. Это неравномерное движение может привести к столкновению частиц с каплей и их скоплению (рис. 2). По этой причине диффузия является основным механизмом улавливания в мокрых скрубберах частиц размером менее 0,1 мкм.

Скорость диффузии зависит от следующих факторов:

1. Относительная скорость между частицей и каплей
2. Диаметр частиц
3. Диаметр капли жидкости.

Как при ударе, так и при диффузии эффективность сбора увеличивается с увеличением относительной скорости (вход под давлением жидкости или газа) и уменьшением размера капель жидкости.

Рисунок 3 – Гипотетическая кривая, иллюстрирующая взаимосвязь между размером частиц и эффективностью улавливания для типичного скруббера мокрой очистки.

Однако сбор за счет диффузии увеличивается по мере уменьшения размера частиц. Этот механизм позволяет некоторым скрубберам эффективно удалять очень мелкие частицы (менее 0,1 мкм).

В диапазоне размеров частиц примерно от 0,1 до 1,0 мкм ни один из этих двух механизмов сбора (удар или диффузия) не доминирует. Эта связь проиллюстрирована на рисунке 3.

Другие механизмы сбора

В последние годы некоторые производители скрубберов использовали другие механизмы сбора, такие как электростатическое притяжение и конденсация, для улучшения сбора частиц без увеличения энергопотребления.

При электростатическом притяжении частицы захватываются, сначала создавая на них заряд. Затем заряженные частицы либо притягиваются друг к другу, образуя более крупные частицы, которые легче собирать, либо собираются на поверхности.

Конденсация водяного пара на частицах способствует сбору за счет придания частицам массы. Другие механизмы, такие как гравитация , центробежная сила и прямой перехват, незначительно влияют на сбор частиц.

Преимущества и недостатки

Для контроля твердых частиц мокрые скрубберы (также называемые мокрыми коллекторами) сравниваются с тканевыми фильтрами и электростатическими осадителями (ESP). Некоторые преимущества мокрых скрубберов перед этими устройствами заключаются в следующем:

• Мокрые скрубберы способны выдерживать высокие температуры и влажность .
• В мокрых скрубберах дымовые газы охлаждаются, что приводит к уменьшению габаритов оборудования.
• Мокрые скрубберы могут удалять как газы, так и твердые частицы.
• Мокрые скрубберы могут нейтрализовать агрессивные газы

Некоторые недостатки мокрых скрубберов включают коррозию, необходимость отделения уноса или удаления тумана для достижения высокой эффективности, а также необходимость очистки или повторного использования отработанной жидкости.

Мокрые скрубберы используются в различных отраслях промышленности, таких как кислотные заводы , заводы по производству удобрений , сталелитейные заводы , асфальтовые заводы и крупные электростанции .

Относительные преимущества и недостатки мокрых скрубберов по сравнению с другими устройствами управления.

Преимущества

Недостатки

Небольшие требования к пространству: Скрубберы снижают температуру и объем потока ненасыщенных выхлопных газов. Поэтому размеры резервуаров, включая вентиляторы и выходные каналы, меньше, чем у других устройств управления. Меньшие размеры приводят к снижению капитальных затрат и большей гибкости при выборе места установки скруббера. Отсутствие вторичных источников пыли: после сбора твердых частиц они не могут выйти из бункеров или во время транспортировки. Работает с потоками газа с высокой температурой и высокой влажностью: не может возникнуть никаких температурных ограничений или проблем с конденсацией, как в рукавных камерах или ЭЦН. Минимальная опасность пожара и взрыва: Различные виды сухой пыли легко воспламеняются. Использование воды исключает возможность взрывов. Способность собирать как газы, так и твердые частицы.

Проблемы коррозии: вода и растворенные загрязняющие вещества могут образовывать сильнокоррозионные кислотные растворы. Правильные строительные материалы очень важны. Кроме того, участки раздела «влажно-сухие» могут привести к коррозии. Высокие требования к мощности: высокая эффективность улавливания твердых частиц достижима только при высоких перепадах давления, что приводит к высоким эксплуатационным расходам. загрязнения воды Проблемы : золоотстойники , пруды-отстойники или осветлители могут потребоваться для соблюдения норм по очистке сточных вод . Сложная регенерация продукта: обезвоживание и сушка осадка скруббера делают извлечение любой пыли для повторного использования очень дорогим и трудным.

Компоненты

Некоторые компоненты, характерные для процесса влажной очистки, включают:

• скруббер Вентури
• распылительная камера/башня
• циклонный скребок с распылением
• упакованная кровать
• эжекторный скруббер Вентури

Система может включать один или несколько из этих компонентов в дополнение к различным вспомогательным компонентам, таким как:

• воздуховодов и вентиляторов Система
• Камера насыщения (опция)
• Сепаратор уноса или туманоуловитель
• Насос (и возможная система рециркуляции)
• Система очистки и/или повторного использования отработанной промывочной жидкости
• Выхлопная труба

Типичный процесс влажной очистки можно описать следующим образом:

• Горячий дымовой газ из печи поступает в сатуратор (если он имеется), где газы охлаждаются и увлажняются перед попаданием в зону очистки. Сатуратор удаляет небольшой процент твердых частиц, присутствующих в дымовых газах.
• Затем газ поступает в скруббер Вентури , где удаляется примерно половина газов. Скрубберы Вентури имеют минимальную эффективность удаления частиц 95%.
• Газ проходит через второй скруббер, абсорбер с насадочным слоем , где собираются остальные газы (и твердые частицы).
• Сепаратор уноса или туманоуловитель удаляет любые капли жидкости, которые могли попасть в дымовой газ.
• Рециркуляционный насос перемещает часть отработанной промывочной жидкости обратно в скруббер Вентури, где она перерабатывается, а оставшаяся часть отправляется в систему очистки .
• Очищенная промывная жидкость возвращается обратно в сатуратор и абсорбер с насадочным слоем .
• Вентиляторы и воздуховоды перемещают поток дымовых газов через систему и в конечном итоге наружу из дымовой трубы .

Категоризация

По конфигурации

Мокрые скрубберы можно разделить на категории по способу контакта газовой и жидкой фаз. Скрубберы предназначены для использования мощности или энергии потока газа или потока жидкости или какого-либо другого метода для приведения потока загрязняющего газа в контакт с жидкостью. Эти категории приведены в таблице ниже.

Категории мокрых коллекторов по источникам энергии, используемым при контакте

Мокрый коллектор	Источник энергии, используемый для газожидкостного контакта.
Контактирование газовой фазы Контактирование жидкой фазы Мокрая пленка Комбинация Жидкая фаза и газовая фаза Механически управляемый	Газовый поток Жидкий поток Потоки жидкости и газа Источник энергии: Потоки жидкости и газа Ротор с механическим приводом

Существует большое разнообразие мокрых скрубберов; однако все они имеют одну из трех основных конфигураций:

1. Увлажнение газом. В процессе увлажнения газом мелкие частицы агломерируются , увеличивая их объем и облегчая сбор.

2. Газожидкостный контакт – это один из важнейших факторов, влияющих на эффективность сбора. Частица и капля вступают в контакт посредством четырех основных механизмов:

а) Инерционное столкновение. Когда капли воды попадают на путь потока запыленного газа, поток отделяется и обтекает их. Из-за инерции более крупные частицы пыли будут двигаться по прямому пути, ударяться о капли и инкапсулироваться.

б) Перехват. Более мелкие частицы, движущиеся в потоке газа, не ударяются непосредственно о капли, а задевают их и прилипают к ним.

в) Диффузия. Когда капли жидкости рассеиваются среди частиц пыли, частицы осаждаются на поверхности капель за счет броуновского движения или диффузии. Это основной механизм сбора субмикрометровых частиц пыли.

г) Образование зародышей конденсации. Если газ, проходящий через скруббер, охлаждается ниже точки росы, на частицах пыли происходит конденсация влаги. Увеличение размера частиц облегчает сбор.

3. Разделение газа и жидкости. Независимо от используемого контактного механизма необходимо удалить как можно больше жидкости и пыли. При контакте частицы пыли и капли воды объединяются, образуя агломераты. По мере увеличения агломератов они оседают в коллектор.

По энергии

Поскольку мокрые скрубберы сильно различаются по сложности и способу работы, разработать категории, в которые все они были бы четко вписаны, чрезвычайно сложно. на стороне газа Скрубберы для улавливания частиц обычно классифицируются по перепаду давления в системе. Падение давления на стороне газа относится к разнице давлений или падению давления , которое возникает, когда выхлопной газ проталкивается или втягивается через скруббер, независимо от давления, которое будет использоваться для перекачки или распыления жидкости в скруббер.

Мокрые скрубберы с распылительной башней можно классифицировать по перепаду давления следующим образом:

• Низкоэнергетические скрубберы (водомер от 0,5 до 2,5 дюймов - от 124,4 до 621,9 Па)
• Скрубберы низкой и средней мощности (водомер от 2,5 до 6 дюймов – от 0,622 до 1,493 кПа)
• Скрубберы средней и высокой энергии (водомер от 6 до 15 дюймов - от 1,493 до 3,731 кПа)
• Высокоэнергетические скрубберы (водомер более 15 дюймов – более 3,731 кПа)

Однако большинство скрубберов работают в широком диапазоне перепадов давления , в зависимости от их конкретного применения, что затрудняет классификацию этого типа.

Из-за большого количества доступных коммерческих скрубберов здесь невозможно описать каждый отдельный тип. Однако в следующих разделах приведены примеры типичных скрубберов в каждой категории.

Низкоэнергетические скрубберы

В простом скруббере с гравитационным распылением капли жидкости, образованные жидкостью, распыленной в распылительных форсунках, падают через поднимающиеся выхлопные газы. Грязная вода сливается снизу.

Эти скрубберы работают при перепаде давления от 1 до 2 дюймов водяного столба (от ¼ до ½ кПа) и имеют эффективность примерно 70% при удалении частиц размером 10 мкм. Их эффективность низкая ниже 10 мкм. Однако они способны обрабатывать относительно высокие концентрации пыли, не засоряясь.

Скрубберы с низким и средним энергопотреблением

Влажные циклоны используют центробежную силу для вращения частиц пыли (аналогично циклону) и выбрасывают частицы на смоченные стенки коллектора. Вода, подаваемая сверху для смачивания стенок циклона, уносит эти частицы. Смоченные стены также предотвращают повторный унос пыли.

Перепады давления в этих коллекторах варьируются от 2 до 8 дюймов водяного столба (от ½ до 2 кПа), а эффективность улавливания является хорошей для частиц размером 5 мкм и выше.

Высокоэнергетические скрубберы

Скрубберы с насадочным слоем состоят из слоев насадочных элементов, таких как кокс, щебень, кольца, седла или другие промышленные элементы. Насадка разбивает поток жидкости на пленку большой площади, благодаря чему потоки запыленного газа, проходящие через слой, достигают максимального контакта с пленкой жидкости и осаждаются на поверхностях элементов насадки. Эти скрубберы имеют хорошую эффективность сбора вдыхаемой пыли.

Три типа скрубберов с насадочным слоем:

• Скрубберы поперечного потока
• Прямоточные скрубберы
• с противотоком Скрубберы

Эффективность можно значительно повысить за счет минимизации размера мишени, т. е. использования проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,003 дюйма (0,076 мм) и увеличения скорости газа до более чем 1800 футов/мин (9,14 м/с).

Высокоэнергетические скрубберы

Скрубберы Вентури состоят из впускного отверстия и сепаратора в форме Вентури. Скруббер Вентури с запыленными газами поступает через трубку Вентури и разгоняется до скорости от 12 000 до 36 000 футов/мин (60,97–182,83 м/с). Эти высокие скорости газа немедленно распыляют грубую струю воды, которая впрыскивается радиально в горловину Вентури, на мелкие капли. Высокая энергия и сильная турбулентность способствуют столкновению капель воды и частиц пыли в горловине. Процесс агломерации частиц и капель продолжается в расширяющейся части трубки Вентури. Крупные агломераты, образовавшиеся в трубке Вентури, затем удаляются инерционным сепаратором.

Скрубберы Вентури обеспечивают очень высокую эффективность сбора вдыхаемой пыли. Поскольку эффективность скруббера Вентури зависит от перепада давления, некоторые производители поставляют трубку Вентури с регулируемым соплом для поддержания перепада давления при различных расходах газа.

По использованию

Другой способ классификации мокрых скрубберов - это их использование : в первую очередь они собирают твердые частицы или газообразные загрязняющие вещества. Опять же, это различие не всегда четкое, поскольку скрубберы часто можно использовать для удаления обоих типов загрязняющих веществ.

Материал изготовления и дизайн

Коррозия может быть основной проблемой, связанной с очистными системами химической промышленности. Армированный волокном пластик и двойные клавиши часто используются как наиболее надежные конструкционные материалы.

Библиография

*Бетеа, Р.М. 1978. Технология контроля загрязнения воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.

• Национальная ассоциация асфальтовых покрытий. 1978. Техническое обслуживание и эксплуатация выхлопных систем на заводе по производству горячих смесей. 2-е изд. Информационная серия 52.
• Перри, Дж. Х. (ред.). 1973. Справочник инженеров-химиков. 5-е изд. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл.
• Ричардс, младший, 1995. Контроль выбросов твердых частиц (курс APTI 413). Агентство по охране окружающей среды США.
• Ричардс, младший 1995. Контроль газовых выбросов. (Курс APTI 415). Агентство по охране окружающей среды США.
• Шиффтнер, КК, 1979 г., апрель. Эксплуатация и техническое обслуживание скруббера Вентури. Доклад представлен в Информационном центре экологических исследований Агентства по охране окружающей среды США. Атланта, Джорджия.
• Семрау, К.Т. 1977. Практическое проектирование скрубберов твердых частиц. Химическая инженерия. 84:87-91.
• Агентство по охране окружающей среды США. 1982, сентябрь. Методы контроля выбросов твердых частиц из стационарных источников. Том. 1. EPA 450/3-81-005а.
• Wechselblatt, PM 1975. Мокрые скрубберы (твердые частицы). В FL Cross и HE Hesketh (ред.), Справочник по эксплуатации и техническому обслуживанию оборудования для контроля загрязнения воздуха. Вестпорт: Техническое издательство.