Экология промышленного производства

Общими для всех аппаратов являются: гидравлическое сопротив-

ление 1,2–3,5 кПа; энергозатраты – не более 1,99 кВтч/1 000м3; концентрация при входе в аппарат для фтористого водорода – не более 5

г/м3 идляпыли– неболее10 г/м3; плотностьорошения25–35 м3/(м2 ч); остаточный каплеунос – не более 0,07–0,1 г/м3; разрежение внутри аппарата – не более 15 кПа; температура газа – не более 100–120 С; предельное содержание взвеси в орошаемой воде – не более 10 г/м3; водородный показатель pH – не менее 7; степень очистки газа при pH7 – от соединенийфтора97–99 %, отпыли(dт > 2 мкм) 96–99,2 %.

5.2.6. Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури)

Скрубберы Вентури – наиболее эффективные из аппаратов мокрой очистки газов. В связи с непрерывно возрастающими требованиями к глубине очистки газовоздушных выбросов промышленных предприятий скрубберы Вентури постепенно становятся доминирующим видом мокрых пылеуловителей. Скруббер Вентури представляет собой трубу Вентури, в которую подводится орошающая жидкость, и установленный за ней каплеуловитель. Оба основных элемента скруббера могут монтироваться как раздельно, так и в одном корпусе (рис. 5.27).

Рис. 5.27. Скрубберы Вентури:

а– свыносным каплеуловителем; б– совстроенным каплеуловителем; 1 – ТрубаВентури; 2 – циклонкаплеуловитель; 3 – розеточноеустройство; 4 – каплеосадительнаякамера

181

Принцип действия скруббера Вентури основан на интенсивном дроблении газовым потоком, движущимся с высокой скоростью (порядка 40–150 м/с), орошающей его жидкости. Осаждению частиц на каплях орошающей жидкости способствуют высокие относительные скоростей между ними.

В трубах Вентури укрупнение частиц пыли происходит вследствие их осаждения на каплях жидкости в условиях высокой скорости и интенсивной турбулентности газового потока. Удаление скоагулированных частиц из потока газа осуществляется в каплеуловителе, в качестве которого чаще всего применяются циклоны или другие инерционные отделители.

Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью:

= 96–98 % на пылях со средним размером частиц 1–2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации ее в газе от 0,05 до 100 г/м3. При работе в режиме тонкой очистки от высокодисперсных пылей скорость газов в горловине должна поддерживаться в пределах 100–150 м/с, а удельный расход воды в пределах 0,5–1,2 дм3/м3. Это обусловливает необходимость большого перепада давления ( p = 10–20 кПа) и, следовательно, значительных за-

трат энергии на очистку газа. В ряде случаев, когда труба Вентури работает только как коагулятор перед последующей тонкой очисткой (например, в электрофильтрах) или для улавливания крупной пыли размером частиц более 5–10 мкм, скорости в горловине могут быть снижены до 50–100 м/с, что значительно сокращает энергозатраты.

Существует большое число конструкций скрубберов Вентури, отличающихся сечением и длиной горловины, способом подвода орошающей жидкости, компоновкой и т. д. По конфигурации поперечного сечения трубы Вентури подразделяются на круглые, щелевые и кольцевые. Круглые трубы Вентури имеют преимущественное распространение при малых объемах очищаемых газов. При больших объемах газов целесообразно применять трубы Вентури с кольцевой горловиной и центральным подводом орошения или щелевые трубы Вентури с пленочным орошением.

Иногда при больших объемах очищаемых газов применяют батарейные или групповые компоновки скрубберов Вентури.

182

Достоинством батарейной и групповой компоновок является возможность отключения части труб при переменных расходах газов, т. е. ступенчатого регулирования. Однако вопрос регулирования может решаться также с помощью труб с переменным сечением горловины, байпасированиемчастигазовиизменениемудельногоорошения.

В настоящее время разработано несколько десятков конструкций труб Вентури с регулируемым сечением горловины. Промышленное применение нашли две конструкции: труба Вентури щелевого сечения, в которой регулирование площади горловины осуществляется с помощью поворотных заслонок (рис. 5.28); труба Вентури кольцевого сечения (рис. 5.29), в которой вдоль оси перемещается регулирующий конус. Вторая конструкция представляется более надежной, так как в ней регулирующий механизм вынесен из зоны контакта с запыленным газом.

183

По гидродинамическим характеристикам скрубберы Вентури можно условно подразделить на высоконапорные и низконапорные. Первые применяются для тонкой очистки газов от микронной и субмикронной пыли и характеризуются высоким гидравлическим сопротивлением (до 20 000–30 000 Па); вторые используются главным образом для подготовки (кондиционирования) газов перед другими пылеулавливающими аппаратами и для очистки аспирационного воздуха: их гидравлическое сопротивление не превышает 3 000–5 000 Па. Для работы в низконапорном режиме иногда используют трубы Вентури с удлиненными горловинами. (В этом случае более глубоко протекают процессы охлаждения газов).

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости (рис. 5.30) можно выделить следующие основные типы аппаратов:

–с центральным (форсуночным) подводом жидкости в конфузор (или перед ним);

–с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине);

–с пленочным орошением;

–с подводом жидкости за счет энергии газового потока.

Рис. 5.30. Конструкция труб Вентури:

а– центральный форсуночный подвод жидкости; б – периферийное орошение;

в– пленочное орошение; г – бесфорсуночное орошение

Саэродинамической точки зрения оптимальная конфигурация трубы Вентури (рис. 5.31) обеспечивается при следующих соотношениях размеров ее элементов:

184

Рис. 5.31. Нормализованная труба Вентури: 1– конфузор; 2– горловина; 3 – диффузор

Однако по конструктивным соображениям определенное применение нашли также трубы с размерами, отличными от оптимальных. Например, при компоновке батарейных скрубберов Вентури используются трубы Вентури с углом сужения конфузора 63° и с укороченным диффузором; в ряде установок применяются трубы Вентури с удлиненными горловинами; lг 3 5 dэ , где dэ – эквивалентный

диаметр горловины, м.

Расчет скруббера Вентури

В ряде частных случаев степень очистки газа от взвешенных частиц рассчитывается по эмпирическим формулам. Обычно же ее определение требует проведения экспериментов.

Для частиц диаметром более 0,1 мкм фракционную эффективность пылеулавливания в скруббере Вентури определяется из эмпирической зависимости

185

– динамический коэффициент вязкости газа, Па с;г – скорость газа в горловине, м/с.

Для частиц размером 1–10 мкм при определенных скоростях газа и удельном орошении по рассчитанной фракционной эффективности очистки предварительно определяется из справочных таблиц гидравлическое сопротивление в трубе.

Общая эффективность пылеулавливания

i i ,

i 1

где i – эффективность пылеулавливания для i-й фракции, рассчи-

танная по dcp для данной фракции; Фi – массовая доля i-й фракции.

Дальнейший уточняющий расчет сводится к расчету скорости газа и геометрических параметров трубы Вентури.

Скорость газа в горловине трубы

трубы;ж – коэффициент гидравлического сопротивления трубы с

учетом подачи орошающей жидкости; ρ и ж – соответственно

плотности газа и орошающей жидкости, кг/м3; т – удельное орошение, м3/м3;

pт – гидравлическое сопротивление трубы Вентури.

186

Для расчета геометрических размеров стандартизованной трубы Вентури используют ряд эмпирических соотношений (рис. 5.31).

Диаметр горловины

где Vг. вых – производительность пылеулавливателя по влажному

газу при температуре и давлении газа на выходе из диффузора, м3/ч. Длина горловины lг 0,15dг и при увеличении угла раскрытия

конфузора от 25 до 60° увеличивается вдвое. Диаметр входного отверстия трубы

где Vг.вх – производительность установки по газу при температуре

идавлении на входе в трубу, м3/ч;

вх – сответствующая скорость ( вх = 12–20м/с).

Длина конфузора

lк dк d1г , 2tg 2

где 1 – угол раскрытия конфузора ( 1 25 30 ). Диаметр выходного отверстия:

dвых 1,88 10 2 Vг. вых ,

вых

где вых – скорость газа на выходе из трубы ( вых =12,0 м/с).

187

Длина диффузора:

где 2 – угол раскрытия диффузора ( 1 7 ).

Для очистки запыленных технологических газов НИИОгазом разработаны два типоразмерных ряда скрубберов Вентури: ряд прямоточных высоконапорных аппаратов типа ГВПВ (газопромыватели Вентури, прямоточные, высоконапорные) (рис. 5.32) и ряд кольцевых аппаратов с регулируемым сечением горловины типа СВ. Для обоих типов аппаратов концентрация пыли на входе не должна превышать 30 г/м3, а температура 400 °С.

Рис. 5.32. Труба Вентури типа ГВПВ:

1 – диффузор; 2 – горловина; 3 – конфузор; 4 – подвод орошающей жидкости

188

В основу типоразмерного ряда ГВПВ положены нормализованная труба круглого сечения. Подача орошающей жидкости производится в конфузор трубы Вентури с помощью одной или нескольких цельнофакельных форсунок. Удельный расход воды может изменяться от 0,5 до 2,5 дм/м3, а величина гидравлического сопротивления от 6 до 12 кПа. Скорость газа в каплеуловителе 4–5,6 м/с; при этом его гидравлическое сопротивление составляет порядка 350 Па, а конечная концентрация капельной влаги находится в пределах 20–40 мг/м3. При эксплуатации труба Вентури устанавливается в любом положении (вертикально, горизонтально, наклонно). Основные технические данные ряда ГВПВ приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Технические характеристики аппаратов типа ГВПВ*

Примечание: *Температура газа до 400 °С; давление жидкости перед форсункой 0,08–0,98 МПа; удельный расход орошающей жидкости 0,5–2,5 дм3/м3.

Унифицированный типоразмерный ряд скрубберов Вентури типа СВ с кольцевым сечением горловины объединяет четыре типоразмера аппаратов производительностью от 2 до 50 тыс. м3/ч (рис. 5.33).

189