Мокрый скруббер — мокрая очистка воздуха на производстве

Мокрый скруббер. Что такое скруббер, принципы работы скруббера.

Мокрый Скруббер — аппарат, предназначенный для очистки газа от различных примесей при помощи промывки газовой среды жидкостью (как правило, это вода).

Сферы применения данного устройства:

• Машиностроение;
• Химическая промышленность;
• Металлургия черная и цветная;
• Нефтедобыча и нефтехимическая промышленность;
• Угольная промышленность;
• Электростанции;
• Другие области промышленности, где возникает необходимость очистки газа от мелкодисперсного загрязнения.

Как работает мокрый скруббер?

В основе скруббера мокрой очистки — газовая среда в рабочей камере смешивается с водой или иной технической жидкостью, в результате капли воды обволакивают частицы пыли или другого загрязнения, после чего чистый газ уходит в атмосферу, а отработанная вода сливается из рабочей камеры.

Благодаря такому принципу действия, «мокрый скруббер» может очищать газ до 99%.

Основные части любого скруббера:

1. Рабочая камера различной формы (как правило, цилиндрической);
2. Форсунки для подачи воды;
3. Два патрубка — для подачи грязной и для выхода чистой газовой смеси;
4. Различные виды насадок (решетки, провальные тарелки и т.д.) — то, чем заполнен скруббер;
5. Отвод для слива отработанной жидкости — шлама.

Мокрый скруббер. Виды оборудования.

Скрубберы различаются по принципу работы — от этого зависят размеры и производительность скрубберов.

Основные типы скрубберов:

1. Центробежный (он же форсуночный);
2. Скруббер с насадкой;
3. Полый;
4. Скруббер Вентури;
5. Тарельчатый (который в свою очередь делится по принципу работы на пенный и барботажный).

Мокрый скруббер с насадкой

В корпусе такого газоочистителя устанавливаются специальные насадки, которые позволяют улучшить качество работы аппарата.

Применение насадок позволяет увеличить площадь контакта газа и очистительной жидкости, как следствие, качество очистки газовой среды у подобных устройств выше.

При этом, насадка увеличивает гидравлическое сопротивление газов. Кроме того, насадка быстро загрязняется, что ограничивает применение насадочного скруббера. Также применение насадок усложняет конструкцию, что делает разборку и ремонт более проблематичными.

Схема насадочного скруббера:

Мокрый Скруббер Вентури

Подобный тип газоочистителя представляет собой две конусообразные секции, соединенные узкой горловиной. Поток газа движется из верхней секции в нижнюю, встречая поток жидкости в горловине.

В основе работы эжекторного скруббера лежит уравнение Бернулли — с уменьшением поперечного сечения секции увеличивается скорость газа, достигая максимальной скорости в горловине, где, благодаря эффекту турбулентности, поток газа разбивает струю воды на множество мелких капель, которые улавливают мелкие частицы, тем самым очищая газ.

Недостатком подобного аппарата является быстрый износ стенок секций, которые постоянно подвергаются разрушительному воздействию газа на высокой скорости.

Схема скруббера Вентури

Мокрый скруббер полый

Такой вид аппарата представляет из себя полую емкость, с установленными внутри форсунками, через которые подается вода. Газовая смесь подается через патрубок внизу скруббера, проходит через водяную завесу и очищается. Чистый газ выходит через патрубок в верхней части емкости, а отработанная вода стекает в специальную емкость, после чего выводится в канализацию.

Схема полого скруббера

Мокрый скруббер тарельчатый

В подобном типе скруббера газ взаимодействует с жидкостью на горизонтально расположенных тарелках внутри полой емкости. При небольших пропускных скоростях (до 1 м/с), газовая смесь барботирует в виде пузырьков, при больших скоростях (до 2 м/с) начинает образовываться пена. Соответственно, тарельчатые скрубберы по принципу работы делятся на барботажные и пенные.

Схема тарельчатого скруббера

Барботажный скруббер мокрой очистки

В таких газоочистительных аппаратах газовая смесь проходит в виде пузырьков через пласт жидкости. Этот способ очистки эффективен против крупных частиц из-за большой площади контакта газа с очищающей жидкостью. Однако, недостатком такого агрегата является низкая производительность за счет ограничений скорости потока газа.

Схема барботажного скруббера

Пенные скрубберы

Разновидность тарелочного скруббера, в котором газ, взаимодействуя с очищающей жидкостью на провальных тарелках, образует пенный слой, который и улавливает загрязнение. Пенные скрубберы более эффективны, нежели барботажные за счет большей скорости потока газа.

Схема пенного скруббера:

Центробежные скрубберы ВТИ (Всесоюзного теплотехнического института)

Принцип работы этого аппарата следующий: газовая среда подается через наклонный патрубок внизу конструкции, форсунки в верхней части скруббера подают воду, которая образует пленку на стенках емкости. Эта пленка собирает загрязнение и вместе с ним стекает вниз в отстойник.

К преимуществам центробежного форсуночного скруббера относится высокая степень очистки (от 80 до 99%). К недостаткам относиться большой расход воды и быстрый износ стенок скруббера.

Схема центробежного скруббера

Расчет скруббера

Пример расчета для полого безнасадочного скруббера

1. Для начала необходимо составить уравнение теплового баланса, для которого в свою очередь необходимо знать исходные параметры, а именно:

• Начальная, а также конечная температура воды в °С (обозначаются в уравнении t′₂ и t»₂ соответственно);
• Расход сухого газа кг/с, обозначается G₁;
• Влагосодержание сухого воздуха, d, в г/кг, или же температура газа t′1, измеряется в °С;
• Энтальпия газа на входе в скруббер, в кДж/кг сухого воздуха, обозначается как I₁.

Итоговое уравнение изменения тепловой энергии выглядит как:

или же

Где

G₂ — это расход воды на охлаждение, измеряется в кг/с;

I₂ — это размер энтальпии воздуха на выходе из скруббера, измеряется в кДж/кг сухого воздуха;

При расчете низкотемпературных газожидкостных скрубберов Q_п (потери тепла в окружающую среду) можно пренебречь.

2. Приращение или убыль воды в ходе процесса тепло массообмена рассчитывается по формуле:

∆W = 0,001·G₁·(d₁ — d₂).

Теплообмен рассчитывается по формулам:

Q = k_υ·V_а·∆t·φ;

Q = α·F·V_а·∆t·φ,

Где

V_а — активная площадь аппарата, измеряется в м³;

∆t — температурный напор, измеряется в °С;

F — поверхность капель в объеме скруббера, измеряется в м²/м³;

φ — коэффициент несовершенства процесса тепло- и массообмена;

α — коэффициент теплообмена поверхности капли, измеряется в Вт/(м²·К);

k_υ— коэффициент теплообмена объема скруббера, измеряется в Вт/(м³·К);

3. Расчет диаметра скруббера осуществляется по формуле:

При этом показатель средней скорости потока газа w берется как константа и составляет 0,8-1,5 м/с.

Расчет форсунок

4. Расчет размеров капли воды или очищающей жидкости напрямую зависит от типа используемых форсунок, наиболее часто используемое давление — (5-10)*10⁵ Па или больше.

Формула расчета диаметра капли выглядит следующим образом:

Где

ψ — специальный коэффициент, который зависит от используемой жидкости (так для воды равен 2,5 при σ = 0,073 Н/м);

σ_ж — поверхностное натяжение, измеряется в Н/м;

w_c — скорость выхода жидкости из форсунки, измеряется в м/с, среднее значение 75-150 м/с;

ρ_г — плотность газовой среды, измеряется в кг/м³.

5. Производительность форсунки рассчитывается по формуле:

Где

f_ф — размер сечения форсунки, измеряется в см²;

u_p — коэффициент расхода (может быть от 0,6 до 0,75)

P — давление жидкости в форсунке, измеряется в Па.

6. Количество форсунок рассчитывается по следующей формуле:

n_ф = G₂/ V_ф

Где G₂ — это расход воды, а V_ф — это производительность отдельной форсунки.

6. Мощность, которая необходима для продувания газа через скруббер рассчитывается по формуле:

Где

∆р_г — сопротивление аппарата, которое рассчитывается опытным путем, измеряется в Н/м²;

φ₁ — коэффициент запаса, составляет 1,05 — 1,15.

Мокрый скруббер. Технические характеристики.

Основные технические характеристики скруббера:

1. Пропускная способность скруббера — количество загрязненного газа, которое скруббер может обработать за единицу времени, измеряется в м³/час.
2. Тип загрязнения — то вещество, от которого скруббер очищает газ (сажа, отходы от сжигания ТБО, пыль и т.д.)
3. Допустимый уровень загрязнения газа — количество примесей в единице очищаемого газа, измеряется в г/м³.
4. Эффективность очистки газа от загрязнения в % или же в концентрации примесей на выходе.
5. Расход воды на очистку в час, м³.
6. Физические характеристики — масса, габариты.

Мокрый скруббер входит в справочник наилучших доступных технологий (НДТ (22 раздел) Очистка вредных выбросов). ПОДОБРАТЬ СКРУББЕР

ВСЕ ВИДЫ СКРУББЕРОВ