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.

Р исунок 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

Найменування	Марка скрубера
	СВ150/90-800	СВ210/120-1200	СВ300/180-1600	СВ400/250-2200	СВ900/820-1600	СВ1020/920-2000	СВ1150/1020-2400	СВ1380/1220-2000	СВ1620/1420-2400	СВ1860/1620-2800
Продуктивність, тис. м3/год: максимальна мінімальна	7 2	15 7	30 15	50 30	180 50	120 80	180 120	240 160	340 240	500 340
Висота скрубера Н, мм	4095	4980	6205	7400	9160	11060	13165	11060	13165	14880
Розміри труби- розпилювача, мм: діаметр горловини діаметр обтічника хід обтічника	150 90 250	210 120 250	300 180 350	400 250 350	900 820 150	1020 920 185	1150 1020 212	1380 1220 245	1620 1420 350	1860 1620 400
Число краплеуловлю-вачів, шт	1	1	1	1	1	1	1	2	2	2
Діаметр краплеу-ловлювача, мм	800	1200	1600	2200	1600	2000	2400	2000	2400	2800
Швидкість газу у вільному перерізі краплеуловлювача, м/с: максимальна мінімальна	5,0 1,4	5,0 2,3	5,0 2,5	5,0 3,0	11,0 6,9	10,6 7,1	11,0 7,4	10,6 7,1	10,4 7,4	11,3 7,7
Маса, т	1,14	1,9	3,7	6,63	8,06	10,73	14,17	19,96	27,00	34,47

Таблиця 5.10 – Технічні характеристики типорозмірного ряду високонапірних труб Вентурі

Марка труби Вентурі	Продуктив-ність, м3/год	Діаметр гор-ловини труби Вентурі, мм	Витрати зрошувальної рідини, м3/год	Тиск рідини перед форсун-кою, кПа	Габаритні розміри, мм	Маса апарата, не більше, кг
ГВПВ-0,010-400	115	3100-6500	2,16-5,00 5,00-12,00	80-410 63-400	540∙610∙2500 540∙685∙2500	117 120
ГВПВ-0,014-400	135	4140-8400	2,90-5,00 5,00-7,00	80-410 60-700	575∙700∙2940 575∙740∙2940	148 150
ГВПВ-0,019-400	180	5590-11340	3,90-12,80 13,00-22,70	80-980 420-710	645∙785∙3140 645∙795∙3140	174 175
ГВПВ-0,025-400	180	7490-15120	5,20-13,00 13,00-30,00	150-980 80-450	775∙925∙3790 775∙985∙3790	244 257
ГВПВ-0,030-400	200	9320-18900	6,50-13,00 13,00-38,00	60-250 100-910	790∙1325∙4025 790∙1355∙4025	305 310
ГВПВ-0,045-400	240	13800-28000	9,75-30,00 30,00-56,00	60-750 110-390	880∙1420∙4620	400 420
ГВПВ-0,060-400	280	18630-37800	13,00-30,00 30,00-75,60	100-570 110-710	1075∙1630∙5420	535 560
ГВПВ-0,080-400	320	23460-47600	16,80-45,00 45,00-95,20	75-570 110-500	1545∙1480∙5940	645 675
ГВПВ-0,100-400	370	32430-65800	22,60-45,00 45,00-131,60	80-320 63-540	1835∙1835∙7240 1860∙1860∙7240	935 975
ГВПВ-0,140-400	420	41400-84000	28,80-45,00 45,00-168,00	130-320 63-880	2015∙2015∙8140 2060∙2060∙8140	1160 1200

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

Краплеуловлювач			Горловина труби Вентурі
Діаметр, м	Висота, м	Активний переріз, м2	Активний пе-реріз вхідно-го патрубка, м2	Розміри, м	Переріз, м2
2,8	9,66	5,72	1,37	0,39∙1,17	0,455
3,0	10,32	6,60	1,67	0,43∙1,23	0,530
3,2	10,98	7,54	1,95	0,46∙1,40	0,644
3,6	12,20	9,62	2,41	0,45∙1,80	0,810
4,0	13,61	11,93	3,00	0,50∙2,00	1,00
4,5	15,25	15,20	3,88	0,57∙2,28	1,30

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.