СКРУББЕР-АБСОРБЕР ВЕНТУРИ

Устройство может использоваться в химической, металлургической, пищевой, горнодобывающей и других отраслях промышленности для мокрой очистки газов от взвешенных частиц и вредных газовых компонентов.
Типовая конструкция скруббера или абсорбера Вентури состоит из трубы Вентури, содержащей конфузор, горловину, диффузор и инерционный или центробежный брызгоуловитель циклонного типа. Аппарат достаточно хорошо исследован и широко применяется в промышленности для очистки газов от пыли, аэрозолей, возгонов и абсорбции газов [1, 2].
При существенных колебаниях газовой нагрузки в системе газоочистки (например, более ±50% от номинальной) традиционная конструкция аппарата не пригодна для использования. При ощутимом падении газовой нагрузки и линейных скоростей газа в горловине, месте наиболее интенсивного взаимодействия фаз (газ-жидкость), снижается эффективность очистки, при увеличении газовой нагрузки эффективность возрастает, но одновременно растет и гидравлическое сопротивление аппарата, что не всегда допустимо в условиях эксплуатации аппарата.
Известны устройства с регулируемой горловиной. В первом случае идут по пути установки в горловине гибких вставок или шторок из упруго-эластичного материала, например, как в патентах [3, 4].
В таких устройствах материал гибких вставок со временем теряет свою эластичность, и горловина не адекватно реагирует на изменения газовой нагрузки. При использовании регулируемых шторок, например по патенту [3], приходится использовать скруббер Вентури прямоугольного сечения, который менее технологичен в изготовлении, и требуется обеспечивать устойчивость конструкции и дополнительную жесткость плоских стенок, так как системы газоочистки часто работают под разрежением. Во втором случае, идут по пути установки по центру трубы Вентури конических или клиновидных вставок, перемещение которых вдоль оси обеспечивает изменение сечения горловины, например по патентам [5, 6]. Введение посторонних тел внутрь трубы Вентури искажает гидродинамический режим течения газо-жидкостного потока и, в конечном итоге, влияет на эффективность очистки газов. Введение посторонних тел внутрь пространства трубы Вентури в условиях запыленности газового потока, наличия агрессивных сред и высокотемпературного воздействия приводит к снижению надежности работы аппарата.
Наиболее близким по конструкции и функциональному назначению к предлагаемому устройству является устройство по патенту на полезную модель скруббер-абсорбер Вентури [7], в котором диффузор первой трубы Вентури соединен с горловиной второй трубы Вентури, причем длина горловины второй трубы Вентури, как правило, в 5…8 раз больше горловины первой, и каждая труба Вентури снабжена узлом подачи орошения.
Предлагаемый скруббер-абсорбер Вентури работает как два последовательно установленных по ходу газопромывателя Вентури, один из которых работает в оптимальном режиме по очистке газов от пыли и в не оптимальном режиме по абсорбции газовых компонентов и, наоборот, при снижении скорости газа во второй горловине скруббера-абсорбера Вентури. Сложение эффективного и неэффективного режимов в двух ступенях очистки дает в целом повышенную полноту очистки газа от пыли и абсорбции.
Скруббер-абсорбер Вентури с 2-ярусным орошением позволяет получить высокие эффективности улавливания пыли и абсорбции вредных газовых компонентов при использовании менее интенсивных гидродинамических режимов, чем в одном аппарате Вентури. Однако, обеспечивая достаточно высокую эффективность очистки газов, устройство по патенту на полезную модель по патенту №131646 имеет недостатки, связанные с работой в условиях переменных газовых нагрузок. При существенном снижении газовой нагрузки ниже оптимальной (расчетной) снижается и эффективность очистки газов, а при повышении газовой нагрузки эффективность очистки возрастает, но одновременно возрастает и гидравлическое сопротивление аппарата, что не всегда допустимо в условиях эксплуатации систем газоочистки. Нет устройства, которое удерживало бы систему газоочистки в заданном режиме по гидравлическому сопротивлению в целом и компенсировало бы снижение эффективности очистки при общем снижении газовой нагрузки.
Цель предлагаемого устройства - устранение указанных выше недостатков прототипа (патент на полезную модель №131646, РФ), дальнейшее повышение эффективности улавливания пыли и абсорбции вредных газовых компонентов за счет установки третьей ступени Вентури, снижение общего гидравлического сопротивления системы газоочистки за счет применения менее интенсивных гидродинамических режимов в последовательно установленных трубах Вентури.
Исследованиями доказана экономическая целесообразность последовательной установки нескольких скрубберов Вентури, работающих на низких скоростях газа и удельных расходах жидкости, по сравнению с одним скруббером Вентури, работающим при повышенных скоростях газа и удельных расходах [8, 9].
Указанные недостатки в аппарате по патенту на полезную модель №131646 устраняются тем, что диффузор скруббера-абсорбера Вентури снабжен третьей, тарельчатой ступенью, выполняющей роль регулирующего клапана и состоящей из верхней неподвижной профилированной тарелки и нижней подвижной профилированной тарелки с обтекателем и приводом, которые образуют между собой кольцевой канал в виде профиля Вентури, причем в нижней части неподвижной профилированной тарелки приблизительно на длине диффузора равномерно установлены 12…18 криволинейных лопасти, свободно входящих в прорези подвижной тарелки, а подвижная тарелка снизу снабжена тонкостенной обечайкой с наружным диаметром меньше диаметра расположения концов прорезей под лопасти и по высоте, обеспечивающей гидрозатвор, с учетом перемещения нижней профилированной тарелки при регулировании.
На фиг. 1 представлен эскиз предлагаемого скруббера-абсорбера Вентури. Здесь: 1 - конфузор; 2 - первая горловина; 3 - первый диффузор; 4 - форсунки первого яруса орошения; 5 - вторая горловина; 6 - второй диффузор; 7 - форсунки второго яруса орошения; 8 - верхняя неподвижная профилированная тарелка; 9 - нижняя подвижная профилированная тарелка; 10 - обтекатель; 11 - привод; 12 - лопасти криволинейные; 13 - обечайка цилиндрическая; 14 - сборник орошающей жидкости; 15 - крышка сборника; 16 - система подачи орошения тарельчатой ступени; 17 - люк; 18 - штуцер выхода очищенного газа.
Работает скруббер-абсорбер следующим образом. Рассматривается случай, когда необходима одновременная очистка газа от пыли и абсорбция газообразных компонентов.
Критическими сечениями, обеспечивающими достижение заданной степени очистки от пыли и абсорбции газов в аппарате в целом являются: первая горловина, вторая горловина и горловина, образованная верхней неподвижной и нижней подвижной профилированными тарелками. Выбор линейных скоростей газа в этих сечениях определяется многими факторами, в том числе: начальной концентрацией и дисперсным составом пыли, начальной концентрацией и растворимостью вредных компонентов газа, заданной степенью очистки, начальной температурой газа и др.
При переменной газовой нагрузке расчет критических проходных сечений аппарата проводится на оптимальный гидродинамический режим с учетом перечисленных выше факторов, например, на среднюю газовую нагрузку. При отклонении газовой нагрузки в пределах ±15% от номинальной влияние это на эффективность работы аппарата незначительно и может быть компенсировано изменением плотности орошения на соответствующих ярусах орошения.
При существенном уменьшении газовой нагрузки, больше минус 15% от номинального, падают линейные скорости газа в первой 2 и второй 5 горловинах аппарата, падает и эффективность очистки по пыли и абсорбции газовых компонентов в этой части аппарата. Но одновременно снижается гидравлическое сопротивление аппарата в целом. Система управления, которая отслеживает падение гидравлического сопротивления аппарата включает привод 11 на восстановление гидравлического сопротивления аппарата до заданного путем уменьшения кольцевого зазора между неподвижной 8 и подвижной 9 профилированными тарелками. Скорость в кольцевом зазоре возрастает по сравнению с расчетной (номинальной), а при подаче орошения через систему орошения тарельчатой ступени 16 компенсируются потери эффективности от снижения скорости на первой и второй горловинах.
При существенном увеличении газовой нагрузки, больше 15% от номинального, возрастают линейные скорости газа в первой 2 и второй 5 горловинах аппарата. С ростом скорости, как правило, возрастает, и эффективность очистки от пыли и абсорбция газовых компонентов в этой части аппарата. Но одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата в целом. Система управления, которая отслеживает гидравлического сопротивление аппарата, включает привод 11 и путем увеличения кольцевого зазора между неподвижной 8 и подвижной 9 профилированными тарелками возвращает гидравлическое сопротивление системы очистки газа к заданному. В этом случае третья ступень может работать без орошения, в качестве коагулятора и брызгоотделителя.
Перепад уровней в баке и внутри цилиндрической обечайки 13 (h) определяется суммарным сопротивлением сети до скруббера-абсорбера Вентури и гидравлическим сопротивлением, создаваемом в самом аппарате. Поддержание h=const является задачей автоматического регулирования в предлагаемом скруббере-абсорбере Вентури.
Скруббер-абсорбер Вентури с тремя ступенями очистки позволяет использовать экономически целесообразные гидродинамические режимы с меньшими потерями напора в каждой ступени, обеспечивая высокую эффективность очистки от пыли и абсорбцию газообразных вредных компонентов.
Список использованных источников.
1. Ужов В.И., Вальдберг А.Ю. и др. Очистка промышленных газов от пыли. - М.: Химия, 1981.
2. Рамм В.М. Абсорбция газов. Издание второе переработанное и дополненное. - М.: Химия, 1976.
3. Патент РФ №2115744 от 20.09.1998 г.
4. Патент РФ №2042399 от 29.07.1992 г.
5. Патент РФ №2400290 от 24.03.2009 г.
6. Патент РФ №2345820 от 03.08.2007 г.
7. Патент РФ №131646 от 27.08.2013 г.
8. Норкина Л.А., Волгин Б.П., Березина Л.Д. Абсорбция газов в многоступенчатой установке из скрубберов Вентури. 1. ж. Изв. ВУЗ. Химия и химическая технология, т. УП, вып. 4, 1964, с. 669-674.
9. Волгин Б.П., Живайкин Л.Я., Норкина Л.А. Абсорбция газов в многоступенчатой установке из скрубберов Вентури. ж. Изв. ВУЗ. Химия и химическая технология, т. УП, вып. 5, 1964, с. 852-854.