В мокрых пылеуловителях очистка газа происхо­дит при контакте газа с жидкостью. Частицы пыли, находящиеся во взвешенном состоянии в газовом потоке, смачиваются Жид­костью, инерционно проникают в капли жидкости или прили­пают к поверхности капель и таким образом выпадают из газо­вого потока и выводятся из аппарата в виде шлама.

Процессу улавливания пыли в аппаратах мокрой очистки спо­собствует также конденсация паров жидкости, находящихся в газе при его охлаждении, так как пылинки представляют собой центры спонтанной конденсации.

По принципу действия аппараты мокрой очистки можно раз­делить на несколько групп: аппараты статической промывки газа — полые и насадочные скрубберы; барботажно-пенные ап­
параты; пылеуловители ударно-инерционного типа; мокрые центробежные пылеуловители; скоростные пылеуловители (скруб­беры Вентури). Эти аппараты применяют в условиях, когда уловленная из газа пыль используется в мокром виде, а так­же при охлаждении газа независимо от степени его очистки.

При мокрой очистке технологических газов в жидкости могут растворяться газовые компоненты (С02, БОг, КЮ2 и др.), обра­зующие кислоты. В связи с этим необходимо предусматривать меры, предупреждающие коррозию. Кроме того, имеющиеся в пыли карбонаты и окись кальция обусловливают карбонатную жесткость оборотной воды, поэтому в случаях повышенной же­сткости требуется нейтрализация шламовых вод.

Создание теории расчета аппаратов мокрой очистки значи­тельно усложняется тем, что наряду с многофакторностью запы­ленного газового потока появляется полидисперсная структура распыленной в газе жидкости. На ее формирование влияют параметры жидкости, конструкция распыливающих устройств, взаимное расположение распылителей, определяющее уровень взаимодействия струй распыливаемой жидкости, конструкция пылеулавливающего аппарата [72, 79].

Рассмотрим наиболее часто используемые в различных отра­слях промышленности аппараты мокрой очистки технологиче­ских газов.

Скрубберы представляют собой вертикальные, обычно цилин­дрические колонны диаметром 6—9 м, высотой 25—35 м (рис. 14.1). Они орошаются водой, разбрызгиваемой форсунками. Технологический газ движется снизу вверх навстречу дождево­му потоку воды. При этом происходит интенсивное перемешива­ние газа с мелко разбрызгиваемой водой, что обеспечивает улав­ливание частиц пыли и эффективное охлаждение горячего газа при взаимодействии с водой-

Газ выводится из скруббера в верхней его части, а шлако­вая вода собирается в скруббере, откуда через затвор выводит­ся в шлаковую канализацию. Для поддержания заданного уров­ня шлака в бункере устанавливают поплавковую камеру. Скруб­беры с нормальным и повышенным давлением газа различают­ся в основном уровнем жесткости конструкции гидрозатвора и водоотводчика.

По характеру протекания процесса взаимодействия запылен­ного газового потока и распыленной жидкости можно схемати­чески выделить три зоны. В первой газ высокой температуры при соприкосновении с каплями жидкости обеспечивает испаре­ние до полного насыщения газа парами воды при заданной тем­пературе охлаждаемого газа. Протяженность этой зоны опреде­ляется плотностью орошения. В зоне конденсации водяных па­ров происходит увлажнение и коагуляция частиц пыли, а сле­довательно, и оседание их под действием тяжести. В третьей зоне коагулированные частицы пыли, поднимаемые газовым потоком, попадают в условия прямого контакта с капельками во­ды. Удельный расход воды в скруббере при охлаждении и гру­бой очистке, например, доменного газа составляет 3—10 кг/м3, зависит от температуры и начальной влажности газа.

Скорость газа в скрубберах низкого давления принимают равной не более 1,2—1,5 м/с, в скрубберах высокого давления — не более 3—5 м/с. При этом скорость газового потока и жид­кости увязаны по скорости витания капелек жидкости, так что­бы минимальный размер был не менее

8 = (14.6)

' 98

Определим количество тепла, отданное газом жидкости в скруббер:

<2 = V, (срг + хсрп) (Л — (2), (14.7)

Где 1/0 — объемный расход сухого газа; срг, ср„ — теплоемкость газа и водяного пара при температуре газа; t, (2— начальная и конечная температуры газа; х — влагосодержание газа в конце процесса.

Полагая, что процесс теплообмена происходит во всем объеме аппарата, записываем

Я = КУск М. (14.8)

Здесь К — обп>емный коэффициент теплоотдачи в скруббере (табл. 14.1); 1/ск — полезный объем скруббера; М — среднелога­рифмический температурный напор,

Д/ = Г ~ ^ ~ >Н1 (14.9)

2-3’аТ^Т

(^н. и — начальная и конечная температуры воды).

Из уравнения (14.8) определим полезный объем скруббера Уск. При заданном объемном расходе газа (бг/рг) в зависимости от скорости газового потока шг выбирается необходимый диаметр скруббера И. Тогда по найденным значениям Кс Д - не пред­ставляет труда получить высоту скруббера Н. Наиболее распро­страненное соотношение между диаметром и высотой скруббера ИЮ =2,5.

Из условий баланса тепла определим количество жидкости, необходимое для охлаждения газа в скруббере:

С*Ч(<!-<п)+(1 -?)('к-) (14Л1)

(? — коэффициент испарения воды—табл. 14.1).

Коэффициент фракционной очистки в полом газопромывателе (скруббере) получаем, используя соотношение [87]

30ЖТ| + <о )//р 1

= — ехр о, (14.12)

Г' Ж И М I

	Температура, ‘■С	Форсунка	Коэффициент теплопередачи. ВТ/(м[3] К)
Ги	Холе	На >ыиод	Тип	Диаметр, мк	Т я РЛ [4]НМе МПа	Коэффициент чспчрения 9
Доменный	•250	90	Шариковая с за - аихрителем	6	0.5—0,6	116	0.5
Генераторный	600	90	То же	4	0,4—0;5	146	—
Сажекоптильных Генераторов	1150	320	»	4	0,2—0.3	396	1.0
Отражательных Печей	300	60	Г ригорьева-Поля - кова	2	1,5	257	0,75
Доменный	260	90	Эвольвентная	—	0.5	235—580	0.8

305

Где шк—.скорость охлаждения капли; йк — диаметр капли; Н — высота скруббера; тдэ — эффективность захвата пыли каплями (табл. 14.2).

14.2. Значения коэффициента эффективности захвата т]э [96] Т1в 1£) pH“ »г+»к »Г+“'к <*’г+“'к И/г+и>к Ак = 600 с—1 ‘'к = 1200—1 <*к = 2300 с-1 ■= 3500 с—1 - 4000 с-1 0 0. 0 0 0 1,4 0 0 0 0,03 0,06 2,0 0 0 0,07 0,17 0,21 4,0 0,07' 0,24 0,41 0,64 0,58 10,0 0,64 0,70 0.85 0,89 0,90

Зная фракционный состав пыли, определяем остаточную не-

Т

Полноту очистки газа за аппаратом: 1 —V = 5](1 —?);) Ф», Ско-

1=1

Ростные пылеуловители с трубами Вентури начали использоваться в технике газоочистки в 50-х годах. Благодаря простоте изго­товления и монтажа, небольшим габаритным размерам и воз­можности обеспечить очистку газа до любой концентрации улавливаемого компонента скрубберы Вентури широко приме­няются при мокрой очистке газа. Такой пылеуловитель кон­структивно выполняется в виде орошаемой водой трубы Вентури и сепаратора (рис. 14.2).

В зависимости от физических свойств улавливаемой пыли и эффективности очистки газоз выбирается режим работы скруб­бера Вентури. Скорость газа в горловине трубы Вентури 30— 200 м/с, удельная плотность орошения 0,1—6 кг/м3.

Минимальные гидравлические сопротивления обеспечивают­ся при следующих соотношениях размеров трубы Вентури: угол раскрытия конфузора а] = 25-^28°; угол раскрытия диффузора а2 = 6-^70; длина горловины / = 0,15 £/Экв-

Пылеуловители этого типа классифицируются по количеству энергии — низконапорные и высоконапорные; форме канала — круглые, щелевые; компоновке — одиночные, групповые, бата­рейные; способу подвода орошающей жидкости — с центральным подводом в конфузор, с периферийным подводом в конфузоре, горловине, диффузоре, с пленочным орошением, с эжекционным подводом жидкости, с предварительным дроблением капель (форсуночное орошение).

Наиболее полные и всеобъемлющие исследования скоростных пылеуловителей с трубой Вентури, выполненные в последние годы Л. И. Кроппом и А. И. Акбурутом [41], позволяют рекомен­довать разработанную ими методику расчета.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури определяется как сумма сопротивлений при течении сухого газа и сопротив­ления течения жидкости и газа:

ДЛ-р = (?сух + £усл) (14.13)

Рис, 14.1. Полый скруббер:

/ — патрубок для ъыхода газа; 2 — конфузор; 3 — установка форсунки; 4—коллектор орошення; 5 — корпус скруббера; б — продувочный патрубок; 7 — клапан для продувки коллектора орошення; 8 —Патрубок для входа газа; 9 — бункер! /0— патрубок для удале­ния шлака; II— гидравлический чатвор; 12 — поплавковая камера

Рис. 14.2. Скоростной пылеуловитель:

А — турбулентный промыеатель; Б — инерционный пыле-н брыэгоуловитель; В — центро­бежный прямоточный скруббер (циклон)

Здесь коэффициент гидравлического сопротивления $усл опре­деляется по кривым, обобщающим результаты экспериментов (рис. 14.3), Значения £су>, можно вычислить по уравнению

I / I Ш

?су> =0,165 + 0,034 у 0,06+ 0,028 (14.14)

Которое справедливо для > /г > 0,15, где /г—длина горло­вины трубы Вентури; — эквивалентный диаметр горловины.

Гидравлическое сопротивление каплеуловителя

= (14.15)

Где ивх — скорость газа на входе в каплеуловитель; Ек — коэф­фициент гидравлического сопротивления каплеуловителя (рис. 14.4).

О 2 4 6 8 (0 12 16 Ч'Пг Рис. 14.3. Зависимость условного коэффициента гидравлического сопротивления, ■учитывающего влияние орошения

V. -■ -

0,2

0,1

Теплообмен между потоком газа и жидкостью происходит на поверхности капель жидкости. Количество тепла, переданное жидкости, определяем по формуле

О, = а/’Д/х. (14.16)

Здесь а — коэффициент теплоотдачи на поверхности фазового взаимодействия; ¥ — полная поверхность капель жидкости; Ы — среднелогарифмический температурный напор [см. уравне­ние (14.9)]; т — время пребывания капель в аппарате. Значения коэффициента теплоотдачи определяем эмпирически (рис. 14.5) в зависимости от плотности орошения я и скорости газового потока Юг.

Поверхность капель жидкости в объеме аппарата

^ = 69Уг.0/4, (14.17)

Где — средний диаметр капли; т/г.0 — объемный расход газа при нормальных условиях; <7 — удельный расход жидкости.

Для определения среднего диаметра капель наиболее досто­верно уравнение

- 4810 + 28,9? (14.18)

(®р-*к)

>(шг, — скорости газа и капли).

Используя уравнения (14.17), (14.18), (14.9) и числовое зна­чение комплекса ах, найденное по рис. 14.5, определяем коли­чество тепла, переданное жидкости, по уравнению (14.16). Если количество тепла, отданное газом, можно представить в виде

Я = Утлср(Ь-12), (14.19)

То на основании, данных о количестве тепла, воспринятого жид­костью, можно скорректировать выходную температуру газа 1 из уравнения (14.19).

Расчет степени очистки газов в скруббере Вентури требует решения уравнения

Ь,

(14.20)

Ср

Где И0 — средний диаметр капель; <?— плотность орошения; Ь— длина трубы Вентури; Э<—коэффициент осаждения 1-й фракции;

— среднескоростное число; гюп, шк — скорости пыли

Ср

И капель. Значение среднескоростного числа в формуле (14.20) определяется интерполированием данных по табл. 14.3.

Рис. 14.4. Зависимость коэффициента сопротивления каплеуловителн от диа­метра каплеуловителя

Рис. 14.5. Зависимость ат от удельного расхода воды на скорость газа в гор­ловине (qwr. cn)

Для трех типо-

14.3. Среднескоростное число

Ср Размеров труб Вентури и трех режимов работы Объем газа, Скорость га­ Размер частиц с1, мкм М*/ч За, м/с 5 15 25 33 45 55 65 40 0,221 0,212 0,200 0,185 0,186 0,148 0,126 5 • 104 60 0,250 0,238 0.220 0,194 0,167 0.135 0,104 80 0,258 0,240 0,215 0.186 0,156 0,123 0,088 40 0,214 0,204 0,194 0,183 0,168 0,148 0,128 10 • 10* 60 0,248 0,232 0,215 0,195 0,172 0,146 0,117 80 0,231 0,211 0,191 0,167 0,140 0,108 0.074 40 0,206 0,199 0,191 0,180 0,166 0,150 0,133 20 . 10* 60 0,195 0.187 0.177 0,165 0,149 0,132 0,112 80 0,178 0,167 0,153 0,137 0,119 0,097 0,074

Коэффициента инерционного осаждения д; Диаметр Частиц, Мкм “V = 60 м/с “г = 80 м/с *'е Э ( Э( 2 2,43 0,65 3.6 0,75 3 5,5 0,85 8,2 0.90 4 9.7 0.92 15,0 1.0 5 15.0 1,0 23.5 1.0 10 61,0 1.0 91,0 1,0 В работе [41] приведены исчерпывающие конструктивные данные по трубам Вентури мокрых пылеуловителей для скоро­стей дымовых газов в горловине 50, 60, 70, 80 м/с и расхода газов от 5-104 до 24* 104 м3/ч. Результаты расчетов показывают, что в области горловины критерий Стокса заметно влияет на вероятность инерционного осаждения, а следовательно, и на эффективность улавливания пыли. Для частиц размером больше 3 мкм критерий Стокса не является определяющим, так как Э[>0,8. Поэтому представля­ется возможным выбирать длину трубы Вентури Ь, ориентиру - 14. 4. Значение критерия Стокса и ясь на отработанные ее геомет-

Рии. Значения коэффициента осаждения Эе определяем по габл. 14.4. Для фракций раз­мером больше 10 мкм коэффи­циент инерционного осаждения может быть принят равным 1.

Определив неполноту улав­ливания каждой фракции по уравнению (14.20) и распола­гая дисперсным составом пыли, вычисляем общую неполноту улавливания

(14.21)

1=1

Пример. Рассчитать скоростной пылеуловитель системы очистки дымовых газов при следующих исходных данных. Объемный расход дымовых газов У0=

= 120 104 м3/ч; дисперсный состав летучей золы 0—'10 мкм (31,5%), 10 —

20 мкм (21 20 — 30 мкм (8,2%), 30 — 40 мкм (10,8%), 40 — 50 мкм (6,8%),

50 — 60 мкм (4,6 %), больше 60 мкм (17 %); плотность газа при температуре 140 °С рг = 0,87 кг/мэ; начальная температура газа = 140 °С; начальная тем­пература воды / = 20 °С; минимально допустимая температура газа^2=63°С.

Примем первоначально для расчета скорость газа в горловине трубы Вен­тури (£)р = 70 м/с и удельный расход орошающей жидкости 9= 0,16 кг/м3 при нормальных условиях. Тогда дш1р= 11,2, по рис. 14.3 определим £усл = 0,18. По формуле (14.14) найдем £сух = 0,2. Гидравлическое сопротивление трубы

Вентури АР = (0.2 4- 0.18) 7°2 °'87 =810 Па. Из условий удобства компо-

2

Новки примем шесть параллельно работающих аппаратов, тогда расход газа на один аппарат Ур 0 = 20 1 04 мэ/ч.

Выберем каплеуловитель диаметром 4 м, тогда потери давления в капле-

202 о 87

Уловителе согласно уравнению (14.15) составят &РК у = 2,25------------------- -—’— =

= 392 Па. Здесь 5К = 2,25; №вх = 20 м/с. Общее сопротивление установки

АР = ДРтр + ДЯк. у = 1202 Па.

Для теплового расчета аппарата по графику (рис. 14.5) определим пара­метр а- = 72 • 10 3. Примем температуру пульпы (температура воды на выхо­де) /к = 46 °С.

По уравнению (14.9) получим М = 55 °С. По формуле (14.1 С) средний ди. аметр капель Оа = 165 • 10—6 м. Вычислим поверхность капель в объеме Вен­тури по уравнению (14.17): Р = 6 ' 20 1р4 ' °116 ’ 1С|3 273 - 0,77 109 м*/ч.

165-10-® (273 + 140)

Количество тепла, переданное газом, найдем по формуле (14.16): <2 = 72 X X Ю—3 • 0,77 106 • 55 = 3,07 106 Вт ч. Температуру газа на выходе из ап­

Парата определим с помощью уравнения (14.19):

I = 140 —_______ ^51__ 12-6_ 273_____ = 68 °С.

20 104 • 0,32 (273 + 140)

Так как расчетное значение превышает минимально допустимое, повто­рять расчет не следует.

Рассчитать степень очистки газов. Значение скоростного числа в уравне­нии (14.20) для каждой фракции золы определим по табл. 14.3 интерполиро­ванием искомого комплекса по параметрам шг, Уг 0.

Результаты расчета для фракций целесообразно представить в сводной таблице (табл. 14.5). Принимая длину трубы Вентури по рекомендациям [41] равной Л = 6075 мм, а также используя таблицы коэффициента инерционного осаждения Э(, вычисляем для каждой фракции комплекс

I.

Ср.

14.5. Расчетная таблица

Размер частиц, мкм Комплекс 0—10 | 10—20 20—30 | 30—40 40—50 50-60 >60 0,186 0.177 0,165 0,151 0,134 0,114 0,09 »п ср Тт Я Э* 1,635 1,555 1,46 1,325 1,183 1,005 1,79 ^ о Ю О п ср 1 — ъ 0,18 0,21 0,228 0,25 0,302 0,36 ' 0,44

По формулам (14.20), (14.21) определяем неполноту улавливания каждой фракции и общую неполноту улавливания пыли. Тогда общая неполнота улав­ливания пыли

Т

П-■!')= Е (1 — ^£) Ф, = 0,258,

1=1

Где значение Ф, находим из табл. 14.6.

	Ф (0		Ф (1>		Ф №		- ' Ф (С)
—2,70	0.0035	-1,06	0,0146	-0,00	0,5000	1.06	0,8554
—2.60	0,0047	— 1,04	0,1492	0,00	0,5000	1,08	1.8599
-2,50	0,0062	— 1,02	0,1639	0.02	0,5080
—2.40	0,0082	— 1.00		0,04	0,5160	1,10	0,8643
—2.30	0,0107	0,1687	0.06	0,05239	1,12	0,8686
-2.20	0,0139	—0,98	0,1635	0,08	0,5319	1.14	0,8729
—2.10	0,0)79	—0,06	0,16Ь5		1.16	0,8770
	О.022&	-0.94	0,1736	0,10	0,5398	1,18	0,8810
—2.00	—0,92	0,1788	0.12	0,5478
-1.98	0,0239	—0,90		0,14	0,5557	1,20	0,9849
—1,96	0,0250	0,1841	0,16	0,5636	0,22	0,8888
— 1,94	0.0262	—0,8?-	0,1894	0.18	0,5714	1,24	0.8925
—1,92	0,0274	—0,86	0,1949		1,26	0.8962
	0,0288	—0,84	0,2005	0,20	0,5793	1,28	0,8997
—1.90	-0,82	0.2061	0.22	0,5871
-1.88	0,0301			0.24	0.5948	1,30	0,9032
-1.86	0,0314	—0,80	0,2119	0,26	0,6026	1,32	0,9066
— 1.84	0,0329	-0.78	0,2177	0,28	0.6103	1.34	0.9099
—1,82	0.0344	-0,76	0,2236			1,36	0,9131
	0.3590	—0,74	0,2297	0,30	0,6179	1.38	0.9132
—1.80	—0,72	0,2358	0,32	0.6255
— 1,78	0,0375			0.34	0,6331	1,40	00192
—1,76	0,0392	—0.70	0,2420	0,36	0.6406	1.42	0,9222
— 1,74	0,0409	—0,68	0,2483	0,38	0.6480	1,44	0,9251
-1,72	0,0427	—0.66	0,2546			1,46	0,9279
	0,0446	—0,64	0,2611	0,40	0.6554	1.48	0,9306
-1,70	—0,62	0,2676	0,42	0,6628
— 1,68	0,0456			0.44	0,6700	1,50	0,9332
-1,66	0,0486	—0,60	0,2743	0,46	0,6772	1,52	0,9357
— 1.64	0,0505	-0,58	0.2810	0,48	0.6844	1,54	0.9382
-1.62	0,0526	-0.56	0,2877			1,56	0.9406
— 1.6Р	0.0548	-0,54	0.2946	0,50	0.6915)	1.58	0,9429
-0,52	0,3015	0,52	0.6985
— 1.58	0,0571			0,54	0,7054	1.60	0,9452
-1.56	0,0594	-0,50	0,3085	0,56	0,7123	1,62	0,9474
-1,54	0,0618	—0,48	0,3156	0,58	0,7190	1,64	0,9495
-1,52	0,0643	-0,46	0,3228	0,60	0,7257	1.66	0,9515
— 1,50	0,0668	-0,41	0,3300			1,68	0,9535
—0,42	0,3372	0,62	0,7324
—1,4^	0,0694			0.64	0.7389	1,70	0,9554
—1,46	0,0721	—0.40	0,3446	0,68	0.7517	1,72	0,9573
—1.44 -1,42	0,0749 0,0778	-0,38 -0,36	0,3520 0,3594	0,66	0.7454	1,74 1.76	0.9591 0.9608
-1,40	0,0808	-0,34	0.3669	0,70	0,7580	1,78	0,9625
-0.32	0,3745	0.72	0,7642
— 1.38	0.0838			0,72	0,7703	1,80	0,9641
— 1,36	0,0869	-0.30	0,3821	0,76	0,7764	1.82	0.9656
— 1.34	0,0901	—0,28	С,3897	0,78	0,7823	1,84	0.9677
— 1.32	0,0934	-0,26	0.3974			1,86	0,9686
-1.3С	0.096Й	-0,24	0,4052	0.80	0.7881	1.88	0,9699
-0,22	0,4129	0,82	0,7939
— 1,28	0.1003			0,84	0,7995	2,00	0,9772
— 1,26	0,1038	-0,20	0,4207	0.86	0,8051	2,10	0,9821
— 1,24	0,1075	—0.18	0,2286	0,88	0.8106	2,20	0,9861

	Ф (0	1	Ф (0		Ф Ч)		Ф и>
—1,22	0.1112	—0.16	■ 0,4364	0,90	0,8159	2,30	0,9893
— 1,20	0,1151	—0.14	0.4443	0,92	0,8212	2,40	0.9918
-0.12	0,4522	0.94	0,8264
—1,18	0.1190			0,96	0,8315	2,50	0,9938
— 1.16	0,1230	—0,10	0,4602	0,98	0,8365	2,60	0,9953
— 1,14	0,1271	—0,03	0.4681			2,70	0,0965
-1,12	0.1314	-0,06	0,4761	1.00	0,8413	1,90	0,0713
— 1,10	. 0,1357	-0,04	0,4840	1.02	0,8461	1,94	0,9726
— 1,08	0,1401	—0,02	0.4П20	1.04	0,8508	1,94 1.96 1.98	0.9738 0,9750 0,9761