5.8  Швидкісні газопромивачі (скрубери Вентурі)

 

Швидкісні газопромивачі 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 краплинах зрошувальної рідини сприяє турбу-лентність газового потоку і високі відносні швидкості між вловленими частинками пилу і краплинами.

 

До швидкісних газопромивачів відносяться скрубери Вентурі, діаф­рагменні (дросельні) та з рухомим дисковим шібером (рис. 5.11). Всі вище перераховані апарати характеризуються високим ступенем очищення, ве­ликими гідравлічними витратами і необхідністю влаштування краплино-вловлювача (частіше всього циклонного типу).

 

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

 

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.
 

      а)                                     б)                                           в) 
Рисунок 5.11 –  Швидкісні газопромивачі:
 а) – діафрагменний; б) – з рухомим дисковим шібером; в) – Вентурі

 

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:
1) з центральним (форсунковим) підведенням рідини в конфузор чи перед ним;
2)  з периферійним зро­шенням в конфузорі чи в горловині;
3)  з плівковим зрошенням;
4)  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      d´
кут звуження, град                                           £ = 25-28;
довжина                                                            l´ = (d´- dr)/2·tg£´/2;
горловина –  діаметр, м                                            dr
довжина, м                                                        lr = 0,15dr
дифузор –  діаметр вхідного перерізу, м       d´´
кут розкриття, град                                          £´´= 6-7
довжина, м                                                        l´´= (d´´- dr)/2·tg£´´/2

 

Рисунок 5.14 –  Нормалізована труба Вентурі:
1 –  конфузор; 2 –  горловина; 3 –  дифузор

В енергетиці для вловлювання золи знайшли широке застосування мокрі скрубери в пристроєм для попереднього зволожування газів, який виготовлений у формі труби Вентурі. В такому випадку частинки пилу захоплюються більш великими краплинами 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. В рухомий потік газів перед трубою Вентурі вводиться через розбризкувач води. Труба Вентурі складається з конфу­зора, в якому відбувається збільшення швидкості газів з 20 до 50...70 м/с. В горловині 4, краплини води, яка поступає через форсунки, розташовані в конфузорі 3, роздрібнюються пилогазовим потоком.

 

В дифузорі 5 відбувається взаємодія частинок золи і краплин води (коагулювання). Більш великі краплини 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.

Рисунок 5.15 – Золовловлювач з коагулятором Вентурі:
1 – вхідний патрубок запиленого газу; 2 – подача води через зрошувальні сопла; 3 – конфузор; 4 – гор­ловина; 5 – дифузор;  6 –скрубер-краплиновловлювач; 7 – пристрій з соплами, які зро­шують стінки скрубера; 8 – бункер для золи

 

Таблиця 5.11– Типорозміри золовловлювача МС-ВТІ

 

Із загальної теорії золовловлювання виходить, що ступінь проско­ку золовловлювача буд-якого типу визначається параметром золовлов­лю­вання:
                         П = V0 ·А/Vr · Sп ,                                                       (5.31)
де  V0 – ефективна швидкість осадження золи на поверхню осадження, м/с; А –  поверхня осадження, м2 ;
      Vr –  середня швидкість руху пилогазового потоку, м/с;
       Sп – переріз для проходу газів, м2.

 

Між параметром золовловлювання і проскоком існує таке співвід-ношення:
                      Р = exp (-П),                                                                  (5.32)
наведене на графіку (рис. 5.16).

 

Чим більший параметр П, тим менший ступінь проскоку і тим біль-ший ступінь вловлювання.

 

Розрахунок проскоку можна вести спрощено, задаючись середньою швидкістю дрейфу для всіх частинок, чи точніше – для кожної фракції окремо. В останньому випадку загальний проскок золи визна­чається за формулою:
                             ,                                                     (5.33)
де   Рі – ступінь проскоку для і-тої фракції, якій відповідають швид­кість     осадження Vі і параметр золовловлювання Пі;
       Фі – доля і-тої фракції при вході в золовловлювач, %.

 

Рисунок 5.16 – Залежність проскоку Р і ступеню вловлювання від параметра золовловлювача П

При двоступеневих золовловлювачах проскок деякої фракції через проскоки в кожному ступені золовловлювача визначається за формулою
                                Р = Рі' • Рі''                                                             (5.34)
де   Рі' – проскок і-тої фракції в першому ступені золовловлювача ;
      Рі'' – проскок  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) Qр на швидкість га­зу V в горловині труби Вентурі незалежно від фракційного складу. Звичайно       V = 60 м/с (50...70 м/с ), Qp = 0,15 кг/м3  (0,12...0,20 кг/м3 ). Розміри скрубе-ра (краплиновловлювача) визначаються при швидкості V = 5 м/с, швид-кість газів при вході в скрубер приймається  Vвх = 20 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 ведеться в такій послі-довності:
1) визначають типорозмір краплиновловлювача за його площею для проходу газів (активний переріз вхідного патрубка, табл. 5.11)
                           S = Q/V• N,                                                              (5.36 )
де    Q –  кількість очищуваних газів, м3/с;
        V –  швидкість газів в перерізі скрубера, приймається рівною 5 м/с;
        N –  число скруберів на котел;
2) інші розміри елементів золовловлювача за визначеним типо­розміром краплиновловлювача знаходяться з табл. 5.11;
3) залежно від необхідного ступеню проскоку Р за формулою (5.32) чи рис. 5.13 знаходять параметр П;
4) вибирають Qр і Vr так, щоб значення П, обчислені за форму­лою (5.35) і знайдені в п. 3 розрахунку, були рівні або максимально близькі між собою;
5) підставляють у формулу (5.36) знайдене значення П і виз­начають переріз горловини труби Вентурі;
6) загальний гідравлічний опір ?Р, Па, знаходять за формулою:
        ?P = (0,25+0,01· Qp ·Vг) · ρ ·Vг2 /2 + 2,7· ρ ·Vвх 2 /2 ,                  (5.37)
де    ρ –  густина газу перед золовловлювачем, кг/м3;
       Vвх – швидкість газу при вході в краплиновловлювач, приймається рівною 20 м/с.

 

Вінниця ВНТУ 2010