СКРУББЕР-АБСОРБЕР ВЕНТУРИ

Полезная модель 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 инерционного или центробежного брызгоуловителя циклонного типа. Аппарат достаточно хорошо исследован и широко применяется в промышленности для очистки газов от пыли, аэрозолей, возгонов (Ужов В.И., Вальдберг А.Ю и др. Очистка промышленных газов от пыли. - М.: Химия, 1981) и абсорбции газов (Рамм В.М. Абсорбция газов. Издание второе переработанное и дополненное - М.: Химия, 1976). Аппарат, как правило, рассчитывается на оптимальный гидродинамический режим работы с сохранением заданной эффективности очистки при колебаниях газовой нагрузки ±10…15%.
В промышленном производстве часто формулируются требования к системе газоочистки, когда газовая нагрузка может изменяться в сторону уменьшения более чем на 20%, например, от 100% до 0. При таких изменениях газовой нагрузки традиционная конструкция аппарата не пригодна для использования, так как снижение линейных скоростей газа в горловине, месте наиболее интенсивного взаимодействия фаз (газ-жидкость), приводит к существенному снижению эффективности очистки.
Известны устройства с регулируемой горловиной. В первом случае идут по пути установки в горловине гибких вставок или шторок из упругоэластичного материала, например, как в патентах №2115744, РФ и №2042399, РФ. В таких устройствах материал гибких вставок со временем теряет упругость, и горловина не адекватно реагирует на изменения газовой нагрузки. При использовании регулируемых шторок, например, по патенту №2115744, 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 №2400290, РФ и №2345820, РФ. 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 №131646, РФ, 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-х 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 в оптимальном (расчетном) режиме, устройство по патенту на полезную модель №131646 имеет недостатки, связанные с работой в условиях переменных газовых нагрузок. При существенном снижении газовой нагрузки ниже оптимальной (расчетной), снижается и эффективность очистки газов, что недопустимо для работы газоочистной установки. Необходимо решение, которое удерживало бы систему газоочистки в заданном режиме по гидравлическому сопротивлению и эффективности при общем снижении газовой нагрузки.
Цель предлагаемого устройства - устранение указанных выше недостатков прототипа (патент на полезную модель №131646, РФ), сохранение проектной эффективности улавливания пыли и абсорбции вредных газовых компонентов во всем заданном диапазоне изменения газовой нагрузки, снижение габаритных размеров по высоте, сохранение на постоянном уровне гидравлического сопротивления аппарата.
Указанные недостатки в аппарате по патенту на полезную модель №131646 устраняются тем, что устройство выполнено в виде центральной трубы Вентури с 2-х ярусным орошением и расположенных ниже рядов симметрично относительно входа газа аналогичных труб Вентури меньшего диаметра с независимыми газоподводящими устройствами и форсуночными узлами орошения, причем каждый ряд труб Вентури разделен глухой перегородкой по оси симметрии, которая делит трубы Вентури ряда на две независимые по входу газа секции с возможностью перекрытия доступа газа в каждую секцию шибером, установленным в газоподводящем устройстве, а выход газа из труб Вентури каждого ряда осуществляется в общий цилиндрический канал, расположенный коаксиально центральной трубе.
В целях большего сокращения габаритов предлагаемого устройства по высоте трубы Вентури с 2-х ярусным орошением могут быть заменены на трубы Вентури, с одной горловиной и одним ярусом орошения. Такие решения возможны при пониженных требованиях к эффективности очистки газов от взвешенных частиц или отсутствии вредных газовых компонентов.
В предлагаемом устройстве форсунки нижнего яруса предыдущего ряда труб Вентури и оросители верхнего яруса последующего ряда труб Вентури объединены общим коллектором подачи орошения.
В предлагаемом устройстве высота патрубка газоподводящего устройства равна длине второй горловины трубы Вентури, а ширина патрубка устанавливается расчетом исходя из принятой скорости газа в данном сечении в пределах 15…18 м/сек.
В некоторых случаях, в целях сокращения габаритных размеров устройства по высоте, трубы Вентури меньшего диаметра выполняются без диффузора и заканчиваются второй горловиной. При этом имеет место потери энергии газового потока от его внезапного расширения в цилиндрическом канале устройства. Потери напора при внезапном расширении была рационально вычислена в 1766 году французским ученым Бор дом и рассчитывается как:
1
где: w - скорость газа во второй горловине трубы Вентури, м/сек;
2
w - скорость в цилиндрическом канале, м/сек;
г
ρ - плотность газа при заданной температуре.
При принятии решения соотносят потери напора в устройстве с преимуществами по снижению габаритных размеров устройства по высоте.
Для сокращения высоты устройства, учета коллекторного эффекта и равномерного распределения газа по трубам Вентури секции, в предлагаемом устройстве заимствуется конструкция газоподводящего устройства по авторскому свидетельству №893234, СССР [3]. Распределение газа по газоподводящим устройствам предлагаемого скруббера-абсорбера Вентури может осуществляться от общего газохода.
На фиг. 1 представлен эскиз предлагаемого скруббера-абсорбера Вентури. Здесь: 1 - центральная труба Вентури; 2 - трубы Вентури 1-го ряда; 3 - трубы Вентури 2-го ряда; 4 - газоподводящие устройства; 5 - форсунка верхнего яруса орошения; 6 - форсунка нижнего яруса орошения; 7 - коллектор подвода жидкости орошения; 8 - перегородки; 9 - шибер; 10, 11 - цилиндрический канал.
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 и вторая горловины трубы Вентури. 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 максимальной газовой нагрузке расчет критических проходных сечений центральной трубы Вентури и труб Вентури каждого ряда проводится на оптимальный гидродинамический режим с учетом распределения газовой нагрузки по ступеням и принятого числа труб в каждой секции.
Число ступеней выбирается в каждом конкретном случае оптимальным и зависит от производительности по газу газоочистной установки, от плавного или скачкообразного снижения газовой нагрузки, при этом не обязательно рассматривать равномерное (одинаковое) распределение газа по объему на каждую ступень. Выбор числа труб Вентури в секции зависит, в основном, от газовой нагрузки на секцию.
Например, рассмотрим пять ступеней изменения газовой нагрузки: 100-80%, 80-60%, 60-40%, 40-20%, 20-0%. Для этого выбирается центральная труба Вентури и два уровня расположенных ниже симметрично относительно входа газа аналогичных труб Вентури малого диаметра. Распределение газовой нагрузки на центральную трубу Вентури и секции труб одинаковое - по 20%. По газовой нагрузке на каждую секцию и принятому числу труб Вентури проводится конструктивный расчет единичной трубы Вентури секции.
Процесс поддержания оптимальных гидравлических условий в аппарате в целом легко автоматизировать. Контроль снижения газовой нагрузки на аппарат можно проводить по прибору измерения расхода газа или измерения гидравлического сопротивления аппарата. Снижение расхода газа сопровождается пропорциональным падением гидравлического сопротивления аппарата.
3
При снижении газовой нагрузки на 15-20% от максимальной подается команда на закрытие одного шибера, отсекается от газа секция труб Вентури, рассчитанная на 20% газовой нагрузки. Одновременно автоматически прекращается и подача на узлы орошения отсекаемой от газа секции. В остальных трубах Вентури восстанавливается оптимальный гидродинамический режим, сохраняется эффективность очистки газа и заданное гидравлическое сопротивление. При дальнейшем снижении газовой нагрузки алгоритм автоматического регулирования повторяется. Снижение газовой нагрузки от 20% до 0 проходит в центральной трубе Вентури. Эффективность в центральной трубе Вентури поддерживается за счет абсолютного увеличения плотности орошения (л/м газа) при снижении газовой нагрузки.
3
3
Применение предлагаемого скруббера-абсорбера Вентури особенно эффективно при больших нагрузках по газу, от 50…100 тыс м/ч до миллиона и более м/ч. Это отходящие газы обжиговых и агломерационных машин, тепловых станций. В практике обогатительных фабрик при сушке угля, апатитового или железорудного концентрата используются сушильные агрегаты в количестве от 2-х до 12…15 линий. После каждого сушильного агрегата устанавливаются линии газоочистки. Применение предлагаемого устройства на стадии мокрой газоочистки с объединением всех аппаратов линий в одном существенно сокращает как капитальные, так и текущие затраты на эксплуатацию газоочистных установок.
В аспирационных системах газоочистки, когда некоторые источники выделения пыли, не зависящие от технологического процесса, останавливаются, а система газоочистки продолжает работать на заданную производительность, имеет место перерасход энергии на эксплуатацию газоочистной установки.
На фиг. 2 представлен эскиз устройства без центральной трубы Вентури. Здесь: 12 - труба отвода очищенного газа; остальные позиции те же, что и на фиг. 1.
Вариант целесообразно использовать в случаях, когда дымососы располагаются перед аппаратом мокрой очистки газов, а очищенные газы непосредственно направляются в дымовую трубу.
3
Например, газоочистные установки очистки газов содержащих взвешенные частицы фторидов аммония, паров хлористого водорода и фтористого водорода, удаляемых от электролизеров производства АО «Русал-Красноярск» осуществляются по схеме: блок рукавных фильтров (1-ая ступень) → дымососы → мокрая ступень газоочистки (2-ая ступень) → дымовая труба. Газовая нагрузка газоочистной установки более 2,5 млн рм/ч.
В таких случаях, совмещение выхода очищенного газа с выхлопной трубой существенно снижает габаритные размеры и стойкость аппаратов мокрой ступени очистки газов.
Учитывая несколько сотен установленных электролизеров, часть которых останавливается на профилактические мероприятия, предлагаемые устройства регулирования газовой нагрузки при сокращении расчетных гидродинамических условий работы каждого элемента газоочистной установки гарантирует финишную заданную эффективность очистки газов от взвешенных частиц и вредных газовых компонентов.
3
На фиг. 3 и 4 показаны варианты исполнения аппаратов мокрой ступени очистки газов на газовую нагрузку более 1,5…2,0 млн нм/ч, где 13 - жалюзийный каплеуловитель, 14 - сборник циркуляционный.
1
На фиг. 5 представлен эскиз варианта промышленного аппарата по патенту на полезную модель №131646. Сравнительные расчеты прототипа и предлагаемого устройства на заданную производительность показывают, что высота H предлагаемого устройства на 20%, а при применении классических труб Вентури - на 30% меньше чем размер Н прототипа, без учета газоподводящего колена в последнем.
Увеличение единичной мощности газоочистного аппарата и увеличение геометрических размеров проходных сечений связано с неравномерностью распределения газа и орошения по сечению, с проскоком неочищенного газа, снижением эффективности очистки газов. Предлагаемое устройство позволяет перейти к оптимальным, проверенным по газовой нагрузке, размерам труб Вентури с сохранением высокой эффективности очистки в них.
Несомненным преимуществом предлагаемого устройства является способность сохранять проектную эффективность и гидравлическое сопротивление неизменным при изменениях (снижении) газовой нагрузки от 100% до 0.
Использованные источники.
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. Авторское свидетельство №893234, СССР. Р.А. Туктарева, Ф.С. Югай, Б.П. Волгин. Газоподводящее устройство к скрубберу Вентури.