• 5

2.4. ОЧИСТКА ГАЗОВ В МОКРЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯХ

Мокрые пылеуловители имеют ряд достоинств и недостатков в сравнении с аппаратами других типов. Достоинства: 1) неболь­шая стоимость и более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц; 2) возможность использования для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм; 3) возможность очистки газа при высокой температуре и повышенной влажности, а так­же при опасности возгораний и взрывов очищенных газов и уло­вленной пыли; 4) возможность наряду с пылями одновременно улавливать парообразные и газообразные компоненты. Недо­статки: 1) выделение уловленной пыли в виде шлама, что свя­зано с необходимостью обработки сточных вод, т. е. с удорожа­нием процесса; 2) возможность уноса капель жидкости и осаж­дения их с пылью в газоходах и дымососах; 3) в случае очист­ки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

 

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 8 ви­дов: 1) полые газопромыватели; 2) насадочные скрубберы; 3) тарельчатые (барботажные и пенные); 4) с подвижной на­садкой; 5) ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) цент­робежного действия; 7) механические газопромыватели; 8) ско­ростные газопромыватели (скрубберы Вентури и эжекторные).

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные (гидравлическое сопротивление ко­торых не превышает АР= 1,5 кПа): форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.; средней а нор­ные (ДР —1,5—3000 Па): динамические скрубберы, газопромы­ватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы; высоконапорные (АР>3,0 кПа): скрубберы Вентури, с подвиж­ной насадкой.

В результате контакта запыленного газового потока с жид­костью образуется межфазная поверхность контакта. Эта по­верхность состоит из газовых пузырьков, газовых струй, жид­ких струй, капель, пленок жидкости. В большинстве мокрых пылеуловителей наблюдаются различные виды поверхностей, поэтому пыль улавливается в них по различным механизмам.

Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы (рис. 1-13, а). Они представляют собой колонну круглого или пямоугольиого сечения, в которой осу­ществляется контакт между газом и каплями жидкости. По на­правлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Форсунки устанавливают в колонне в одном или не­скольких сечениях: иногда рядами до 14—16 в каждом сечеши, иногда только по оси аппарата.

 

 

 

N

 

 

Очищенный, газ

 

1 Шлам

а

 

Рис. К13. Скрубберы:

а — полый форсуночный: 1 ~ корпус; 2 — форсунки; б — насадпчный с поперечным орошением; 1 — ко) форсунка; 3 — оросительное устройство; 4 — онорш ка; S — насадка; S — шлакосоорник

При работе без каплеуловителей чаще используют протипо- точные скрубберы. Скорость газа в них изменяется от 0,6 до 1,2 м/с. Скрубберы с каплеуловителями работают при скорости газа 5—8' м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера без каплеуловителя и газораспределителя обычно не превыша­ет 250 Па.

Скрубберы обеспечивают высокую степень очистки только при улавливании частиц тгыли размером d4=10 мкм и малоэф­фективны при улавливании частиц размером d2<5 мкм.

Высота скруббера составляет «2,5D. Диаметр аппарата оп­ределяется гго уравнению расхода, удельный расход жидкости т выбирают в пределах 0,5—8 л/м3 газа.

Эффективность противоточного скруббера вычисляют по формуле

Пп = 1 — ехр

З(?жт)3(иу + тк )Н

2 VrdKwK

(1.24)

где Qiti—расход жидкости, м3/с; г):, — эффективность захвата каплями час­тиц определенного диаметра; wr — скорость газа, м/с; wK — скорость осажде­ния капли, м,/с; tfK--диаметр капли, м; W■— расход газа, м8/с; Н — высота скруббера,'м.

Для капель с rfK~0,6—1,0 мм скорость осаждения wK опре­деляют по диаграммам. Коэффициент захвата каплями частиц, находят по формулам:

при т<2 л/м3 1]3 = i|)2/(t|i + 0,35)2,            (1.25)

при т>2 л/ма Г)3 = 1 —0,15 ф-'.»4,           (1.26)

где ф — инерционный параметр, отличающийся от числа Стикса понраикон, определяемой по справочникам.

Насадочные газопромыватели. Они представляют собой ко­лонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой ее концентрации. Из-за частой забивки насадки такие газопромы­ватели используют мало. Кроме противоточных колонн на прак­тике применяют насадочные скрубберы с поперечным ороше­нием (рис. 1-13,6). В них для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки слой ее обычно наклонен на 7—10° в на­правлении газового потока. Расход жидкости 0,15—0,5 л/м'\ эффективность при улавливании частиц размером d4^2 мкм превышает 90%.

Газопромыватели с подвижной насадкой. Они имеют боль­шое распространение в пылеулавливании (1-14,а). В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т.д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотно­сти жидкости.

 

Рис. 1-14. Газопромыватели с подвижной насадкой:

«. — с цилиндрическим слоем: /-—опорная решетка; S — шаровая насадка; 3--ограничи­тельная решетка; 4 — оросительное устройство; S—бризгоулоннтель; б и я —с коническим слоем форсуночный и эжекцнчиныИ: /—корпус; 2 — опорная ре­шетка; 3 — слой шаров; 4— брызгоуловитель: Л ограничительная решетка; 6 -фор­сунка; 7 —■ емкость с постоянным уровнем жидкости

Колонна с подвижной насадкой может работать при различ­ных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания — режим полного (развитого) псевдоожижения. Скорость газа да/, соответствующая началу режима полного псевдоожижения, определяется из формулы

(ю/ИМ. - CSo ехр[— 12,6 №„/!',.) "■==],   (1.27)

где dm — диаметр шаровой насадки, м; С — коэффициент (при ширине щели в опорной тарелке 8=2 мм С ==2,8-101, при в>2 мм С=4,5-10"); S6 —сво­бодное сечение решетки, м2/ма.

Предельно допустимая скорость газа до/' равна

®rw « 2,95«»л (QJуг)-о.|».  (1.28)

Для обеспечения высокой степени пылеулавливания рекомен­дуются следующие параметры процесса: скорость газа — 5—6 с; удельное орошение 0,5—0,7 л/м3; свободное сечение тарелки So = 0,4 м2/м2 при в = 4—6 мм. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки c. большей долей сво­бодного сечения (So = 0,5—0,6 м2/м2).

Свободное сечение ограничительной тарелки составляет 0,8—0,9 м2/м2. При выборе диаметра шаров необходимо соблю­дать соотношение D/dm ^ 10. Оптимальными являются шары диаметром 20—40 мм и насыпной плотностью 200—300 кг/м3.

4—522           49

Минимальная статистическая высота слоя насадки Нп со­ставляет 5—8 диаметров шаров, а максимальная определяется из соотношения #CT/Dsg;l.

Высота секции (расстояние между тарелками) складывается из динамической высоты слоя псевдоожиженной шаровой на­садки и высоты сепарационной зоны (в м):

Нет - Нлт + НсЮ, ядш, = 0,118 в»жв.>Яст'-в (Юг/So)MS,

(0,1 — 0,2)//дин-       (1,29) —(1.31)

Общее гидравлическое сопротивление колонны рассчитыва­ется по уравнению

др = др„х + др™*+ дрт + дрш + држ.„ + др/,        (1.32)

где дрвх и дрвых — потеря напора при входе и выходе газа из аппарата со­ответственно, Па; дрт — гидравлическое сопротивление опорной тарелки со слоем удерживаемой жидкости, Па; дрш — гидравлическое сопротивление слоя сухой насадки, Па; држ.„— гидравлическое сопротивление жидкости, удерживаемой слоем насадки, Па; др/ — гидравлическое сопротивление огра­ничительной тарелки, Па.

Расчет ДРШ и ДРЖ.Н производят по формулам:

дрш= р»яст(1-е0),    (1.33>

држ.„ = 1254 a>r0's4tt'ih0,17//ct0,e!pji~0,1i          (1.34)

где рш —насыпная плотность, кг/м3; еа — порозиость неподвижного слоя су­хой шаровой насадки, принимается равной 0,4;   скорость орошаемой жидкости в расчете на свободное сечение, м/с.

Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической фор­мы (КСШ). Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный (рис. 1-14, б, в).

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уров­нем газами, подлежащими очистке. Зазор между нижним осно­ванием конуса и уровнем жидкости зависит от производительно­сти аппарата (чем больше зазор, тем больше производитель­ность). В аппаратах применяют полиэтиленовые шары диамет­ром 34—40 мм с насыпной плотностью 110—120 кг/м3. Высота слоя шаров Нет составляет 650 мм; скорость газа на входе в слой колеблется в пределах 6—10 м/с и уменьшается на выхо­де до 1—2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята 1 м. Угол раскрытия конической части зависит от про­изводительности аппаратов и может составлять от 10 до 60°. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов раз­мещается неорошаемый слой шаров высотой 150 мм.

В форсуночном скруббере расход жидкости на 1 м3 газов составляет 4—6 л. Гидравлическое сопротивление форсуночных

Очищенный, газ

Вода

 

Очищенный, газ

Вода

 

 

 

 

 

■а

 

Шло.м

 

Шлам

Рис. 1-15. Пенные пылеуловите­ли (газопромыватели):

а — с переливной тарелкой; б— с провальной тарелкой; 1 — корпус; 2 — тарелка; 3 — приемная коробка; 4 — порог; И — сливная коробка; 6 — ороситель

скрубберов — 900—1400 Па, эжекционных — от 800 до 1400 Па. Произ­водительность кониче­ских скрубберов от 3000 до 40 000 м3/ч.

Тарельчатые газопро­мыватели (барботажные,          а          § пенные). Наиболее рас­пространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом (рис. 1-15). Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3—8 мм и свободное сечение 0,15— 0,25 м2/м2. Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щеле­выми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия dQ = 4—8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4—5 мм. Свободное сечение всех тарелок состав­ляет 0,2—0,3 м2/м2. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Выделяют следующие стадии процесса улавливания пыли и пенных аппаратах: инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве; первую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое («механизм удара»); вторую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое (инерционно-турбу­лентное осаждение частиц на поверхности пены).

Эффективность улавливания пыли в подрешеточном прост­ранстве значительна при улавливании пыли размером частиц более 10 мкм. Преобладающим в работе пенных аппаратов для пылеулавливания является «механизм удара». Эффективность этого механизма намного больше эффективности других меха­низмов.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от вели­чины межфазной поверхности. Для дырчатых тарелок с перели­вом удельную объемную поверхность контакта вычисляют по формуле

а = 1,62дак0'4фЛ3ц,„0'26рж0.°/с^в.         (1.35)

Для провальных тарелок при /г0^20 мм формула имеет вид а = 5,58 ШкО.'Уж0'2Г,(>жМ!7Ло°'26сг°'(!,            (1.36)

где а -- удельная объемная поверхность контакта фаз, м2/м3; до к—скорость газа в колонне м/с;, ср»—газосодержание пенного слоя; |лж — коэффициент

4*

51

динамической вязкости жидкости, Па-с; о — коэффициент поверхностного на­тяжения жидкости, Н/м2; /г0 — высота исходного слоя жидкости, м.

Для /г0<20 мм коэффициент пропорциональности в формуле равен 0,28 ho.

Высота слоя пены

Н„ = 4,35-10-= /го0'6Юк0'6/ст1'^ж0'26.    (1.37)

Полное гидравлическое сопротивление аппарата

др = дрвх + дрт + ДР1|ЫХ + ДРК£Ш,       (1.38)

где ДРТ —полное сопротивление тарелки, Па; ДРкап— гидравлическое сопро­тивление каплеуловителя, Па.

Гидравлические потери при входе и выходе газа из аппара­та ДРвх+ДРвых принимают равными 50—100 Па.

Полное сопротивление тарелки

ДР, = ДР= + ДР„ + ДРст,

ДРС = 6ш8рг/2, ДР„ = 4 a/do, АРст = /lap»,        (1.39)

где ДРС, ДРо, ДРст — соответственно сопротивление сухой тарелки, сил по­верхностного натяжения и статического слоя жидкости, Па.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя. На про­вальной решетке устанавливается стабилизатор, представляю­щий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пла­стин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на неболь­шие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с. провальной тарелкой без стабилизатора. Приме­нение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Рекомендуются следующие размеры стабилизатора: высота пластин 60 мм, размер ячеек от 35x35 до 40X40 мм. Оптималь­ные условия работы: док = 2,5—3,5 м/с; тл = 0,05—0,1 л/м3. В ап­парате устанавливаются дырчатые провальные тарелки с с!о = = 3—6 мм и So = 0,14—0,2 м2/м2 или щелевые (трубчатые) та­релки с Ь = 3—6 мм и So = 0,12—0,18 мй/м2. Производительность по газу аппаратов со стабилизаторами изменяется от 3000 до 90 000 м3/ч.

Гидравлическое сопротивление тарелки со стабилизатором

ДРт = (l=y»prHfKa/2S0va) + ЛР„+ДР„,      (1.40)

где ДРП — гидравлическое сопротивление пенного слоя, Па; ср— доля сечения тарелки.

Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих ап­паратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной

 

 

 

Рис. 1-16. Пылеуловитель ударно-инерциоииого действия: / — входной патрубок; 2 — резервуар с жидкостью; 3 — сопло

Рис. 1-17. Скруббер Дойля (/-—труба; 2 —коиус; 3 —перегородки)

взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимо­действия образуются капли диаметром 300—400 мкм.

Наиболее простым по конструкции является аппарат, пока­занный на рис. 1-16. Газ с большой скоростью входит в колон­ну. При повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости. В основе процесса осаждения лежит «механизм удара». Имеются и другие конструкции аппа­ратов этого типа (скруббер Дойля, СУД).

Схема скруббера Дойля приведена на рис. Г-17, В нижней части трубы установлены конусы для увеличения скорости выхо­да газа. В щели она равна 35—55 м/с. Газ ударяется о поверх­ность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя от 500 до 4000 Па, удельный расход жидкости составляет 0,13 л/м3.

Газопромыватели центробежного действия. Наиболее рас­пространены центробежные скрубберы, которые по конструктив­ному признаку можно разделить на два вида: 1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи центрального лопастного закручивающего устройства и 2) аппа­раты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа.

Последние орошают через форсунки, установленные в цент­ральной части аппарата, кроме того, жидкость, стекающая по внутренней поверхности стенки аппарата, образует пленку.

Большинство отечественных центробежных скрубберов имеют тангенциальный подвод газов и пленочное орошение. Схема циклона с водяной пленкой представлена на рис. 1-18, а. Такие аппараты используют для очистки любых видов нецементирую- щейся пыли. Для создания на внутренней поверхности стенки пленки воды, се тангенциально вводят в аппарат через ряд тру­бок, расположенных в верхней его части.

ез

 

 

 

Рис. 1-18. Мокрые пылеуловители:

а — циклом с водяной пленкой: / — входной патрубок; 2 — выходной патрубок; 3 — коль­цевой коллектор; 4 — сопло;

б — скруббер Вентури с выносным каплеуловителем: / — труба-распылитель; 2 — циклон- пылеуловитель

При содержании пыли, превышающем 2 г/м3, до очистки в циклоне с водяной пленкой рекомендуется предварительная очистка газов в аппарате другого типа. Для улавливания сма­чиваемой пыли (за исключением волокнистой и цементирующей­ся) при начальной концентрации до 5 г/м3 используют скорост­ные промыватели СИОТ.

Для очистки дымовых газов от золы применяют центробеж­ный скруббер ЦС-ВТИ.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основ­ной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости га­зовым потоком, движущимся со скоростью 40—150 м/с. Имеет­ся также каплеуловитель (рис. 1-18,б).

Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя

АР = ДРГ + ДРЖ.    (1.41)

Гидравлическое сопротивление сухой трубы-распылителя

АР,- = 1сУ,аУг2рг/2.            (1.42)

Коэффициент сопротивления (для 10 d3^Zr^0,15d3)

Icy, = 0,165 + 0,034 ш, -[(0,06 + 0,028)/г/«ЧМ,     (1,43)

где M = wr/wat — число Маха; даг — скорость газа в горловине трубы, м/с; Шав — скорость звука, м/с; /г —длина горловины; da — эквивалентный диа­метр горловины, м.

Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя, обуслов­ленное вводом жидкости, рассчитывают по формуле

ДРж = ёж(®грж/2)ш,            '           (1,44)

где | ж — коэффициент гидравлического сопротивления, учитывающий ввод

в трубу-распылитель орошающей жидкости; т — удельный расход орошаю­щей "жидкости, м'/м3 газов.

Коэффициент |ж определяют из выражения

1ж ■= Л|суХт«+и,     (1.45)

где А и В — коэффициенты.

Эффективность пылеуловителя зависит от скорости газа и удельного орошения (обычно от —0,5—1,5 л/м3 газа).

Средний диаметр капель при распыле пневматической фор­сункой

(5,85-10-=Уо/н^УЫ + Г,3,4(цж/У^)М=(р1к/уг)«Л, (146)

где ww — скорость газов относительно капли (принимается равной скорости в горловине трубы).

При больших объемах газа применяют батарейные или груп­повые компоновки скрубберов Вентури.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я