Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

верхность жидкости или о смоченную поверхность аппарата. Содержащиеся

в газе частицы или капли захватываются жидкостью или тонут в ней.

Схема простого инерционного пылеуловителя представлена на рис.

1.20,

а. Запыленный газ по круглой трубе или трубе Вентури движется со

скоростью 20 м/с. Над поверхностью воды газ разворачивается, а содержа-

щиеся в нем пыль или капли по инерции проникают в жидкость. Этот пыле-

уловитель эффективен при очистке газа от хорошо смачиваемой пыли разме-

ром более 20 мкм. Уловленную пыль удаляют в

виде шлама периодически

или постоянно.

Рис. 1.20. Типы мокрых ударно-инерционных пылеуловителей: а – про-

стой ПУ; б – скруббер Дойля

Также работает и скруббер Дойля (рис. 1.20, б). Газ поступает через

трубу, в выходном сечении которой установлен конус, образующий узкую

кольцевую щель, из-за которой достигается скорость газа 35-55 м/с. Уровень

жидкости в

аппарате на 2-3 мм ниже уровня выходного отверстия трубы.

Газовый поток при ударе о жидкость создает завесу из капель, в кото-

рой очищается газ. Проходя между вертикальными перегородками, газ меня-

ет свое направление и освобождается от капель. Расход жидкости составляет

около 0,13 кг/м

Гидравлическое сопротивление таких аппаратов 1500 Па. Степень очи-

стки 97,5-99,5 %.

1.4.1.6. Скрубберы с подвижной насадкой

Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 1.21. В

корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной тарелкой

1 и

верхней ограничительной тарелкой

3 помещается слой полых или сплошных

шаров, колец и тел другой формы из полимерных материалов, а также стекла

и пористой резины. Доля обеспечения свободного перемещения насадки в

газожидкостной смеси плотность шаров не должна превышать плотность

жидкости.

Рис. 1.21. Скруббер с подвиж-

ной насадкой: 1 – опорная тарелка; 2

– шаровая насадка; 3 – ограничитель-

ная тарелка; 4 – оросительное уст-

ройство; 5– каплеуловитель

Рис. 1.22. Центробежный ци-

клон: 1 – входной патрубок; 2 – кор-

пус; 3 – система орошения; 4 – вы-

ходной патрубок; 5 – конусное дни-

ще

При пылеулавливании рекомендуется принимать скорость газов в пре-

делах до 5-6 м/с, а удельное

орошение 0,5-0,7 л/м

. При очистке газов, содер-

жащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложе-

ний, применяют щелевые тарелки с большей долей свободного сечения (0,5-

0,6 м

/м

При выборе диаметра шаров соблюдают соотношение D/d

≥ 10. Ми-

нимальная высота слоя насадки определяется из условия Н

≈ (5÷8)d

, а мак-

симальная – Н

/D ≤ 1.

Гидравлическое сопротивление аппарата составляет 700-1200 Па.

1.4.1.7. Центробежные циклоны и скрубберы

В этих аппаратах (рис. 1.22) газ очищается от твердых или жидких час-

тиц за счет действия центробежной силы, возникающей при вращении газа,

который подается через патрубок, расположенный по касательной к корпусу

аппарата. Также по касательной в верхней части установлены сопла таким

образом, чтобы струя воды была направлена в сторону вращения газа и

соз-

давала тонкую пленку на стенках аппарата.

Частицы пыли в процессе вращения отбрасываются к стенкам, захва-

тываются пленкой воды и стекают вместе с ней вниз.

Скорость газа по сечению аппарата для исключения явления брызго-

уноса должна составлять 2,5-5,5 м/с.

Эффективность очистки зависит от размера аппарата (диаметр не дол-

жен быть

больше 1,2 м). Чем больше размеры частиц пыли и их плотность,

чем меньше диаметр цилиндрической части аппарата и больше скорость газа

во входном патрубке, тем лучше идет процесс очистки.

Для очистки газов объемом до 210 тыс.

/ч используют циклоны СИОТ (рис. 1.23),

которые отличаются от обычных центробеж-

ных скрубберов укороченной цилиндрической

частью корпуса и конструкцией днища. Ско-

рость газа во входном патрубке 12-20 м/с, рас-

ход воды 0,1 л/м

газа. Но начальная запылен-

ность газов не должна превышать 6 г/м

, в про-

тивном случае требуется предварительная гру-

бая очистка. Гидравлическое сопротивление

такого циклона составляет около 1500 Па.

Рис. 1.23. Центробежный циклон: 1 –

входной патрубок; 2 – корпус; 3 – система

орошения; 4 – выходной патрубок; 5 – конус-

ное днище

1.4.1.8. Динамические скрубберы

В этих аппаратах газ очищается от взвешенных в нем частиц при со-

прикосновении с жидкостью, которая разбрызгивается при помощи вращаю-

щегося тела (вал с лопатками, диски и т.д.).

Простейшим динамическим газопромывателем является ванна 1 (рис.

1.24), в которую частично погружено колесо

2. Газ проходит через решетку

3, контактирует с каплями жидкости и через газоход 4 выводится из аппара-

та.

Из-за поворота газа в устройстве на

180

наиболее крупные частицы пыли тонут в

жидкости под действием сил инерции.

Динамические скрубберы могут дли-

тельное время работать без пополнения све-

жей жидкости и отвода шламовых вод. Эти

аппараты используют для очистки газа от

ядовитых и вредных пылей и газовых компо-

нентов.

Рис. 1.24. Ротационный

скруббер

Лекция 10

План лекции

1. Скрубберы Вентури, конструкция, области применения и основы

расчета

2. Сепарация капель из газового потока

1.4.1.9. Скоростные скрубберы (скрубберы Вентури)

Если в газе содержатся частицы размером менее 5 мкм, его очистка бо-

лее эффективно проходит в турбулентных промывателях или скрубберах

Вентури. Причем для очистки от крупной пыли и от капель жидкости после

скруббера устанавливают инерционный аппарат, центробежный циклон или

последовательно оба.

Эти устройства применяют для очистки технологических и вентиляци-

онных газов

от мелкодисперсной пыли, для охлаждения газов и очистки от

вредных газообразных примесей.

Скруббер Вентури (рис. 1.25) состоит из 3-х частей: конфузора

1, гор-

ловины

2 и диффузора 3. Запыленный газ вводят в широкое отверстие конфу-

зора, в котором его скорость увеличивается. В конфузор или прямо в горло-

вину подают воду. В турбулентном потоке вода дробиться на мелкие капли, а

газовая оболочка вокруг небольших частиц пыли разрушается. Чем выше

скорость газа, тем мельче получаются капли и большее их количество.

Образовавшиеся капли воды интенсивно перемешиваются в потоке газа

с частицами пыли, сталкиваются с ними и укрупняют их.

Чтобы мелкие капли воды не испарялись и не ухудшались условия коа-

гуляции, температура газа не должна быть больше 250

С. В противном слу-

чае необходимо увеличивать количество воды на орошение.

При входе в диффузор газ теряет скорость и происходит дальнейшая

коагуляция пыли. Одновременно в скруббере Вентури происходит охлажде-

ние газа и поглощение вредных газовых компонентов, которые хорошо рас-

творяются в воде.

Скорость газа во входном сечении

конфузора и выходном сечении диффу-

зора составляет 18-24 м/с, а в горловине

трубы Вентури скорость зависит от раз-

мера частиц пыли и назначения аппарата.

Так, при очистке технологических газов

скорость составляет 90-200 м/с, при очи-

стке воздуха в системах аспирации 60-90

м/с, при охлаждении газа

и очистке от га-

зообразных компонентов 40-70 м/с.

Горловина трубы Вентури может

быть круглого или прямоугольного сече-

ния. Если количество поступающих на

очистку газов переменное, используют

Рис. 1.25. Скоростной пы-

леуловитель: А – турбулентный

промыватель; Б – инерционный

пыле- и брызгоуловитель; В –

центробежный скруббер (ци-

клон)

трубы с прямоугольным сечением. В

этом случае

для обеспечения постоянной

скорости газа горловина делается регу-

лируемой: для труб с прямоугольным се-

чением горловины изменение сечения

осуществляют при помощи поворотных

лопастей (рис. 1.26,

а), а для труб с круг-

лым сечением используют перемещающийся конус (рис. 1.26,

б). Вторая кон-

струкция более надежна в эксплуатации, так как механизм передвижения

корпуса не контактирует с запыленным газом.

Скрубберы Вентури можно устанавливать в вертикальном, наклонном

и горизонтальном положении.

Удельный расход воды в аппаратах составляет 0,25-1,25 л/м

. Если

пыль мелкодисперсная, то выбирают больший удельный расход. При очистке

аспирационного воздуха, который содержит крупнодисперсную пыль удель-

ный расход составляет 0,25-0,5 л/м

Подача воды в трубы Вентури производится различными способами

(рис. 1.27):

а – вода подается в горловину по оси трубы через одну или несколько

форсунок;

б – схема периферийного орошения, при которой воду подают в горло-

вину поперек направления газового потока (схему используют для горловин

любого вида). Кроме того, преимуществом такого метода орошения является

то, что оно позволяет очищать трубки без прекращения подачи газа и исклю-

чает абразивный износ и образование отложений на орошающем устройстве;

Рис. 1.26. Трубы Вентури с регулируемым сечением горловины: а –

прямоугольного сечения: 1 – труба Вентури; 2 – форсунка; 3 – поворотные

лопасти; 4 – система орошения; б – круглого сечения: 1, 4 – смотровые окна;

патрубок для выхода газа; 3 – каплеуловитель; 5 – завихритель газа; 6 –

шток; 7 – механизм движения штока; 8 – патрубок для отвода шлама; 9 –

конический обтекатель; 10 – форсунка

Рис. 1.27. Методы орошения труб Вентури

в, г – если пыль склонна к образованию отложений или содержит газо-

образные примеси применяют пленочное (

в) и комбинированное орошение

(

г);

д – бесфорсуночное орошение трубы Вентури, когда газ барботирует

через жидкость и выносит в трубу капли жидкости.

Чем выше скорость газа в горловине и чем больше удельный расход

жидкости на ее орошение, тем выше гидравлическое сопротивление аппарата

и эффективнее проходит процесс коагуляции пыли.

Если гидравлическое сопротивление трубы Вентури менее 5000 Па, то

ее называют низконапорной. Эти устройства используют для очистки возду-

ха и газа от частиц пыли более 5 мкм

в системах промышленной вентиляции

и газов паровых котлов в энергетике.

Высоконапорные трубы Вентури (гидравлическое сопротивление от

5000 до 25000 Па) применяют, главным образом, для очистки технологиче-

ских газов от мелкодисперсной пыли.

Если температура газового потока высокая, то его перед скруббером

Вентури охлаждают в полом скруббере, низконапорной трубе Вентури или

другом аппарате.

Если

аппарат используют еще и для очистки от газообразных приме-

сей, то применяют схему из двух последовательно установленных труб Вен-

тури. В первой трубе (высоконапорной) происходит процесс коагуляции и

захвата пыли водой, а во второй (низконапорной) осуществляется улавлива-

ние газообразных примесей.

Расчет скруббера Вентури

Необходимая эффективность работы аппарата:

1η −= ,

где Z

и Z

- соответственно концентрация пыли до и после очистки, мг/м

Число единиц переноса:

η1

lnN

−

Удельная энергия, затрачиваемая на пылеулавливание, Дж/м

Ту

КВN ⋅= ,

где

К - удельный расход энергии, затрачиваемой на пылеулавливание,

Дж/1000 м

газа; В, Х – константы, зависящие от физико-химических свойств

и дисперсного состава пыли, выбираются по таблице 1.6.

Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па:

РКΔР

⋅−=

где Р

– давление воды; m – удельный расход воды на орошение газа, указан-

ное в исходных данных.

Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях,

кг/м

)101,3t(273

)Р273(Р

ρρ

гбар

где

ρ - плотность газа при нормальных физических условиях, кг/м

Расход газа при рабочих условиях, м

/с:

0г

VV =

где V

– расход влажного газа при нормальных физических условиях, м

/ч.

Расход орошающей воды, кг/с:

mVМ

гв

⋅

Температура газа на выходе из скруббера,

С:

350,041m)t(0,133t

1г

−

Плотность газа на выходе из скруббера, кг/м

)101,3t(273

Р)Р273(Р

ρρ

гбар

0г

−

10. Объемный расход газа, м

/с:

0г

VV =

11. Диаметр циклона-каплеуловителя, м:

1,13D

12. Высота циклона-каплеуловителя, м:

H = К

где К

– коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости газа в ци-

клоне по следующим данным:

, м/с 2,5-3 3-3,5 3,5-4 4,5-5

2,5 2,8 3,8 4,5

13. Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя, Па:

цц

ξΔР = ,

где

ξ - коэффициент сопротивления, принимаемый для прямоточного ци-

клона в пределах 30-33.

14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:

ΔР

= ΔР – ΔР

15. Размеры трубы Вентури рассчитываются по следующим формулам:

диаметр горловины

горл

1,13d

= ,

где W

горл

– скорость газа в горловине:

mρξρξ

водыводыгс.тр

горл

где

с.тр

ξ - коэффициент сопротивления сухой трубы, равный 0,15;

воды

ξ - ко-

эффициент сопротивления трубы при вводе воды, равный

0,3

воды

газа

с.трводы

0,63ξξ

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅=

где М

газа

– массовый расход газа, кг/с,

3600

ρV

газа

= ;

длина горловины

= 0,15d

По полученному диаметру горловины находят все остальные размеры

нормализованной трубы Вентури.

Таблица 1.6 – Характеристика некоторых видов пылей

Вид пыли В Х

Конверторная пыль

9,88

⋅10

0,4663

Тальк 0,206 0,3506

Ваграночная пыль

1,355

⋅10

0,6210

Мартеновская пыль

1,915

⋅10

0,5688

Доменная пыль

6,61

⋅10

0,891

Пыль известковых печей

6,5

⋅10

1,0529

Пыль печей, выплавляющих латунь

2,34

⋅10

0,5371

Пыль мартеновских печей, работающих на обогащен-

ном кислородом дутье

1,565

⋅10

1,619

Пыль мартеновских печей, работающих на воздушном

дутье

1,74

⋅10

1,594

Пыль из доменных печей 0,1925 0,3255

Пыль, образующаяся при выплавке 45 % ферросилиция

в закрытых электропечах

2,42

⋅10

1,26

Пыль, образующаяся при выплавке силикомарганца в

закрытых электропечах

6,9

⋅10

0,67

Пыль каолинового производства

2,34

⋅10

1,115

1.4.1.10. Эжекторные скрубберы

В данных аппаратах (рис. 1.28) энергия, затрачиваемая на очистку га-

зов, подводится к орошающей жидкости, которая подается в трубу-

распылитель через расположенную в конфузоре форсунку под давлением

600-1200 кПа.

Рис. 1.28. Эжекторный скруб-

бер: 1 – корпус и бак-репульпатор; 2

– камера всасывания; 3 – форсунки;

4 – сетчатый каплеуловитель; 5

–

камера смешения

Так как в трубе-распылителе газы транспортируются капельной жидко-

стью и создается положительный напор, то общее гидравлическое сопротив-

ление всей установки может быть равно нулю. Поэтому такие установки це-

лесообразно применять, когда имеются затруднения с установкой вентилято-

ра или дымососа (например, при очистке взрывоопасных газов или газов, со-

держащих радиоактивную

пыль).

К недостаткам данных устройств относятся невысокая эффективность

при улавливании высокодисперсной пыли (размер частиц менее 2-3 мкм) и

низкий коэффициент использования энергии.

Скорость газов в сечении камеры смешения должна составлять 10-12

м/с. Удельный расход жидкости на орошение 8-10 л/м

Производительность аппарата в пределах от 0 до максимально возмож-

ной (5 тыс. м

/ч) регулируется путем изменения уровня жидкости в баке-

репульпаторе относительно камеры смешения.

1.4.1.11. Сепарация капель из газового потока

Во всех мокрых пылеуловителях в процессе охлаждения и очистки га-

зов происходит унос брызг, причем чем выше скорость движения газа в жи-

вом сечении аппарата и меньше размер капель, тем большее их количество

уносится газовым потоком из устройства.

Размер выносимых из аппарата капель зависит от типа распылителя и

конструкции мокрого

пылеуловителя. При форсуночном распылении жидко-