Техника мокрого пылеулавливания выбросных газов (с примерами расчета аппаратов) и контроль качества очистки

М.И. Клюшенкова, Н.А. Кузнецова, Д.А. Макаренков

Техника мокрого пылеулавливания выбросных 

газов (с примерами расчета аппаратов) и контроль 

качества очистки

Москва

Инфра-М

2017

М.И. Клюшенкова, Н.А. Кузнецова, Д.А. Макаренков

Техника мокрого пылеулавливания выбросных 

газов (с примерами расчета аппаратов) и контроль 

качества очистки

Учебное пособие

Москва

Инфра-М; Znanium.com

2017

УДК 697.94

ББК 60.550.3

К52

Рецензенты: кафедра «Медицинская биотехнология» ФГБОУ ВПО «Российский университет 
дружбы народов»

д.т.н., профессор А.В. Луканин

Клюшенкова, М.И.

Техника мокрого пылеулавливания выбросных газов (с примерами 

расчета аппаратов) и контроль качества очистки: учебное пособие / М.И.
Клюшенкова, Н.А. Кузнецова, Д.А. Макаренков. – М.: Инфра-М; Znanium.com, 
2017. – 73 с.

ISBN 978-5-16-104998-3 (online)

Учебное пособие содержит классификацию аппаратов мокрого пылеулавливания, 

подробное описание, их рабочие характеристики, рекомендации по технологическим
расчетам. Приведены примеры расчета аппаратов, часто используемых в системах 
очистки запыленных газов. Раздел «Мокрая очистка газов от пыли» входит в рабочие 
программы по изучению дисциплины» «Инженерная защита компонентов окружающей 
среды по направлению 280700.62 «Техносферная безопасность». Рассмотрены вопросы 
мониторинга качества очистки с использованием современных методов аналитического 
контроля. Учебное пособие предназначено для аудиторной и самостоятельной работы 
студентов, а также специалистов, занимающихся вопросами очистки газовых выбросов. 
Пособие может использоваться при выполнении выпускных квалификационных работ 
бакалавров и магистров.

ISBN 978-5-16-104998-3 (online)
© М.И. Клюшенкова, Н.А. Кузнецова, Д.А.

Макаренков, 2017

Основные обозначения 

d0 – диаметр отверстий, м; 
Dг – коэффициент турбулентной диффузии, м2/с. 
dч и ρч – диаметр и плотность улавливаемых частиц пыли, м, 
кг/м3 
G – расход газа, м3/ч 
Нг-ж.с. – высота газо-жидкостного слоя, м 
L – расход жидкости, м3/ч 
Lуд – удельная нагрузка по жидкости, м3/м2·ч 

 - свободное сечение решетки или тарелки  
 - шаг между отверстиями, м  

– скорость газа в отверстиях или щелях опорной решетки 
или тарелки, м/с 
wг – рабочая скорость газа в сечении аппарата, м/с 
ΔРг-ж.с - гидравлическое сопротивление газо-жидкостного 
слоя., Па 
ΔРн - гидравлическое сопротивление насадки, Па 
ΔРс.т - гидравлическое сопротивление сухой опорной 
решетки., Па 
ΔРсеп – гидравлическое сопротивление сепаратора, Па. 
ΔРт – полное гидравлическое сопротивление тарелки, Па 

 – порозность слоя насадки, м3/м3 

 – коэффициент истечения жидкости из отверстия или щели  
µг – вязкость газа, Па·с 
ξ – коэффициент сопротивления сухой решетки или тарелки 

 – плотность газа, кг/м3 
ρж – плотность жидкости, кг/м3 
– поверхностное натяжение жидкости, Н/м 
τ – доля сечения провальной тарелки, занятая стекающей 
жидкостью, м2/м2 
 

Содержание 
 
 
Введение………………………………………………….. 
1. 
Механизм улавливания пыли при мокром 
пылеулавливании………………………………………… 
2. 
Классификация мокрых пылеуловителей…….. 
3. 
Аппараты для мокрого пылеулавливания……..      
3.1. 
Полые форсуночные скруббера……………….. 
3.2. 
Насадочные газопромыватели…………………. 
3.3. 
Гидроциклон с водяной пленкой жидкости 
(ЦВП)………………………………………………………. 
3.4. 
Центробежные пылеуловители…………………. 
3.5. 
Пленочные тарельчатые скруббера…………… 
3.6. 
Механические скруббера………………………. 
3.7. 
Мокрые пылеуловители с псевдоожиженным 
слоем насадки…………………………………………….. 
3.8. 
Газопромыватели 
ударно-инерционного 
действия…………………………………………………… 
3.9. 
Скоростные 
газопромыватели 
(скруббера 
Вентури)…………………………………………………… 
3.10. 
Тарельчатые аппараты…………………………… 
4. 
Примеры расчета аппаратов……………………. 
4.1. 
Расчет пленочного тарельчатого скруббера…. 
4.2. 
Расчет аппарата с псевдоожиженным слоем 
насадки (АПН)…………………………………………….. 
4.3. 
Расчет пенного аппарата со стабилизаторами 
газо-жидкостного слоя (ПАСС)………………………… 
5. 
Экологический мониторинг качества очистки 
воздушной среды……………………………………… 
6. 
Библиографический список……………………… 

 
6 
 
8 
10 
11 
11 
14 
 
15 
16 
17 
24 
 
25 
 
29 
 
34 
38 
44 
44 
 
50 
 
55 
 
59 

Введение 
Процесс мокрого пылеулавливания проходит при 
контакте запылённых газов с жидкостью. Твердые частицы 
захватываются жидкостью и выносятся из аппаратов в виде 
шламов. Данный процесс очистки газов нашел широкое 
применение в связи с высокой степенью обеспыливания [10]. 
Мокрое 
пылеулавливание 
ведется 
в 
аппаратах, 
называемых скрубберами. Аппараты обычно конструктивно 
просты, отличаются низкой стоимостью и более высокой 
эффективностью 
обеспыливания 
газа, 
чем 
сухие 
механические пылеуловители [1, 6, 7, 16, 17]. 
Мокрые пылеуловители по эффективности очистки 
газа могут конкурировать с высокоэффективными сухими 
пылеуловителями, такими как рукавные фильтры, которые в 
ряде случаев не могут быть использованы при высокой 
температуре и повышенной влажности газов [18, 19, 23, 24]. 
При 
мокром 
пылезолоулавливании 
в 
качестве 
орошающей жидкости используют воду. При совмещении 
процесса улавливания пыли с процессом очистки отходящих 
газов от вредных примесей методом абсорбции или 
хемосорбции 
подбирается 
соответствующие 
жидкие 
абсорбенты. Процесс пылеулавливания идет одновременно с 
процессом охлаждения газов [3, 8], что положительно влияет 
на процесс абсорбции.    
Аппараты мокрого пылеулавливания работают как 
аппараты «грубой» и «тонкой» очистки газов одновременно, 
поэтому в схеме очистки газов устанавливается один 
аппарат, а не два (циклон и рукавный фильтр) как при сухой 
очистке. Мокрая очистка эффективно очищает газы до 
размера частиц 1-2 мкм, а скрубберы Вентури до размера 
частиц 0,1 мкм, имея общую эффективность =0,85-0,97 
[19]. 
Для разных типов аппаратов расход жидкости, 
поступающей на газоочистку, колеблется от 0,1 до 10 
кубометров жидкости на 1 м2 сечения аппарата или 

количество абсорбента определяется по материальному 
балансу в зависимости от расхода газа и степени загрязнения 
вредным веществом в начале и конце процесса. Учитывается 
также уровень регенерации абсорбента. 
Перечисленные 
достоинства 
мокрого 
пылезолоулавливания предопределили его широкое применение. 
Однако этот метод имеет ряд существенных недостатков, в 
первую очередь, уловленный твёрдый продукт выделяется из 
аппарата в виде шлама, что связано с необходимостью его 
утилизации, 
следовательно, 
это 
ведет 
к 
удорожанию 
процесса. Из отходящего шлама необходимо выделять 
нерастворимую твердую фазу – это аппараты: отстойники, 
уплотнители, фильтры, центрифуги или другие варианты 
обезвоживания шлама, затем сушка. При этом мокрая 
очистка газов, в ряде случаев, становиться экономически не 
целесообразной.  
Наиболее дешевый метод мокрой очистки газов это 
метод улавливания растворимой в воде пыли, что имеет 
место в производстве минеральных удобрений. Из аппарата 
очистки газа выходит раствор, который можно вернуть в 
технологический процесс. В качестве примера можно 
рассмотреть производство аммиачной селитры (рис.1). Сырье 
для производства – газообразный аммиак и разбавленная 
азотная кислота (58% HNO3) поступают в реактор, выходит 
раствор аммиачной селитры 

NH3+ HNO3→ NH4NO3+Q                                    (р.1) 

и выделяется большое количество тепла, которое 
тратится на испарение воды, находящейся в составе 
разбавленной азотной кислоты. Далее раствор поступает на 
выпарку и полученный жидкий концентрат NH4NO3 подается 
на грануляцию в гранбашню, продуваемую воздухом. 
Запыленный воздух и пар, содержащий NH3 после выпарки 
направляются в скруббер очистки. Аммиачная селитра – 
растворимая соль, поэтому ее 20% раствор возвращается на 
стадию выпарки полностью утилизируя товарный продукт. 
Схема данного процесса представлена на рис.1.  

Вторым 
недостатком 
мокрого 
пылеулавливания 
является то, что газ перед выбросом в выхлопную трубу 
охлаждается. Холодный и влажный газ ухудшает условия его 
рассеивания в атмосфере, поэтому газ перед сбросом 
рекомендуется подогревать, что влечет дополнительные 
энергозатраты.  

 
Рис.1. Схема производства аммиачной селитры. 
 
Мокрое пылеулавливание дает механический унос 
капель 
жидкости 
из 
аппарата 
очистки, 
поэтому 
сепарационное устройство монтируется в его верхней части 
или устанавливается как отдельный сепаратор на линии 
отбросных газов перед дымососом. Брызгоунос ведет к 
безвозвратным потерям орошающей жидкости. Капли, 
содержащие пыль, осаждаются в газоходах и дымососах и 
после высыхания дают вторичный унос пыли. 
 
1. Механизм улавливания пыли при мокром 
пылеулавливании 
 
На смоченную частицу в процессе ее улавливания 
действуют те же силы, что при сухом пылеулавливании. Это 

могут 
быть 
гравитационные, 
инерционные 
или 
центробежные силы. Дополнительно при смачивании частиц 
пыли происходит их коагуляция,  что способствует лучшему 
осаждению на каплях или пленках жидкости и выводу из 
аппарата. 
 
При улавливании мелких частиц пыли на них 
дополнительно 
действуют 
следующие 
процессы: 
броуновская диффузия, термофорез, диффузиофорез и 
электростатическое осаждение. 
 
Броуновская диффузия или тепловое движение 
частиц пыли вызвано их столкновением с газовыми 
молекулами. Этот механизм необходимо учитывать, если 
размеры частиц менее 0,5 мкм. 
 
Для более широкого спектра размеров частиц 
целесообразно учитывать явление, называемое термофорез. 
Термофорез - это процесс отталкивания частиц нагретыми 
телами. Термофоретическая сила возникает вследствие того, 
что от более нагретой стороны твердой частицы молекулы 
газа отлетают с большей скоростью, чем от менее нагретой 
стороны, в результате частице пыли сообщается импульс 
движения в направлении понижения температуры. Скорость 
движения частицы при термофорезе не зависит от размера 
частиц, находящихся во взвешенном состоянии в горячих 
газах. Нежелательным является осаждение частиц на 
холодных стенках. Это явление можно наблюдать в котлах и 
теплообменниках, 
что 
ухудшает 
их 
теплотехнические 
характеристики, 
т.к. 
слой 
пыли 
обладает 
низкой 
теплопроводностью. 
 
Частным случаем термофореза является фотофорез, 
который возникает при неравномерном освещении, ведущем 
к нагреву частиц. 
 
Диффузиофорез 
или 
иначе 
его 
называют 
капиллярный осмос предполагает движение частиц под 
влиянием задаваемого извне градиента. 
 
Электростатическое взаимодействие проявляется в 
том случае, если частицы или капли жидкости несут взаимо 

противоположные заряды, что способствует осаждению 
частиц и выносу их жидкостью из аппарата. 
 
2. Классификация мокрых пылеуловителей 
 
Классификацию 
проводят 
с 
учетом 
механизма 
процесса контакта твердых частиц пыли, находящихся в 
газовом потоке с орошающей жидкостью. Возможно 
прямоточное 
и 
противоточное 
движение 
потоков. 
Классификацию ведут по способу организации поверхности 
контакта фаз: 
- 
Улавливание 
пыли 
каплями 
жидкости, 
двигающимися противотоком через газ. Это аппараты: полые 
газопромыватели, 
промывные 
камеры, 
форсуночные 
скруббера. 
- 
Улавливание 
пыли 
пленками 
жидкости, 
стекающими по твердым поверхностям или со специально 
организованными летящими пленками в объеме аппарата. 
Это 
аппараты 
насадочные 
и 
пленочные 
тарельчатые 
скруббера, гидроциклоны с водяной пленкой, центробежные 
аппараты. 
- Улавливание пыли в струях и пузырях газа, 
поднимающихся в жидкости. Это аппараты барботажные и 
пенные. 
- Улавливание пыли при ударе газовых струй о 
жидкие или твердые поверхности. Это аппараты ударноинерционного действия (ротоклоны). 
- Улавливание пыли в зоне больших скоростей газа и 
дробления жидкости на капли. Это скоростные аппараты 
Вентури. 
- Газопромыватели с подвижной насадкой. Аппараты 
АПН. 
Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по 
затратам энергии на: 
- низконапорные 
- средненапорные 
- высоконапорные. 

К 
низконапорным 
аппаратам 
относятся 
пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не 
превышает 1500 Па. Обычно это форсуночные и пленочные 
газопромыватели, аппараты центробежного действия, а также 
механические скруббера. 
К средненапорным относятся аппараты, имеющие 
гидравлическое сопротивление в диапазоне 1500-3000 Па. 
Высоконапорные 
аппараты 
применяются 
для 
улавливания мелкодисперсных пылей, - это аппараты 
Вентури, ударно-инерционное газопромыватели, например 
скруббер 
Дойля. 
Их 
гидравлическое 
сопротивление 
превышает 3000 Па. 
Чем больше энергии вкладывается в систему очистки 
газов, тем выше эффективность очистки. Однако, при 
проектировании систем очистки газов надо стремиться к 
минимизации энергозатрат, т.к. эти затраты ложатся на 
увеличение себестоимости производства целевого продукта. 
Рекомендуется в каждом конкретном случае проводить 
технико-экономическое обоснование выбора того или иного 
газопромывателя. 
Рассмотрим 
наиболее 
подробно 
конструктивное 
решение и условия работы мокрых пылеуловителей.  
 
3. Аппараты для мокрого пылеулавливания 
 
3.1. Полые форсуночные скруббера 
 
В колонных полых скрубберах жидкость распыляется 
форсунками, установленными в верхней части в один или два 
ряда 
и 
при 
распыле 
жидкость 
должна 
полностью 
перекрывать сечение аппарата [5]. Запыленный газ подается 
в колонну или тангенциально для лучшего распределения по 
сечению, или в нижней части колонны устанавливается 
газораспределительная тарелка, дающая дополнительное 
гидравлическое сопротивление. 
По направлению движения газов и жидкости полые 
скруббера могут работать в противоточном режиме, что