Термин «мокрый скруббер» описывает ряд устройств, которые удаляют загрязняющие вещества из дымового газа печи или из других газовых потоков. В мокром скруббере загрязненный газовый поток вступает в контакт с очищающей жидкостью, распыляя ее, проталкивая через бассейн с жидкостью или каким-либо другим методом контакта, чтобы удалить загрязняющие вещества.
Мокрые скрубберы улавливают относительно мелкие частицы пыли с помощью крупных капель жидкости мокрого скруббера. В большинстве систем мокрой очистки капли, как правило, больше 50 микрометров (в диапазоне от 150 до 500 микрометров). Для справки, диаметр человеческого волоса составляет от 50 до 100 микрометров. Распределение размеров собираемых частиц зависит от источника.
Например, частицы, полученные механическим путем (дроблением или измельчением), как правило, крупные (более 10 микрометров); в то время как частицы, полученные в результате сгорания или химической реакции, будут содержать значительную долю мелких (менее 5 микрометров) и субмикрометровых частиц.
Наиболее критическими размерами являются частицы размером от 0,1 до 0,5 микрометра, поскольку их труднее всего собирать мокрым скрубберам.
Конструкция мокрых скрубберов или любого устройства контроля загрязнения воздуха зависит от условий промышленного процесса и природы загрязняющих воздух веществ. Характеристики входящего газа и свойства пыли (если присутствуют частицы ) имеют первостепенное значение. Скрубберы могут быть спроектированы для сбора твердых частиц и/или газообразных загрязняющих веществ. Универсальность мокрых скрубберов позволяет строить их в многочисленных конфигурациях, все из которых разработаны для обеспечения хорошего контакта между жидкостью и потоком загрязненного газа.
Мокрые скрубберы удаляют частицы пыли, захватывая их в капли жидкости. Затем капли собираются, жидкость растворяет или поглощает загрязняющие газы. Любые капли, которые находятся во входящем газе скруббера, должны быть отделены от выходного газового потока с помощью другого устройства, называемого каплеуловителем или сепаратором -уносителем (эти термины взаимозаменяемы). Кроме того, полученная скрубберная жидкость должна быть обработана перед любым окончательным сбросом или повторным использованием на заводе.
Способность мокрого скруббера собирать мелкие частицы часто прямо пропорциональна мощности, подводимой к скрубберу. Для сбора частиц размером более 5 микрометров используются низкоэнергетические устройства, такие как распылительные башни . Для получения высокоэффективного удаления частиц размером 1 микрометр (или меньше) обычно требуются высокоэнергетические устройства, такие как скрубберы Вентури или расширенные устройства, такие как конденсационные скрубберы. Кроме того, для достижения высокой эффективности удаления важен правильно спроектированный и эксплуатируемый сепаратор уноса или туманоуловитель. Чем больше количество капель жидкости, которые не улавливаются туманоуловителем, тем выше потенциальные уровни выбросов.
Мокрые скрубберы, удаляющие газообразные загрязняющие вещества, называются абсорберами . Хороший контакт газа с жидкостью необходим для получения высокой эффективности удаления в абсорберах. Для удаления газообразных загрязняющих веществ используются различные конструкции мокрых скрубберов, наиболее распространенными из которых являются насадочная башня и пластинчатая башня.
Если поток газа 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 достигать высокой эффективности удаления как частиц, так и газов, а в некоторых случаях могут достигать высокой эффективности удаления обоих загрязняющих веществ в одной и той же системе. Однако во многих случаях наилучшие рабочие условия для сбора частиц являются наихудшими для удаления газа.
В целом, для достижения высокой эффективности одновременного удаления газов и твердых частиц необходимо, чтобы один из них легко улавливался (т. е. чтобы газы хорошо растворялись в жидкости или чтобы частицы были крупными и легко улавливались), или использовать очищающий реагент, такой как известь или гидроксид натрия .
«Очищенные» газы обычно пропускаются через туманоуловитель (демистерные прокладки) 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 осветлительной установке или в резервуаре скребковой цепи. В обеих системах твердый материал оседает на дне резервуара. Система скребкового цепного конвейера удаляет шлам и откладывает его в мусорный контейнер или отвал.
Капли производятся несколькими способами:
Эти капли собирают частицы, используя один или несколько из нескольких механизмов сбора, таких как столкновение, прямой перехват, диффузия , электростатическое притяжение , конденсация , центробежная сила и гравитация . Однако столкновение и диффузия являются основными.
В системе мокрой очистки частицы пыли будут стремиться следовать линиям потока выхлопных газов . Однако, когда капли жидкости попадают в поток выхлопных газов, частицы не всегда могут следовать этим линиям потока, поскольку они расходятся вокруг капли (рисунок 1). Масса частицы заставляет ее отрываться от линий потока и ударяться или попадать в каплю.
Удар увеличивается с увеличением диаметра частицы и с увеличением относительной скорости между частицей и каплями. По мере того, как частицы становятся больше, они с меньшей вероятностью будут следовать за газовыми потоками вокруг капель. Кроме того, поскольку частицы движутся быстрее относительно капли жидкости, существует большая вероятность того, что частица ударится о каплю. Удар является преобладающим механизмом сбора для скрубберов, имеющих скорость потока газа более 0,3 м/с (1 фут/с) ( Perry 1973 ).
Большинство скрубберов работают со скоростями газового потока значительно выше 0,3 м/с. Поэтому при этих 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.
Очень мелкие частицы (диаметром менее 0,1 мкм) хаотично перемещаются в потоке выхлопных газов. Эти частицы настолько малы, что при движении в потоке выхлопных газов они сталкиваются с молекулами газа. Это столкновение или бомбардировка заставляет их сначала двигаться в одну сторону, а затем в другую случайным образом или диффундировать через газ. Это нерегулярное движение может привести к столкновению частиц с каплей и их сбору (рисунок 2). По этой причине диффузия является основным механизмом сбора в мокрых скрубберах для частиц размером менее 0,1 мкм.
Скорость диффузии зависит от следующего:
Как при ударе, так и при диффузии эффективность улавливания возрастает с увеличением относительной скорости (входного давления жидкости или газа) и уменьшением размера капель жидкости.
Однако сбор диффузией увеличивается по мере уменьшения размера частиц. Этот механизм позволяет некоторым скрубберам эффективно удалять очень мелкие частицы (менее 0,1 мкм).
В диапазоне размеров частиц приблизительно от 0,1 до 1,0 мкм ни один из этих двух механизмов сбора (удар или диффузия) не доминирует. Эта взаимосвязь проиллюстрирована на рисунке 3.
В последние годы некоторые производители скрубберов используют другие механизмы улавливания, такие как электростатическое притяжение и конденсация, для улучшения улавливания частиц без увеличения энергопотребления.
При электростатическом притяжении частицы захватываются путем предварительного наведения на них заряда. Затем заряженные частицы либо притягиваются друг к другу, образуя более крупные, более легкие для сбора частицы, либо собираются на поверхности.
Конденсация водяного пара на частицах способствует сбору путем добавления массы к частицам. Другие механизмы, такие как гравитация , центробежная сила и прямое перехватывание, незначительно влияют на сбор частиц. [1]
Для контроля частиц мокрые скрубберы (также называемые мокрыми коллекторами) оцениваются по сравнению с тканевыми фильтрами и электрофильтрами (ЭСП). Некоторые преимущества мокрых скрубберов по сравнению с этими устройствами следующие:
К недостаткам мокрых скрубберов относятся коррозия, 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 заводы по производству кислот, удобрений , сталелитейные заводы , асфальтовые заводы и крупные электростанции .
Некоторые компоненты, характерные для процесса мокрой очистки, включают в себя:
Система может включать один или несколько из этих компонентов в дополнение к различным вспомогательным компонентам, таким как:
Типичный процесс мокрой очистки можно описать следующим образом:
Мокрые скрубберы можно классифицировать по способу, которым вступают в контакт газовая и жидкая фазы. Скрубберы предназначены для использования мощности или энергии из газового потока или жидкого потока, или какого-либо другого метода для приведения загрязняющего газового потока в контакт с жидкостью. Эти категории приведены в таблице ниже. [2]
Существует большое разнообразие мокрых скрубберов, однако все они имеют одну из трех основных конфигураций:
1. Увлажнение газа. Процесс увлажнения газа агломерирует мелкие частицы, увеличивая их объем и облегчая сбор.
2. Контакт газ-жидкость - Это один из важнейших факторов, влияющих на эффективность сбора. Частица и капля вступают в контакт посредством четырех основных механизмов:
3. Газожидкостное разделение - Независимо от используемого механизма контакта, необходимо удалить как можно больше жидкости и пыли. После контакта частицы пыли и капли воды объединяются, образуя агломераты. По мере увеличения агломератов они оседают в коллекторе.
Поскольку мокрые скрубберы сильно различаются по сложности и методу работы, разработка категорий, в которые все они аккуратно вписываются, чрезвычайно трудна. Скрубберы для сбора частиц обычно классифицируются по перепаду давления на стороне газа системы. Перепад давления на стороне газа относится к разнице давления или падению давления , которое происходит, когда отработанный газ проталкивается или протягивается через скруббер, без учета давления, которое будет использоваться для перекачивания или распыления жидкости в скруббер.
Мокрые скрубберы с распылительной башней можно классифицировать по перепаду давления следующим образом:
Однако большинство скрубберов работают в широком диапазоне перепадов давления в зависимости от их конкретного применения, что затрудняет такую категоризацию.
Из-за большого количества коммерческих скрубберов, доступных здесь, невозможно описать каждый отдельный тип. Тем не менее, в следующих разделах приведены примеры типичных скрубберов в каждой категории.
В простом скруббере с гравитационным распылением капли жидкости, образующиеся при распылении жидкости в распылительных форсунках, падают через поднимающиеся выхлопные газы. Грязная вода сливается снизу.
Эти скрубберы работали при перепадах давления от 1 до 2 дюймов водяного столба (от ¼ до ½ кПа) и были примерно на 70% эффективны для частиц размером 10 мкм. Их эффективность была низкой ниже 10 мкм. Однако они способны очищать относительно высокие концентрации пыли, не засоряясь.
Мокрые циклоны используют центробежную силу для вращения частиц пыли (подобно циклону) и отбрасывают частицы на смоченные стенки коллектора. Вода, подаваемая сверху для смачивания стенок циклона, уносит эти частицы. Смоченные стенки также предотвращают вторичный захват пыли.
Перепады давления для этих коллекторов составляют от 2 до 8 дюймов вод. ст. (от ½ до 2 кПа), а эффективность сбора хорошая для частиц размером 5 мкм и более.
Скрубберы с насадочным слоем состоят из слоев насадочных элементов, таких как кокс, щебень, кольца, седла или другие изготовленные элементы. Насадка разбивает поток жидкости на пленку с большой площадью поверхности, так что пылевые потоки газа, проходящие через слой, достигают максимального контакта с жидкой пленкой и оседают на поверхностях насадочных элементов. Эти скрубберы имеют хорошую эффективность сбора вдыхаемой пыли.
Существует три типа скрубберов с насадочным слоем:
Эффективность можно значительно повысить, уменьшив размер цели, например, используя проволоку из нержавеющей стали диаметром 0,003 дюйма (0,076 мм) и увеличив скорость газа до более чем 1800 футов/мин (9,14 м/с).
Скрубберы Вентури состоят из входного отверстия в форме Вентури и сепаратора. Газы, содержащие пыль, поступают в скруббер Вентури и разгоняются до скоростей 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 экстремальная турбулентность способствуют столкновению капель воды и частиц пыли в горловине. Процесс агломерации между частицей и каплей продолжается в расходящейся части Вентури. Затем крупные агломераты, образующиеся в Вентури, удаляются инерционным сепаратором.
Скрубберы Вентури достигают очень высокой эффективности сбора вдыхаемой пыли. Поскольку эффективность скруббера Вентури зависит от перепада давления, некоторые производители поставляют скруббер Вентури с переменным сечением для поддержания перепада давления при изменяющихся потоках газа.
Другой способ классификации мокрых скрубберов — по их использованию — в первую очередь для сбора либо твердых частиц , либо газообразных загрязняющих веществ. Опять же, это различие не всегда очевидно, поскольку скрубберы часто могут использоваться для удаления обоих типов загрязняющих веществ.
Коррозия может быть основной проблемой, связанной с системами очистки в химической промышленности. Армированный волокном пластик и двойные ключи часто используются как наиболее надежные материалы конструкции.