Типы пылеуловителей: виды, принципы работы, особенности

Определение и применение

Пылеуловители — это устройства, предназначенные для улавливания твердых или жидких частиц из потока газа.

В зависимости от свойств пыли, которую следует поймать, используются пылеуловители, работающие на различных физических принципах.

Так, для крупной и тяжелой пыли применяют инерционные пылеуловители, например циклоны.

Для мелкой и легкой пыли используют пылеуловители с тканевыми фильтрами или с электростатическим механизмом улавливания.

Для мелкой и слипающейся пыли лучше использовать мокрые пылеуловители.

Существует большое количество типов пылеуловителей, и для каждой задачи необходим правильный подбор аппарата не только по производительности и другим техническим критериям, но по изначальному принципу механизма пылеулавливания.

Основные виды пылеуловителей и их особенности

Циклон пылеуловитель

Изображение циклон пылеуловителя

Наиболее распространенный аппарат инерционной очистки газов. Циклоны применяются как самостоятельные аппараты, так и в качестве первой ступени очистки перед тканевыми или электрическими фильтрами. К достоинствам циклонов относят простоту конструкции, небольшие габаритные размеры. К недостаткам – низкую степень пылеулавливания для частиц мельче 5 — 10 микрон, наличие масштабного перехода – чем больше диаметр циклона, тем ниже его эффективность. Как правило, циклоны являются сухими пылеуловителями, но если на вход циклона или по внутреннему диаметру его корпуса подать воду, то такой циклон относят к мокрым пылеуловителям.  Подача воды в циклон позволяет немного повысить степень очистки газов, а также осуществлять отвод уловленной пыли в виде шламовой воды. Следует помнить, что мокрые пылеуловители нельзя использовать при отрицательных температурах.

Рукавные фильтры

Изображение рукавного фильтра

Такой тип пылеуловителей применяется для очистки газов от сухой неслипающейся пыли. В качестве фильтровального материала могут использоваться различные нетканые материалы из синтетических волокон. Улавливание пыли происходит на внешней поверхности рукавов, накопление пыли сопровождается увеличением гидравлического сопротивления пылеуловителя, поэтому требуется регулярная регенерация – обратная импульсная продувка рукавов или встряхивание. Принцип работы пылеуловителя не допускает эксплуатацию данного типа аппаратов в условиях, когда на рукавах возможно выпадение конденсата. Намокшая пыль не сбрасывается с рукавов и в ряде случаев цементируется.  Основные причины аварийного выхода из строя рукавных фильтров связаны с отказом системы регенерации и с обрывом рукавов.

Электрофильтры

Схема трубчатого электрофильтра для очистки газов

Аппараты, позволяющие добиться высокой степени очистки газов от пыли с мелким фракционным составом. Конструкция пылеуловителя достаточно громоздкая, так как принцип действия пылеуловителя основан на осаждении предварительно заряженных частиц пыли под влиянием электрического поля, при этом скорость потока газов должна быть низкой. Как правило, электрофильтры применяются в качестве последней, финишной ступени очистки газов, а в качестве первой ступени используются циклоны или скрубберы.

Скрубберы и мокрые пылеуловители

Схема принципа работы скруббера

Аппараты, как правило, работающие на инерционно-ударном механизме пылеулавливания с применением воды или водных растворов. Устройство пылеуловителей использующих воду достаточно разнообразно – существуют форсуночные, насадочные, скоростные, пенные и другие скрубберы. У каждого типа мокрого пылеуловителя есть свои особенности, но их объединяет общее ограничение – мокрые пылеуловители нельзя использовать для улавливания цементирующейся пыли и нельзя работать при отрицательных температурах газа.

Сравнение мокрого пылеуловителя «Вортэкс МВГ» с другими типами аппаратов мокрой газоочистки

Мокрый пылеуловитель «Вортэкс» МВГ вариант исполнения

Газопромыватель, гидрофильтр, скруббер – в техническом смысле это синонимы, обозначающие аппараты мокрой газоочистки.  У каждого типа мокрого газоочистного аппарата есть свои преимущества и свои недостатки. На наш взгляд, из всего многообразия аппаратов мокрой газоочистки только технология МВГ покрывает потребности 90% задач и при этом обладает неоспоримыми преимуществами.

Сравнение «Вортэкс МВГ» с другими мокрыми пылеуловителями

Пенные аппараты

Пенные аппараты в классическом исполнении одни из самых надежных и универсальных мокрых пылеуловителей. Самым важным элементом пенного аппарата является провальная решетка, на устройство и геометрию которой нет жестких стандартов. В результате, в качестве провальной решетки могут встречаться как приваренные параллельно арматурные прутки, так и стальные листы с отверстиями различной формы. Провальные решетки в виде перфорированных листов и прутков для стабильной работы на больших производительностях для равномерности слоя необходимо дооснащать стабилизационными решетками. В технологии МВГ, которая является вариантом пенного аппарата, в качестве провальной решетки используется запатентованная дисперсионная решетка со специальной 3Д-геометрией. Дисперсионная решетка в пенном аппарате:

  • Повышает эффективность очистки за счет формирования встречных вихрей;
  • Автоматически происходит турбулентная стабилизация пенного слоя, чем обеспечивается устойчивая работа аппарата на сколь угодно высоких производительностях;
  • Отсутствует абразивный износ или зарастание, что делает данную технологию одной из самых некапризных и надежных;
  • Позволяет стабильно работать аппарату при минимальном расходе воды любого качества.

Горизонтальный форсуночный скруббер

Схема работы горизонтального форсуночного скруббера
1-форсунки; 2-ударная решетка или слой насадки; 3- жалюзийный каплеуловитель; 4-емкость с раствором или водой; 5-насос.

Горизонтальный форсуночный скруббер в простом исполнении представляет собой орошаемый горизонтальный газоход, с установленными форсунками полного распыла. В продвинутом исполнении данный аппарат оснащается дополнительным каплеуловителем и форсунками тонкого распыла, расставленными с учетом равномерности поля орошения (иногда в несколько ярусов). Также устанавливается оборотный бак, система тонкой очистки воды, высоконапорный насос.

Несомненными преимуществами данной технологии по сравнению с МВГ являются:

  • Низкое гидродинамическое сопротивление (в основном каплеуловитель);
  • Низкая высота установки.

Недостатки:

  • Высокое требование к качеству воды, необходимость тщательной фильтрации подаваемой воды;
  • Наличие высоконапорного насоса;
  • Капризность форсунок – необходимость регулярной проверки и замены вышедших из строя;
  • Относительно низкая эффективность очистки от твердых частиц.

Несмотря на недостатки, горизонтальный форсуночный скруббер находит применение в системах, где  требуется хорошая абсорбция газообразных примесей, есть ограничения по высоте установки и нет возможности установить мощный напорный вентилятор. Например, вентиляция воздуха животноводческих ферм часто дооснощается горизонтальными форсуночными скрубберами.

Вертикальный форсуночный скруббер

Схема работы вертикального форсуночного скруббера
1-форсунки; 2-первый ярус орошения; 3-второй ярус орошения; 4-жалюзийный каплеуловитель; 5-насос; 6 –емкость с раствором или водой.

Вертикальный форсуночный скруббер также называют полым скруббером. Данная технология очистки известна давно, недостатки таких скрубберов, как и горизонтальных форсуночных скрубберов, приведены ниже:

  • Высокое требование к качеству воды, необходимость тщательной фильтрации подаваемой воды;
  • Наличие высоконапорного насоса;
  • Капризность форсунок – необходимость регулярной проверки и замены вышедших из строя;
  • Относительно низкая эффективность очистки от твердых частиц.

Преимущества полого скруббера:

  • Низкое гидравлическое сопротивление;
  • Повышенное время контакта фаз (при наличии нескольких ярусов орошения), что важно для некоторых химических задач.

Насадочный скруббер

Схема работы насадочного скруббера
1-форсунки; 2 – слой насыпной насадки; 3- система орошения насадки; 4 – жалюзийный каплеуловитель; 5-насос; 6-емкость с раствором или водой.

Насадочный скруббер изначально был разработан в качестве альтернативы полому скрубберу. Сложности с равномерным распылом жидкости и капризностью форсунок в полом скруббере привели к созданию менее требовательного к качеству распыла насадочного скруббера.

Однако, в процессе эксплуатации насадочного скруббера, часто происходят следующие негативные явления:

  • Вместо равномерного смачивания насадки по высоте происходит слияние жидкости в устойчивые струи и «русла» внутри насадки, поэтому существенная часть насадки остается сухой.
  • Насадка склонна забиваться пылью или зарастать иными отложениями.

По этим причинам, постепенно в процессе работы, насадочный скруббер снижает свою эффективность очистки и повышает гидравлическое сопротивление. Периодически насадку приходится «ворошить» или заменять на новую.

Также для насадочного скруббера диапазон эффективной очистки газа достаточно мал – при небольших скоростях газа не достигается необходимая эффективность, при высоких скоростях газа случается «подвисание» насадки.

Для ряда задач, в основном химического характера, связанных с абсорбцией вредных газов и требованием длительного временного контакта газ/жидкость насадочные скрубберы находят применение.

Преимущество насадочного скруббера по сравнению с МВГ можно найти только одно – длительное время контакта, полученное за счет существенного увеличения габаритных размеров аппарата.

Насадочный скруббер с подвижной насадкой

Схема работы скруббера с подвижной насадкой
1-форсунки; 2 – подвижная насадка; 3 – система орошения; 4 –жалюзийный каплеуловитель; 5 – насос; 6 – емкость с раствором или водой; 7 – ограничители для насадки.

Сложности эксплуатации насадочного скруббера, связанные с зарастанием насадки привели к созданию насадочного скруббера с подвижной насадкой. Для небольшой производительности по газу вполне реально создать кипящий слой из смоченной насадки.  Однако диапазон рабочего режима по производительности таких скрубберов узкий, также сложности с масштабным переходом не позволили этой технологии найти широкое применение в промышленности.

Центробежно-барботажный аппарат (ЦБА)

ЦБА — наиболее молодая технология мокрого пылеулавливания, которая обладает рядом существенных преимуществ. В первую очередь, к ним относится высокая степень очистки газа на мелких фракциях пыли. Так, можно утверждать, что при условии одинакового гидравлического перепада, степень улавливания частиц размером 1-5 мкм у ЦБА будет выше, чем у любого другого типа скруббера. Однако, для большинства задач такое преимущество не является приоритетным. Часто требуется не максимально возможная эффективность очистки, а достаточная, чтобы удовлетворять требованиям надзирательных органов Охраны Природы. Что касается надежности и износостойкости – тут требования всегда максимальны, но ЦБА не всегда могут их обеспечить. Более детальное сравнение МВГ и ЦБА можно прочитать в статье (ссылка)

Скруббер Вентури

Схема работы скруббера Вентури
1- труба Вентури; 2 –форсунка; 3 – тангенциальный ввод; 4 – корпус центробежного каплеуловителя; 5 – емкость с раствором или водой; 6 – насос.

Скруббер Вентури это один из самых распространенных типов мокрых пылеуловителей. Простое устройство и надежность – основные преимущества данного типа пылеуловителя. Недостатки скруббера Вентури проявляются с увеличением габаритов – на большие расходы газа требуется равномерно раздать воду в горловине трубы Вентури, что не всегда получается. По причине неравномерной подачи воды степень очистки в скруббере Вентури не достигает теоретического максимума. Также стоит отметить, что из-за высоких скоростей газа в горловине трубы (не менее 25 м/с) время контакта газ/жидкость крайне мало для эффективной абсорбции газообразных загрязнителей. Степень очистки газов от пыли пропорциональна скорости газов в трубе Вентури, поэтому, для достижения требуемых значений эффективности приходится держать высокие скорости. Гидравлическое сопротивление аппарата при увеличении скорости увеличивается в квадратичной зависимости, поэтому скрубберы Вентури считаются энергозатратными аппаратами, и их гидравлическое сопротивление обычно не ниже 5000 Па. В качестве каплеуловителя чаще всего используется одиночный циклонный сепаратор типа КЦТ, что также становится существенным недостатком на больших производительностях. Причина состоит в том, что циклонный каплеуловитель, как и все циклоны, имеет «масштабный переход» и с увеличением размеров его эффективность снижается. Преимущества МВГ перед скруббером Вентури с увеличением расхода газа проявляются очевиднее – гидравлическое сопротивление ниже, нет выноса капельной жидкости, более широкий диапазон рабочего режима.

Мокрые пылеуловители: отличие от сухих, эффективность очистки, виды, преимущества и недостатки

Мокрый пылеуловитель «Вортэкс Зонтик» вид сбоку

Отличие мокрых пылеуловителей от сухих

Мокрые пылеуловители, в отличие от сухих, в процессе очистки воздуха или газов используют воду либо водные растворы химических реагентов. Мокрый пылеуловитель — это, по сути, устройство для промывки воздуха или другого газа.

К мокрым пылеуловителям относятся разного рода скрубберы, газопромыватели, гидрофильтры, мокрые пылесосы, мокрые циклоны, ротоклоны, пенные аппараты и так далее, существует множество конструкций и их торговых наименований.

В общем смысле, принцип действия мокрых пылеуловителей состоит в том, чтобы раздробить воду на множество капель или пузырей и добиться большой поверхности контакта фаз газ/жидкость. Чтобы раздробить воду необходимо приложить энергию, это может быть энергия насоса (для форсуночных скрубберов), энергия вентилятора или даже механическое перемешивание. В результате, при прохождении запыленного воздуха через завесу капель происходит столкновение летящих частиц с каплями воды и их прилипание к ним. Загрязненная вода отводится из аппарата, а очищенный от частиц воздух направляется в каплеуловители (сепараторы). Каплеуловители, как следует из названия, предназначены для удаления из потока воздуха остаточных капель жидкости. После капелуловителей очищенный влажный воздух, без содержания капельной влаги, выводится из пылеуловителя.

Абсорбция и хемосорбция — улавливание газов в мокрых пылеуловителях

Использование воды в мокрых аппаратах позволяет кроме очистки газов от пыли также производить их очистку от газообразных примесей. Дело в том, что вода является универсальным растворителем и поглощает (растворяет) в себе газы, с которыми контактирует. Такой процесс называется абсорбцией.

Степень поглощения конкретных газов водой пропорциональна их растворимости в воде. Абсорбция происходит в соответствии с законом Дальтона – газ из воздуха будет поглощаться водой до выравнивания концентраций в воде и над поверхностью воды, но не более предела растворимости, который можно найти в справочниках для каждого конкретного газа. Для того, чтобы увеличить степень абсорбции газов в воду добавляют химические реагенты, которые «связывают» уже растворенные в воде газы и позволяют существенно увеличить количество поглощаемого газа на единицу объема воды, получается хемосорбционный процесс.

Например, для хемосорбции кислых газов, таких как оксид серы SO2 или оксиды азота NOx в воду добавляют щелочь. Так как расход щелочи может быть существенным, к выбору щелочи необходимо подходить тщательно, например, для достижения высокой степени очистки воздуха используют дорогостоящую каустическую соду – NaOH, а применение гашеной извести Ca(OH)2 выходит дешевле, но с несколько худшими результатами.

Степень абсорбции газов в мокрых пылеуловителях

Мокрые аппараты, которые разработаны в первую очередь для абсорбции газовых примесей, а не для пылеочистки называют абсорберами. Абсорберы отличаются от большинства мокрых пылеуловителей увеличенными габаритами, которые позволяют обеспечить длительный по времени контакт очищаемого газа и раствора, что принципиально важно, так как химические реакции в растворе требуют времени.

Для эффективной работы мокрых пылеуловителей время контакта не так важно, гораздо важнее создать условия для инерционного улавливания частиц – высокие скорости газа и резкое изменение его траектории. Важно помнить, что даже для высокоскоростных мокрых пылеуловителей, таких как скруббер Вентури, абсорбция газов всегда присутствует. Так, если установить мокрый пылеуловитель на очистку дымовых газов от частиц золы, то одновременно с улавливанием золы будет происходить абсорбция дымовых газов, и в случае работы на замкнутом водообороте показатель рН воды может снизиться, что, в свою очередь может привести к сильной химической коррозии аппарата.

Характеристики мокрых пылеуловителей

На практике часто требуются мокрые аппараты способные обеспечить как хорошую эффективность очистки от пыли, так и хорошую степень абсорбции газообразных примесей.

Кроме показателя степени эффективности очистки от пыли и газовых примесей у мокрых пылеуловителей есть другие важные характеристики. К ним относятся: габаритные размеры, требуемое количество воды для работы, требования к качеству воды, энергозатраты (гидравлическое сопротивление аппарата), надежность узлов, удобство обслуживания и так далее. По этой причине выбор типа мокрого пылеуловителя для потребителя является достаточно сложной задачей.

Виды мокрых пылеуловителей

Скруббер Вентури

Схема скруббера Вентури
Схема скруббера Вентури

Скруббер Вентури состоит из трубы Вентури и каплеуловителя. Труба Вентури это простое устройство, позволяющее скоростным напором газа раздробить струю жидкости на мельчайшие капли. Например, простые механические карбюраторы, используемые для подачи топлива перемешанного с воздухом в цилиндр двигателя,  представляют собой именно трубу Вентури.

Скруббер Вентури достаточно распространенный вид мокрого пылеуловителя. Основные преимущества такого аппарата – простое устройство и относительно высокая эффективность. Эффективность очистки зависит скорости газа в горловине трубы – не ниже 25-30 м/с. Для поддержания высокой скорости приходится затрачивать много энергии на преодоление гидравлического сопротивления. По этой причине сопротивление скрубберов Вентрури составляет не менее 5000 Па для получения приемлемой эффективности очистки, и аппарат получается энергозатратным.

В качестве каплеуловителя у скруббера Вентури, как правило, выступает циклонный сепаратор капель.

Эжекторный скруббер

Эжекторный скруббер состоит из трубы Вентури, в горловину которой напорной форсункой подается жидкость под высоким давлением. В результате получается эжектор, который позволяет перемещать газы за счет энергии насоса и снизить нагрузку с вентилятора, а в некоторых случаях вообще не использовать вентилятор. Такой скруббер актуален для улавливания взрывоопасной пыли или очистки взрывоопасных газов. По сравнению с другими пылеуловителями эжекторный скруббер считается низкоэффективным и энергозатратным. 

Полый и насадочный скруббер

Схема полого скруббера
Схема полого скруббера

Полый скруббер в простом случае представляет собой расширенный вертикальный газоход с установленными форсунками для орошения газов. Для предотвращения выноса капель скорости газа в таком скруббере держат низкими, следовательно, габариты скруббера получаются достаточно большие. Для достаточной эффективности пылеулавливания необходимо применять напорные форсунки в большом количестве, по причине повышенного требования к качеству воды форсунки часто забиваются и выходят из строя. Полые скрубберы редко используются для пылеочистки, чаще для задач абсорбции с применением нескольких ярусов форсунок.

Схема насадочного скруббера
Схема насадочного скруббера

Насадочный скруббер по внешнему виду напоминает полый скруббер, но внутри заполнен насадкой. В качестве насадки раньше применяли битый кирпич, деревянные бруски. Сейчас используют специально изготовленные элементы – кольца Рашига, седла Берля – в случае навальной насадки, а в случае регулярной специальные перфорированные пластины. Газ движется снизу вверх, сквозь слой насадки. В верхней части скруббера расположены форсунки, распыляющие жидкость на насадку, сквозь которую она стекает вниз.  В результате хорошей смачиваемости насадки достигается большая площадь контакта газа и жидкости. Для пылеулавливания насадочные скрубберы используют редко, так как пыль забивает щели в толще насадки, гидравлическое сопротивление скруббера растет и требуется регулярное ворошение, перемешивание насадки.

 

Пенный аппарат (пенный скруббер)

Схема пенного скруббера

Пенный аппарат представляет собой устройство, в котором загрязненный газ, двигаясь снизу вверх, проходит сквозь решетку, на которую подается вода. В простом случае решетка это лист с отверстиями, изготовленный из металла или пластика. В зависимости от формы и количества отверстий на решетке можно сформировать пенный или барботажный режим взаимодействия воды и газа. Чаще всего используют «провальные» решетки, в которых вода стекает сквозь отверстия вниз аппарата. К достоинствам пенных скрубберов относится надежность и эффективность, к недостаткам – сложность очистки больших объемов газа из-за неравномерности пенного слоя на поверхности решетки, образования волн и раскачивания пенного слоя.

Ротоклон

Ротоклон это скруббер ударно-инерционного действия, в котором газ сначала ударяется о толщу воды, а потом направляется в щель, образованную поверхностью воды и внутренним элементом скруббера. В результате такого движения газ резко меняет направление, а также захватывает часть воды и интенсивно с ней перемешивается. Ротоклоны считаются надежными аппаратами, нетребовательными к качеству воды и при этом достаточно эффективными пылеуловителями, но достаточно габаритными и тяжелыми.

Мокрый циклон, циклон с водяной пленкой

Мокрые циклоны и циклоны с водяной пленкой – это скрубберы, совмещающие циклон – аппарат сухой инерционной очистки и промывку газа водой.  При распылении воды внутри циклона можно повысить его эффективность пылеулавливания, но не до такой степени, как в специальных мокрых пылеуловителях. В ряде случаев мокрый циклон уступает в надежности сухим циклонам, стенки мокрого циклона склонны к зарастаниям и требуют регулярной чистки.

Центробежно-барботажный аппарат (ЦБА)

Схема Центробежно-барботажного аппарата (ЦБА)

Центробежно-барботажные аппараты это относительно новые устройства, предназначенные для очистки газа от пыли, в которых организован вращающийся газо-жидкостный слой, при этом в самом скруббере нет подвижных или вращающихся элементов. Слой жидкости закручивается и вращается за счет энергии набегающего газа, который вынужден проходить сквозь  вращающий слой жидкости, сталкиваться с ней и разбивать на мельчайшие капли. Дополнительно на закрученный поток газа действуют центробежные силы, что позволяет улавливать самую мелкую пыль. По соотношению фракционной эффективности улавливания мелких частиц пыли и затраченной на это энергии вентилятора, центробежно-барботажные аппараты считаются одними из самых эффективных аппаратов. Несмотря на высокую эффективность ЦБА имеют рад недостатков, таких как абразивный износ направляющих элементов, сложность в очистке больших объемов газа.

Достоинства и недостатки

Недостатки мокрых пылеуловителей заключаются в использовании воды, и связанными с ней ограничениями:

  • Недопустимо использование мокрых пылеуловителей при отрицательных температурах из-за замерзания воды.
  • При очистке газов водой происходит охлаждение очищаемых газов, что иногда является плюсом, а иногда минусом мокрых пылеуловителей.
  • Очищенный газ содержит большое количество паров воды и при дальнейшем охлаждении эта влага может выпасть в виде конденсата в газоходах. Чтобы избежать выпадения конденсата часто газоходы утепляют, а также иногда подогревают очищенный газ.
  • Использованную воду с пойманными частицами пыли необходимо куда-то утилизировать или частично производить ее очистку, удаляя пойманную пыль во влажном виде.

Достоинства мокрых пылеуловителей:

  • Достаточно высокая эффективность очистки при небольших габаритах, и, следовательно, невысокая стоимость самой очистки газа или воздуха.
  • Возможность очистки газов с высокой входной температурой.
  • Очистка газов не только от пыли (твердых частиц), но и от жидких частиц, туманов, а также от газообразных примесей.

Особенности применения мокрых пылеуловителей
(скрубберов) производства «Вортэкс»

ООО Вортэкс специализируется на разработке и производстве аппаратов мокрой газоочистки, в том числе усовершенствованных центробежно-барботажных аппаратов (ЦБА) — вихревых гидрофильтров. Большой накопленный опыт работы, понимание сложностей, связанных с длительной эксплуатацией таких аппаратов, их преимуществ и недостатков, привели в конечном итоге к разработке аппаратов нового типа – Мультивихревых гидрофильтров (МВГ).

Первые разработки ЦБА появились в 80-х годах прошлого века в Институте теплофизики СО РАН, и представляли собой модели интенсивных аппаратов, обладающих высокой производительностью, высокой эффективностью и малыми геометрическими габаритами. Предполагалось, что в скором времени ЦБА заменят большинство мокрых скрубберов – скрубберы Вентури, пенные аппараты и др. Однако, на практике внедрение ЦБА столкнулось с рядом проблем, которые оказались достаточно серьезными, и многие предприятия, уже установившие батареи ЦБА, были вынуждены их полностью демонтировать. Так, например, предприятия энергетики Новосибирскэнерго, Иркутскэнерго, поначалу с энтузиазмом начавшие внедрять ЦБА для очистки дымовых газов угольных котельных, в результате были вынуждены полностью заменить их другими типами аппаратов.

Основные причины неудовлетворительной работы ЦБА заключались в склонности к зарастанию отложениями, износу направляющих лопаток, нестабильной работе в групповом исполнении, высокой чувствительности к изменению входных характеристик газа и пр. Чтобы избавить ЦБА от этих недостатков специалисты ООО «Вортэкс» сделали множество доработок и усовершенствований, что позволило значительно увеличить эксплуатационную пригодность и производить их под брендом «Вихревые гидрофильтры». Тем не менее, необходимо отметить, что даже усовершенствованные установки этого типа имеют существенные ограничения и обладают преимуществами только для узкого ряда задач. Эти ограничения наложены самим принципом работы центробежно-барботажного аппарата.

Принцип действия ЦБА

В основу работы ЦБА положен принцип удержания газо-жидкостного слоя центробежными силами, которые могут быть существенно больше гравитационных сил. Загрязненный поток газа проходит через неподвижный направляющий аппарат (расположенные по окружности лопатки), закручивается и вовлекает во вращательное движение жидкость, которая прижимается центробежными силами к внутренней стороне того же направляющего аппарата. В результате, вновь поступающий газ вынужден преодолевать сопротивление вращающейся жидкости, барботировать сквозь нее, тем самым происходит дробление жидкости на мельчайшие капли, — так формируется вращающийся газожидкостный слой, удерживаемый в камере центробежными силами. Этот слой, образующийся в поле центробежных сил, имеет высокоразвитую поверхность контакта фаз, и, соответственно, высокую эффективность их взаимодействия.

Принцип действия МВГ

Газ проходит сквозь диспергирующую решетку особой конструкции снизу вверх, а орошающая жидкость свободным истечением подается на нее сверху. Струи газа, формируемые отверстиями решетки, имеют наклон в разные стороны, что приводит к взаимно перекрещенной структуре их течений. В процессе взаимного проникновения струй друг в друга скачкообразно растут относительные скорости между газовой средой и каплями жидкости в этих струях. В результате образуется сильно турбулентный дисперсный газожидкостный слой (пена), равномерно заполняющий все пространство над решеткой. При достижении некоторой высоты слоя, вода под действием силы тяжести начинает продавливаться вниз сквозь решетку.

Разработка МВГ является следствием работы над совершенствованием Вихревых гидрофильтров, поскольку основными требованиями потребителей были аппараты, нетребовательные к качеству жидкости, к перепадам расхода газа, не имеющие сложностей в эксплуатации, износа, зарастания, каплеуноса и так далее, но при этом, обеспечивающие требуемую эффективность очистки газов. Ниже подробно рассмотрены основные характеристики МВГ и Вихревых гидрофильтров для наиболее рационального выбора типа аппарата для поставленной задачи.

Сравнение мокрых пылеуловителей производства «Вортэкс»

Эффективность газоочистки

Вихревой гидрофильтр

Несомненно, Вихревой гидрофильтр является наиболее эффективным аппаратом для аспирационных задач на мелких аэрозолях.

Для абсорбционных задач, несмотря на развитую поверхность контакта фаз, часто не хватает времени взаимодействия для эффективного поглощения газообразных загрязнителей, и эффективность Вихревого гидрофильтра недостаточна.

МВГ

Для аспирационных задач при улавливании частиц размером менее 1 мкм эффективность МВГ уступает Вихревому гидрофильтру. Однако, в большинстве случаев доля таких частиц в общем спектре пылевого потока невелика, поэтому абсолютная разница эффективности незначительна — 99,8% у Вихревого гидрофильтра и — 99,6% у МВГ.

Диапазон производительности по очищаемому газу

Вихревой гидрофильтр

Наиболее распространенным режимом его работы является такой, чтобы сопротивление направляющего аппарата с вращающимся газожидкостным слоем составляло 1-1,5 кПа. Обычно это достигается при скоростях газа в щелях направляющего аппарата около 20 м/с, при этом скорость слоя составляет примерно 5 м/с. В первом приближении между этими скоростями существует прямая зависимость, и при этом практически нет зависимости от диаметра направляющего аппарата. Центробежное ускорение, удерживающее слой: aцентр = V2/R для направляющего аппарата диаметром ~250 мм составляет ~100 м/с2 (~10g). Реализуемые слои обычно имеют толщину ~40 мм. При расчетах необходимо учитывать поле силы тяжести Земли, что приводит к поправке конфигурации внутренней границы слоя из цилиндра в раскрывающийся вверх конус с углом раскрытия около 6° (tg(6°)~1/10). Таким образом, при высоте цилиндрического направляющего аппарата 400 мм толщина слоя в его верхней части уменьшается настолько, что фактически переходит в режим пленки с низкой эффективностью контакта. Этот эффект можно компенсировать, изначально придавая направляющему аппарату конусность, но при изменении расхода воздуха, как в меньшую, так и в большую сторону от расчетной, изменяется скорость слоя и, соответственно, угол конусности слоя, что приводит к неоднородной толщине слоя по высоте. Такой подход, безусловно, снижает эффективность Вихревых гидрофильтров при отклонениях от расчетных режимов работы, причем, чем больше производительность аппарата, тем сильнее выражен этот эффект.

МВГ

Диспергирующая решетка рассчитана на максимальную производительность, ограниченную значительным выносом воды в виде капель восходящим потоком воздуха. При пониженных расходах очищаемого воздуха можно увеличить подачу орошающей жидкости, тем самым поддерживая «кипящий» газожидкостный слой и, соответственно, требуемую эффективность очистки воздуха. Таким образом, полноценную очистку можно осуществлять даже при понижении расхода воздуха до 50% от номинального. Это свойство не зависит от размеров МВГ и, соответственно, от его максимальной производительности.

Диапазон подачи орошающей жидкости

Иногда для решения химических (абсорбционных) задач необходимо подавать большое количество орошающей жидкости. Вихревой гидрофильтр и МВГ ведут себя по-разному при увеличении подачи воды.

Вихревой гидрофильтр

Поскольку раскрутка воды в направляющем аппарате происходит энергией воздуха, то при значительном увеличении подачи воды ее скорость вращения, а также центробежные силы, удерживающие слой, уменьшаются, слой «опадает», и эффективность очистки значительно снижается.

МВГ

В МВГ можно подавать увеличенный расход воды при пониженном расходе воздуха. Увеличенное количество воды, проваливаясь сквозь решетку, уменьшает эффективное сечение ее щелей, тем самым скорость воздуха поддерживается на достаточном уровне для нормального формирования слоя и эффективной его очистки.

Равномерность работы

Вихревой гидрофильтр

Практически всегда при его работе в слое возникает неустойчивость в виде периодически нарастающей волны высотой, соизмеримой с толщиной слоя, с дальнейшим ее разрушением. Внешне это проявляется механическим «раскачиванием» аппарата и пульсацией его сопротивления. Вследствие этого, в системах, где необходимо поддерживать разрежение с точностью до десятков паскалей, применение Вихревого гидрофильтра весьма проблематично.

МВГ

При работе МВГ разнонаправленность струй исключает образование каких-либо волновых процессов в газожидкостном слое и, соответственно, пульсации его сопротивления практически отсутствуют.

Особенности подачи воды

Вихревой гидрофильтр

При его работе слой очень интенсивно омывает внутреннюю поверхность направляющего аппарата, при этом внешняя сторона, требует принудительного распределенного орошения для исключения нарастания отложений. Таким образом, необходима подача воды под давлением через сопла/форсунки. Система регулировки и контроля подачи воды выполняется в достаточно сложном виде.

МВГ

Орошение надрешеточного пространства в МВГ производится газожидкостным слоем. Орошение подрешеточного пространства производится водой, проваливающейся сквозь щели диспергирующей решетки. Подача воды на диспергирующую решетку происходит без давления, свободным изливанием из желоба. Это позволяет использовать чрезвычайно простые и надежные способы регулировки и контроля подачи воды, основанные на перетекании разорванной струи.

Ресурс работы

Вихревой гидрофильтр

Внутренняя сторона лопаток направляющего аппарата испытывает значительное воздействие от вращающегося газожидкостного слоя, и при наличии в очищаемом газе и/или в орошающей жидкости абразивных примесей происходит ее интенсивное истирание лопаток. Так, при очистке дымовых газов от угольных котлов ТЭЦ, лопатки, выполненные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 10 мм, истирались до дыр за три месяца.

МВГ

Основное взаимодействие газа и жидкости происходит при взаимном проникновении струй друг в друга, которое происходит над диспергирующей решеткой. Таким образом, на нее не оказывается абразивное воздействие. За 5 лет эксплуатации МВГ на различных задачах по аспирации переработки угля и железных руд еще ни одна решетка не вышла из строя по причине износа, при этом режим работы у них практически круглосуточный.

Масштабируемость производительности

Часто бывают ситуации, когда заказчику необходимо предсказать эффективность газоочистки от каких либо примесей разнообразными орошающими жидкостями на различных технологических задачах.

Вихревой гидрофильтр

Данные, полученные при испытаниях Вихревых гидрофильтров малых размеров, не могут достоверно переноситься на аппараты больших размеров, имеющие отличающиеся характеристики, что затрудняет прогнозирование их эффективности и эксплуатационную применимость на новых объектах.

МВГ

На сегодня не обнаружено различий в свойствах МВГ при их производительности от 1 000 м3/ч до 100 000 м3/ч, вероятно, их нет и при еще больших размерах МВГ. Это обозначает, что при внедрении МВГ на новом объекте можно использовать опыт применения МВГ другой производительности на подобной задаче, и при этом будут получены сходные результаты. На основании этого свойства неоднократно проводились предварительные испытания малоразмерного (недорогого) МВГ непосредственно на объектах заказчиков, и на основании полученных результатов внедрялось полноразмерное оборудования с минимальными издержками по настройке технологических процессов.

Итак, что же выбрать?

На основании имеющегося опыта производства и внедрения Вихревых гидрофильтров и МВГ рекомендуем обратить внимание на следующие ограничения применимости аппаратов.

Вихревой гидрофильтр не рекомендуется к применению в следующих случаях:

  • расход более 10 000 м3/ч (чем меньше, тем лучше);
  • возможно отклонение расхода воздуха на 15% от расчетного;
  • нет возможности настроить подачу орошающей воды с заданным давлением в диапазоне 70-150% от расчетного;
  • есть жесткие требования к поддержанию разрежения газа на входе в установку;
  • в очищаемом газе и/или орошающей воде присутствуют высоко-абразивные примеси;
  • на данных задачах нет опыта использования Вихревого гидрофильтра при этой производительности.

МВГ не рекомендуется к применению в следующих случаях:

  • требуется улавливание монодисперсного аэрозоля размером менее 1 мкм;
  • недостаточно места для размещения гидрофильтра малой производительности (расход газов составляет менее 3000 м3/ч);
  • требуется гидрофильтр, конструктивно исключающий формирование слоя жидкости толщиной более 100 мм (например, для очистки от радиоактивных примесей).

Данный обзор не охватывает всего спектра аппаратов мокрой газоочистки, и предназначен только для сравнения основных параметров и свойств выпускаемого нами оборудования – Вихревых гидрофильтров и МВГ.

Перед тем, как окончательно сделать выбор, настоятельно рекомендуем выяснить, какой был опыт внедрения оборудования, узнать особенности его применения и обслуживания на задаче, аналогичной вашей. Наши специалисты, обладающие многолетним опытом в этой тематике, всегда постараются вам помочь для достижения поставленной цели наиболее рациональным решением.