Принцип работы скруббера Вентури

Принцип работы скруббера Вентури основывается на явлении смачивания – способности жидкости прилипать к твердым поверхностям.

Процесс очистки воздуха от пыли в этих аппаратах происходит благодаря коагуляции твердых частиц при смачивании жидкостью. Принцип работы скруббера Вентури основывается на этом физическом явлении. Намокшие пылинки, двигаясь в газовоздушном потоке, при соударении слипаются, сепарируются в уловителе и удаляются.

Главная задача мокрой очистки воздуха от пылевых частиц – обеспечение максимальной площади контакта газовоздушной смеси с жидкостью. Процесс осуществляется внутри трубы Вентури – основного элемента схемы скрубберов данного типа. Конструкция состоит из двух конусообразных отрезков труб, присоединенных к горловине суженными частями. Форма трубы напоминает песочные часы.

Основная часть скруббера Вентури в целях снижения вредных гидравлических потерь выполняется в виде трубы Вентури, имеющей плавное сужение на входе газов (конфузор) и плавное расширение на его выходе (диффузор). Узкая часть трубы Вентури получила название горловины.

 

Запыленный воздух подается в конфузор. Продвигаясь по трубе сужающегося диаметра, газовоздушный поток разгоняется согласно уравнению Бернулли. Чем больше перепад площади поперечного сечения на входе и выходе конфузора, тем выше скорость. В полость сужающейся секции по форсункам подается техническая вода или раствор абсорбирующего реагента.

В быстро движущемся газовом потоке возникают завихрения, которые дробят распыленную форсунками жидкость на капли микроскопического размера. Подобная схема обусловливает высокую эффективность очистки от газов и твердых включений в скрубберах Вентури. Микрокапли обволакивают пылевые частицы, вызывая их слипание, или абсорбируют вредные газообразные компоненты.

Турбулентность помогает лучше перемешивать жидкость и воздушный поток.

Пройдя горловину, воздух поступает в диффузор. Здесь скорость движения потока замедляется. Микрокапли с уловленной пылью или газом соединяются. На выходе из устройства взвесь жидкости отделяется в инерционном каплеуловителе, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

Наиболее активно пылевая фракция улавливается, когда скорости загрязненного воздуха и взвеси жидкости сильно отличаются. Принцип действия скрубберов Вентури позволяет достигать пиковых значений улавливания пыли дважды за рабочий цикл.

Первый раз максимум достигается в начале процесса перемешивания. Более тяжелые капли отстают от газовоздушного потока, собирая пылинки, которые догоняют их по курсу движения. Второй раз очистка достигает оптимального значения в конце трубы, когда скорость потока падает. Массивные капли обладают большей инерцией, чем воздух, поэтому замедляются меньше. Двигаясь сквозь газовоздушный поток, частицы жидкости собирают пылинки, догоняя их по ходу движения.

Рис. 1. Скруббер Вентури

 

Рис. 2. Скруббер Вентури

Рис. 3. Скруббер Вентури:

1 – форсунка; 2 – сопло Вентури; 3 – каплеуловитель

Работа скруббера Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Скрубберы Вентури могут различаться устройством каплеуловителей, конструкциями и способами установки труб, способами подвода жидкости. Каплеуловители могут быть выносными или размещаться в одном корпусе с трубой.

Трубы могут иметь круглое, кольцевое или прямоугольное (щелевое) сечение горловины. Трубы с круглым сечением применяют для небольших расходов, а трубы со щелевым или регулируемым кольцевым сечением - для больших. При необходимости трубы компонуются в группы и батареи. Вода в горловину трубы может подаваться через форсунки различных конструкций, установленные центрально или периферийно, или стекать в виде пленки по стенкам конфузора. Худшие показатели по дроблению капель и, следовательно, по степени очистки имеют бесфорсуночные трубы Вентури. В то же время они допускают использование оборотной неочищенной жидкости, что может быть важным при совместном улавливании газообразных и дисперсных примесей.

Конструкции труб-распылителей (рисунок 4):

– центральный (форсуночный) подвод жидкости;

– периферийное орошение;

– пленочное орошение;

– бесфорсуночное орошение;

– с подводом жидкости за счет энергии газового потока.

Скрубберы Вентури с центральным (форсуночным) орошением представлены на рисунке 4 а. В скрубберах подобного типа подача орошающей жидкости осуществляется форсунками, установленными перед конфузором или непосредственно в нем. Давление нагнетания перед форсунками обычно составляет от 0,2 до 0,3 МПа. В основном применяются центробежные (механические авольвентные, цельнофакельные и др.) форсунки.

Скрубберы Вентури с периферийным орошением представлены на рисунке 4 б. Периферийная подача орошающей жидкости используется при подаче орошения в конфузор или горловину.

Рис. 4. Конструкция труб-распылителей:

а – центральный (форсуночный) подвод орошения; б – периферийное орошение;

в – пленочное орошение; г – бесфорсуночное орошение

Труба Вентури представляет из себя вертикальную или горизонтальную трубу с коническими заужениями посередине (рисунки 5 и 6).

Рис. 5. Труба Вентури

 

 

Рис. 6. Труба Вентури

Простейший скруббер Вентури (рисунок 7) представляет собой сочетание орошаемой трубы Вентури и прямоточного циклона-каплеуловителя.

 

Рис. 7. Скруббер Вентури (общий вид):

1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; 4 – подача воды; 5 – каплеуловитель

Труба Вентури имеет плавное сужение на входе – конфузор, в котором размещается оросительное устройство и плавное расширение на выходе – диффузор, в котором протекают процессы коагуляции. Пережим сечения трубы Вентури получил название «горловина», где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды. В пережим трубы, в котором скорость газа увеличивается в 2-3 раза, через специальные форсунки под большим давлением перпендикулярно газовому потоку подается вода.

Такая конфигурация трубы Вентури, выполненная с оптимальным (с точки зрения аэродинамики) соотношением размеров, положена в основу разработанного НИИОГАЗом типоразмерного ряда аппаратов ГВПВ.

Существуют различные конструкции и разновидности скрубберов Вентури (например, прямоточные высоконапорные аппараты типа ГВПВ и скрубберы Вентури СВ, разработанные НИИОГАЗом; газопромыватели типа КМП, КЦМП и др.). Рассмотрим один из разновидностей скрубберов Вентури, а, именно: прямоточный высоконапорный аппарат типа ГВПВ (рисунок 8, таблица П.2.1), состоящий трубы Вентури оптимальной конфигурации и прямоточного циклона типа КЦТ.

Принцип действия скруббера Вентури основан на улавливании частиц пыли, абсорбции или охлаждения газов каплями орошающей жидкости, диспергируемой самим газовым потоком в трубе Вентури. Труба Вентури (круглого сечения) включает в себя диффузор, горловину, конфузор и штуцера подвода орошающей жидкости с форсунками.

Рис. 8. Скруббер Вентури типа ГВПВ в сочетании с каплеуловителем типа КЦТ:

1 – каплеуловитель; 2 – диффузор; 3 – горловина; 4 – конфузор;

5 – устройство для подачи воды

В аппаратах ГВПВ применяют каплеуловители типа КЦТ.

В каплеуловителе вследствие тангенциального подвода газов и создаваемого при этом вращательного движения газового потока смоченные и укрупненные частицы отбрасываются на стенки и удаляются из каплеуловителя в виде шлама.

Трубы Вентури типа ГВПВ

ГВПВ – газопромыватель Вентури, прямоточный, высокоскоростной.

Трубами-газопромывателями Вентури ГВПВ оборудуются системы очистки технологических газов. Такие устройства позволяют сделать более эффективной процедуры улавливания в газовоздушных потоках пылевых примесей и их последующее отфильтровывание из воздуха. Газопромыватели ГВПВ используются во многих отраслях промышленности. Например, данное изделие применяют черная и цветная металлургии, химическая и нефтяная промышленности, а также производства, связанные со строительством и энергетикой.

Труба Вентури ГВПВ круглого сечения включает в свою структуру следующие основные элементы:

– диффузор;

– горловину;

– конфузор;

– штуцер подвода орошающей жидкости с форсунками.

Основное функциональное предназначение трубы Вентури – установка в системах вентиляции для повышения эффективности очистки запыленных технологических газов, которые поступают с постоянным объемным расходом.

Основные параметры и оптимальные условия для эксплуатации:

– относительная длина горловины равна 0,15·D (где D – это значение диаметра горловины).

– углы раскрытия составляют:

· для конфузора – 28⁰

· для диффузора – 7⁰.

– Материалом для изготовления основных узлов и деталей служат:

· для трубы Вентури – сталь ВСт или 12Х18Н10Т;

· для форсунок – сталь 08Х13.

– Сейсмичность региона, где будут устанавливаться трубы Вентура ГВПВ, не регламентируется.

– Производится в климатическом исполнении У категории размещения 1 в соответствии с ГОСТ 15150–69.

– Оборудование относится к группе несгораемых изделий.

– Предназначено для установки в производствах Г и Д по СП 56.13330.2011.

Условное обозначение:

– ГВПВ – газопромыватель Вентури, прямоточный, высоконапорный;

– 0,006 – площадь сечения горловины трубы Вентури, м²;

– 01 – модификация с повышенным удельным орошением.

Основные параметры:

– допустимая запыленность очищаемого газа – 30 г/м³;

– предельная температура очищаемого газа – 400 ⁰С;

– удельный расход воды – 0,5–2,5 л/м³;

– диапазон гидравлического сопротивления от 6 до 12 кПа (600–1200 кгс/м²).

Комплект поставки:

 – труба Вентури в сборе.

Труба Вентури ГВПВ (рисунок 9) может эксплуатироваться при установке, как в вертикальном, так и в наклонном положении. В комплектацию аппаратов типа ГВПВ, как правило, входят каплеуловители КЦТ.

Рис. 9. Труба Вентури типа ГВПВ:

1 – диффузор; 2 – горловина; 3 – конфузор; 4 – штуцера подвода орошающей жидкости

Технические характеристики трубы Вентури ГВПВ выбираются по таблице П.2.1 Приложения 2.

Труба Вентури работает за счет столкновения частиц пыли с диспергированной жидкой фазой, которое возникает из-за разности скоростей этих сред, под воздействием интенсивной турбулентной диффузии в потоке газовоздуха.

Действие газопромывателя Вентура начинается с поступления в конфузорную часть сопла потока запыленного газа. Одновременно с подводом газа, впрыскивается под давлением, через форсунки, жидкость для орошения. В конфузоре газ разгоняется, в результате чего, пыль начинает оседать на капли жидкости. Этот процесс основан на большой разности между массами (плотностями) жидкой и газообразной сред, а также разностью скоростей, которые развивают капли и частицы пыли в конфузоре. Следует знать, что уровень производительности аппарата во многом зависит от того, насколько равномерно распределится жидкость по сечению конфузора. Далее, когда газовоздушный поток попадает в диффузорную часть сопла, давление с конденсацией пара резко падает. Затем, поток воздуха с конденсированными парами получает постепенное торможение и поступает в каплеуловитель, изготовленный в виде прямоточного циклона.

Расчет производительности трубы Вентури ГВПВ (степень очистки газовоздушных потоков от пыли) оценивается энергетическим методом, заключающегося в прямой зависимости эффективности газопромывателя от энергии, которая тратится на очистку (на пылеулавливание).

Каплеуловители типа КЦТ

Каплеуловители предназначены для улавливания брызгоуноса, возникающего при работе основного технологического оборудования.

Центробежные каплеуловители типа КЦТ (рисунки 10, 11,12) предназначены для улавливания капельной орошающей жидкости с осевшими на каплях частицами пыли и в основном устанавливаются в технологической линии за трубами Вентури типа ГВПВ в качестве сепаратора капель.

Могут также использоваться как самостоятельная ступень очистки при улавливании пылей размером частиц более 5 мкм.

Конструктивно центробежные каплеуловители типа КЦТ представляют собой малогабаритные прямоточные циклоны с рабочей частью высотой 1,5·D (где D – диаметр циклона) с входным патрубком прямоугольного сечения и выходным патрубком круглого сечения. Круглый выходной патрубок циклона утоплен внутрь корпуса аппарата на величину 0,1·D и смещен в сторону оси на расстояние 0,1·D.

Материал основных деталей: корпус, патрубки – Ст.3, по желанию заказчика различной толщины.

Каплеуловители типа КЦТ рассчитаны на применение в районах с сейсмичностью не более 7 баллов.

Климатическое исполнение – У категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69, относится к группе несгораемых изделий, предназначены для установки в производствах Г и Д по СП 56.13330.2011.

Условное обозначение КЦП-400:

– КЦТ – каплеуловитель центробежный с тангенциальным подводом газа;

– 400 – диаметр аппарата, мм.

Основные параметры:

– концентрация жидкости в газе, поступающем в аппарат не более 1 л/м ³;

– предельная температура очищаемого газа – 400° С;

– скорость газа в свободном сечении аппарата – 3,5 – 5 м/с;

– гидравлическое сопротивление – 350 Па (35 кгс/м ²);

– концентрация капельной влаги на выходе не более 70 мг/м³.

– производительность циклона данной марки возможна от 1 700 м³/ч до 82 000 м³/ч.

Рис. 10. Каплеуловитель КЦТ

Рис. 11. Каплеуловитель типа КЦТ:

1 – корпус; 2 – входной патрубок; 3– выходной патрубок

 

Рис. 12. Каплеуловитель КЦТ

Технические характеристики каплеуловителя КЦТ выбираются по таблице П.2.2 Приложения 2.