Робота скрубберов Вентурі заснована на дробленні води турбулентним газовим потоком, захопленні краплями води частинок пилу, яку треба буде їх коагуляції і осадженні в краплевловлювачі інерційного типу.
Пристрій і робота. Найпростіший скрубер Вентурі (рис. 8.5, а) включає трубу Вентурі (рис. 8.5, б) і прямоточний циклон. Труба Вентурі складається з службовця для збільшення швидкості газу конфузора, в якому розміщують зрошувальний пристрій, горловини, де відбувається осадження частинок пилу на краплях води, і дифузора, в якому протікають процеси коагуляції, а також за рахунок зниження швидкості відновлюється частина тиску, витраченого на створення високій швидкості газу в горловині. У краплевловлювачі тангенціального введення газу створюється обертання газового потоку, внаслідок чого змочені і укрупнені частки пилу відкидаються на стінки і безперервно видаляються з краплевловлювача у вигляді шламу.
Мал. 8.5. Скрубер Вентурі: а - загальний вигляд; б - нормалізована труба Вентурі. 1 - конфузор; 2 -горловіна; 3 - дифузор; 4 - подача води; 5 - каплеуловитель
Скрубери Вентурі можуть працювати з високою ефективністю: h = 96Ч-98% на пилях із середнім розміром частинок 1-2 мкм і вловлювати високодисперсні частинки пилу (аж до субмікронних розмірів) в широкому діапазоні початкової концентрації її в газі - від 0,05 до 100 г / м 3. При роботі в режимі тонкого очищення від високодисперсних пилу швидкість газів в горловині повинна підтримуватися в межах 100-150 м / с, а питома витрата води - в межах 0,5 1,2 дм 3 / м 3. Це обумовлює необхідність великого перепаду тиску ((D р = 10-20 кПа) і, отже, значні витрат енергії на очищення газу. У ряді випадків, коли труба Вентурі працює тільки як коагулятор перед наступною тонкої очищенням (наприклад, в електрофільтрах) або для уловлювання крупного пилу розміром частинок більше 5 10 мкм, швидкості в горловині можуть бути знижені до 50-100 м / с, що значно скорочує енерговитрати.
Дроблення рідини і захоплення пилу краплями в трубі Вентурі. При введенні рідини в газовий потік дроблення великих крапель на більш дрібні за рахунок енергії турбулентного потоку відбувається, коли зовнішні сили, що діють на краплю, долають сили поверхневого натягу. Виходячи з рівноваги динамічного тиску на краплю і сил поверхневого натягу Прандтль отримав такий вираз для діаметра виходять крапель d к:
де s - коефіцієнт поверхневого натягу, н / м; rг - щільність газу, кг / м 3; wг - швидкість газу відносно краплі, м / с; З - константа (С1).
Найбільш точна і достовірна формула для визначення середнього діаметра крапель запропонована японськими дослідниками Нукіяма і Таназава на основі великої кількості ретельно проведених експериментів;
де rж - щільність рідини, кг / м 3; mж - динамічний коефіцієнт в'язкості рідини, Па · с; Vг і Vж - об'ємні витрати газу і рідини, м 3 / с
Кордон стійкості краплі визначає критичне значення критерію Вебера We = rг · wг 2 · l / s. характеризує відношення інерційних сил газового потоку до сил поверхневого натягу. При We> Weкр крапля втрачає стійкість і починає дробитися, при We При подачі зрошувальної рідини в трубу Вентурі її початкова швидкість незначна. За рахунок сил динамічного тиску газового потоку краплі одночасно з подрібненням отримують значні прискорення і в кінці горловини набувають швидкість, близьку до швидкості газового потоку. У дифузорі швидкості газового потоку і крапель падають, причому внаслідок сил інерції швидкість крапель перевищує швидкість газового потоку. Тому захоплення частинок краплями найбільш інтенсивно йде в кінці конфузора і в горловині, де швидкість газу відносно краплі особливо значна і кінематична коагуляція протікає найбільш ефективно. Величезна швидкість протікання процесів дроблення крапель, зміна швидкостей крапель і пилу, часткове випаровування крапель і конденсація парів в дуже малому обсязі труби Вентурі (в основному в горловині) і накладення цих процесів друг на друга надзвичайно ускладнюють створення теорії роботи цього апарату. Теплообмін, в трубі Вентурі. Якщо газ охолоджується в трубі Вентурі, то, нехтуючи втратами в навколишнє середовище (не більше 3-5%), тепловий баланс можна виразити таким рівністю: де Q1 - тепло, що віддається газом, кВт; Q2 - тепло, що витрачається на нагрів зрошувальної рідини від початкової температури Tн до кінцевої температури Тк. кВт; Q3 - тепло, що витрачається на випаровування частини зрошувальної рідини, кВт. Тепло, що віддається газом, Тепло, що витрачається на нагрів орошающей води за умови, що вона нагрівається до температури мокрого термометра Тм: де V2 - об'єм газів на виході, м 3 / с; m - питома витрата води, розрахований за умовами виходу, кг / м 3; iн. Ік - початкова і кінцева ентальпії води, кДж / кг. Тепло, що витрачається на випаровування частини води, що подається, де # 966; - коефіцієнт випаровування. Підставивши розгорнуті вираження в рівняння теплового балансу, можна вирішити його методом проб і помилок щодо будь-якої цікавить нас величини. Температуру газів на виході з труби Вентурі можна визначити за такою емпіричною залежності, справедливої в межах швидкостей газів в горловині м / с, при питомих витратах води m = 0,61,3 кг / м 3 і початкової температурі газів T1 = 100900 ° С: НІІОГАЗ запропоновано оцінювати ефективність теплообміну в трубах Вентурі за допомогою умовного коефіцієнта теплопередачі Куслій. віднесеного до одиниці масової витрати газу: де Q - кількість віддається газом тепла, Вт; DТ - середня різниця температур між газом і водою, о С; Мг - масова витрата газу, кг / с. Величину умовного коефіцієнта теплопередачі в межах швидкостей газу w2 = 17 ÷ 160 м / с і питомих витрат води m = 0,12 ÷ 4,0 кг / м 3 можна визначати за такою емпіричною залежності:. Чисельні значення коефіцієнтів можуть бути прийняті наближено рівними: А = 0,05 ÷ 0,07; В = 0,51; З = 0,71. Організація зрошення труб Вентурі За способом подачі рідини труби Вентурі, що застосовуються в металургії, ділять на три групи: а) з форсунковим зрошенням (рис. 8.6, а); б) з плівковим зрошенням (рис. 8.6, б); в) з периферійним зрошенням (рис. 8.6, в).
Мал. 8.6. Способи зрошення труб Вентурі: а - ФОРСУНОЧНАЯ зрошення; б - плівкове зрошення; в - периферійне зрошення. 1 - форсунка; 2 -конфузор; 3 -горловіна; 4 -камера для води; 5 -уступ; 6 - дифузор.
При центральній подачі води (рис. 8.6, а) форсунку встановлюють на відстані (1-1,5) d1 перед конфузорів. Максимальний діаметр зони зрошення форсунки не повинен перевищувати 500 мм; при великих діаметрах газопроводу можна встановлювати кілька форсунок. Витрата води на форсунку визначають за формулою:
де n - число форсунок.
Діаметр отвору форсунки dф. знаходять з виразу
де m - коефіцієнт витрати води наближено дорівнює 0,73; р - тиск води споживання газу (не менше 150 кПа); rв - щільність води, кг / м 3.
Периферійну подачу рідини застосовують в трубах Вентурі як круглого, так і прямокутного перерізу. Така подача дозволяє організувати більш рівномірний зрошення в трубах великих розмірів, особливо прямокутних, через отвори з двох протилежних сторін, розташованих у шаховому порядку. Необхідна кількість отворів п для введення води (діаметром do) наближено можна визначити за такою формулою:
де а - ширина горловини прямокутної труби Вентурі; і та - кінематичні коефіцієнти в'язкості відповідно газу і рідини.
Вода найчастіше подається в початковий ділянку горловини. Периферійна подача допускає чистку отворів без припинення роботи апарату, значно знижує абразивний знос і уповільнює зростання відкладень на зрошують пристроях.
При плівковому зрошенні подається вода безперервно стікає по стінках конфузора, утворюючи поновлюваних плівку (рис. 8.6, б). Дроблення плівки на краплі відбувається за рахунок енергії високошвидкісного потоку газу. Основною перевагою плівкового зрошення є відсутність дрібних отворів, схильних до заростання і засмічення, а також можливість подачі на зрошення води зниженої якості, що дуже важливо в умовах оборотного водопостачання газоочисток. Плівкове зрошення повністю усуває відкладення пилу, що утворюються зазвичай на кордоні між сухою і змочений-ної поверхнями конфузора. Однак плівкове зрошення забезпечує рівномірність розподілу води по перетину тільки при ширині або діаметрі горловини не більше 100 мм.
У деяких конструкціях застосовують комбіновані способи зрошення, наприклад центральну подачу поєднують з плівковою.
Різні типи скрубберов Вентурі. Представляють інтерес так звані ежекторні скрубери Вентурі, в яких основна частка енергії, що витрачається на очищення газу, підводиться до зрошувальної рідини через розташовану в конфузорі форсунку під тиском 0,6-1,2 МПа і вище. Енергія високошвидкісний струменя рідини витрачається, з одного боку, на ежектування і транспортування газу через апарат, а з іншого - на очистку газу. При відповідних тисках і витратах зрошувальної рідини можна не тільки довести до нуля гідравлічний опір апарату, а й створити позитивний натиск. У промисловій практиці є приклади роботи ежекторних скрубберов без димососів з викидом очищених газів безпосередньо в димову трубу. Швидкість газового потоку в перерізі горловини (камери змішання) рекомендується вибирати в межах 10-35 м / с, а довжину камери змішання - близько трьох її діаметрів. Швидкість витікання рідини з форсунки в ежекторних скрубберах значно вище, ніж в скрубберах Вентурі звичайного типу.
Розроблено типорозмірний ряд ежекторних скрубберов типу СЕЖ продуктивністю від 50 до 5000 м 3 / год (рис. 8.7). Гідродинамічна характеристика ежекторного скруббера приведена на рис. 8.8. Максимально можливе розрідження, створюване системами цього типу, 0,6 кПа. Для скорочення питомих витрат зрошувальної рідини т рекомендується збільшувати тиск пальника до 5-10 МПа. Перспективним представляється використовувати для зрошення ежекторних скрубберов перегріту воду, що утворить при проходженні через сопло двухфазную систему пар - рідкі краплі.
Мал. 8.7. Ежекторний скруббер типу СЕЖ: 1 корпус; 2 - камера всмоктування; 3 - форсунка: 4 сітчастий пиловловлювач; 5 - камера змішування.
Мал. 8.8. Гідродинамічна характеристика ежекторного скруббера при різних тисках нагнітача: 1 - 700 кПа; 2 - 566 кПа; 3 - 420 кПа; 4 - 280 кПа; 5 - 140 кПа
Для установок із змінним в часі витратою газу застосовують труби Вентурі з регульованим перетином горловини, що дозволяють зберігати в горловині оптимальну швидкість, незважаючи на коливання витрати газу. НВО «Енергосталь» розроблена конструкція такої труби з поворотними лопатями (рис. 8.9, а). Запропоновано конструкції, в яких зміна перерізу горловини здійснюється за допомогою зворотно-поступального руху конічної вставки, розміщеної в конфузорі або дифузорі (рис. 8.9, б). Існують і інші конструкції, які не отримали, проте, широкого поширення.
Мал. 8.9. Схеми прямокутних і круглих труб Вентурі з регульованою горловиною: а - з поворотними лопатями; б - з конічною вставкою
Труднощі організації зрошення великих труб Вентурі круглого перетину викликали необхідність створення групових компонувань, що складаються з декількох паралельно працюючих труб. Широке поширення отримала групова компоновка з шести-восьми труб Вентурі, що дозволяє вести спостереження за кожною трубою і регулювати її роботу. Іноді застосовують батарейні компонування з труб діаметром 90 мм із загальним зрошенням для всієї батареї.
Труби Вентурі з регульованою прямокутної горловиною великого перерізу досить добре зарекомендували себе на практиці. Щоб уникнути надмірно великих розмірів і з метою деякого резервування в більшості випадків встановлюють дві труби, що працюють паралельно з не повністю відкритою горловиною. При виході з ладу однієї труби інша може працювати з підвищеною пропускною спроможністю.
При уловлюванні високодисперсних пилу застосовують компонування з послідовним включенням двох труб з прямокутною регульованою горловиною. При цьому перша по ходу газів труба працює з малим перепадом тиску, готуючи гази до очищення, а друга - в режимі тонкого очищення. Такі схеми широко застосовують при очищенні газів конвертерного і феросплавного виробництва.
Цікава запропонована французькою фірмою «Ірсід- кафли» батарейна компоновка труб Вентурі системи «Солівор», що працює з використанням конденсаційного ефекту (рис. 8.10, а). Система складається з чотирьох розташованих один за одним ступенів (рис. 8.10, б), в кожній з яких розміщено кілька низьконапірних труб Вентурі. Запилений газовий потік надходить у вхідні камеру, де насичується вологою внаслідок зрошення тонкорозпиленою рідиною. При цьому відбувається осадження крупних частинок пилу. Насичені вологою гази надходять в труби Вентурі першого ступеня. У конфузорі тиск газу падає, що супроводжується випаровуванням крапель вологи, що містяться в газі. У дифузорі внаслідок збільшення тиску відбувається конденсація водяної пари на частинках пилу, які швидко збільшуються і осідають за допомогою грубораспиленной води. Звільнені від укрупнених частинок гази направляються в другу сходинку, де процес повторюється, і т.д. Чотирьох ступенів виявляється досить, щоб частинки пилу середнім діаметром 0,3 мкм уловлювалися на 99,9%
Мал. 8.10. Конденсаційна система труб Вентурі ( «Солівор»): 1 форсунка тонкого розпилення; 2 - форсунка грубого розпилювання; 3 - резервуар-відстійник; 4 - висновок великих часток; 5 - висновок дрібних частинок.
Гідравлічний опір апарату становить
4000 Па, однак він вимагає великої витрати води високої якості і дуже тонкого розпилення, супроводжуваного значними витратами енергії. Тому економічна вигода не настільки велика.