В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием образовавшейся газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или с непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы.В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300-400 мкм.
Особенностью аппаратов ударного действия является полное отсутствие средств перемещения жидкости, и поэтому вся энергия, необходимая для создания поверхности контакта, подводится с газовым потоком.
В связи с этим газопромыватели ударного действия иногда называют аппаратами с внутренней циркуляцией жидкости.
Самыми распространенными аппаратами этой группы являются газопромыватель с центральной трубой, скруббер Дойля и ротоклон.
Наиболее простым по конструкции является газопромыватель с центральной трубой, представляющий собой вертикальный аппарат, в нижней части которого находится слой жидкости.
Запыленный газ входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхность жидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударе проникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся из аппарата.
Подобную конструкцию имеет и скруббер Дойля. На выходе из центральной трубы установлен конус с вершиной навстречу потоку газа. С помощью конуса скорость потока газа в щели на выходе из трубы достигает 35-55 м/с. Газ ударяется о поверхность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя составляет от 500 до 4000 Па, а удельный расход жидкости - до 0,13 л/м3.
Газопромыватель этой же группы - ротоклон - имеет щелевые каналы, частично погруженные в жидкость, через которые проходит запыленный газ, оттесняя жидкость к нижней стенке. В виде водяных струй жидкость удаляется из щели. Скорость потока газа в щели - до 15 м/с. При интенсивном контакте газа с жидкостью частицы пыли проникают в жидкость и выводятся из аппарата. Очищенный газ выходит сверху.
Важное значение для нормальной эксплуатации газопромывателей этого класса имеет поддержание постоянного уровня жидкости в аппарате. Даже незначительное изменение уровня жидкости может привести к резкому снижению эффективности или значительному увеличению гидравлического сопротивления.
Отсутствие мелких отверстий (форсунок) для раздачи жидкости и механических вращающихся частей позволяет работать при значительной запыленности газов. Удаление шлама из отстойника осуществляется периодически или непрерывно (иногда с помощью скребкового транспортера).
Подпитка водой производится только для компенсации ее потерь за счет испарения и отвода со шламом. Поэтому ротоклоны целесообразно устанавливать для очистки холодных или предварительно охлажденных газов.
4.6 Газопромыватели центробежного действия
Принцип использования центробежной силы для улавливания частиц пыли, широко используемый в циклонах, нашел применение и в целом ряде мокрых аппаратов.
Наиболее простым аппаратом этого типа является циклон с водяной пленкой (ЦВП), аналогичный сухому циклону. В верхней части циклона ЦВП дополнительно тангенциально расположен ряд трубок, по которым поступает вода, стекающая пленкой по внутренней поверхности аппарата. Орошение внутренних стенок циклона препятствует вторичному уносу осевших на них частиц пыли. Аппарат выпускают с диаметром 300-1000 мм. Расход воды составляет 0,14-0,43 л/с. Максимальная допускаемая концентрация пыли на входе в циклон - 2 г/м3.
Помимо циклонов с мокрой пленкой известны и другие конструкции мокрых центробежных пылеуловителей, которые обычно называют полыми центробежными скрубберами. Эффективность пылеулавливания у этих аппаратов выше, чем у обычных скрубберов, за счет увеличения относительной скорости капель и газа, которое достигается при использовании центробежных сил вращающегося газового потока. Осаждение частиц в центробежном скруббере происходит за счет суммарного действия двух механизмов: центробежного, перемещающего частицы к стенкам аппарата, и инерционного, способствующего осаждению частиц на каплях орошающей жидкости.
Применяемые на практике центробежные скрубберы конструктивно можно разделить на два вида: аппараты с тангенциальным подводом газов и аппараты, в которых вращение газового потока осуществляется с помощью специальных лопастных закручивающих устройств, например центральных розеток и т. п.
Центробежные скрубберы орошают через форсунки, установленные в центральной части аппарата. Над форсунками в центробежных скрубберах находится свободная от подачи орошения зона, которая дает возможность каплям достигнуть стенок аппарата, прежде чем из него выйдет газовый поток. Жидкость, стекая по стенке аппарата, образует пленку. Таким образом центробежные силы позволяют повысить эффективность пылеулавливания и резко уменьшить унос жидкости из аппарата.
Одним из самых эффективных мокрых пылеуловителей центробежного действия является циклонно-пенный аппарат (ЦПА). В нижней части цилиндро-конического циклонно-пенного аппарата находится слой жидкости. Газовый поток подается тангенциально через отверстия по периметру цилиндрической части аппарата непосредственно в слой жидкости. В результате взаимодействия газов с жидкостью образуется слой динамической пены, совершающий вращательное движение.
Такие газопромыватели часто называют безрешеточными пенными пылеуловителями.
Оптимальный гидродинамический режим в ЦПА соответствует скорости газов в свободном сечении аппарата wг = 5 м/с и высоте слоя пены Нп = 0,3 м; потери давления Dр 1100 Па. В ЦПА практически полностью улавливаются частицы крупнее 10 мкм и достаточно хорошо - частицы крупнее 4-5 мкм.
Циклонно-пенные аппараты, подобно газопромывателям ударно-инерционного действия, относятся к аппаратам с внутренней циркуляцией жидкости (дополнительный подвод жидкости необходим только для компенсации ее потерь на испарение и со шламом).
К недостаткам ЦПА следует отнести наличие достаточно сложных устройств для подвода газа, обеспечивающих образование пенного слоя, и низкую эффективность при улавливании частиц пыли мельче 4-5 мкм.
Механические газопромыватели
Характерной особенностью механических газопромывателей является наличие вращающегося устройства (ротора, диска и т. п.), которое обеспечивает разбрызгивание и перемешивание жидкости или вращение газового потока.
В зависимости от способа подвода механической энергии аппараты этого типа подразделяются на две группы:
механические скрубберы - газопромыватели, в которых очищаемые газы приводятся в соприкосновение с жидкостью, разбрызгиваемой с помощью вращающегося тела (вала с лопастями, диска, перфорированного барабана и т. п.);
динамические газопромыватели (ДГ)- аппараты, в которых подводимая механическим устройством энергия используется для вращения газового потока.
ДГ отличаются от сухих ротационных пылеуловителей только подводом на входе в аппарат орошающей жидкости, которая способствует росту их эффективности.
Недостаток - значительный дополнительный расход энергии на вращение разбрызгивающих устройств. Не вся энергия вращения является полезной: большая часть ее теряется в приводных устройствах и расходуется на трение движущихся частей.
4.8 Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури
Скоростные газопромыватели - это эффективные высоконапорные мокрые пылеуловители капельного действия. Их применяют главным образом для очистки газов от микронной и субмикронной пыли. Принцип действия этих аппаратов основан на интенсивном дроблении орошающей жидкости запыленным газовым потоком, движущимся с большой скоростью (от 60 до 150 м/с). Осаждению частиц пыли на каплях орошающей жидкости способствуют турбулентность газового потока и высокие относительные скорости улавливаемых частиц пыли и капель.
К скоростным газопромывателям относятся:
скрубберы Вентури;
диафрагменные (дроссельные) скрубберы;
скрубберы с подвижным дисковым шибером.
Конструкции их геометрически различны, но все они имеют трубы распылители, где загрязненный поток газа движется со скоростью до 150 м/с, распыляя при этом поток жидкости. Труба-распылитель обязательно имеет сужение, куда подают жидкость и где она наиболее интенсивно распыляется и взаимодействует с потоком газа.
При улавливании частиц порядка 1 мкм решающее значение имеют инерционные силы. При осаждении частиц размером менее 0,1 мкм существенное значение приобретают силы диффузионные. Все скоростные газопромыватели характеризуются высокой степенью очистки, большими гидравлическими потерями и необходимостью установки каплеуловителя.
Самым распространенным аппаратом этого класса является скруббер Вентури - наиболее эффективный из применяемых в промышленности мокрых пылеуловителей. В связи с непрерывно возрастающими требованиями к глубине очистки пылегазовых выбросов промышленных предприятий скрубберы Вентури постепенно становятся доминирующим видом мокрых пылеуловителей.
Основная часть скруббера Вентури в целях снижения вредных гидравлических потерь выполняется в виде трубы Вентури, имеющей плавное сужение на входе газов 1 (конфузор) и плавное расширение 3 на выходе (диффузор). Узкая часть трубы Вентури 2 получила название горловины.