книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1
.pdf
Рис. 5.10. Скруббер с насадкой: 1 – патрубок для выхода газа; 2 – форсунки; 3 – насадка; 4 – корпус; 5 – лаз; 6 – патрубок для входа газа; 7 – поплавковая камера; 8 – бункер;
9 – гидравлический затвор
Рис. 5.11. Типы насадок: 1 – керамические кольца Рашига; 2 – кольца с перегородкой; 3 – кольца с крестообразной перегородкой;
4 – кольца Палля; 5, 6 – седла; 7 – хордовая насадка
121
пыль часто осаждается в отверстиях насадки и забивает их. При этом возрастает гидравлическое сопротивление скруббера и снижается его производительность. Тогда насадку извлекают и чистят.
В настоящее время насадочные скрубберы редко используют для улавливания пыли, в основном их применяют как абсорберы для очистки от SO2, HCl, H2S, для охлаждения и увлажнения малозапыленного газа.
Насадка должна обладать химической стойкостью, механической прочностью, небольшоймассойибольшойповерхностьюединицыобъема.
Для химически агрессивных сред чаще всего используется насадка из керамических колец (пустотелых и с перегородками), которые укладывают правильными рядами, либо просто засыпают на нее.
При щелочных жидкостях применяют керамику и стальные кольца. При нейтральных и неагрессивных к дереву жидкостях и газах с не-
высокой температурой применяют насадку из досок сосны или ели. Количество жидкости, которое следует подавать на каждый 1 м2
сечения насадки скруббера, называют плотностью орошения, которая зависит от типа насадки и назначения скруббера.
Для охлаждения и увлажнения газа плотность орошения водой составляет 5–20 м3/(м2·ч). После насадочного скруббера устанавливают каплеуловители. Скорость газа в отверстиях насадки 0,8–1,5 м/с.
Пенные аппараты
Пенные аппараты (рис. 5.12) применяют в основном при комплексной очистке газов от пыли и газообразных примесей.
Если газ пропускать через слой жидкости (процесс барботажа) с небольшой скоростью, то средний размер образующихся пузырьков 3–7 мм. Скорость свободного всплывания их в жидкости 0,25 м/с.
С увеличением скорости газов образуются 3 зоны распределения жидкости в аппарате. Нижняя зона – зона барботажа – представляет собой сплошной слой жидкости, через который проходят пузырьки газов. Над ней – зона пены, а еще выше – зона брызг.
Вслое пены с большой поверхностью контакта между жидкостью
игазом поглощение пыли и химических газообразных примесей проходит значительно интенсивнее, чем в зоне барботажа. Поэтому даже при малой высоте слоя пены он оказывает решающее действие на протекание процесса в барботере.
Пенный режим может быть достигнут при оптимальном количестве отверстий в решетке и скорости газа 5–12 м/с.
122
Рис. 5.12. Принципиальная схема пенного аппарата и конструкция решеток: а – щелевая; б – дырчатая
Пенный аппарат (см. рис. 5.12) – это корпус 1 прямоугольной или круглой формы из нержавеющей или углеродистой стали, внутри которого установлена решетка 3 (или тарелка). На решетку через приемную коробку 2 или сверху с помощью оросителя подают воду. В горизонтальном направлении скорость движения воды ~ 1 м/с. Запыленный газ вводится под решетку через входной патрубок 4.
При прохождении газа через решетку с жидкостью образуется слой пены. Если высота слоя воды 20–50 мм, то слой пены составляет
100–200 мм.
Даже при минимальной высоте слоя пены (100 мм) обеспечиваются максимальная степень улавливания пыли и охлаждение газов до температуры жидкости. При большей толщине слоя пены эффективность улавливания пыли не изменяется.
Оптимальная скорость движения газа через слой пены 2–2,5 м/с. Если скорость газа больше, наблюдается брызгоунос.
Если скорость газа в отверстиях решетки меньше 5–6 м/с, то значительная часть жидкости проваливается через решетку в бункер 5. А при скорости газа более 12 м/с жидкость не попадает в бункер вообще, что может привести к засорению решетки.
123
Для нормальной работы пенного аппарата необходимо, чтобы через решетку протекало 50 % от всей подаваемой жидкости.
Остальное ее количество удаляется через сливную коробку 7 и патрубок 8. Уловленную пыль удаляют из аппарата через патрубки 6 и 8.
Жидкость подают на решетку и удаляют в виде шлама через порог9. Высота порога и скорость подачи жидкости определяют высоту слоя на решетке и, следовательно, высоту слоя пены. Равномерный слой
пены наблюдается при площади решетки ~ 8 м2.
В сепараторе 10 газ освобождается от капель жидкости и выводится через патрубок 11.
Производительность одного аппарата около 50 тыс. м3/ч газа. Если запыленность газа больше 5–20 г/м3, в аппарате устанавли-
вают 2 и более полок, с интервалом 400–600 мм.
По конструктивным особенностям и режиму работы пенные ап-
параты делят на 2 группы:
1)с провальной решеткой, через которую жидкость полностью проваливается в бункер;
2)с переливным устройством.
Преимуществом аппаратов первой группы является – меньшая забиваемость отверстий решетки пылью, так как они лучше промываются жидкостью. Однако в них наблюдается больший расход воды, чем в аппаратах второй группы.
Пенные аппараты эффективно работают по очистке газов с температурой до 100 ° С и запыленности не более 300 г/м3. Удельный расход воды на охлаждение и очистку газа в аппаратах второй группы– 0,2–0,3 л/м3 газа, а первой группы – 0,8–0,9 л/м3.
Пылеуловители ударно-инерционного типа
Улавливание пыли в аппаратах инерционного типа происходит за счет ударов движущихся с большой скоростью в газовом потоке частиц о поверхность жидкости или о смоченную поверхность аппарата. Содержащиеся в газе частицы или капли захватываются жидкостью или тонут в ней.
Схема простого инерционного пылеуловителя представлена на рис. 5.13, а. Запыленный газ по круглой трубе или трубе Вентури движется со скоростью 20 м/с. Над поверхностью воды газ разворачивается, а содержащиеся в нем пыль или капли по инерции проникают в жид-
124
кость. Этот пылеуловитель эффективен при очистке газа от хорошо смачиваемой пыли размером более 20 мкм. Уловленную пыль удаляют в виде шлама периодически или постоянно.
Также работает и скруббер Дойля (рис. 5.13, б). Газ поступает через трубу, в выходном сечении которой установлен конус, образующий узкую кольцевую щель, из-за которой достигается скорость газа 35–55 м/с. Уровень жидкости в аппарате на 2–3 мм ниже уровня выходного отверстия трубы.
Рис. 5.13. Типы мокрых ударно-инерционных пылеуловителей: а – простой ПУ; б – скруббер Дойля
Газовый поток при ударе о жидкость создает завесу из капель, в которой очищается газ. Проходя между вертикальными перегородками, газ меняет свое направление и освобождается от капель. Расход жидкости составляет около 0,13 кг/м3.
Гидравлическое сопротивление таких аппаратов 1500 Па. Степень очистки 97,5–99,5 %.
Скрубберы с подвижной насадкой
Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 5.14. Вкорпусе аппарата между нижней опорно-распределительной тарелкой 1 и верхней ограничительной тарелкой 3 помещается слой полых или сплошных шаров, колец и тел другой формы из полимерных материалов,
125
Рис. 5.14. Скруббер с подвижной насадкой: 1 – опорная тарелка; 2 – шаровая насадка; 3 – ограничительная тарелка; 4 – оросительное устройство; 5 – каплеуловитель
а также стекла и пористой резины. Для обеспечения свободного перемещения насадки в газожидкостной смеси плотность шаров не должна превышать плотность жидкости.
При пылеулавливании рекомендуется принимать скорость газов в пределах до 5–6 м/с, а удельное орошение 0,5–0,7 л/м. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки с больей долей свободного сечения
(0,5–0,6 м2/м2).
При выборе диаметра шаров соблюдают соотношение D/dш > 10. Минимальная высота слоя насадки определяется из условия Нс ≈ (5…8) dш, а максимальная – Нс/D ≤ 1.
Гидравлическое сопротивление аппарата составляет 700–1200 Па.
Центробежные циклоны и скрубберы
В этих аппаратах (рис. 5.15) газ очищается от твердых или жидких частиц за счет действия центробежной силы, возникающей при вращении газа, который подается через патрубок, расположенный по касательной к корпусу аппарата. Также по касательной в верхней части установлены сопла таким образом, чтобы струя воды была направлена в сторону вращения газа и создавала тонкую пленку на стенках аппарата.
Частицы пыли в процессе вращения отбрасываются к стенкам, захватываются пленкой воды и стекают вместе с ней вниз.
Скорость газа по сечению аппарата для исключения явления брызгоуноса должна составлять 2,5–5,5 м/с.
Эффективность очистки зависит от размера аппарата (диаметр не должен быть больше 1,2 м). Чем больше размеры частиц пыли и их плот-
126
Рис. 5.15. Центробежный циклон: |
Рис. 5.16. Центробежный циклон СИОТ: |
||
1 – входной патрубок; 2 – |
корпус; |
1 – входной патрубок; 2 – |
корпус; |
3 – система орошения; 4 – |
выходной |
3 – система орошения; 4 – |
выходной |
патрубок; 5 – конусное днище |
патрубок; 5 – конусное днище |
||
ность, чем меньше диаметр цилиндрической части аппарата и больше скорость газа во входном патрубке, тем лучше идет процесс очистки.
Для очистки газов объемом до 210 тыс. м3/ч используют циклоны СИОТ (рис. 5.16), которые отличаются от обычных центробежных скрубберов укороченной цилиндрической частью корпуса и конструкцией днища. Скорость газа во входном патрубке составляет 12–20 м/с, расход воды – 0,1 л/м3 газа. Но начальная запыленность газов не должна превышать 6 г/м3, в противном случае требуется предварительная грубая очистка. Гидравлическое сопротивление такого циклона составляет около 1500 Па.
Динамические скрубберы
В подобных скрубберых газ очищается от взвешенных в нем частиц при соприкосновении с жидкостью, которая разбрызгивается при помощи вращающегося тела (вал с лопатками, диски и т.д.).
127
Простейшим динамическим газопромывателем является ванна 1 (рис. 5.17), в которую частично погружено колесо 2. Газ проходит через решетку 3, контактирует с каплями жидкости и через газоход 4 выводится из аппарата.
Рис. 5.17. Ротационный скруббер
Из-за поворота газа в устройстве на 180° наиболее крупные частицы пыли тонут в жидкости под действием сил инерции.
Динамические скрубберы могут длительное время работать без пополнения свежей жидкости и отвода шламовых вод. Эти аппараты используют для очистки газа от ядовитых и вредных пылей и газовых компонентов.
Скрубберы Вентури, конструкция, области применения и основы расчета. Сепарация капель из газового потока.
Скоростные скрубберы (скрубберы Вентури)
Если в газе содержатся частицы размером менее 5 мкм, его очистка более эффективно проходит в турбулентных промывателях или скрубберах Вентури. Причем для очистки от крупной пыли и от капель жидкости после скруббера устанавливают инерционный аппарат, центробежный циклон или последовательно оба.
Эти устройства применяют для очистки технологических и вентиляционных газов от мелкодисперсной пыли, для охлаждения газов и очистки от вредных газообразных примесей.
Скруббер Вентури (рис. 5.18) состоит из 3 частей: конфузора 1, горловины 2 и диффузора 3. Запыленный газ вводят в широкое отверстие конфузора, в котором его скорость увеличивается. В конфузор или прямо в горловину подают воду. В турбулентном потоке вода дробится на мелкие капли, а газовая оболочка вокруг небольших частиц пыли разрушается. Чем выше скорость газа, тем мельче получаются капли и, соответственно, большее их количество.
128
Рис. 5.18. Скоростной пылеуловитель: А – турбулентный промыватель; Б – инерционный пыле- и брызгоуловитель; В – центробежный скруббер (циклон)
Образовавшиеся капли воды интенсивно перемешиваются в потоке газа с частицами пыли, сталкиваются с ними и укрупняют их.
Чтобы мелкие капли воды не испарялись и не ухудшались условия коагуляции, температура газа не должна быть больше 250 ° С. В противном случае необходимо увеличивать количество воды на орошение.
При входе в диффузор газ теряет скорость и происходит дальнейшая коагуляция пыли. Одновременно в скруббере Вентури происходят охлаждение газа и поглощение вредных газовых компонентов, которые хорошо растворяются в воде.
Скорость газа во входном сечении конфузора и выходном сечении диффузора составляет 18–24 м/с, а в горловине трубы Вентури скорость зависит от размера частиц пыли и назначения аппарата. Так, при очистке технологических газов скорость составляет 90–200 м/с, при очистке воздуха в системах аспирации – 60–90 м/с, при охлаждении газа и очистке от газообразных компонентов – 40–70 м/с.
Горловина трубы Вентури может быть круглого или прямоугольного сечения. Если количество поступающих на очистку газов
129
переменное, используют трубы с прямоугольным сечением. В этом случае для обеспечения постоянной скорости газа горловина делается регулируемой: для труб с прямоугольным сечением горловины изменение сечения осуществляют при помощи поворотных лопастей (рис. 5.19, а), а для труб с круглым сечением используют перемещающийся конус (рис. 5.19, б). Вторая конструкция более надежна в эксплуатации, так как механизм передвижения корпуса не контактирует с запыленным газом.
Рис. 5.19. Трубы Вентури с регулируемым сечением горловины:
а – прямоугольного сечения: 1 – труба Вентури; 2 – форсунка; 3 – поворотные лопасти; 4 – система орошения; б – круглого сечения: 1, 4 – смотровые окна; патрубок для выхода газа; 3 – каплеуловитель; 5 – завихритель газа; 6 – шток; 7 – механизм движения штока; 8 – патрубок для отвода шлама; 9 – конический обтекатель; 10 – форсунка
Скрубберы Вентури можно устанавливать в вертикальном, наклонном и горизонтальном положении.
Удельный расход воды в аппаратах составляет 0,25–1,25 л/м3. Если пыль мелкодисперсная, то выбирают больший удельный расход. При очистке аспирационного воздуха, который содержит крупнодисперсную пыль, удельный расход составляет 0,25–0,5 л/м3.
130