16.5. Швидкісні пиловловлювачі (скрубери Вентурі)

Серед мокрих пиловловлювачів найбільшою ефективністю очищення газів (повітря) від дрібнодисперсного пилу володіють установки з трубою Вентурі (СПУ Вентурі).

Вища ефективність пиловловлювання в порівнянні з порожнистими газопромивщиками досягається в скруберах Вентурі створенням розвиненої поверхні контакту фаз, що вимагає і значно вищих енерговитрат. Утворення тонкодисперсного аерозоля відбувається при цьому як за рахунок механічної диспергации промивальної рідини, так і унаслідок інтенсивного випаровування крапель при різкому падінні тиску в горловині. Очевидно, це приводить також до підвищення вологості газу і інтенсифікації капілярної конденсації вологи на поверхні частинок пилу. Остання причина може служити поясненням того, що ступінь очищення пилу в скруберах Вентурі слабо залежить від її змочуваності.

Під СПУ Вентурі розуміють апарат, що складається з трубыраспылителя для подрібнення рідини під дією повітряного (газового) потоку, рухомого з великою швидкістю, і каплеуловителя (мал. 6.17). Основна частина скрубера — сопло Вентурі 2, в конфузорную частину якого підводиться запилений потік газу і через відцентрові форсунки 1 рідина на зрошування. У конфузорной частині сопла відбувається розгін газу від вхідної швидкості (w = 15...20 м/с) до швидкості у вузькому перетині сопла 40...200 м/с і більш. Процес осадження частинок пилу на краплі рідини обумовлений масою рідини, розвиненою поверхнею крапель і високою відносною швидкістю частинок рідини і пилу в конфузорной частині сопла. Ефективність очищення в значній мірі залежить від рівномірності розподілу рідини по перетину конфузорной частини сопла. У дифузорі труби відбувається зростання тиску і зниження швидкості потоку до 15...20 м/с, що сприяє коагуляції дрібних частинок. З дифузора газовий потік виносить краплі рідини з частинками пилу, що осіли на них, в каплеуловитель 3, де відбувається сепарація взвешенныхчастиц. Для уловлювання пилу після труби Вентурі можливе використання скруберів, циклонів з водяною плівкою, циклону-промивача СИОТ і ін. У цих апаратах здійснюється уловлювання попереднє скоагулированных пилових частинок. Каплеуловітель зазвичай виконують у вигляді прямоточного циклону.

Характерним елементом для даного пристрою є труба Вентурі (мал. 6.17, 6.18), де відбувається контакт повітряного (газового) потоку, що містить в зваженому стані пилові частинки, з тонкораспыленной водою.

Рис. 16.17. Скрубер Вентурі: 1 - форсунка; 2 - сопло Вентурі; 3 - краплевловлювач

Рис. 16.18. Труба Вентурі: 1 – лаз герметичний; 2 – циліндр; 3 – пристосування, що змиває; 4 – камера; 5 –конфузор; 6 – опора; 7 – горловина; 8 – дифузор; 9 – фланець.

По величині гідродинамічного опору труб Вентурі розрізняють низьконапірні і високонапірні скрубери. Низьконапірні скрубери з опором розпилювача до 5 кПа застосовуються для уловлювання пилу з розмірами частинок більше 20 мкм.

Ефективне уловлювання дрібних частинок вимагає вищих енерговитрат. Скрубери з високонапірними трубами Вентурі можуть облягати частинки розміром 0,5 мкм і вище. Швидкість потоку у високонапірних трубах наближається до швидкості звуку, а їх опір досягає декількох десятків кПа.

Для труб Вснтурі оптимальними вважаються наступні геометричні характеристики (див. мал. 6.17): кут звуження конфузора oti = 15°.. .28°, довжина горловини /2 = 0,15 d,2, кут розкриття дифузора а,2 = 6°.. .8°.

Скрубери Вентурі можуть розрізнятися пристроєм каплеуловителей, конструкціями і способами установки труб, способами підведення рідини. Капле-уловітелі можуть бути виносними або розмішатися в одному корпусі з трубою. Труби можуть мати круглий, кільцевий або прямокутний (щілинне) перетин горловини. Труби з круглим перетином застосовують для невеликих витрат, а труби з щілинним або регульованим кільцевим перетином - для великих. При необхідності труби компонуються в групи і батареї.

Вода в горловину труби може подаватися через форсунки різних конструкцій, встановлені центрально або периферійно, або стікати у вигляді плівки по стінках конфузора (мал. 6.19, а, би, в). Гірші показники по дробленню крапель і, отже, по ступеню очищення мають бесфорсуночные труби Вентурі (мал. 6.19, г). В той же час вони допускають використання оборотної неочищеної рідини, що може бути важливим при сумісному уловлюванні газоподібних і дисперсних домішок (наприклад, при нейтралізації кислих газів вапняним молоком).

Рис. 16.19. Конструкції труб-розпилювачів: а - центральне (форсунка) підведення рідини; б - периферійне зрошування; в - плівкове зрошування; г - безфорсуночне зрошування.

Витрата води, що розпилюється в СПУ, коливається в широких межах і складає від 1 до 80 л на 100 м повітря, що очищається. Витрата залежить від виду уловлюваного пилу, її концентрації в повітрі, що очищається, а також від конструкції СПУ. Для розпилювання води перед форсунками необхідний натиск 200...300 кПа.

Ефективність уловлювання частинок 5 мкм складає 99,6 %.

СПУ Вентурі застосовують для уловлювання пилу і перегонів чорної і кольорової металургії, пилу харчових виробництв, що не змінюють своїх властивостей при контакті з водою, наприклад, цукровою і ін. при початковій концентрації пилу у вельми широкому діапазоні - 0,05... 100 г/м .

Головною перевагою СПУ Вентурі є простота пристрою і малі габаритні розміри установки.

Серед низьконапірних скруберів Вентурі широкого поширення набули так звані коагуляційні мокрі пиловловлювачі (КМП), які є апаратом з суміщеною трубою-коагулятором і циклоном ЦВП. Загальний вид апарату представлений на мал. 6.20.

Рис. 16.20. Коагуляційний мокрий пиловловлювач КМП: 1 - камера сепарації; 2 - труба Вентурі; 3 - горловина; 4 - водяний колектор; 5 - опори.

За визначальний розмір КМП прийнятий діаметр горловини Д, трубыкоагулятора, який у ряді розмірів міняється від 250 до 1000 мм. Дані апарати можуть працювати в широкому діапазоні витрат газу (7...230 тис. м /ч) при швидкості газу в горловині 40...70 м/с. Гідравлічний опір при цьому складає 12...35 кПа, а питома витрата води 0,2...0,6 л/м газу. Технічні характеристики типових КМП приведені в табл. 6.10.

Таблиця 6.10

Технічні характеристики мокрого пиловловлювача КМП

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

Питома потужність контакту їжак залежить від витрати газу і зрошуючої рідини, гідравлічного опору і типоразмера апарату КМП. Номограма для визначення величини їжак приведена на мал. 6.21.

Рис. 16.21. Номограма для визначення питомої потужності контакту КМП.

Потім по величині їжак визначають значення медіанного діаметру частинок, що уловлюються на 50%, тобто d°=50. При необхідності по рівнянню (6.13) уточнюють величину d°=50, тобто знаходять ddn=50. Після цього на осі абсцис відкладають відрізок OA від початку координат до значення d^=50 (мал. 6.22).

Побудувавши в логарифмічно вірогідних координатах криву розподілу D (d), по формулі

1п<т = \n(djdl6) = \n(dsJdm) (6.27)

знаходять значення параметра а і наносять цю лінію на номограму (мал. 6.22). Потім відкладають на осі абсцис номограми середні величини діаметрів частинок кожної фракції d.p, з координат яких віднімаються відрізки OA, а з отриманих точок абсцис відновлюють ординати до лінії о-, які показують ступінь очищення кожної фракції. Загальну ефективність очищення розраховують по рівнянню

_Јобщ=%Щц (6.28)

i=i

Рис. 16.22. Номограма для визначення ступеня очищення в КМП (щільність частинок коксу - 1590 кг/м, кварцу - 2650 кг/м, вапняку - 2750кг/м і агломерату - 3850 кг/м).

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

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

Арор=арг ₊ Арж (6.29)

де Арг - гідравлічний опір труби Вентурі без зрошування, Па; АРЖ - гідравлічний опір труби Вентурі, обумовлений введенням зрошуючої рідини. Па.

Втрату натиску сухої труби визначають по залежності:

Арг=Јси2грг/2 (6.30)

де Ј. - коефіцієнт гідравлічного опору сухої труби Вентурі; ярем - швидкість газу в горловині (зазвичай приймається по температурі і тиску на виході з труби Вентурі), м/с; рг - щільність газів (за тих же умов), кг/м .

Коефіцієнт гідравлічного опору Ј_с для труб Вентурі з круглою і прямокутною горловиною завдовжки 0,15 D3 (D3 - еквівалентний діаметр горловини) приймають в межах 0,12...0,15. При довжині горловини в межах 0,15Ј>э <1г <D3 цей коефіцієнт розраховують по залежності:

Ј = 0,165 + 0,034(/_г/Д) -(0,06 + 0,028/г/Д) М (6.31)

де М = ярем /изв - число Маху; изв - швидкість звуку в газі, м/с.

Вираз (6.31) справедливий при швидкості газу в горловині до 150 м/с, причому обидві швидкості беруться по температурі і тиску газів на виході з труби Вентурі.

Гідравлічний опір труб Вентурі. обумовлене зрошуючою рідиною, розраховують по формулі:

AP«=Ј«0>,2A./2)*, (6-32)

де Ј_ж - коефіцієнт гідравлічного опору, обумовлений введенням рідини; т - питома витрата зрошуючої рідини, м/м . Величину коефіцієнта %_ж слід визначати по виразу:

4ж=Ли(Ож/ог)(Рг/рж) ГВ (6.33)

де иж - швидкість крапель рідини на виході з горловини труби Вентурі (зазвичай в 1,5...3 разу менше ярем, менші значення беруть для високих швидкостей газу), м/с.

Значення коефіцієнта А і показника ступеня (1+5) у формулі (6.33) приведені в табл. 16.11.

Таблиця 16.11

Значення коефіцієнта А і показника ступеня (1+5)

Гідравлічний опір каплеуловителя розраховують аналогічно розрахунку ЦВП. Визначивши значення питомої потужності контакту їжак по номограмі (див. мал. 6.21), визначають ступінь або ефективність очищення частинок різного розміру. Метод розрахунку ступеня очищення по номограмі 6.21 аналогічний розрахунку по номограмі на мал. 6.6 для визначення ступеня очищення в циклонах ЦВП. Значення розміру частинки, що уловлюється на 50% (<^=50), знаходиться на нижній частині номограми залежно від знайденого значення їжак і щільність частинок.(/г/дГ5.

Ступінь очищення газів в скрубері Вентурі можна розрахувати по напівемпіричній формулі:

т] = 100(1 -е~^стШ) (6.34)

де Stk — критерій Стоксу:

т — питома витрата зрошуючої рідини, л/м3; з — коефіцієнт, що враховує геометричні співвідношення частин труби Вентурі; залежить від довжини /Э(_Ь:

Ефективна довжина горловини /Эф рівна сумі довжин горловини /г і початкової ділянки дифузора Г. Прі вугіллі розкриття дифузора а = 6° величина /’ = 0,476’dr3KB (dr3KB — еквівалентний діаметр горловини).

Величину dK (у мкм), що характеризує середній діаметр крапель рідини, можна визначити по емпіричній формулі:

^ ₌ 4860+163V>5 _{(6 35)}

Гідравлічний опір Арап класичного скрубера Вентурі визначається як сума (у Па):

Арт = Apwop + Арку (6.36)

де А/»тр°р — гідравлічний опір зрошуваної труби Вентурі, Па; А^ку — гідравлічний опір каплеуловителя, Па.

Величина А/»тр°р рівна:

Алр°р = (V + ^)-PrW_r²/2, (6.37)

де Јтр^С, ^тр^Ж — коефіцієнти гідравлічного опору сухої труби Вентурі і викликаного введенням рідини.

Розроблено 10 типоразмеров скруберів Вентурі з кільцевими регульованими перетинами (мал. 6.23), що дозволяють очищати запилені гази при витраті 2...500 тис. м/ч і гідравлічному опорі від 4 до 12 кПа.

Рис. 16.23. Скрубер Вентурі з кільцевою горловою і конічним обтічником: 1 - патрубок для пилу; 2 - труба-коагулятор; 3 - камера сепарації; 4 - завихорювач; 5 - шток регулюючий; 6 - механізм управління штоком.

Технічні характеристики скруберів Вентурі з кільцевим регульованим перетином приведені в табл. 6.12.

Таблиця 6.12

Технічні характеристики скруберів Вентурі з кільцевим регульованим перетином

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

Розрахунок скруберів Вентурі з кільцевим регульованим перетином аналогічний розрахунку КМП.