Скруббер вентури типа гвпв

Принцип действия скрубберов Вентури основан на столкновении частиц пыли с диспергированной жидкой фазой вследствие разности их скоростей под влиянием интенсивной турбулентной диффузии в газовом потоке.

В скруббере Вентури (рис. 1) реализуется капельная абсорбция, который состоит из т.н. "сопла Вентури" (1 – конфузор, 2 – диффузор) и каплеуловителя 4. В конфузорную часть сопла 1 подводится запыленный поток газа, а через форсунки 2 под давлением впрыскивается жидкость для орошения этого потока. В конфузоре происходит разгон газа от начальной скорости газа (_г = 15..20 м/с) до скорости _г = 30..200 м/с в узкой части сопла. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен большой разностью между массами (плотностью) жидкости и газа, развитой поверхностью капель и высокой разностью (до 100 м/с) скоростей частиц пыли и жидкости в конфузоре. Заметим, что эффективность очистки в значительной степени от равномерности распределения жидкости по сечению конфузора. В диффузорной части сопла 3 резко падает давление с конденсацией пара. Поток с конденсированными парами постепенно тормозится до скорости _г = 15..20 м/с и попадает в каплеуловитель 4, который обычно выполняется в виде прямоточного циклона.

Рис. 1. Скруббер Вентури: 1 – конфузор; 2 – форсунка; 3 – диффузор;

4 – циклон-каплеуловитель.

Существуют различные конструкции и разновидности скрубберов Вентури многообразны (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 (рис. 2, таблица 1), состоящий трубы Вентури оптимальной конфигурации и прямоточного циклона типа КЦТ (рис. 3, таблица 2).

Таблица 1.

Таблица 2.

Подача орошающей воды производится в конфузор трубы Вентури с помощью одной или нескольких форсунок. Удельный расход воды изменяется от 0,5 до 2,5 дм/м³ (л/м³), гидравлическое сопротивление аппарата – от 6 до 12 кПа. Скорость газа в каплеуловителе 4-6 м/с, его гидравлическое сопротивление составляет 300-500 Па, а конечная концентрация капельной влаги находится в пределах 20-40 мг/м³. Труба Вентури может устанавливаться в любом положении (вертикально, горизонтально, наклонно).

Расчет эффективности работы (степень очистки газа от пыли) скруббера Вентури можно оценить с помощью энергетического метода, основанного на прямой зависимости эффективности работы пылеуловителя от энергии, затраченной на процесс очистки (пылеулавливания). В соответствии с данным методом степень очистки в аппарате может быть определена по формуле:

, (1)

где К_ч – удельная суммарная энергия, взаимодействия газовой и жидкой фаз, в трубе Вентури, кДж/1000м³ (Па):

, (2)

где Δp_апп – гидравлическое сопротивление аппарата, Па; p_ж – давление распыляемой орошаемой жидкости (воды) при входе в аппарат, Па; Q_ж и Q_г – объемные расходы орошающей жидкости и очищаемого газа, соответственно, м³/с.

Константы B и γ определяются эмпирически для конкретной очищаемой пыли и при расчетах пользуются их справочными значениями. В скрубберах Вентури давление орошающей жидкости (воды) перед форсункой принимаются не менее 150 кПа, а её расход определяют из выражения:

, (3)

где n – число форсунок; m = 0,5-2,5 л/м³ – удельный расход орошающей жидкости (воды). Расход очищаемого газа Q_г (м³/с) зависит от температуры газа на выходе из аппарата t_г^вых и может отличаться от первоначального расхода Q_0г при нормальных условиях, который можно оценить по формуле:

. (4)

Полученную величину объемного расхода очищаемого газа Q_г из м³/с пересчитывают в м³/час и по таблице 1, в зависимости от необходимой производительности, выбирают марку ГВПВ.

Для труб Вентури, при расчетах конечных температур t_г^вых применима формула (при скорости газа в трубе v_г = 50-150 м/с; m = 0,6-1,3 л/м³ и начальной температуре газа t_г^вх не менее 100⁰С:

(5)

где t_г^вх – температура газа на входе в трубу, ⁰С.

Необходимый диаметр прямоточного каплеуловителя КЦТ D_ц выбирают исходя из условной скорости газа в циклоне v_ц, которая лежит в диапазоне 2,5-4,5 м/с, и объемного расхода газа Q_г:

. (6)

Полученную величину диаметра D_ц (м) ппрямоточного каплеуловителя КЦТ округляют до ближайшего значения внутреннего диаметра D (мм) циклона, приведенной в таблице 2, по которому выбирают марку каплеуловителя КЦТ.

Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури равно сумме гидравлических сопротивлений трубы Вентури Δp_тр и каплеуловителя Δp_ц:

. (7)

Гидравлические сопротивление трубы Вентури Δp_тр складывается из двух составляющих – сопротивления сухой трубы Δp_{тр сух} и гидравлического сопротивления, обусловленного наличием в ней жидкости Δp_{тр ж}:

. (8)

Потери напора в сухой трубе без орошения жидкостью определяются по формуле:

, (9)

где v_г – скорость газа в горловине трубы при рабочих условиях, м/с; ρ_г – плотность газа в рабочих условиях, кг/м³; ξ_{тр с} – коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы. Для трубы Вентури оптимальных размеров, используемые в аппаратах типа ГВПВ, при l_г = 0,15d_э (l_г – длина горловины; d_э ≈ d₃, рис. 1), коэффициент гидравлического сопротивления ξ_{тр с} = 0,12-0,15.

Потери напора в трубе, обусловленные введением орошающей жидкости, определяются по формуле:

, (10)

где ρ_ж – плотность орошающей жидкости (воды) в рабочих условиях, кг/м³; ξ_{тр ж} – коэффициент сопротивления (для аппаратов типа ГВПВ, ξ_{тр ж} ≈ 1,0); m – удельный расход орошающей жидкости, л/м³.

Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя:

. (11)

Коэффициент сопротивления для прямоточночного циклона КЦТ принимается ξ_ц = 30-33, для циклона центробежного типа ЦН-24 – ξ_ц = 70. Плотность газа ρ_г в циклоне принимается равной плотности газа на выходе из трубы Вентури:

, (12)

где ρ_0г – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³.

Эффективность скрубберов Вентури (степень очистки от пыли) можно также рассчитать фракционным методом, в частности, для тарировочной пыли с параметрами: ρ_ч^т = 1000 кг/м³; = 0,556; μ_г^т = 1,83^.10^-5 Па^.с, получена следующая эмпирическая формула определения медианного размера тарировочной пыли со степенью очистки в аппарате η=50%:

. (13)

Пересчет динамической вязкости очищаемого газа μ_г с параметров очистки тарировочной пыли μ_г^т на рабочие условия производится по формуле:

, (14)

где С – константа Сюзерленда (для воздуха – С = 124).

Зная величину , условия очистки для тарировочной пыли пересчитывают на условия очистки от пыли с параметрами: d₅₀, lgσ_ч, ρ_ч. Для этого сначала определяют размер частиц пыли со степенью очистки в аппарате η = 50%:

, (15)

затем, определяют параметр x:

(16)

Степень очистки от пыли в аппарате определяют по таблице нормального функции распределения Гаусса F₀ (x) (таблица 3):

(17)

Пример расчета. Выбрать скруббер Вентури типа ГВПВ, рассчитать его гидравлическое сопротивление и эффективность очистки от пыли фракционным методом, если заданы следующие условия: расход очищаемого газа при нормальных условиях Q_0г = 1,5 м³/с; температура газа при входе в аппарат t_г^вх = 200⁰С; плотность газа (воздух) ρ_0г = 1,59 кг/м³; коэффициент динамической вязкости при рабочих условиях μ_г = 2,49^.10^-5 Па^.с; удельный расход орошающей жидкости (воды) m = 1,23 л/м³; давление жидкости перед форсункой p_ж = 0,5 МПа; параметры очищаемой пыли: d₅₀ = 18,5 мкм; lgσ_ч = 0,706, ρ_ч = 2650 кг/м³.

Плотность очищаемого газа (воздух) при нормальных условиях: ρ_0г = 1,21 кг/м³. Параметры и условия очистки тарировочной пыли со степенью очистки в аппарате η =5 0%: ρ_ч^т = 1000 кг/м³; = 0,556; μ_г^т = 1,83 ^.10^-5 Па^.с.

1. Температура газа на выходе из трубы Вентури по формуле (5):

.

2. Расход газа при рабочих условиях на выходе из трубы по формуле (4):

.

По таблице 1 выбираем аппарат типа ГВПВ–0,014, с производительностью 4140-8400 м³/час.

3. Определяем диаметр циклона-каплеуловителя определяем по формуле (6) (скорость газа в циклоне задаем v_ц = 4,5 м/с):

.

В качестве каплеуловителя выбираем прямоточный циклон типа КЦТ-700 (таблица 2) с внутренним диаметром циклона D = 700 мм и производительностью 5600-7625 м³/час.

4. Скорость газа в горловине (по условиям выхода из трубы) при площади сечения горловины для аппарата ГВПВ–0,014 – F_г = 0,014 м² (см. таблицу 1):

.

5. Плотность газа при рабочих условиях на выходе из аппарата по формуле (12):

6. Гидравлическое сопротивление для сухой трубы ξ_{тр с} = 0,14 при оптимальных её размерах l_г /d_э = 0,15 вычисляем по формуле (9):

7. Гидравлическое сопротивление трубы, обусловленное наличием орошающей жидкости, определяем по формуле (10) (при ξ_{тр ж} ≈ 1,0 – для аппаратов типа ГВПВ, и плотности орошающей жидкости (воды) ρ_ж = 1000 кг/м³):

8. Суммарное гидравлическое сопротивление трубы Вентури по формуле (8):

9. Определение гидравлического сопротивления циклона-каплеуловителя КЦТ.

9.1. Уточняем скорость газа в каплеуловителе при выбранном диаметре циклона D_ц = 700 мм = 0,7 м:

9.2. Гидравлическое сопротивления циклона-каплеуловителя КЦТ по формуле (11) при ξ_ц = 32:

10. Общее гидравлическое сопротивление аппарата по формуле (7):

11. Определим необходимый расход воды на орошение через одну форсунку (n = 1) по формуле (3):

12. Удельная суммарная энергия, взаимодействия газовой и жидкой фаз, в скруббере Вентури по формуле (2):

13. Определим диаметр частиц тарировочной пыли со степенью очистки в аппарате η=50% при ρ_ч^т = 1000 кг/м³; = 0,556; μ_г^т = 1,83^.10^-5 Па^.с по формуле (13):

14. Пересчитываем с условий очистки тарировочной пыли на условия очистки от пыли с параметрами: d₅₀, lgσ_ч, ρ_ч.

14.1. Найдем динамическую вязкость очищаемого газа в рабочих условиях по формуле (14):

,

14.2. Определяют размер частиц пыли со степенью очистки в аппарате η=50% по формуле (15):

15. Определяем параметр x по формуле (16):

16. Определяем степень очистки от пыли в аппарате определяют по таблице нормального функции распределения Гаусса F₀ (x) (таблица 3):

Таблица 3.

Значения нормальной функции распределения Гаусса :

х	F0 (х)	х	F0 (х)	х	F0 (х)	х	F0 (х)	х	F0 (х)	х	F0 (х)
-2,70	0,0035	-1,36	0,0869	-0,58	0,2810	0,16	0,5636	0,94	0,8264	1,66	0,9515
-2,60	0,0047	-1,34	0,0901	-0,56	0,2877	0,18	0,5714	0,96	0,8315	1,68	0,9535
-2,50	0,0062	-1,32	0,0934	-0,54	0,2946	0,20	0,5793	0,98	0,8365	1,70	0,9554
-2,40	0,0082	-1,30	0,0968	-0,52	0,3015	0,22	0,5871	1,00	0,8413	1,72	0,9573
-2,30	0,0107	-1,28	0,1003	-0,50	0,3085	0,24	0,5948	1,02	0,84C1	1,74	0,9591
-2,20	0,0139	-1,26	0,1038	-0,50	0,3085	0,26	0,6026	1,04	0,8508	1,76	0,9608
-2,10	0,0179	-1,24	0,1075	-0,48	0,3156	0,28	0,6103	l,06	0,8554	1,78	0,9625
-2,00	0,0228	-1,22	0,1112	-0,46	0,3228	0,30	0,6179	1,08	0,8599	1,80	0,9641
-1,98	0,0239	-1,20	0,1151	-0,44	0,3300	0,32	0,6255	1,10	0,8643	1,82	0,9656
-1,96	0,0250	-1,18	0,1190	-0,42	0,3372	0,34	0,6331	1,12	0,8686	1,84	0,9671
-1,94	0,0262	-1,16	0,1230	-0,40	0,3446	0,36	0,6406	1,14	0,8729	1,86	0,9686
-1,92	0,0274	-1,14	0,1271	-0,38	0,3520	0,38	0,6480	1,16	0,8770	1,88	0,9699
-1,90	0,0288	-1,12	0,1314	-0,36	0,3594	0,40	0,6554	1,18	0,8810	1,90	0,9713
-1,88	0,0301	-1,10	0,1357	-0,34	0,3669	0,42	0,6628	1,20	0,8849	1,92	0,9726
-1,86	0,0314	-1,08	0,1401	-0,32	0,3745	0,44	0,6700	1,22	0,8888	1,94	0,9738
-1,84	0,0329	-1,06	0,1446	-0,30	0,3821	0,46	0,6772	1,24	0,8925	1,96	0,9750
-1,82	0,0344	-1,04	0,1492	-0,28	0,3897	0,48	0,6844	1,22	0,8888	1,98	0,9761
-1,80	0,0359	-1,02	0,1539	-0,26	0,3974	0,50	0,6915	1,24	0,8925	2,00	0,9772
-1,78	0,0375	-1,00	0,1587	-0,24	0,4052	0,52	0,6985	1,24	0,8925	2,10	0,9821
-1,76	0,0392	-0,98	0,1635	-0,22	0,4129	0,54	0,7054	1,26	0,8962	2,20	0,9861
-1,74	0,0409	-0,96	0,1685	-0,20	0,4207	0,56	0,7123	1,28	0,8997	2,30	0,9893
-1,72	0,0427	-0,94	0,1736	-0,18	0,4286	0,58	0,7190	1,30	0,9032	2,40	0,9918
-1,70	0,0446	-0,92	0,1788	-0,16	0,4364	0,60	0,7257	1,32	0,9066	2,50	0,9938
-1,68	0,0465	-0,90	0,1841	-0,14	0,4443	0,62	0,7324	1,34	0,9099	2,60	0,9953
-1,66	0,0485	-0,88	0,I894	-0,12	0,4522	0,64	0,7389	1,36	0,9131	2,70	0,9965
-1,64	0,0505	-0,86	0,1949	-0,10	0,4602	0,66	0,7454	1,38	0,9162
-1,62	0,0526	-0,84	0,2005	-0,08	0,4681	0,68	0,7517	1,40	0,9192
-1,60	0,0548	-0,82	0,2061	-0,06	0,4761	0,70	0,7580	1,42	0,9222
-1,58	0,0571	-0,80	0,2119	-0,04	0,4840	0,72	0,7642	1,44	0,9251
-1,56	0,0594	-0,78	0,2177	-0,02	0,4920	0,74	0,7703	1,46	0,9279
-1,54	0,0618	-0,76	0,2236	-0,00	0,5000	0,76	0,7764	1,48	0,9306
-1,52	0,0643	-0,74	0,2297	0,00	0,5000	0,78	0,7823	1,50	0,9332
-1,50	0,0668	-0,72	0,2358	0,02	0,5080	0,80	0,7881	1,52	0,9357
-1,48	0,0694	-0,70	0,2420	0,04	0,5160	0,82	0,7939	1,54	0,9382
-1,46	0,0721	-0,68	0,2483	0,06	0,5239	0,84	0,7995	1,56	0,9406
-1,44	0,0749	-0,66	0,2546	0,08	0,5319	0,86	0,8051	1,58	0,9429
-1,42	0,0778	-0,64	0,2611	0,10	0,5398	0,88	0,8106	1,60	0,9452
-1,40	0,0808	-0,62	0,2676	0,12	0,5478	0,90	0,8159	1,62	0,9474
-1,38	0,0838	-0,60	0,2743	0,14	0,5557	0,92	0,8212	1,64	0,9495