Скубберы Вентури

Лекция 7. ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ МОКРОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

План

7.1 Скубберы Вентури

7.2 Центробежные скрубберы

7.3 Аппараты мокрого пылеулавливания типа МПР

Несмотря на то, что аппараты сухой очистки – простой, надежный и дешевый тип оборудования, они не улавливают самые тонкие (менее 5 мкм) частицы, которые приносят наибольший вред здоровью людей, фауне и флоре. Существенный недостаток сухих циклонов – вторичный унос частиц из нижней части аппарата. Для его устранения используется «мокрое» пылеулавливание. Оно применяется для очистки газов от тонкодисперсных пылей (d₂ ≥ 0.3-1.0 мкм), а также для очистки от пыли взрывоопасных и имеющих высокую температуру газов.

Принцип действия мокрых пылеуловителей заключается в осаждении частиц пыли на поверхность капель или пленки жидкости за счет сил инерции и броуновского движения частиц. Чем больше силы инерции и меньше интенсивность броуновского движения, тем эффективнее осаждение частиц.

Силы инерции зависят от массы частиц и капель, а также от скорости их движения. Они хорошо для частиц размером более 1,0 мкм.

Частицы пыли малого размера (менее 1 мкм) не обладают достаточной кинетической энергией и при сближении с каплями обычно огибают их и не улавливаются жидкостью. Для таких частиц характерно броуновское движение. Для уменьшения его интенсивности, а следовательно, увеличение эффективности очистки газа необходимо уменьшить скорость движения газового потока в аппарате.

Во всех случаях очистки газа в мокрых пылеуловителях важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью (чем лучше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки).

На основании этих принципов сконструированы различные типы мокрых пылеуловителей:

- промывные башни; циклоны с водяной пленкой;

- скрубберы Вентури;

- форсуночные и центробежные скрубберы;

- аппараты ударно-инерционного типа;

- барботажно-пенные аппараты и др.

Для иллюстрации сущности способов мокрого пылеулавливания рассмотрим схематично, особенности работы некоторых мокрых пылеуловителей.

Промывная башня является простейшей конструкцией, заполненной кольцами Рашига, стекловолокном или другими материалами, на которых задерживаются частиц пыли.

Чтобы увеличить поверхность соприкосновения капель жидкости (воды) с загрязненным воздухом применяют ее распыление. Аппараты, в которых используется такой процесс, называют скрубберы. Типичным примером скруббера является скруббер Вентури (рис.7.1), который для вывода образовавшегося шлама дополняется циклоном – шламоотделителем (рис.7.2).

Как видно из рис. 7.1, основная часть скруббера - сопло Вентури 2, в которое подводится запыленный поток газа, а через центробежные форсунки 1 - жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15...20м/с до скорости 30...200м/си более в узком сечении сопла. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла.

Рис. 7.1. Скуббер Вентури (рас-четно-конструктивная схема)	Рис. 7.2. Труба Вентури с циклоном: 1-генератор аэрозоля; 2 -труба Вентури; 3 - циклон; 4 -сборник шлама.

Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла скорость потока падает до 15...20 м/с. Каплеуловитель 3 обычно выполняют в виде прямоточного циклона.

Конструктивно центробежный каплеуловитель представляет собой малогабаритный прямоточный циклон с прямоугольным патрубком и рабочей частью высотой 1,5D, где D - диаметр циклона.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей со средним размером частиц 1...2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м³. Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,4...6,0 л/м³.

При расчете скрубберов Вентури определяются два основных показателя:

- гидравлическое сопротивление трубы Вентури;

- эффективность очистки скруббера.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури определяют из равенства:

Δp=Δp_c+Δp_ж, (7.1)

где Δp_c - гидравлическое сопротивление сухой трубы, т.е. без подачи жидкости на орошение.

Δp_c=ξ_сω_г²ρ_г/2, (7.2)

где ξ_с - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы;

ω_г - скорость газа в горловине;

ρ_г - плотность газа в горловине;

Δp_ж - гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости.

Δp_ж= ξ_жω_г²ρ_ж q_ж/2, (7.3)

где ξ_ж - коэффициент гидравлического сопротивления трубы при вводе жидкости;

р_ж - плотность жидкости;

q_ж - удельный расход жидкости на орошение, для трубы Вентури круглого сечения при:

l₁=0,15d₂; ω_г = 60... 166 м/с и q_ж= 0,4... 1,7 л/м³.

Отношение: ξ_ж/ξ_с=0,63((m_ж/m_г)(ρ_ж/ρ_г)^-0,3,

где m_ж и m_г- массовые расходы жидкости и газа, г/м³.

Суммарное гидравлическое сопротивление трубы Вентури составляет
10...20кПа.

Эффективность очистки скруббера Вентури рассчитывают энергетическим методом по формуле:

η=1-e^-B·^En, (7.4)

где Е - суммарная энергия соприкосновения; В и n - константы, зависящие от физико-химического состава пыли, которые определяют экспериментально.

Для определения суммарной энергии соприкосновения целесообразно использовать выражение:

E=Δp+p_жQ_ж/Q_г, (7.5)

где р_ж - давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель; Q_жи Q_г - объемы расхода жидкости и газа соответственно.

Разновидностью аппаратов для улавливания пыли и осаждения частиц на каплях жидкости являются форсуночные скрубберы (рис.7.3). Запыленный газовый поток поступает в скруббер по патрубку 3 и направляется на зеркало воды, где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1, поднимается вверх навстречу потоку капель, подаваемых в скруббер через форсуночные пояса 2. В форсуночных скрубберах эффективно улавливаются частицы размером > 10 мкм, одновременно с очисткой газ охлаждается и увлажняется до состояния насыщения.

Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3,0 л/м³, гидравлическое сопротивление аппарата до 250 Па при скоростях движения потока газа в корпусе скруббера 0,7...1,5 м/с. К недостаткам таких скрубберов следует отнести невысокую общую эффективность очистки.