Порожнисті газопромивачі

 

В порожнистих газопромивачах запилені гази пропускають через завісу розпилюваної рідини. При цьому частинки пилу захоплюються краплинами промивної рідини і осаджуються в промивачі, а очищені га­зи видаляються з апарата.

 

Найбільш розповсюдженим апаратом цього класу є порожнистий фор­сунковий газопромивач. Він широко застосовується як для очищення газів від достатньо великих частинок пилу (більше 5 мкм), так і для охолодження газів, виконуючи в різних схемах пиловловлювання важливу роль апарата, який забезпечує підготовку (кондиціювання) газів.

 

Порожнисті форсункові газопромивачі (рис. 5.1) – це колони круг-лого чи прямокутного перерізу, в яких здійснюється контакт між газами і краплинами рідини, розпилюваної форсунками. За направленням руху рі­дини і газів порожнисті газопромивачі діляться на прямоточні, протиточні і з поперечним підведенням рідини. При мокрому обезпилюванні зви­чайно застосовують апарати з протинаправленим рухом газів і рідини, і рі­дше – з поперечним зрошенням. Прямоточні порож­нисті апарати широко застосо-вують при випарювальному охолодженні га­зів.

 

В протиточному газопромивачі краплини з форсунок подають назус-т­річ запиленому потоку газів. Вони повинні бути достатньо великими, щоб не бути винесеними газовим потоком, швидкість якого складає від 0,6 до 1,2 м/с. При більших швидкостях газів після газопромивача необ­хідно встановлювати краплиновловлювач. Форсунки встановлюють в апара­ті в одному або декількох перерізах: деколи рядами (до 14...16 шт. в пе­рерізі), деколи тільки за віссю апарата.

 

Факел розпилу форсунок може бути направлений вертикально звер­ху вниз або під деяким кутом до горизонтальної площини. При розташу­ванні форсунок у декілька ярусів можливе комбіноване улаштування роз­пилю­вачів: частина факелів направлена за ходом газів, друга частина – в проти­лежному напрямку. Для кращого розподілення газів у перері­зі апарата в нижній частині газопромивача встановлюється газорозпо­дільна решітка.

 

При розрахункові порожнистих скруберів визначається площа пере­різу S, м2 і витрати рідини Qр, кг/с, яка подасться на зрошення, за формулами:                                         S = Q/V,                                                        (5.1)                                         Qp = m · Q,                                                    (5.2) де   Q – кількість очищуваного газу при робочих умовах, м3/c;        V – швидкість руху газів в апараті, м/с (на виході біля 1 м/с);       m –  питомі витрати рідини, кг/м3 (табл. 5.2); якщо концентра­ція пилу на вході с' = 10...12 г/м3, то m = 6…8 кг/м3. 

 

Висота порожнистого протиточного пилопромивача вибирається з умови, що

H = 2,5 • D,                                                          (5.3)

 

Рисунок 5.1 – Порожнистий форсунковий газопромивач: 1 – корпус; 2 – патрубок подачі запиленого газу; 3 – патрубок подачі води; 4 – патрубок відведення очищеного газу; 5 – форсунки;  6 –газорозподільна решіт­ка; 7 – бункер для шламу

Насадкові газопромивачі

 

Насадкові газопромивачі – це колони, заповнені тілами різної форми (рис. 5.2). Як  заповнювач (насадка) застосовуються: галька, кокс, кільця з перегородками, кільця Рашіга чи Полля, кульки з полі­мерних матеріалів, скла чи пористої гуми. Більш тісний контакт газу, який очищається, з ріди­ною забезпечує кращу ефективність цих апаратів порівняно а порожнис­тими газопромивачами.

 

За направленням руху газів і рідини на садкові газопромивачі ді­ляться на 3 групи: протиточні, прямоточні та з поперечним зрошенням. Залежно від стану насадки вони бувають з нерухомою насад­кою і з рухомою кульковою насадкою. Апарати з нерухомою насадкою знаходять застосування при вловлюванні тонкого пилу у вигляді тума­нів, добре розчинного пилу а також при спільному протіканні проце­сів пиловлов-лювання, охолодженні газів і абсорбції. Ефективність вловлювання більше 2 мкм перевищує 90%. Недоліком цих апаратів є забруднення каналів, які утворюються елементами насадок, зволоженим пилом, що приводить до різкого збільшення гідравлічного опору і зменшення продуктивності газопромивача.

 

  Рисунок 5.2 – Насадковий газопромивач з поперечним зрошенням: 1 –  корпус;  2 –  форсунки; 3 –  насадка; 4 – зрошувальний прист­рій; 5 – опорна решітка;  6 –  шламозбірник

 

Апарати з рухомою насадкою (рис. 5.3) більш розповсюд­жені. В них насадка знаходиться в постійному русі, тому пил змивається, а між- елементний простір регулюється напором газу в апараті. Для забезпечення вільного перемішування насадки в газорідинній сумі­ші густина кульок не повинна перевищувати густину рідини. Оптималь­ними є кульки діаметром 20...40 мм і насипною густиною 100...300 кг/м3; витрати зрошувальної рідини в межах 4...6 кг/м3; гідравлічний опір – 300...1400 Па; продук-тивність для газів – 3000...40000 м3/год. Скрубери з рухомою насадкою можуть працювати при різних режи­мах, але оптимальним для пиловловлювання є режим повного (роз­вину-того) псевдозрідження. Швидкість газу V', м/с, що відповідає початку режиму повного псевдорозрідження, визначається з формули

(V')2  dk = С · S0 exp [-12,6(Qp/Q)0,25],                            (5.4) де   dk – діаметр кулькової насадки, м;         S0 – вільний переріз решітки, м2/ м2;        С – коефіцієнт (при ширині щілини в опорній решітці b = 2мм        С = 2,8 · 104;  при b > 2 мм С = 4,5 · 104);

 

Гранично допустима швидкість газу V", м/с, рівна:                        V'' = 2,9 · S00,4(Qp/Q)0,15 ,                                                     (5.4а) 

 

Для забезпечення високого ступеню пиловловлювання рекоменду-ють­ся такі параметри процесу: швидкість газу – 5...6 м/с; питоме зрошен-ня 0,5...0,7 кг/м3; вільний переріз решітки S0 = 0,4 м2/м2 при b = 4...6 мм. При очищенні газів, які вміщують смолисті речови­ни а також пил, здатний до утворення відкладень, застосовують щі­линні решітки (тарілки) з вели-кою долею вільного перерізу (So = 0,5...0,6 м2/м2).

 

 

Рисунок 5.3 – Газопромивач з конічним шаром рухомої насадки: 1 – корпус; 2 – опорна решітка (тарілка); 3 – шар кульок; 4 – бризковловлювач; 5 – обмежувальна ре­шітка; 6 – форсунка; 7 – шламозбірник

 

Вільний переріз обмежувальної решітки складає 0,8...0,9 м2/м2. При виборі діаметра кульок необхідно витримувати співвідношення D/dk ≥ 10. Оптимальними є кульки діаметром 20...40 мм і насипною густиною 200...300 кг/м3. Мінімальна статистична висота шару насадки Нст складає 5...8 діаметрів шарів, а максимальна визначається зі співвідношення     Hc/D ≤ 1.

 

Висота секції (відстань між решітками) Нс, м, складається з ди­наміч-ної висоти шару псевдозрідженої кулькової насадки Ндин і висоти сепара-ційної зони Нсеп:        Нс = Ндин + Нсеп;   Ндин = 0,118 ·Vp0,3· Нст0,6 • (V/S0)0,93;               (5.5)        Нсеп = (0,1...0,2) · Ндин ,                                                              (5.6)

 

Загальний гідравлічний опір колони ∆Р, Па, розраховується за формулою:                                                                                                ∆Р = ∆Рвх + ∆Рвих +  ∆Рт + ∆Рш + ∆Рр + ∆Р'т ,                              (5.7) де     ∆Рвх і  ∆Рвих – втрати напору при вході та виході газу з апа­рата, Па; ∆Рт – гідравлічний опір опорної решітки з шаром утримуваної рі­дини, Па; ∆Рш – гідравлічний опір шару сухої насадки, Па; ∆Рр  – гідравлічний опір рідини, яка утримується шаром насадки, Па;

 

Таблиця 5.3 – Основні  характеристики СДК

Параметри	Марка апарата
	СДК -1,2-2-01	СДК -1,6-2-01	СДК -1,4-2-01
Продуктивність, тис. м3/год при швидкості газу в перерізі апарата: 4 м/с 7,5 м/с	16 30	32 60	64 120
Розрахункова площа перерізу контактної зони, м2	1,13	2,0	4,52
Гідравлічний опір апарата, кПа	1,2-3,5	1,2-3,5	1,2-3,5
Розрідження газів всередині апарата, кПа	15,0	15,0	15,0
Концентрація на вході в апарат, г/м3,  не більше: HP, SiF4 (в перерахунку на фтор) пил (аерозоль)	5,0 10,0	5,0 10,0	5,0 10,0
Густина зрошення, м3 /(м2 год)	25-35	25-35	25-35
Температура газу на вході в апарат, °С,  не більше	100-120	100-120	100-120
Температура зовнішньої поверхні , °С	40	40	40
Граничний вміст зависі в зворотному розчині при подачі зрошення через форсунки, г/м3 , не більше pH, не менше	10 7,0	10 7,0	10 7,0
Ступінь очищення при pH = 7 % від з’єднань фтору від пилу (d50>2мкм )	97-99 96-99,2	97-99 96-99,2	97-99 96-99,2
Питомі енергетичні витрати, кВт•год/ тис. м3	1,99	1,99	1,99
Габаритні розміри, мм: діаметр, не менше висота, не більше ширина, не більше маса,кг +/- 20	1200 8300 1900 2300	1600 10520 2600 3850	12600 12600 3600 5700

 

∆Р'т – гідравлічний опір обмежувальної решітки, Па.  Розрахунок  ∆Pш і   ∆Рр виконують за формулами:                         ∆Pш =  ρp · Нст (1- ε0 ),                                                (5.8) ∆Рр = 1254 ·Vp0,14 ·V0,24 · Нст0,92  · ρш-0,1  ,                       (5.9) де     ρш – насипна густина, кг/м3;  ε0 – порізність  нерухомого шару сухої кулькової насадки, прий­мається рівною 0,4; Vp – швидкість зрошуваної рідини в розрахунку на вільний пере­різ, м/с.

 

Запорізьким філіалом НДІОГазу і Казахським хіміко-технологіч­ним інститутом розроблена базова модель скрубера з рухомою шаровою насадкою СДК загальнопромислового призначення з уніфікацією основ­них елементів. Основні параметри газопромивачів серії СДК наведені в      табл. 5.3.

Пінні пиловловлювачі

 

Основним конструктивним елементом пінного пиловловлювача  (рис. 5.4, а; 5.4, б) є решітка (тарілка), яка разом з піною на ній служить полицею апа­рата. Решітки бувають дірчасті, цілинні, трубчасті та ко­лосникові.    

    

 

    а)                                                                     б)

Рисунок 5.4 – Барботажнопінний пиловловлювач з провальною (а)  і переливною (б) решітками: 1 – корпус; 2 – шар рі­дини і піни; 3 – решітка

Існують одно- і багатополичні апарати як з провальними так і з переливними решітками. В таких апаратах газ на очищення посту­пає під решітку, проходить крізь отвори в ній і, барботуючи через шар рідини і піни, очищається від частинок пилу за рахунок осаджен­ня частинок на внутрішній поверхні газових бульбашок. Режим роботи апаратів залежить від швидкості подачі газу під решітку. При швидкості до 1 м/с спостеріга­ється барботажний режим роботи апарата. Подальше збільшення швидко­сті газу в корпусі апарата до 2...2,5 м/с супроводжується виникненням пін­ного шару над рідиною, що приводить до підвищення ефективності очи­щення газу. Вільний переріз решітки складає 0,1...0,4 м2/м2 площі перерізу апарата.

 

Розроблено і освоєно промисловістю 12 типорозмірів пиловловлю­вача ПАСС марки ПВП (табл. 5.4) діаметром 600...2500 мм, продуктив­ністю для газу 3...90 тис. м3/год., а також 8 типорозмірів марки АК (з від-центровим стабілізатором-закручувачем). Залежно від властивостей вловлюваного пилу вони мають швидкість газів V = 2,5...4,5 м/с, гідравлічний опір 100...1900Па, питомі витрати ріди-ни 0,6...0,8 кг/м3.

 

Для очищення аспіраційного повітря і газів від пилу, який не схоп-люється у воді, застосовується гідравлічний пиловловлювач ГДП (рис. 5.5), основні технічні характеристики якого наведені в табл. 5.4. Газопромивач є апаратом безперервної дії з внутрішньою циркуляцією рідини і періодич-ним вивантаженням вловлених продуктів у вигляді шламу чи розчинів.

 

Таблиця 5.4 – Технічні характеристики газопромивачів

Найменування	Марка апарата
	ГДП-5М	ГДП-7М	ГДП-10М
Продуктивність для газу, м3/год	5000	7000	10000
Максимальна температура газу на вході, °С	250	250	250
Максимальний гідравлічний опір, Па	1800	1800	1800
Запиленість газів на вході, г/м3	до 30	до 30	до 30
Питоме зрошення, л/м3	0,015-0,05	0,015-0,05	0,015-0,05
Діаметр апарата, м	1,0	1,25	1,5
Висота апарата, м	2,9	3,2	3,65
Маса в робочому стані, кг	1000	1560	2200

 

Запилений газ спочатку поступає в простір під решіткою, захоп­лює частину рідини, а потім, пройшовши отвори решітки зі швидкістю     10...12 м/с, контактує з шаром турбулизованої піни. Для забезпечен­ня рівномірного розподілення газу у вільному перерізі решітки її отвори виконані  зі збільшенням діаметра з віддаленням отворів від вхідного пат-рубка.

 

Очищений від пилу газ проходить через краплиновідділювач і че­рез вихідний патрубок відводиться в атмосферу. Вловлений пил у вигля­ді шламу осаджується в бункерній частині й через вивантажувальний прист-рій періодично видаляється з апарата.

 

При виборі та розрахунку пінного апарата враховуються витрати активного газу, властивості вловлюваного пилу і умови, необхідні для створення стійкої роботи пінного шару в пиловловлювачі.

 

Площа перерізу апарата S, м2 , знаходиться за формулою:                            S = Q/3600 • V.                                                         (5.10) Діаметр корпуса апарата D розраховуємо за формулою:                              ,                                                      (5.11) Лінійну швидкість газу приймаємо, виходячи з умов оптимального режиму роботи пиловловлювача (в даному випадку V = 3 м/с). При більшій швидкості контакту систему оснащують системою подвій­ної стабілізації піни.

 

Витрати рідини на зрошення Qр, м3/год, будуть складати                               Qp = qp · S,                                                             (5.12) де qp – густина зрошення (для середньо розчинних газів qр = 10...25 м3/(м2 •год) ; для погано розчинних газів qр ≤ 100 м3/(м2•год) .                                                          Знаходимо число решіток N, шт., в апараті                                     N = Q /S • Hn,                                                   (5.13) де   Нп –  рекомендована висота пінного шару на кожній решітці апарата  (приймається 400…500 мм).

 

Відстань (крок) між отворами l, м, решітки - при ромбічній розбивці (симетричне розміщення отворів на ре-шітці)                              ,                                                (5.14) -  при рядковій і квадратній                            ,                                                      (5.15) де    d0  – діаметр отворів в решітці, приймається рівним 4…8 мм;         S0 – вільний переріз решітки, м2/м2.           S0 визначаємо з емпіричної залежності                   S0 = 12·V0,35·qp0,16 ·de0,37 ·Hп-0,465· ρр-0,58 ,                                  (5.15а) тут  dе – еквівалентний діаметр отворів в решітці. При виготовленні решіток з окремих пластин відстань між квад-ратними отворами                               ,                                              (5.16) Ширина пластин чи відстані b, м, між краями отворів                                                                                                                                              b = l – do                                                       (5.17) Загальний гідравлічний опір  ∆Р, Па, пінного апарата визнача­ється за формулою                   ∆Р = ∆Ррс+∆Рш+∆Рап+∆РG,                                              (5.18) де   ∆Ррс  ∆Рш  ∆Рап   ∆РG  – гідравлічні опори відповідно сухої решітки, шару піни, корпуса апарата і опір силам поверхневого натягнення рідини.

 

Рисунок 5.5 – Газопромивач типу ГДП-М: 1 – корпус; 2 – відцентровий краплиновловлювач; 3 – патрубок для підли-вання води; 4 – патрубок вхідний для газу; 5 – тарілка; 6 – гідрозатвор; 7 – регулятор рівня води; 8 – шар турбульованої піни

 

Гідравлічний опір сухої решітки ∆Ррс, Па, знаходиться за формулою (при S0  ≥ 0,18 м2/м2)         ,                                              (5.19) де   ξр – коефіцієнт місцевого опору решітки, приймається рівним 1,45 для дрібнодірчастої і великодірчастої решіток.

Таблиця 5.5 – Технічні характеристики газопромивачів типу ПВПР

Наймену-вання	Марка апарата
	ПВПР-3	ПВПР-4	ПВПР-5	ПВПР-7	ПВПР-9	ПВПР-12	ПВПР-17	ПВПР-22	ПВПР-30	ПВПР-41	ПВПР-55	ПВПР-80
Продук-тивність  по газу, м3/год	2500-3400	3400-4500	4500-6200	6200-7500	7500-10000	10000-15000	15000-18700	18700-24000	24000-32600	32600-45700	45700-64000	64000-90000
Основні розміри, мм: Д Д1 Д2 Н Н*	600 500 300 3890 3190	700 600 350 4245 3645	800 700 400 4550 3950	900 700 500 5125 4525	1000 800 500 5685 5085	1200 1000 600 6835 5835	1400 1200 600 7380 6380	1600 1400 600 7855 6855	1800 1600 800 9330 8330	2200 1800 1000 10990 9790	2600 2200 1200 12100 10900	3000 2400 1200 13520 12320
Маса, кг	725	915	1120	1335	1570	2640	3200	3810	6440	8370	11340	13090

Н* –  висота апарата з однією тарілкою (без середньої секції)

Для трубчастої решітки цей коефіцієнт залежить від ширини щіли­ни   bщ і зовнішнього діаметра труб dтр

              ξр  = 0,225 · dтр0,25 · bщ-0,35                                                   (5.20) Гідравлічний опір шару піни знаходиться за такими формулами: -  для дрібнодірчастої решітки                             ∆Рш = 4,38 · Нп· ρр ·V-0,5,                                              (5.21)  -  для трубчастої решітки                    ∆Рш = 4,1· Нп · ρр ·V-0,5,                                                   (5.22)  -  для великодірчастої решітки                     ∆Рш = 3,97· Нп · ρр ·V-0,5,                                                 (5.23) 

 

Гідравлічний опір на подолання сил поверхневого натягання рідини ∆РG, Па, визначається за формулами: -  для дірчастої решітки                        ∆РG = 4G/d0,                                                                (5.24) -  для трубчастої решітки                       ∆РG = 2G/bщ,                                                                (5.25) де   G – поверхневе натягнення (для води при температурі +25 °С G = 6,3 · 10-2 H/м ).  

 

Гідравлічний опір на подолання сил поверхневого натягнення для великодірчастої решітки незначний і ним можна знехтувати. Гідравлічний опір корпуса апарата ∆Ра, Па, рівний                            ∆Ра = ξа ·V2 · ρ/2 ,                                            (5.26) де   ξа – коефіцієнт місцевого опору апарата, віднесений до швидкості газу в повному перерізі, рівний 15 для апарата без краплиновловлювача і 28 для апарата з влаштованим жалюзійним краплиновловлю-вачем.

 

Таким чином, загальний гідравлічний опір протиточних апаратів з великодірчастими решітками при S0 ≥ 0,18 м2/м2  розраховується за фор-мулою :                    ,                  (5.27) Фракційна ефективність пиловловлювання ηфр, %, пилу       ,                                         (5.28)  де   А – поверхня контакту фаз, віднесена до 1 м2 решітки:                                                                         A = 19,6 ·103 ·V1,35 ·qp0,5 ·S0-2,47 ·de0,8 ·ρp-1,25 ,                                  (5.29) Загальна ефективність пиловловлювання в апараті                        ,                                                                   (5.30)