Турбулентные газопромыватели

Эти газопромыватели применяют главным образом для очистки газов от тонкодисперсной пыли. Принцип действия аппаратов основан на интенсивном дроблении газовым потоком, движущимся с высокой скоростью (порядка 60–150 м/с), орошающей его жидкости. Осаждению частиц пыли на каплях орошающей жидкости способствуют турбулентность газового потока и высокие относительные скорости между улавливаемыми частицами пыли и каплями.

К турбулентным промывателям относятся скрубберы Вентури, диафрагменные (дроссельные) и с подвижным дисковым шибером. Все перечисленные аппараты характеризуются высокий степенью очистки, большими гидравлическими потерями и необходимостью установки каплеуловителя.

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури. Основными частями скруббера Вентури являются труба Вентури и каплеуловитель.

Скрубберы Вентури в зависимости oт гидродинамического режима делятся на низконапорные (при сопротивлении до 3000 Па) и высоконапорные (при сопротивлении 5000—25 000 Па).

Труба Вентури (рис.47) состоит из сужающейся части – конфузора 3, наиболее узкой части – горловины 2 и расширяющейся части – диффузора 1. В конфузорную часть трубы подводится запыленный поток газа и через форсунки 4 – жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (15–20 м/с) до скорости в горловине сопла 30–200 м/с и более. Жидкость вследствие высокой скорости газа диспергируется на мелкие капли и интенсивно перемешивается с газом. В диффузорной части поток тормозится до скорости 15–20 м/с, происходит осаждение частиц пыли на каплях жидкости и укрупнение капель за счет соударений. Отделение капель жидкости с осевшими на них частицами пыли происходит в каплеотделителе, в качестве которого часто используются прямоточные циклоны и центробежные скрубберы (рис.48).

Круглые скрубберы Вентури применяют до расхода газа 80 000 м³/ч. При больших расходах газа и больших размерах трубы возможности равномерного распределения орошающей жидкости по сечению трубы ухудшаются, поэтому применяют несколько параллельно работающих круглых труб либо переходят на трубы прямоугольного сечения.

Трубы Вентури типа ГВПВ (газопромыватель Вентури прямоточный, высоконапорный) предназначены для очистки запыленных технологических газов, поступающих с постоянным объемным расходом. В качестве сепаратора капель в компоновке со скруббером Вентури применяют центробежные каплеуловители типа КЦТ (рис.48). Конструктивно центробежный каплеуловитель типа КЦТ представляет собой малогабаритный прямоточный циклон с прямоугольным входным патрубком и рабочей частью высотой 1,5 D, где D – диаметр циклона. Основные характеристики труб типа ГВПВ приведены в табл. прил. 5.

Для очистки газов с большим расходом применяются скрубберы Вентури типа СВ (рис.49). Они рассчитаны на производительность по газу 50 000–500 000 м³/ч. Скруббер Вентури компонуется из трубы Вентури с регулируемым сечением горловины и отдельно стоящих (двух или одного) каплеуловителей. Для регулирования сечения горловины установлен эллиптический (плоский) обтекатель. В качестве каплеуловителя используется циклон с нижним подводом газа и концентрически расположенным в нижней части коническим центробежным завихрителем.

В аппаратах этой модификации гидравлическое сопротивление в пределах 4000–12 000 Па обеспечивается регулировкой скорости газа в кольцевом сечении горловины в диапазоне 85–145 м/с. Подача орошающей жидкости в конфузор трубы Вентури производится с помощью эвольвентных форсунок, равномерно распределенных по периметру конфузора. Сливное отверстие насадка располагается на уровне верхней кромки конфузора.

Расход орошающей жидкости постоянен во всем интервале объемов очищаемых газов для всех типоразмеров труб Вентури и равен приблизительно 0,8 л/м³.

Основные технические характеристики скрубберов СВ приведены в табл. прил. 6.

Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости зависит от массы жидкости, величины развитой поверхности капель и высокой относительной скорости частиц жидкости и пыли в конфузорной части трубы. Эффективность очистки в значительной степени определяется равномерностью распределения жидкости по сечению конфузорной части трубы.

Скрубберы Вентури обеспечивают высокую степень 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 0,1–6,0 л/м³.

Степень очистки газа от пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и величины удельного орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и величиной удельного орошения специфично для каждой пыли и зависит от ее дисперсного состава. Так, при улавливании частиц пыли, размеры которых меньше 0,1 мкм, большое значение приобретает продолжительность контакта запыленных газов с поверхностью диспергированной жидкости.

Труба Вентури может располагаться как горизонтально, так и вертикально, в зависимости от выбранного компоновочного решения. Одним из удачных конструктивных решений совместной компоновки скруббера Вентури и каплеуловителя может служить конструкция коагуляционно-центробежного мокрого пылеуловителя (КЦМП) (рис. 50). Сопло Вентури 1 установлено в корпусе циклона 2, а для закручивания воздуха используется специальный закручиватель 3. Промышленные КЦМП работают при скоростях в узком сечении трубы Вентури 40–70 м/с, удельных расходах воды на орошение
0,1–0,5 л/м³ и имеют габариты на 30% меньше, чем обычные скрубберы Вентури. Степень очистки воздуха от кварцевой пыли в КЦМП составляет:

d_ч, мкм 1 5 10

η 0,70–0,90 0,90–0,98 0,94–0,99

Скрубберы Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Степень очистки воздуха от тумана со средним размером частиц ~0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

При расчете скрубберов Вентури определяют гидравлическое сопротивление трубы Вентури [16]

, (66)

где Dp_c – гидравлическое сопротивление сухой трубы, т.е. без подачи жидкости на орошение, Па

Dp_с = z_сw²r_г/ 2, (67)

z_с – коэффициент гидравлическогосопротивления сухой трубы,
w – скорость газа в горловине, м/с; r_г – плотность газа в горловине, кг/м³; p_ж– гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости, Па

p_{ж =} z_жw² r_ж q_ж/2, (68)

где z_ж – коэффициент гидравлического сопротивления трубы, обусловленный вводом жидкости; r_ж – плотность жидкости; q_ж – удельный расход жидкости на орошение, м³/м³. По экспериментальным данным для трубы Вентури круглого сечения при отношении длины конфузора к диаметру горловины равном 0,15, скорости газа в горловине 60–150 м/с и удельном расходе жидкости на орошение 0,4–1,7 л/м³

, (69)

где W_ж и V_г – объемные расходы жидкости и газа соответственно, м³/с;
ζ_с принимается в диапазоне 0,12–0,15 [8].

Степень очистки газа в скрубберах Вентури рассчитывают энергетическим методом [16] по формуле

, (70)

где B и n – константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли, которые определены экспериментально и равны:

Примеси B n

Конвертерная пыль 9,88·10^-2 0,4663

Ваграночная пыль 1,355 10^-2 0,6210

Мартеновская пыль 1,915 10^-2 0,5688

Суммарную энергию соприкосновения E рассчитывают по формуле

, (71)

где p_ж – давление распыляемой жидкости на входе в пылеуловитель, Па.

Полученные энергетическим методом значения степени очистки могут быть использованы для предварительной оценки выбранного оборудования и должны проверяться по фактическим данным работы аппаратов, работающих в сходных условиях на других предприятиях.

Эжекторные скрубберы Вентури. В аппаратах этого типа основная доля энергии, затрачиваемой на очистку газов, подводится к орошающей жидкости, причем частично эта энергии расходуется на транспортировку газов через аппарат, что обусловлено эжектирующим действием высокоскоростной струи жидкости. Принципиальная схема эжекторного скруббера представлена на рис. 51. Жидкость подается в распыливающую форсунку под давлением 600–1000 Па и более и увлекает за собой очищаемый газовый поток. Образующийся при этом факел жидкости должен перекрывать сечение камеры смешения. Скорость газового потока в камере смешения рекомендуется выбирать в пределах 10–12 м/с, а длину камеры смешения порядка трех ее диаметров. Удельный расход жидкости на орошение составляет 7–10 л/м³.

Диафрагменный (дисковый) скруббер. Для очистки доменного газа на ряде заводов США вместо труб Вентури устанавливают диск с одним или несколькими прямоугольными отверстиями (рис. 52). Такой диск монтируется в большом газоходе, а вода впрыскивается через многочисленные форсунки, устанавливаемые вокруг диска.

Принцип действия дискового устройства аналогичен принципу действия скруббера Вентури, но потери напора в нем больше (что обусловлено «вредными» гидравлическими сопротивлениями). Поэтому такой скруббер обычно устанавливают после доменных печей, работающих под давлением, в качестве аппарата предварительной очистки (перед мокрым электрофильтром). Применение дискового скруббера объясняется его низкой стоимостью и возможностью обработки большого количества газов. Гидравлическое сопротивление в дисковом скруббере составляет примерно 17 500–25 000 Па.