
- •Глава 5 техника и технология удаления взвешенных веществ из атмосферных выбросов
- •Классификация пылеуловителей по дисперсности очищаемой пыли
- •5.1. Основные характеристики пылеуловителей
- •5.2. Сухие механические пылеуловители
- •Параметры выбора максимальной скорости газов в пылеосадительных камерах
- •Фракционные коэффициенты очистки жалюзийного пылеуловителя вти
- •Влияние степени отсоса на коэффициент очистки для жалюзийных пылеуловителей
- •Относительные размеры цилиндрических циклонов в долях диаметра корпуса
- •Относительные размеры конических циклонов в долях диаметра корпуса
- •Соотношение размеров для циклонов вцнииот
- •Размеры, мм, циклона конструкции сиот
- •Размеры циклонов конструкции цкти типа ц
- •Параметры, определяющие эффективность работы циклонов конструкции нииоГаза
- •Значения коэффициентов сопротивления одиночного циклона
- •Поправочный коэффициент к1 на диаметр циклона
- •Поправочный коэффициент к2 на запыленность газов
- •Коэффициент к3 , учитывающий дополнительные потери давления, связанные с групповой компоновкой
- •Значение коэффициента 0
- •Параметры, определяющие эффективность батарейных циклонов
- •Технические характеристики батарейных циклонов
- •5.3. Фильтры
- •Классификация воздушных фильтров
- •Сравнительная характеристика туманоуловителей
- •Основные свойства фильтровальных тканей
- •Влияние слоя осажденной пыли на эффективность улавливания тканью частиц диаметром 0,3 мкм
- •Рекомендуемые скорости фильтрации в рукавных фильтрах
- •Рекомендуемые значения удельной газовой нагрузки для различных тканей
- •Нитрон рукава нцм 0,83
- •Размеры и форма фильтрующих керамических элементов
- •5.4. Мокрые пылеуловители
- •Характеристика насадок
- •Формулы для расчета коэффициента ж
- •5.5. Электрофильтры
- •Основные типы электрофильтров. Наибольшее распространение в промышленности нашли следующие электрофильтры:
- •5.6. Подготовка выбросов перед очисткой в пылеулавливающих устройствах
5.4. Мокрые пылеуловители
Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки от пыли считается достаточно простым и в то же время эффективным способом обеспыливания.
При современном уровне развития техники пылеулавливания наметилась тенденция применения сухих пылеуловителей, однако в ряде случаев мокрые пылеуловители конкурируют с такими высокоэффективными аппаратами, как рукавные фильтры и электрофильтры.
Преимущества мокрых пылеуловителей перед аппаратами других типов:
— сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства) и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;
— возможность применения для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;
— возможность охлаждения и увлажнения (кондиционирования) газов;
— возможность применения для очистки высокотемпературных газовых потоков;
— возможность одновременной очистки от пыли и от газообразных вредных веществ, т. е. их можно использовать в качестве абсорберов.
К недостаткам пылеуловителей относятся:
— улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод;
— потери жидкости вследствие брызгоуноса;
— необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей.
В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода. При решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обуславливается процессом абсорбции.
Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей, в настоящее время, не существует. Обычно они классифицируются на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия:
— полые газопромыватели;
— насадочные скрубберы;
— тарельчатые газопромыватели;
— газопромыватели с подвижной насадкой;
— мокрые аппараты ударно–инерционного действия;
— мокрые аппараты центробежного действия;
— механические газопромыватели;
— скоростные газопромыватели.
Помимо перечисленных групп, к мокрым пылеуловителям, в какой–то степени, могут быть отнесены мокрые электрофильтры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсационного действия.
Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят полые скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др. К средненапорным мокрым пылеуловителям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некоторые динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури.
Подвод орошающей жидкости в мокрые газоочистные аппараты. Надежная и эффективная работа мокрых пылеуловителей в немалой степени зависит от правильного выбора устройств подвода жидкости. Способ подачи жидкости, в значительной мере влияет на распределение энергии, затрачиваемой на проведение процесса. В аппаратах, где главная роль в энергетических затратах принадлежит орошающей жидкости (полые), применяются энергоемкие средства подвода орошения — форсунки, работающие под высоким давлением. В аппаратах, где затраты энергии, подводимой к жидкости, играют второстепенную роль (скрубберы Вентури), используются низконапорные форсунки. В тех же аппаратах, где практически вся энергия подводится к газовому потоку (насадочные, тарельчатые) и требуется равномерное орошение всего сечения аппарата, применяют оросители различных конструкций.
Форсунки. Форсунки подразделяются на три основные группы: механического, пневматического и электрического действия.
Механические форсунки, наиболее распространенные в газоочистных аппаратах, бывают прямого действия, центробежные и ультразвуковые. На рис. 5.59 показаны типы механических форсунок: струйные, струйно-ударные, с внешним соударением струй, центробежные, центробежно-струйные.
В центробежных форсунках жидкость приобретает вращательное движение за счет тангенциального подвода (рис. 5.59, в) или проходя через завихрительную спираль (рис. 5.59, а, б). Далее струя покидает форсунку в виде полого вращающегося конуса (рис. 5.60, а), который под действием центробежных сил распадается на отдельные капли. Достоинства центробежных форсунок — простота конструкции, возможность широкой регулировки расхода жидкости и угла распыла, высокая эксплуатационная надежность.
Рис.
5.59. Механические форсунки: а–в
— цетробежные форсунки (а
— Григорьева–Поляка;
б
— Кертинга; в
— эвольвентная форсунка); г–е
— центробежно–струйные
форсунки (г
— ВТИ; д
— с цилиндрическим вкладышем и
горизонтальными каналами; е
— с цилиндрическим плоским вкладышем
и с периферийными винтовыми каналами);
ж
— плоскофакельная струйная форсунка
Рис.
5.61. Пневмофорсунка:
1
— патрубок для подвода воды; 2
— элемент плоскофакельной форсунки;
3
— горловина
Рис.
5.60. Формы факела форсунок:
а
— полый факел; б
— заполненный факел; плоский факел
Объемный расход жидкости определяется по формуле:
, (5.53)
где dc — диаметр сопла форсунки, м; Кж — коэффициент расхода жидкости; рж — давление жидкости перед форсункой, Па.
Наибольшие значения коэффициента расхода характерны для струйных форсунок (0,75–0,98), наименьшие — у центробежных (0,2–0,3).
В пневматических форсунках поток жидкости дробится, соприкасаясь с высокоскоростным потоком газа или пара (рис. 5.61). Жидкость подается в пневматические форсунки под небольшим давлением, либо засасывается инжектирующим действием газового потока. Форма факела зависит от конфигурации выходного отверстия и от расхода газа.
Энергозатраты пневматических форсунок выше, чем механических, поэтому они не получили широкого распространения в мокрых пылеуловителях. Однако они позволяют получить более тонкий распыл, вследствие чего их можно использовать при увлажнении газов.
Оросители. По режиму истечения жидкости оросительные устройства делятся на струйные разбрызгивающие и на струйные неразбрызгивающие.
а) б)
Рис.
5.62. Основные типы оросителей:
а
— точечное орошение; б
— зональное орошение; в
— сплошное орошение; 1
— распределительная плита; 2
— желоб с боковыми прорезями; 3
— желоб с длинными патрубками; 4
— многотрубчатый ороситель; 5
— перфорированный стакан; 6
— щелевая брызгалка; 7
— розетка; 8
— многоконусный ороситель; 9
— разбрызгивающая звездочка
Зональное и сплошное орошение обеспечивается различными видами брызгалок. Эти оросители работают при постоянном напоре 40–60 кПа. При зональном и сплошном орошении обеспечивается лучшая смачиваемость, однако этот способ связан с большим расходом орошающей жидкости. Кроме того, за счет перекрытия смежных зон орошения наблюдается значительная неравномерность плотности орошения по сечению аппарата.
Каплеулавливающие устройства. Во всех мокрых пылеуловителях, в той или иной степени, происходит брызгоунос, интенсивность которого определяется скоростью газового потока в свободном сечении аппарата и способом подвода орошающей жидкости.
Максимально возможный размер уносимых капель может быть рассчитан по скорости витания капель (номограмма), которая принимается равной скорости газов в свободном сечении аппарата.
Для сепарации капель из газов используются следующие механизмы осаждения: гравитационный, инерционный, центробежный, диффузионный и электростатический. Последние два используются в основном для улавливания туманов. Наибольшее применение нашли инерционные и центробежные, принцип работы которых ясен из названия.
Каплеулавливающие устройства могут монтироваться в одном корпусе с мокрым пылеуловителем, а могут в виде отдельного аппарата устанавливаться за ним.
Инерционные каплеуловители. В качестве инерционных каплеуловителей используют различные насадки, гальку, кольца Рашига, вязанную сетку и т. д. (рис. 5.63). Эффективность инерционных каплеуловителей увеличивается с ростом скорости газов, однако этот рост не может быть беспредельным, поскольку при достижении определенной скорости газа возникает вторичный унос, наступает захлебывание каплеуловителя. Обычно оптимальная скорость газа лежит в диапазоне 3–5 м/с, максимальная — 5–6 м/с. Критическая скорость определяется конструкцией, направлением набегающего газового потока и др.
Рис.
5.63. Элементы инерционных каплеуловителей:
а,
б
— горизонтальные жалюзийные; в
— прямоточный сепаратор Карбейта; г
— гофрированные вязанные сетки; д
— уголковые; е
— вертикальные жалюзийные; ж
— швеллерковые
Рис.
5.64. Малогабаритный циклон каплеуловитель
КЦТ
Для некоторых каплеуловителей при расчетах оптимальной скорости можно использовать формулу:
, (5.54)
где kc — коэффициент, изменяющийся от 0,09 до 0,305.
Основным недостатком инерционных каплеуловителей является возможность образования отложений.
Центробежные каплеуловители. Центробежные пылеуловители получили наибольшее распространение в газоочистной технике.
В качестве каплеуловителей могут быть использованы обычные циклоны, например циклоны НИИОгаза. Однако более эффективными являются специально разработанные устройства, например, циклон–каплеуловитель (рис. 5.64), устанавливаемый обычно за трубами Вентури. Скорость газа в плане аппарата составляет 4,5–5,5 м/с. Разработан типоразмерный ряд каплеуловителей КЦТ на производительности по газам 3100–84000 м3/ч.
Кроме того, в качестве каплеуловителей могут применяться устройства коленного типа (рис. 5.65). Эффективность подобного каплеуловителя после трубы Вентури составляет 90%.
Более перспективными считаются встроенные каплеуловители, один из которых представлен на рис. 5.66. Оптимальная скорость равна 5 м/с. Отвод жидкости осуществляется через сливные патрубки, расположенные в нижней части.
Рис.
5.66. Цилиндрический каплеуловитель:
1
— диск; 2
— кольцо; 3
— лопатки; 4
— карман; 5
— канал
Рис.
5.65. Каплеуловитель коленного типа:
1
— корпус; 2
— лопатка; 3
— сливные карманы; труба для сбора
уловленной жидкости; 5
— устройство для вывода жидкости
Рис.
5.67. Конструкции полых скрубберов: а
— с тарельчатыми форсунками; б
— конденсационная башня; в–д
— колонны улавливания фтористых газов
и аммиака; е
— скруббер типа СП; 1
— ярусы орошения; 2
— система гидросмыва каплеуловителя;
3
— каплеуловитель; 4
— завихритель; 5
— форсунки газохода
По направлению движения газов и жидкости, полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости.
Гидравлическое сопротивление полого скруббера весьма незначительно: при отсутствии каплеуловителя и газораспределителя оно обычно не превышает 250 Па. Полые форсуночные скрубберы обеспечивают высокую степень очистки только при улавливании частиц размером больше 5 мкм.
Максимальная эффективность при инерционном осаждении улавливаемых частиц на каплях, падающих под действием силы тяжести в неподвижном воздухе (независимо от размера частиц), достигается при dк = 0,6–1,0 мм. Поэтому, в полых газопромывателях обычно устанавливают центробежные форсунки грубого распыла (работающие под давлением от 3105 до 4105 Па), которые и создают капли требуемого размера. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, содержащей взвеси, просты в изготовлении и мало подвержены износу. Для расчета полого газопромывателя необходимо знать расход пылегазового потока Q, плотность газов pг, плотность частиц пыли pч и ее дисперсный состав. Расчет выполняют в следующем порядке.
1. Определяют площадь сечения скруббера S, м2:
S = Q / vг, (5.55)
2. По найденному значению S рассчитывают диаметр скруббера D и его высоту H по формулам:
D
=
, (5.56)
H
2,5 D. (5.57)
3.
Удельный расход жидкости m
принимают от 0,5 до 10 л/м
и определяют общий расход жидкости на
орошение аппарата Qж:
Qж = m Qг. (5.58)
4. Коэффициент очистки в полом противоточном скруббере находят по формулам:
, (5.59)
где з — эффективность захвата каплями частиц определенного диаметра; vк — скорость осаждения капли, м/с; dк — диаметр капли, м.
Значения з приведены в таблице 5.26. Скорость осаждения капель vк определяют по номограмме, представленной на рис. 5.68.
Таблица
5.26
Эффективность
захвата частиц пыли распыленной водой
(для частиц с ч
=
2000 кг/м3)
dч,
мкм
з
при (к
+ г)/dл
600
с–1
1200
с–1
2300
с–1
3500
с–1
4000
с–1
1,4
0
0
0
0,03
0,06
2,0
0
0
0,07
0,17
0,21
4,0
0,07
0,24
0,41
0,54
0,58
10,0
0,54
0,70
0,85
0,89
0,90
Основными параметрами насадки являются: удельная поверхность, свободный объем и эквивалентный диаметр (табл. 5.27). Удельная поверхность а представляет собой геометрическую поверхность насадочных тел и выражается в м2/м3. Свободный объем характеризует объем пустот насадки и выражается в м3/м3.
Рис.
5.69. Типы насадок:
1
— кольца Рашига; 2
— кольца с перегородкой; 3
— кольца с крестообразной перегородкой;
4
— кольца Палля; 5
— седла Берля; 6
— седла Инталокс
Рис.
5.70. Противоточный насадочный скруббер:
1
— опорная решетка; 2
— насадка; 3
— оросительное устройство
Предварительно определяют сопротивление сухой насадки, Па
Рис.
5.68. Номограмма для определения диаметра
частиц по скорости их витания
(5.60)
где hн — высота насадки, м; 0 — коэффициент сопротивления сухого аппарата.
Коэффициент 0 зависит от режима движения газа и является функцией критерия Рейнольдса Re. Значения 0 определяются в зависимости от типа насадок:
— для беспорядочных насадок, в которых пустоты распределены равномерно по всем направлениям (шары, седлообразные насадки),
0 = (133/Reг) + 2,34; (5.61)
— для беспорядочных кольцевых насадок при Reг < 40
0 = 140/Reг; (5.62)
— при (Reг>40)
0 = 16/Re0,2; (5.63)
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки всегда больше сухой и его определяют из отношения
Рор = М ·Рсух, (5.64)