Расчет скрубберов Вентури

Определение эффективности. В настоящее время наиболее часто расчет эффективности проводят на основе энергетического метода

Определение гидравлического сопротивления. Потеря давления в трубе Вентури зависит от скорости газов в горловине w_г и удельного расхода воды m и определяется как сумма двух слагаемых:

р_о = р_с + р_ж, (8.24)

где р_с — гидравлическое сопротивление сухой трубы {без орошения), исчисляемое по известной формуле

, (8.25)

Здесь _с — коэффициент сопротивления сухой трубы (круглого и прямоугольного сечения). При длине горловины l_г = 0,15 d_2; _с = 0,12÷0,15; w_г — скорость газа в горловине трубы при рабочих условиях, м/с; _г—плотность газа при рабочих условиях, кг/м³.

Для труб круглого или прямоугольного сечений с удлиненной горловиной в пределах 10·d₂ l_г 15·d₂ и скоростей в горловине до 150 м/с коэффициент сопротивления

, (8.26)

где Ма — число Маха; Ma = w₂/w_зв, здесь w_зв — скорость звука.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости, подсчитывают по формуле

, (8.27)

Коэффициент _ж определяют из выражения

, (8.28)

где А и (1+В) — эмпирические коэффициенты (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Значения коэффициентов А и (1 + В)

Способ подвода орошения	Скорость газов в горловине, м/с	Длина горловины, м	Коэффициенты
			А	1 + В
Центральны и пленочный в конфузор	>80 <80	(0,15-12,0)·dэ	1,68·(lг/dэ)0,29 3,49·(lг/dэ)0,266	1-1,12·(lг/dэ)0,045 1-0,98·(lг/dэ)0,026
Центральный перед конфузором или орошение площади перед батареей труб Вентури	40-150	0,15·dэ	0,215	-0,54
Периферийный в конфузор перпендикулярно газовому потоку	>80 <80	0,15·dэ	13,4 1,4	0,024 -0,316
Центральный в конфузор трубы Вентури оптимальной конфигурации	40-150	0,15dэ	0,63	-0,3

Выбор и расчет каплеуловителей. Наиболее часто в качестве каплеуловителей применяют прямоточные циклоны или центробежные скрубберы системы ВТИ. Необходимый диаметр каплеуловителя выбирают исходя из условной скорости в циклоне w_ц, которая должна находиться в пределах 2,5—4,5 м/с и объемного расхода газа V_г:

(8.29)

Активная высота каплеуловителя H_ц в зависимости от скорости газа в циклоне принимается равной:

wц,м/с	2.5—3	3-3,5	3,5—4,5	4,5—5,5
Hц(в долях Dц)	2,5	2,8	3,8	4,5

Гидравлическое сопротивление каплеуловителя

(8.30)

Для прямоточного циклона  = 30÷33, для циклона типа ЦН-24 с разрывом в выхлопной трубе  = 70 в циклоне принимается равной плотности газа на выходе из трубы Вентури.

Таким образом, общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури р_о равно сумме сопротивлений трубы Вентури р_т и каплеуловителя р_к

р_о = р_т + р_к. (8.31)

Унифицированные типоразмерные ряды скрубберов Вентури Аэродинамически оптимальными являются следующие соотношения размеров труб Вентури круглого сечения, в соответствии с которыми эти трубы нормализованы (см. рис. 8.5, б): длина горловины l₂ = 0,I5·d₂ (d₂ — диаметр горловины); угол сужения конфузора α₁ = 25÷28, длина конфузора l₁ = (d₁ – d₂)/2·tg(α₁/2),угол расширения диффузора α₂ = 6÷8^o, длина диффузора l₃ = (d₃ – d₂)/2·tg(α₂/2), диаметры входного и выходного сечений конфузора и диффузора d₁ и d₃ принимают равными диаметрам подводящего и отводящего трубопроводов.

Однако в промышленности при малых скоростях газа и мелкодисперсной пыли иногда применяют трубы Вентури с удлиненной горловиной l₂ = (3÷5)·d₂, что обеспечивает повышенную эффективность.

Для очистки запыленных технологических газов НИИОгазом разработаны два типоразмерных ряда скрубберов Вентури: ряд прямоточных высоконапорных аппаратов типа ГВПВ (газопромыватели Вентури, прямоточные, высоконапорные) (рис. 8.11) 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. 8.11. Труба Вентури типа ГВПВ: 1 — диффузор,; 2 — горловина; 3 — конфузор; 4 — подвод орошающей жидкости.

В основу типоразмерного ряда ГВПВ положены нормализованная труба круглого сечения с указанными выше соотношениями размеров и малогабаритный прямоточный циклон типа КЦТ (рис. 8.12). 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 дм³/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 может устанавливаться в любом положении (вертикально, горизонтально, наклонно). Основные технические данные ряда ГВПВ приведены в табл. 8.2 и 8.3, а эксплуатационные показатели на рис. 8.13.

Рис. 8.12. Каплеуловитель типа КЦТ: 1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 - выходной патрубок.

Рис. 8.13. Производительность труб Вентури типа ГВПВ при различном гидравлическом сопротивлении; а — 6 кПа; 6 — 8 кПа; в — 10 кПа; г — 12 кПа.

Таблица 8.2. Технические характеристики аппаратов типа ГВПВ

Типоразмер	Площадь сечения горловины, м2	Производительность (по условиям выхода), м3/ч	Основные размеры, мм					Масса, кг
			d1	d2	d3	h	H
ГВПВ-0,006	0,006	1700-3500	273	85	219	12	1850	70
ГВПВ-0,010	0,010	3100-6500	377	115	325	17	2500	120
ГВПВ-0,014	0,014	4140-8400	400	135	377	20	2940	150
ГВПВ-0,019	0,019	5590-11340	480	155	400	24	3140	175
ГВПВ-0,025	0,025	7450-15120	600	180	480	27	3790	257
ГВПВ-0,030	0,030	9320-18900	630	200	530	30	4025	310
ГВПВ-0,045	0,045	13800-2800	720	240	630	35	4620	420
ГВПВ-0,060	0,060	18630-37800	900	280	720	40	5425	560
ГВПВ-0,080	0,080	23460-47600	1000	320	820	50	5940	675
ГВПВ-0,100	0,100	32430-65800	1120	370	1000	55	7240	975
ГВПВ-0,140	0,140	41400-8400	1320	420	1120	65	8140	1200
Примечания: 1. Температура газа до 400 °С. 2. Давление жидкости перед форсункой 0,08 — 0,98 МПа. 3. Удельный расход орошающей жидкости 0,5—2,5 дм3/м3.

Таблица 8.3 Технические характеристики циклона типа КЦТ

Типоразмер	Внутренний диаметр D,мм	Полная высота Н,мм	Производительность, м3/ч	Масса, кг
КЦТ-400	400	1210	1700	85
КЦТ-500	500	1750	3100-3890	154
КЦТ-600	600	2000	3890-5600	168
КЦТ-700	700	2220	5600-7625	218
КЦТ-800	800	2462	7625-9960	268
КЦТ-900	900	2754	9960-12600	332
КЦТ-1000	1000	3004	12600-15560	408
КЦТ-1200	1200	3557	15560-22410	708
КЦТ-1400	1400	4107	22410-30500	908
КЦТ-1600	1600	4607	30500-39840	1158
КЦТ-1800	1800	5208	39840-50420	1558
КЦТ-2000	2000	5758	50420-65245	1828
КЦТ-2200	2200	6408	62245-75315	2268
КЦТ-2400	2400	6908	75315-84000	2648

Унифицированный типоразмерный ряд скрубберов Вентури типа СВ с кольцевым сечением горловины объединяет аппараты двух модификаций. Первая модификация (рис. 8.14) охватывает четыре типоразмера аппаратов производительностью от 2 до 50 тыс. м³/ч. В аппаратах этой модификации предусмотрена регулировка сечения горловины с помощью перемещения вверх и вниз конического обтекателя с углом раскрытия 7°. Труба-распылитель имеет на диффузоре закручивающую поток розетку и устанавливается внутри центробежного каплеуловителя. Максимальное сечение горловины — при нижнем положении обтекателя, минимальное — при верхнем. Орошающая жидкость подается через форсунку с рассекающим конусом, установленную на уровне верхней кромки конфузора. Требуемый уровень гидравлического сопротивления обеспечивается за счет изменения скорости газа в кольцевой горловине в пределах 100—200 м/с и удельного расхода жидкости от 0,5 до 3,5дм³/м³. Вторая модификация кольцевых скрубберов Вентури имеет эллиптический (плоский) обтекатель и рассчитана на производительность от 50 до 500 тыс. м³/ч. Скруббер Вентури комплектуется из трубы-распылителя с регулируемым сечением горловины и отдельно стоящих (одного или двух) циклонов-каплеуловителей (рис. 8.15). В качестве каплеуловителя используется циклон с нижним подводом газа и концентрически расположенным в нижней части коническим центробежным завихрителем. Подача орошающей жидкости производится в конфузор трубы Вентури с помощью эвольвентных форсунок, равномерно распределенных по периметру конфузора. Изменение гидравлического сопротивления аппарата от 4 до 12 кПа обеспечивается регулировкой скорости газа в сечении горловины от 80 до 180 м/с и изменением удельного расхода жидкости в пределах 0,5—3 дм³/м³. Основные технические характеристики кольцевых скрубберов Вентури типа СВ приведены в табл. 8.4.

Рис. 8.14. Скруббер Вентури типа СВ с коническим обтекателем: 1 — форсунка; 2— конфузор; 3— горловина; 4 — регулирующий конический обтекатель; 5 — диффузор; 6 —направляющий патрубок; 7 — центробежный завихритель; 8 — корпус каплеуловителя; 9 — люк.

Рис. 8.15. Скруббер Вентури типа СВ с эллиптическим (плоским) обтекателем: 1 — труба-распылитель; 2 — регулирующая вставка с эллиптическим обтекателем; 3 — циклон-каплеуловитель; 4 — конический центробежный завихритель.

Таблица 8.4. Технические характеристики кольцевых скрубберов Вентури типа СВ-Кк

Типоразмер	Объем очищаемых газов тыс м3/ч		Труба Вентури		Каплеуловитель			Масса, т
			Диаметр, мм	Ход обтекателя, мм	число	Диа-метр, м	Скорость, м/с
	Макс.	Мин.
СВ-Кк-150/90-800	7	2	150/90	250	1	0,8	5,0/1,4	1,1
СВ-Кк-210/120-1200	15	7	210/120	250	1	1,2	5,0/2,3	1,9
СВ-Кк-300/180-1600	30	15	300/180	350	1	1,6	5,0/2,5	3,7
СВ-Кк-400/250-2200	50	30	400/250	350	1	2,2	5,0/3,0	6,6
СВ-Кк-900/820-1600	80	50	900/820	150	1	1,6	11,0/6,9	8,1
СВ-Кк-1020/920-2000	120	80	1020/920	185	1	2,0	10,6/7,1	10,7
СВ-Кк-1150/1020-2400	180	120	1150/1020	212	1	2,4	11,0/7,4	14,2
СВ-Кк-1380/1120-2000	240	160	1380/1220	245	2	2,0	10,6/7,1	20,0
СВ-Кк-1620/1420-2400	340	240	1620/1420	350	2	2,4	10,4/7,4	27,0
СВ-Кк-1860/1620-2800	500	340	1860/1620	400	2	2,8	11,3/7,7	34,0
1 В числителе — горловины, в знаменателе — обтекателя. 2 В числителе — максимальная, в знаменателе — минимальная.

Скрубберы типа МС-ВТИ. Центробежные скрубберы си­стемы ВТИ предназначены для улавливания золы после паровых котлов энергоблоков мощностью до 200 МВт. В скрубберах Вентури типа МС-ВТИ (рис. 8.16) мокропрутковая решетка заменена трубой Вентури, установленной на входном тангенциально расположенном патрубке центробежного скруббера. Углы раскрытия диффузора и конфузора трубы-распылителя приняты соответственно равными 12 и 60°. Перед конфузором имеется цилиндрический участок, рассчитанный на скорость газа порядка 20 м/с. Наклон трубы-распылителя к горизонту 8° обеспечивает сток воды в корпус центробежного скруббера. Ряд скоростных золоуловителей разработан ВТИ (табл. 8.5).

Рис 8.16. Скоростной золоуловитель типа МВ-ВТИ: 1 — каплеуловитель; 2 — труба - распылитель; 3 — форсунки.

Таблица 8.5. Технические характеристики скоростных золоуловителей типа МС-ВТИ

Типоразмеры	Диаметр аппарата, м	Полная высота корпуса, м	Длина трубы- распылителя, м	Номинальная производи-тельность, тыс. м3/ч	Расход воды на орошение корпуса, т/ч	Масса аппарата, т
МС-ВТИ-2800	2,8	9,66	2,95	90	4,4	7
МС-ВТИ-3000	3,0	10,32	3,27	108	4,7	8
МС-ВТИ-3200	3,2	10,98	3,51	125	5,0	9,1
МС-ВТИ-3600	3,6	12,29	3,74	160	5,7	11,5
МС-ВТИ-4000	4,0	13,61	4,13	200	6,3	14,2
МС-ВТИ-4500	4,5	15,25	4,69	250	7,0	18,0

В скоростных золоуловителях типа МС-ВТИ скорость газов в горловине трубы распылителя составляет 50—55 м/с, удельный расход воды в трубе Вентури 0,12—0,18 дм³/м³, гидравлическое сопротивление аппарата 0,8—1,1 кПа; степень очистки газов от золы 95—97%- Удельный расход электроэнергии на очистку газов 1,2—1,5 мДж/(ч·м³), а удельная стоимость аппарата 70—110 руб./(1000 м³·ч).

Для расчета аппаратов типа МС-ВТИ разработана специальная методика [6], однако эффективность можно определить применяя энергетический метод. При расчете гидравлического сопротивления аппарата коэффициент сопротивления можно принимать равным для трубы Вентури 0,25—0,4 (отнесен к скорости в горловине) и для каплеуловителя 2—3 (отнесен к скорости входа).