Скрубберы

Скруббер — аппарат, предназначенный для промывки газов водой или специальными растворами. Устройство помогает очистить газо-воздушный поток от пыли, газов и аэрозолей.

Слово "scrubber" — английского происхождения и в переводе на русский язык означает «удаление», «отмывание». Устройство современных скрубберных систем полностью соответствует средневековому значению этого слова. Технологический аппарат используется для промывания газовоздушных смесей, удаления из них различных примесей, химических и механических фракций, взвесей.

Типовые схемы скрубберов с применением труб Вентури

Виды скрубберов

Скрубберы газов представлены несколькими видами, каждый из которых рассчитан на переработку определённых объёмов загрязнителей. Каждый агрегат отличается по конструкции и обладает определённым набором технических особенностей. Работа скруббера осуществляется по специальной схеме, которая может отличаться в зависимости от его вида.

Распространённые типы скрубберов:

• форсуночные (полые, поточные, противоточные);
• насадочные;
• скрубберы Вентури;
• пенные;
• центробежные.
• тарельчатые

Форсуночный скруббер — простейший агрегат с небольшим гидравлическим сопротивлением. Он представлен противоточными и прямоточными орошением встречного потока. Форсунки в таком аппарате могут располагаться по периметру или группируются в центре. Тип и производительность форсунки будет зависеть от типа загрязнителей газовоздушной смеси и требуемой эффективности скруббера.

На фото: Полый форсуночный газопромыватель ХИМВЕНТ, производства УралАктив

Насадочный скруббер комплектуется дополнительными масообменными насадками(кольца Палля, VSP, рашига…), которые установлены внутри насадочной камеры и увеличивают площадь поверхности контакта и эффективность очистки газовых смесей. Насадки обильно орошаются форсунками с поточным или противоточным расположением, на поверхности которых происходит реакция растворения и улавливания пыли, газов и аэрозолей. Применяют насадочные скрубберы в основном на гидрометаллургических предприятиях, заводах минеральных удобрений и других химических процессах.

На фото: Насадочные скрубберы горизонтального и вертикального исполнения.

Скрубберы Вентури работают по принципу трубы Вентури, которая сужается к середине и в разрезе похожа на песочные часы. Принцип работы скрубберов такого типа заключается в подаче загрязнённых газов и воды в верхнюю часть конуса. В средней части устройства поток газа и жидкости существенно ускоряется. Вода превращается в миллиарды мелких капель, обволакивающих собой твёрдые частички загрязнений в газовой смеси. Нижняя часть устройства — это диффузор. Здесь водный поток уменьшает свою скорость, а пылевые частицы склеиваются между собой и выводятся в специальный поддон. Очищенный воздух выводится из скруббера Вентури в атмосферу. Скруббер Вентури нашел широкое применение в средах с высокой пылевой составляющей, так же часто его применяют как первую ступень очистки в аппаратах многостадийной очистки.

На фото: Скруббер Вентури с дополнительной насадочной колонной

Пенные скрубберы для очистки газов укомплектованы специальными решётками, в которых есть отверстия диаметром до 5 мм. Огромная скорость потока превращает жидкость на решётках в пену, которая и поглощает твёрдые частицы величиной более 5 мкм из воздуха. Пенные аппараты эффективны при работе с газами и аэрозолями и не эффективны в работе с большой запыленностью. Пенные скрубберы не нашли широкого применения из-за сложности методики расчетов.

На фото: Тарельчатые абсорберы в исполнении их ПВХ пластика.

Центробежные скрубберы схожи с работой мокрого циклона, центробежные скрубберы хороши тем, что равномерно перемешивают пылевой поток с жидкостью для орошения. Центробежная сила во время вращения газов в корпусе аппарата отводит тяжёлые твёрдые частицы ближе к стенкам, по которым они стекают в приёмники.

Типовая схема Центробежный скруббер

Газовые скрубберы (абсорберы) рассчитываются индивидуально в зависимости от состава газов и аэрозолей и требуемой эффективности. Как правило при орошении водой аппарат называется скруббером а при орошении хемо-сорбционным раствором называют абсорбером.

Как устроен вертикальный насадочный скруббер?

Устройство скруббера для очистки газов напрямую зависит от его типа. Такие конструкции обязательно включают в себя следующие элементы:

• Емкость для орошающего раствора с насосом, трубной обвязкой и форсунками;
• Насадочная колонна;
• Блок каплеуловителей на выходе
• Входной и выходной патрубки;

Входная секция пылегазоуловителей служит точкой ввода загрязнённых воздушных потоков. В моделях скрубберов, рассчитанных на работу с газами экстремально высокой температуры, предусмотрена охлаждающая камера. Есть в устройстве и рабочая камера, которая может быть полой или заполняется специальными насадками. Также устройство комплектуется циркуляционным баком, который заполнен водой или абсорбентом. Модели скрубберов с полузакрытым контуром оснащены системой рециркуляции. Ёмкость для приёма шлама в некоторых моделях устройств укомплектована скребковым транспортёром, который постоянно и тщательно перемешивает слипшиеся твёрдые частицы и не даёт им цементироваться.

На фото: Вертикальный насадочный скруббер ХИМВЕНТ

Общий принцип работы мокрых скрубберов

Мокрый скруббер называется так потому, что в основу его работы положена жидкость (вода или активный абсорбирующий раствор). В пылегазоуловителях разных типов жидкость может быть представлена разными состояниями:

• «кипящий» слой (присутствует в скрубберах с подвижными насадками);
• Состояние пены;
• аэрозоль или микротуман (такой вариант жидкости преобладает в полых и вихревых моделях устройств, а также в скрубберах Вентури);
• микроплёнка (используется в насадочных скрубберах и аппаратах плёночного типа).

Принцип работы скруббера основывается на массообменном процессе в контакте газ-жидкость. Вода (раствор) обильно орошает газовоздушную смесь. Подача жидкости происходит через химический насос. Преодолев трубопровод и форсунки, вода смачивает находящийся в корпусе газ и тщательно вымывает из него твёрдые частицы и растворяет находящиеся в нем газы и аэрозоли. Грязная вода с частичками пыли перемещается в отстойник, а из него - в устройство для очистки.

Эксплуатационные характеристики скруббера с эффектом мокрой очистки наделяют аппарат следующими преимуществами:

• низкая цена;
• высокий уровень очистки воздуха;
• возможность получения готового продукта в емкости скруббера.
• универсальность (например, пылегазоуловители Вентури не только чистят воздух от загрязнений, но и дополнительно увлажняют и охлаждают его).

К мокрым улавливателям пыли относятся скрубберы нескольких видов, а именно — форсуночные (полые), барботажные или пенные, насадочные, скрубберы Вентури.

На фото: Труба Вентури из стеклопластика для агрессивной пыли и аэрозолей.

Технические характеристики оборудования

Технические характеристики пылеулавливателей определяются комплектацией оборудования. Производители разрабатывают схему скруббера под запросы каждого клиента. Характеристики оборудования определяются с учётом особенностей производства и характера пылевых частиц, газов и аэрозолей. Каждый параметр аппарата может быть изменён по требованию заказчика.

Если фильтр-скруббер необходим вам для очистки воздуха на производстве, то при его выборе обязательно обратите внимание на такие технические характеристики аппарата:

• производительность, измеряемая в м3/ч
• степень очистки (этот параметр может варьироваться от 70% до 99.9%);
• объём бака под активные растворы и циркуляцию воды;
• габариты и конфигурация скруббера (горизонтальный и вертикальный)

Принцип работы любого скруббера таков, что во время очистки примеси и твёрдые частицы никуда не исчезают, а только извлекаются аппаратом из грязного воздуха, преобразуясь в пасту, жидкий раствор или порошкообразную смесь.

Отходы со скрубберов нужно правильно утилизировать. К примеру, после очистки ртутной руды содержимое ёмкостей желательно «похоронить» в специальном ртутном могильнике.

Шлам, полученный при чистке скрубберов, может служить вторичным сырьём для производства стройматериалов. Такой вариант используют при очистке выбросов от электростанций. Твёрдые отходы после их очистки содержат в своём составе качественный синтетический гипс. Такой материал подходит для производства гипсокартона.

На гидрометаллургических предприятиях, при получении чистых металлов (золото, платина, серебро, цинк, медь, редкоземельные металлы) в аффинажных производствах полученный в результате очистки раствор представляет ценность так как в нем содержится большое количество ценных металлов. Данный раствор направляется на повторное извлечение ценных металлов в технологической цепочке.

На фото: Скруббер для предприятия цветной металлургии

Преимущества и недостатки скрубберов

Установка скрубберов на производстве и частных предприятиях имеет свои плюсы и минусы.

Очевидными преимуществами таких аппаратов являются:

• компактность, удобство размещения в производственных цехах;
• высокая мобильность аппаратов;
• доступные цены;
• нет вторичных источников пыли и загрязнений;
• упакованные отходы легко перевозятся без каких-либо утечек;
• устройство имеет высокий уровень пожарной безопасности и хорошо защищено от случайной детонации (вода, содержащаяся в корпусе, препятствует возгораниям и взрывам);
• универсальность (скруббер может работать с механическими и химическими загрязнителями газовоздушных сред, имеющих различную фракцию).

Основные минусы пылеуловителей:

• по мере эксплуатации на рабочих частях корпуса может формироваться коррозия (решить проблему помогает футеровка или изготовление скруббера из пластиковых материалов, например, полипропилен);
• если скруббер установлен в крупном промышленном комплексе, то часто возникает проблема загрязнения сточной воды (поэтому для грязных жидкостей оборудуют специальные отстойники или очистные сооружения);
• установки для очистки газов нуждаются в стабильном и качественном электроснабжении (захват твёрдых частиц происходит гораздо эффективнее при высоких перепадах давления, которые достигаются за счёт повышения расходов электроэнергии);
• выделить вторсырьё для производства стройматериалов из скрубберного шлама крайне затруднительно.

Уровень очистки загрязнённого воздуха напрямую зависит от размеров капель воды, контактирующих с поверхностью пылевых частиц. Чем они меньше, тем, соответственно, меньшие частицы пыли сможет намочить и убрать из потока воздуха.

Габариты и количество полок в устройстве рассчитываются с учётом примерного содержания пылевых частиц в воздухе. Расчёт скрубберов Вентури осуществляют по площади поперечного сечения устройству, диаметру форсунок, скорости потока воздуха.

Процедура расчёта включает в себя несколько этапов.

1. На первой стадии процедуры нужно учесть, что скруббер не меняет температуру газовоздушной смеси во время удаления из неё пыли. Заказчики, указывая исходные данные, обозначают требования по уровню конечной очистки, а также характеристики загрязнителей. По этим параметрам можно рассчитать диаметр колонны с учётом гидравлического сопротивления трубы, а также размеры горловины.

2. Второй этап расчётов предусматривает вычисление минимального расхода жидкости, диаметра, типа и размера насадки и количества форсунок. Полученная информация позволяет рассчитать гидравлическое сопротивление и подобрать соответствующий каплеуловитель. В связи с тем, что многие скрубберы не имеют универсальных закономерностей, их расчёт и производство стоит выполнять с последующими замерами в работе.

3. Тепловые расчёты для скрубберов. Если агрегат будет выполнять очистку сильно нагретых газов, то при расчётах следует определить количество тепла, которое забирается у газовоздушной смеси. На основании этих параметров рассчитывается оптимальный объём подаваемой воды. При этом учитываются стандартные нормы объёмов воды, подаваемой на скруббер. Они составляют 40 дм3 на 1 м3 газовоздушной смеси. Расчёты помогают проектировщикам аппарата получить информацию о расходе воды, размерам, гидравлическому сопротивлению и качеству очистки воздуха. На основании расчётных данных изготавливается полипропиленовый скруббер.

Сфера применения скрубберов

Мокрые скрубберы и пылеуловители предназначены для очистки воздуха от пыли на промышленных предприятиях. Фильтром для отсеивания пыли в таких устройствах служит обычная вода или активный раствор. Перечень химических загрязнителей, которые способен улавливать скруббер, очень обширен. К ним принадлежат цианиды, аммиак, окислы азота, альдегиды, спирты, эфиры, оксиды серы, тиолы, меркаптаны, щелочные и кислые пары, галогены и галогениды, алканы, оксиды металлов.

Скрубберы и пылеуловители используют в разных отраслях промышленности. Газоочистные аппараты задействуются в гидрометаллургии, гальванических производствах, химических лабораториях, горнодобывающей промышленности, и в производстве минеральных удобрений.

Пылегазоуловители – это рациональные устройства для очистки дымовых газов от различных примесей и загрязнителей мокрым способом. Устройства прекрасно справляются с удалением из газов механических загрязнителей, а именно — копоти, пыли, золы, сажи и частиц пепла.

Газоочистные аппараты могут быть изготовлены из металла, нержавеющих сталей, листовых пластиков (полипропилен, полиэтилен, ПВХ) или стеклопластика.