Skip to content

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

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.

Об авторе

Мищенко

Мищенко Павел Александрович

Павел Мищенко, обладая многолетним опытом работы в должности ведущего инженера Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук, является высококвалифицированным научно-техническим экспертом в области пылегазоочистки.

Заявка на расчет

Получите стоимость и сроки поставки оборудования. Мы свяжемся с вами в течении 24 часов.

Заполняя данную форму, Вы соглашаетесь с политикой обработки персональных данных