6.6 Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)

Розрахунок ступеня очищення повітря від пилу в низько­напорному скрубері Вентурі заснований на експериментально встановленій залежності діаметру частинок, уловлених на 50%, від питомої потужності контакту Е_ж, тобто потужності, яка витрачається тільки на контакт газу з рідиною при витраті газу V= 1 м³/с.

Питома потужність контакту E_ж залежить від витрат газу і зрошуючої рідини, гідравлічного опору і типорозміру апарату КМП. Номограма для визначення величини Е_ж, наведена на рис. 6.4.

Рисунок 6.4 – Номограма для визначення питомої потуж­ності контактування в низьконапорному скрубері Вентурі

Потім за величиною E_ж визначають значення медіанного діаметру частинок, що уловлюються на 50%, тобто . При необхідності знаходять =50. Після цього на осі абсцис відкладають відрізок ОА від початку координат до значення (рис. 6.5).

Побудувавши в логарифмічно вірогідних координатах криву розподілу D (d), за формулою:

знаходять значення параметра а і наносять цю лінію на номограму (рис. 6.5). Потім відкладають на осі абсцис номограми середні величини діаметрів часток кожної фракції , з координат яких віднімають відрізки ОА, а з отриманих точок абсцис відновлюють ординати до лінії σ, яка вказує ступінь очищення кожної фракції. Загальну ефективність очищення розраховуємо за рівнянням:

. (6.67)

Рисунок 6.5 – Номограма для визначення ступеню очищення (густина часток коксу 1590 кг/м³, кварцу – 2650 кг/м³, вапняку – 2750 кг/м³, агломерату – 3850 кг/м³)

Гідравлічний опір скруберів Вентурі, необхідний для кори­стування номограмою, розраховують таким чином. Зазвичай він підсумовується з втрат напору в трубі Вентурі і краплевловлювачі, причому основна частина втрат доводиться на трубу Вентурі.

Гідравлічний опір труби Вентурі при подачі в неї зрошуючої рідини описується рівнянням:

, (6.68)

де ΔР_г – гідравлічний опір труби Вентурі без зрошування, Па; ΔР_р – гідравлічний опір труби Вентурі, обумовлений введенням зрошуючої рідини. Па.

Втрату натиску сухої труби визначають за залежністю:

, (6.69)

де ζ_с – коефіцієнт гідравлічного опору сухої труби Вентурі; v_c – швидкість газу в горловині (зазвичай приймається за температурою і тиском на виході з труби Вентурі), м/с; ρ_c – густина газу (при тих же умовах), кг/м³.

Коефіцієнт гідравлічного опору ζ_с для труб Вентурі з круглою і прямокутною горловиною завдовжки 0,15·D_е (D_е – еквівалентний діаметр горловини) приймають в межах 0,12...0,15. При довжині горловини в межах 0,15 D_е < 1_г < D_е цей коефіцієнт розраховується за залежністю:

, (6.70)

де М= – число Маха; v_р – швидкість звуку в газі, м/с.

Цей вираз справедливий при швидкості газу в горловині до 150 м/с, причому обидві швидкості беруться за температури і тиску газів на виході з труби Вентурі.

Гідравлічний опір труб Вентурі. обумовлений зрошуючою рідиною, розраховують за формулою:

, (6.71)

де ζ_р – коефіцієнт гідравлічного опору, обумовлений введенням рідини; m – питома витрата зрошуючої рідини, м³/м³. Величину коефіцієнта ζ_р слід визначати з виразу:

, (6.72)

де v_р – швидкість крапель рідини на виході з горловини труби Вентурі (зазвичай в 1,5-3 рази менше v_с; менші значення беруть для високих швидкостей газу), м/с.

Значення коефіцієнта А і показника ступеню (1+В) наведені в табл. 6.13.

Визначивши значення питомої потужності контакту Е_ж за номограмою (див. рис. 6.5), визначають ступінь або ефективність очищення частинок різного розміру. Метод розрахунку ступеню очищення за номограмою на рис. 6.5 аналогічний розрахунку за номограмою на рис. 6.1 для визначення ступеня очищення в циклонах ЦВП. Значення розміру частинки, що уловлюється на 50% (d_η=50), знаходиться на нижній частині номограми залежно від знайденого значення Е_ж і щільності часток (l_г/D_е)^{0, 045}.

Ступінь очищення газів в скрубері Вентурі можна розрахувати за формулою:

, (6.73)

де Stk – критерій Стокса.

, (6.74)

m – питома витрата зрошуючої рідини, дм³/м³; с – коефіцієнт, що враховує геометричні співвідношення частин труби Вентурі; залежить від довжини l_еф:

lеф,м	0,1	0,2	0,3	0,4
с	1,25	1,45	1,52	1,56

Таблиця 6.13 – Значення коефіцієнта В і показника ступеню

Спосіб підведення зрошуючої рідини в трубу Вентурі	Швидкість газу в горловині, м/с	Довжина горловини 1г, м	В	1+В
Центральне плівкове підведення	>80 <80	(2,15-12,0) Dе	1,68(1г/ Dе )0,045 3,49(1г/Dе)0,266	1-1,12(1г/г/ Dе )0,045 1-0,98(1г/гDе)0,266
Центральне під­ведення перед конфузором або зрошування площини над батареєю труб	40-150	0,150	0,215	-0,54
Периферійне підведення Підведення в конфузор	>80 <80	0,150	13,4 1,4	0,24 -0,316
Центральне під­ведення в кон­фузор труби з кіль­цевим пере­тином горло­вини	30-150		0,08	-0.502
Центральне підведення в конфузор труби	40-150	0,15	0,63	-0,3

Ефективна довжина горловини l_еф дорівнює сумі довжин горловини l_г і початкової ділянки дифузора l. При куті розкриття дифузора α = 6° величина l' = 0,476d_гe (d_гe— еквівалентний діаметр горловини).

Величину d_к (у мкм), яка характеризує середній діаметр крапель рідини, можна визначити за емпіричною формулою:

. (6.75)

Гідравлічний опір ΔР_ап класичного сруберу Вентурі віизначається як сума ( в Па):

, (6.76)

де ΔР – гідравлічний опір зрошуваної труби Вентурі, Па; ΔР_ку – гідравлічний опір краплевловлювача, Па.

Величина ΔР дорівнює

,

де ζ_тр^с, ζ – коефіцієнти гідравлічного опору сухої труби Вентурі і викликаного введенням рідини.

Розроблено 10 типорозміри скруберів Вентурі з кільцевими регулюємими перетинами (рис. 6.6), що дозволяють очищати запилені гази при витраті 2–500 тис. м³ /год і гідравлічному опорі від 4 до 12 кПа.

Рисунок 6.6 – Скрубер Вентурі з кільцевою горловиною і конічним обтікачем:

1 – патрубок для пилу; 2 – труба-коагулятор; 3 – сепараторна камера; 4 – завихрювач; 5 – шток-регулятор; 6 – механізм керування штоком.

Технічні характеристики скруберів Вентурі з кільцевим регулюючим перетином наведені в табл. 6.14.

У скруберах чотирьох перших номерів регулювання витрати газу забезпечується за допомогою конічних обтікачів з кутом розкриття 7°, а для останніх – еліптичними обтікачами, що дозволяють регулювати швидкість газу в горловині від 85 до 145 м/с. Скрубери останніх трьох типорозмірів мають здвоєні циклонні краплевловлювачі.

Розрахунок скруберів Вентурі з кільцевим регульованим перетином аналогічний розрахунку низьконапорного скруберу Вентурі.

Таблиця 6.14 – Технічні характеристики скруберів Вентурі з кільцевим регулюючим перетином

Тип апарату	Витрата газу, тис. м3/год	Діаметр горловини, мм	Діаметр краплевлов­лювач, мм	Швидкість газу в крап-левловлюва-чі, м/с
СВ-150/90-800	2-7	150	800	1,4-5,0
СВ-210/120-1200	7-15	210	1200	2,3-5,0
СВ-300/180-1600	15-30	300	1600	2,5-5,0
СВ-400/250-2200	30-50	400	2200	3,0-5,0
СВ-900/820-1600	50-80	900	1600	6,9-11,0
СВ-1020/920-2000	80-120	1020	2000	7,1-10б6
СВ-1150/1020-2400	120-180	1150	2400	7,4-11,0
СВ-1380/1220-2000	160-240	1380	2000	7,1-10,6
СВ-1620/1420-2400	240-340	1620	2400	7,4-10,4
СВ-1860/1620-2800	340-500	1860	2800	7,1-11,3

Приклад 13. Визначити ступінь очищення в скрубері Вентурі з кільцевим регульованим перетином запиленого кварцевим пилом повітря (15 000 м³/год) з кінцевою температурою 40°С. Вибрати тягодуттєвого устаткування для нормальної роботи апарату, якщо зрошування скрубера проводиться з периферійним підведенням води в конфузор.

Склад пилу наступний

d, мкм	0-3	3-10	10-15	15-20
ΔR, %	10	16	46	18

Визначаємо гідравлічний опір труби Вентурі за формулою (6.68). Втрату натиску сухої труби визначаємо за залежностю (6.69).

Приймаємо швидкість руху газу в горловині 100 м/с, тоді діаметр горловини:

м.

Приймаємо діаметр горловини рівним 0,4 м, тоді дійсна швидкість газу в горловині:

м/с.

Довжину горловини приймемо рівною 0,15 D, тобто 0,06 м, тоді:

Па.

Втрату напору під дією присутніх в потоці краплин рідини визначаємо за формулами (6.71), (6.72). Для цього з табл. 6.13 знаходимо значення В = 13,4 і 1+В = 0,024. Швидкість крапель рідини приймаємо v_p =v_г/2 = 102/2 = 51 м/с, густину зрошування m = 0,4·10^-3 м³/м³, тоді:

Визначаємо гідравлічний опір пиловловлювача. Як пило­вловлювач можна використовувати циклон ЦВП швидкісного виконання. Тоді за діаграмою (рис. 6.4) і витратою газу визначаємо втрату напору для апарату D = 1000 мм:

ΔP_K = 130 Па.

Загальний гідравлічний опір апарату:

Па.

За загальним гідравлічним опором і витратою газу в якості тягодуттєвого устаткування вибираємо повітродувку ТБ-250-1,12, яка забезпечує витрати 15 000 м³ /год при напорі 0,12 МПа і потужності електродвигуна 100 кВт.

Розрахунок ступеню очищення газу від пилу в скрубері Вентурі заснований на встановленні залежності діаметру частинок, уловлених на 50%, від питомої потужності контакту Е_ж. Величину Е_ж розраховують за залежністю:

,

де ΔP – тиск у водовідвідному патрубку зрошувача труби Вентурі (приймемо ΔP = 0,4 МПа).

Звідки:

Па.

За величиною Е_ж на номограмі (рис. 6.5) визначаємо діаметр часток, уловлених на 50%. Для кварцевого пилу d_η=50= 0,012 мкм.

Уточнимо значення діаметру часток, що уловлюються на 50%:

мкм

Відкладаючи на осі абсцис номограми (рис. 6.5) відрізок від початку координат до точки А, з урахуванням величини відрізку ОА визначаємо фракційний ступінь очищення для часток середнього розміру d_срi=(d_iн+d_ik)/2 . Він складе:

d, мкм	0-3	3-10	10-15	15-20
ηфі, %	95	98,5	99,1	99,3

Загальний ступінь очищення повітря в скрубері:

.

Для використання в промисловості на базі оптимальної конфігурації труби Вентурі (рис. 6.7) розроблений типорозмірний ряд високонапірних скруберів Вентурі ГВПВ. Основні харак­теристики апаратів цього ряду наведені в табл. 6.13. Як крапле­влювачі для них використовуються малогабаритні прямоточні циклони. Технічні характеристики типорозмірного ряду крапле­влювачів наведені в табл. 6.15.

Рисунок 6.17 – Труба Вентурі типу ГВПВ

1 – дифузор; 2 – горловина; 4 – підвід рідини

Таблиця 6.15 – Основні характеристики скруберів Вентурі типу ГВПВ

Типорозмір апарату ГВПВ	Площа перетину горловини труби Вентурі, м2	Діаметр горловини D, м	Потужність, м3/с	Витрати рідини на зрошення, дм3/с	Тиск рідини перед форсункою, кПа	Габарити, мм	Маса, кг
1	2	3	4	5	6	7	8
0,006	0,006	85	0,47-0,97	0,33-1,89 0,6-1,39	180-370 80-410		64 70
0,010	0,010	115	0,86-1,81	0,6-1,39 1,33-3,5	80-410 63-400		117 120
0,014	0,014	135	1,15-2,33	0,8-1,33 1,33-1,94	80-410 60-700		148 150
0,019	0,019	155	1,55-3,15	1,08-3,55 3,61-6,31	80-980 420-710
0,025	0,025	180	2,08-4,20	1,44-3,61 3,61-8,33	150-980 80-450		244 257
0,030	0,031	200	2,59-5,25	1,81-3,61 3,61-10,50	60-250 100-910		305 310

Продовження таблиці 6.15

1	2	3	4	5	6	7	8
0,045	0,045	240	3,83-7,78	2,71-8,33 8,33-15,56	60-570 110-390		400 420
0,060	0,062	280	5,18-10,50	3,61-8,33 8,33-21,0	100-570 110-710		535 560
0,080	0,080	320	6,52-13,22	4,21-12,5 12,5-26,44	75-570 110-500		645 675
0,100	0,107	370	9,01-18,28	6,28-12,5 12,5-36,56	130-320 63-540		935 975
0,14	0,138	420	11,50-23,33	8,0-12,5 12,5-46,67	130-320 63-880		1160 1200