Газопромивники (скрубери) відцентрової дії

Принцип використання відцентрової сили для вловлювання частинок пилу, який широко застосовується в циклонах, знайшов застосування і в цілому ряді мокрих апаратів.

До мокрих відцентрових пиловловлювачів необхідно віднести і цик­лон з мокрою плівкою. Зрошення внутрішніх стінок циклона переш­ко­джає вторинному виносу осілих на них частинок пилу.

Крім циклонів з мокрою плівкою відомі інші конструкції мокрих відцентрових пиловловлювачів, які звичайно називають мокрими від­цент­ровими скруберами. Ефективність пиловловлювання цих апаратів вища, ніж звичайних циклонів, за рахунок збільшення відносної швид­кості крап­лин і газового потоку, яка досягається при використанні відцентрових сил обертового газового потоку.

Відцентрові скрубери, які застосовуються на практиці, конструк­ти­вно можна поділити на два види:

- апарати з тангенціальним підведенням газів (рис. 5.8);

- апарати, в яких закручування газового потоку здійснюється за до­помогою спеціальних напрямних лопаток (рис. 5.9).

Рисунок 5.8 – Відцентровий скрубер з тангенціальним підведенням газів:

1– корпус; 2 – штуцер у вигляді завитка для тангенціального підведення запиленого газу; 3 – патрубок з системою зрошування для подачі води; 4 – центральний диск; 5 – лопатки для вирівнювання потоку;

6 – патрубок для відведення очищеного газу; 7 – форсунки для зрошення стінок скрубера

Над форсунками у відцентрових скруберах знаходиться вільна від подачі води зона, яка дає можливість краплинам досягнути стінок апарата перш ніж газовий потік вийде з нього. Таким чином, відцентрові сили дозволяють різко зменшити винесення рідини з апарата.

В апаратах з тангенціальним підведенням газів швидкість газового потоку на вході може досягати 60 м/с; швидкість очищувальних газів в перерізі скрубера звичайно складає 1,2...2,4 м/с; гідравлічний опір апарата 500...1500 кПа, а витрати води на очищення газів – 0,4...1,3 л/м³. Для вловлювання бризок над форсунками встановлюють дисковий бризковідбійник. Вирівнювання газового потоку на виході зі скрубера здійснюється лопатковим розкручувачем. При розмірах завислих частинок більше 1 мкм ступінь очищення газів в апаратах може досягати 97% і більше.

Рисунок 5.9 – Відцентровий скрубер з внутрішніми завихрювачами;

1– корпус; 2 – штуцер підведення запиленого газу; 3 – завихрювач для створення тангенціального руху газів; 4 – зрошувач;

5 – розкручувач для вирівнювання газового потоку; 6 – патрубок для відведення очищеного газу

Підведення зрошувальної рідини в такі скрубери може здійсню-ватися за допомогою форсунок, розташованих вздовж стінок апарата (рис. 5.10). Подача води, в такому випадку, в кількості 0,7 л/м³ газів здійснюється під тиском від 0,7 до 3 МПа, причому біля 40% краплин рідини приходиться на ту частину скрубера, де вводиться газовий потік. Форсунки високого тиску з малими отворами витікання потребують підведення добре очищеної від домішок рідини. Гідравлічний опір апарата складає від 300 до 600 Па.

В апаратах з внутрішніми завихрювачами (рис. 5.9) запилений газ через тангенціально розташований вхідний патрубок надходить в нижню камеру, де під дією відцентрових сил видаляються найбільш великі частинки пилу. Між лопатками завихрювача, зрошуваного водою, швидкість потоку збільшується. Частинки пилу, ударяючись об зволожені поверхні та стикаючись з краплинами води, видаляються з потоку. Для зменшення виносу рідини на скрубері встановлений пакет відбивних перегородок. Для видалення дрібних частинок пилу застосовуються апарати з багатоярусним розташуванням закручувальних лопаток. При цьому лопатки суміжних рядів направлені в протилежні сторони. Питомі витрати води в однорядних пиловловлювачах складають 0,25 л/м³, гідравлічний опір 200…700 Па. В скруберах з багаторядним розташуванням закручувальних лопаток гідравлічний опір і питомі витрати води збільшуються.

Більшість скруберів, які застосовуються в промисловості, мають тангенціальне підведення газів і плівкове зрошення. Типовими представниками таких скруберів відповідно є швидкісні газопромивачі СІОТ і циклони з водяною плівкою ЦВП.

Скрубери СІОТ, технічна характеристика яких наведена в табл. 5.7, застосовуються для вловлювання змочуваного пилу (за винятком волокнистого і цементного пилу) при початковій концентрації до 5 г/м³.

Таблиця 5.7 – Технічна характеристика газопромивників в (скруберів) конструкції СІОТ

Рисунок 5.10 – Відцентровий скрубер з боковим розташуванням форсунок:

1 – форсунка; 2 – пристрій для введення газів; 3 – водяний контактор; 4 – форсунка для зрошення стінок бункера

Циклони з водяною плівкою ЦВП застосовуються для очищення запиленого повітря від будь-якого нецементного пилу. При вмісті пилу понад 2 г/м³ рекомендується доочищення в циклоні з водяною плівкою, а попереднє очищення газів в апараті іншого типу.

Для мокрого очищення нетоксичних і вибухонебезпечних газів від пилу застосовують відцентровий скрубер СЦВБ – 20 батарейного типу, технічні характеристики якого наведені в табл. 5.8.

Таблиця 5.8 – Технічні характеристики газовловлювача (скрубера) СЦВБ – 20

5.8 Швидкісні газопромивники (скрубери Вентурі)

Швидкісні газопромивники застосовуються, головним чином, для очи­щення газів від мікронного і субмікронного пилу. Принцип дії цих апаратів заснований на інтенсивному дробленні газовим потоком, який рухається з великою швидкістю (біля 60...150 м/с), зрошувальної його рідини. Осадженню частинок пилу на краплинках зрошувальної рідини сприяє турбулентність газового потоку і високі відносні швидкості між вловленими частинками пилу і краплинками.

До швидкісних газопромивників відносяться скрубери Вентурі, діафрагмові (дросельні) та з рухомим дисковим шібером (рис. 5.11). Всі вищеперераховані апарати характеризуються високим ступенем очищення, великими гідравлічними витратами і необхідністю влаштування краплеуловлювача (частіше всього циклонного типу).

Найбільш розповсюдженим апаратом цього класу є скрубер Вентурі, найефективніший з мокрих пиловловлювачів, які застосовуються в проми-словості.

а) б) в)

Рисунок 5.11 – Швидкісні газопромивники:

а) – діафрагмовий; б) – з рухомим дисковим шібером; в) – Вентурі.

Основна частина скрубера Вентурі, з метою зниження шкідливих гід­равлічних втрат, виконується у вигляді труби Вентурі, яка має плавне звуження на вході газів (конфузор) і плавне розширення на його вихо­ді (дифузор). Вузька частина труби Вентурі називається горловиною.

Існує велика кількість конструкцій скруберів Вентурі, які від­різняються перерізом і довжиною горловини, способом підведення зрошу-вальної рідини, компоновкою тощо. За конфігурацією поперечного пере-різу труби Вентурі поділяються на круглі, щілинні та кільцеві. Круглі труби Вентурі мають переважне розповсюдження при малих об’ємах очищувальних газів. При великих об’ємах газів доцільно застосовувати труби Вентурі з кільцевою горловиною і центральним підведенням зро­шення або щілинні труби Вентурі з плівковим зрошенням.

Деколи при великих об’ємах очищуваних газів застосовують бата-рейні або групові компоновки скруберів. Перевагою цього методу є мож­ливість відключення частини труб при змінних витратах газу, тобто ступе-

невого регулювання. Проте питання регулювання може вирішуватися також з допомогою труб зі змінним перерізом горловини, повертанням частини очищених газів в систему очищення і зміною питомого зрошення.

Рисунок 5.12 – Труба Вентурі з регульованим перерізом щілинної

горловини:

1 – дифузор; 2 – форсунки нижнього ярусу зрошування; 3 – регулювальні лопатки; 4 – форсунка; 5 – кишеня плівкового зрошування; 6 – конфузор

Найбільш розповсюджені конструкції скруберів Вентурі з регульо­ваним перерізом горловини. Промислове використання знайшли дві конст­рукції: труба Вентурі щілинного перерізу (рис. 5.12), в якій регулю­вання площі горловини здійснюється за допомогою поворотних заслінок, і труба Вентурі кільцевого перерізу (рис. 5.13), в якій вздовж осі пере­міщується регулювальний конус. Друга конструкція є надійнішою, тому що в ній регулювальний механізм винесений із зони контакту з запи­леним газом. Технічні характеристики таких скруберів Вентурі наве­дені в табл. 5.9.

За гідравлічними характеристикам скрубери Вентурі можна умовно поділити на високонапірні та низьконапірні. Перші застосовуються для тонкого очищення газів від мікронного і субмікронного пилу і характери­зуються високим гідравлічним опором (до 20...30 кПа). Технічні характе­ристики високонапірних скруберів Вентурі наведені в табл. 5.10.

Низьконапірні скрубери Вентурі використовуються, головним чи­ном, для підготовки (кондиціювання) газів перед другими пиловловлюва­чами і для очищення аспіраційного повітря; їх гідравлічний опір не пере­вищує 3...5 кПа. Для роботи в низьконапірному режимі деколи застосову­ють труби Вентурі з продовженими горловинами. В цьому випадку процеси охолодження газів протікають глибше.

Залежно від способу підведення зрошувальної рідини можна виді­лити такі основні типи апаратів:

- з центральним (форсунковим) підведенням рідини в конфузор чи перед ним;

- з периферійним зро­шенням в конфузорі чи в горловині;

- з плівковим зрошенням;

- з підведенням рідини за рахунок енергії газового потоку.

Рисунок 5.13 – Труба Вентурі з регульованим перерізом кільцевої горловини:

1 – корпус; 2 – регулювальний конус; 3 – дифузор; 4 – горловина;

5 – конфузор; 6 – форсунка; 7 – відцентровий краплеуловлювач

З аеродинамічної точки зору оптимальна конфігурація труби Вентурі (рис. 5.14) забезпечується при таких співвідношеннях розмірів її елементів:

конфузор – діаметр вхідного перерізу, м

кут звуження, град ;

довжина ;

горловина – діаметр, м

довжина, м

дифузор – діаметр вхідного перерізу, м

кут розкриття, град

довжина, м

Рисунок 5.14 – Нормалізована труба Вентурі:

1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – дифузор.

В енергетиці для вловлювання золи знайшли широке застосування мокрі скрубери з пристроєм для попереднього зволожування газів, який виготовлений у формі труби Вентурі. В такому випадку частинки пилу захоплюються більш великими краплинками води, внаслідок чого відбу­вається процес їх коагулювання. Потім ці коагульовані частинки ефек­тивно затримуються на стінках відцентрових скруберів.

На рис. 5.15 наведена схема золовловлювача МС-ВТІ з коагулятором у формі труби Вентурі. Перед трубою Вентурі в рухомий потік газів через розбризкувач вводиться вода. Труба Вентурі складається з конфу­зора, в якому відбувається збільшення швидкості газів з 20 до 50...70 м/с. В горловині 4, краплинки води, яка поступає через форсунки, розташовані в конфузорі 3, роздрібнюються пилогазовим потоком.

Таблиця 5.9 – Технічні показники скруберів Вентурі з кільцевою горловиною

Таблиця 5.10 – Технічні характеристики типорозмірного ряду високонапірних труб Вентурі

Рисунок 5.15 – Золовловлювач з коагулятором Вентурі:

1 – вхідний патрубок запиленого газу; 2 – подання води

через зрошувальні сопла; 3 – конфузор; 4 – горловина; 5 – дифузор;

6 – скрубер-краплеуловлювач; 7 – пристрій з соплами, які зрошують стінки скрубера; 8 – бункер для золи

В дифузорі 5 відбувається взаємодія частинок золи і краплинок води (коагулювання). Більш великі краплинки води поглинають дрібні частинки золи, що забезпечує їх краще вловлювання у відцентровому скрубері.

Потік тангенціально вводиться в скрубер 6, стінки якого зрошуються водою і коагульовані частинки ефективно видаляються в бункер для зо- ли 8. Ступінь вловлювання таких золовловлювачів (92...97)%. Основні характеристики золовловлювача МС-ВТІ наведені в табл. 5.11.

Із загальної теорії золовловлювання виходить, що ступінь проскакування золовловлювача буд-якого типу визначається параметром золовловлювання:

, (5.31)

де – ефективна швидкість осадження золи на поверхню осадження, м/с;

– поверхня осадження, м² ;

– середня швидкість руху пилогазового потоку, м/с;

– переріз для проходу газів, м².

Таблиця 5.11– Типорозміри золовловлювача МС-ВТІ

Між параметром золовловлювання і проскакування існує таке співвідношення:

(5.32)

наведене на графіку (рис. 5.16).

Чим більший параметр , тим менший ступінь проскакування і тим більший ступінь вловлювання.

Розрахунок проскакування можна вести спрощено, задаючись середньою швидкістю дрейфу для всіх частинок, чи точніше – для кожної фракції окремо. В останньому випадку загальне проскакування золи визначається за формулою:

(5.33)

де – ступінь проскакування для і-тої фракції, якій відповідають швидкість осадження і параметр золовловлювання ;

– частка і-тої фракції при вході в золовловлювач, %.

Рисунок 5.16 – Залежність проскакування Р і ступеня вловлювання від параметра золовловлювача

При двоступеневих золовловлювачах проскакування деякої фракції через проскакування в кожному ступені золовловлювача визначається за формулою

(5.34)

де – проскакування і-тої фракції в першому ступені золовловлювача;

– проскакування тої ж фракції в другому ступені.

Для золовловлювачів з трубою Вентурі для параметра золовловлю­вання одержано таке емпіричне співвідношення:

, (5.35)

тобто, параметр золовловлювання визначається в основному добутком питомої витрати води (на 1 м³ очищуваного газу) на швидкість газу в горловині труби Вентурі незалежно від фракційного складу. Звичайно м/с (50...70 м/с ), кг/м³ (0,12...0,20 кг/м³ ). Розміри скрубе-ра (краплеуловлювача) визначаються при швидкості м/с, швидкість газів при вході в скрубер приймається м/с.

Мокрі золовловлювачі рекомендується застосовувати при сірчистості палива не більше 0,3% кг/МДж для котлів паропродуктивністю до 670 т/год.

Розрахунок золовловлювачів подібного типу виконується в такій послідовності:

- визначають типорозмір краплеуловлювача за його площею для проходу газів (активний переріз вхідного патрубка, табл. 5.11)

(5.36 )

де – кількість очищуваних газів, м³/с;

– швидкість газів в перерізі скрубера, приймається рівною 5 м/с;

– число скруберів на котел;

- інші розміри елементів золовловлювача за певним типорозміром краплеуловлювача знаходяться з табл. 5.11;

- залежно від необхідного ступеня проскакування за формулою (5.32) або рис. 5.13 знаходять параметр ;

- вибирають і так, щоб значення , обчислені за формулою (5.35) і знайдені в п. 3 розрахунку, були рівні або максимально близькі між собою;

- підставляють у формулу (5.36) знайдене значення і визначають переріз горловини труби Вентурі;

- загальний гідравлічний опір , Па, знаходять за формулою:

(5.37)

де – густина газу перед золовловлювачем, кг/м³;

– швидкість газу при вході в краплеуловлювач, приймається рівною 20 м/с.