Очистка газов в мокрых пылеуловителях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Достоинства мокрых пылеуловителей

2. Скрубберы

3. Насадочные газопромыватели

4. Газопромыватели с подвижной насадкой

5.Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ)

6. Тарельчатые газопромыватели

7. Газопромыватели центробежного действия

8. Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури)

Литература

Введение

Тема реферата «Очистка газов в мокрых пылеуловителях» по дисциплине «Технология очистки и утилизации газовых выбросов».

Цель работы - рассмотреть различные виды мокрых пылеуловителей, достоинства и недостатки, принципы действия.

1. Достоинства мокрых пылеуловителей

Мокрые пылеуловители имеют ряд достоинств и недостатков в сравнении с аппаратами других типов.

Достоинства:

1) небольшая стоимость и более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц;

2) возможность использования для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

3) возможность очистки газа при высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгораний и взрывов очищенных газов и уловленной пыли;

4) возможность наряду с пылями одновременно улавливать парообразные и газообразные компоненты.

Недостатки:

1) выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод, т. е. с удорожанием процесса;

2) возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;

3) в случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости (чаще всего используется вода.

В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 8 видов:

1) полые газопромыватели;

2) насадочные скрубберы;

3) тарельчатые (барботажные и пенные);

4) с подвижной насадкой;

5) ударно-инерционного действия (ротоклоны);

6) центробежного действия;

7) механические газопромыватели;

8) скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури и эжекторные).

2. Скрубберы

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные (гидравлическое сопротивление которых не превышает ДР=1,5 кПа): форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.; средненапорные (ДР=1,5--3000 Па): динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы; высоконапорные (ДР>3,0 кПа): скрубберы Вентури, с подвижной насадкой.

В результате контакта запыленного газового потока с жидкостью образуется межфазная поверхность контакта. Эта поверхность состоит из газовых пузырьков, газовых струй, жидких струй, капель, пленок жидкости. В большинстве мокрых пылеуловителей наблюдаются различные виды поверхностей, поэтому пыль улавливается в них по различным механизмам. Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы. Они представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Форсунки устанавливают в колонне в одном или нескольких сечениях: иногда рядами до 14--16 в каждом сечении, иногда только по оси аппарата.



Рис. 1. Скрубберы.

а -- полый форсуночный: б - насадочный с поперечным орошением: 1-- корпус; 2--форсунка;3 -- оросительное устройство; 4 -- опорная решетка; 5 -- насадка;6 -- шламосборник

При работе без каплеуловителей чаще используют противоточные скрубберы. Скорость газа в них изменяется от 0,6 до 1,2 м/с. Скрубберы с каплеуловителями работают при скорости: газа 5--8 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера без каплеуловителя и газораспределителя обычно не превышает 250 Па.

Скрубберы обеспечивают высокую степень очистки только при улавливании частиц пыли размером d_ч=10 мкм и малоэффективны при улавливании частиц размером d₂<5 мкм.

Высота скруббера составляет ? 2,5D. Диаметр аппарата определяется по уравнению расхода, удельный расход жидкости т выбирают в пределах 0,5--8 л/м³ газа.

Эффективность противоточного скруббера вычисляют но формуле

где Q_ж -- расход жидкости, м³/с;

з₃ -- эффективность захвата каплями частиц определенного диаметра; w_г -- скорость газа, м/с; w_к -- скорость осаждения капли, м/с;

d_K -- диаметр капли, м;

V_г -- расход газа, м²/с;

Н-- высота скруббера, м.

Для капель с d_K?0,6--1,0 мм скорость осаждения w_к определяют по диаграммам. Коэффициент захвата каплями частиц, находят по формулам:

при m<2 л/м³з₃ = ш²/(ш + 0,35)²

при m>2 л/м³

з₃ = I--0,15 ш^-1.25

где ш -- инерционный параметр, отличающийся от числа Стокса поправкой, определяемой по справочникам.

3. Насадочные газопромыватели

Они представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой ее концентрации. Из-за частой забивки насадки такие газопромыватели используют мало. Кроме противоточных колонн на практике применяют насадочные скрубберы с поперечным орошением. В них для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки слой ее обычно наклонен на 7--10° в направлении газового потока. Расход жидкости 0,15--0,5 л/м³, эффективность при улавливании частиц размером d_ч>2 мкм превышает 90%.

4. Газопромыватели с подвижной насадкой

Они имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т. д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости.

Колонна с подвижной насадкой может работать при различных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания -- режим полного (развитого) псевдоожижения. Скорость газа w_г', соответствующая началу режима полного псевдоожижения, определяется из формулы

(w_г')²/d_ш = CS_o exp[--12,6(Q_ж/V_г)^-0,25],

где d_ш --диаметр шаровой насадки, м;

С -- коэффициент (при ширине щели в опорной тарелке в =2 мм С=2,8*10⁴, при в>2 мм С=4,5*10⁴);

S₀ -- свободное сечение решетки, м²/м².

Предельно допустимая скорость газа w_г" равна

w_г"=2.9S₀^0.4(Q_ж/V_г)^-1.15

Для обеспечения высокой степени пылеулавливания рекомендуются следующие параметры процесса: скорость газа -- 5--6с; удельное орошение 0,5--0,7 л/м³; свободное сечение тарелки S₀ = 0,4 м²/м² при в = 4--6 мм. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки с большей долей свободного сечения (S₀ = 0,5--0,6 м²/м²).

Свободное сечение ограничительной тарелки составляет 0,8--0,9 м²/м². При выборе диаметра шаров необходимо соблюдать соотношение D/d_ш > 10. Оптимальными являются шары диаметром 20--40 мм и насыпной плотностью 200--300 кг/м³.

Минимальная статистическая высота слоя насадки Н_ст составляет 5--8 диаметров шаров, а максимальная определяется из соотношения Н_ст/D<1.

Высота секции (расстояние между тарелками) складывается из динамической высоты слоя псевдоожиженной шаровой насадки и высоты сепарационной зоны (в м):

H_сек = H_дин + H_сен,

H_дин - 0,118 w_Ж^0.3,*Н_СТ^0.6 (w_r/So)^0.93,

H_сен = (0,1 -0,2)H_дин

Общее гидравлическое сопротивление колонны рассчитывается по уравнению

Др = Др_вх + Др_вых+ Др_т + Др_ш + Др_ж._н + Др_т',

где ДР_ВХ и ДРвых -- потеря напора при входе и выходе газа из аппарата соответственно, Па;

ДР_Т -- гидравлическое сопротивление опорной тарелки со слоем удерживаемой жидкости, Па;

ДР_Ш -- гидравлическое сопротивление слоя сухой насадки, Па;

ДР_Ж._Н -- гидравлическое сопротивление жидкости, удерживаемой слоем насадки, Па;

ДР_т' -- гидравлическое сопротивление ограничительной тарелки, Па.

Расчет ДР_Ш и ДР_ж._н производят по формулам:

ДР_Ш=с_жН_ст(1-е₀

ДР_ж._н =1254w_г^0.24w_ж^0.17H_ст^0.92с_ш^-0.1

где с_ш -- насыпная плотность, кг/м³;

е₀ -- порозность неподвижного слоя сухой шаровой насадки, принимается равной 0,4;

w_ж--скорость орошаемой жидкости в расчете на свободное сечение, м/с.

5. Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ)

пылеуловитель скруббер гидравлическое сопротивление

Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный.

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке. Зазор между нижним основанием конуса и уровнем жидкости зависит от производительности аппарата (чем больше зазор, тем больше производительность). В аппаратах применяют полиэтиленовые шары диаметром 34--40 мм с насыпной плотностью 110--120 кг/м³. Высота слоя шаров H_ст составляет 650 мм; скорость газа на входе в слой колеблется в пределах 6--10 м/с и уменьшается на выходе до 1--2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята 1 м. Угол раскрытия конической части зависит от производительности аппаратов и может составлять от 10 до 60°. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов размещается неорошаемый слой шаров высотой 150 мм.

В форсуночном скруббере расход жидкости на 1 м³ газов составляет 4--6 л. Гидравлическое сопротивление форсуночных скрубберов -- 900--1400 Па, эжекционных -- от 800 до 1400 Па. Производительность конических скрубберов от 3000 до 40000 м³/ч.

Рис. 2. Пенные пылеуловители (газопромыватели).

а -- с переливной тарелкой; б -- с провальной тарелкой;

1-- корпус; 2 -- тарелка; 3 -- приемная коробка; 4 -- порог;

5 -- сливная коробка; 6 -- ороситель.

6. Тарельчатые газопромыватели

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные). Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом (рис. 2). Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3--8 мм и свободное сечение 0,15--0,25 м²/м². Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчатыми и колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия d₀ = 4--8 мм. Ширина щелей у остальных конструкций тарелок равна 4--5 мм. Свободное сечение всех тарелок составляет 0,2--0,3 м²/м². Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Выделяют следующие стадии процесса улавливания пыли в пенных аппаратах: инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве; первую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое («механизм удара»); вторую стадию улавливания частиц пыли в пенном слое (инерционнотурбулентное осаждение частиц на поверхности пены).

Эффективность улавливания пыли в подрешеточном пространстве значительна при улавливании пыли размером частиц более 10 мкм. Преобладающим в работе пенных аппаратов для пылеулавливания является «механизм удара». Эффективность этого механизма намного больше эффективности других механизмов.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от величины межфазной поверхности. Для дырчатых тарелок с переливом удельную объемную поверхность контакта вычисляют по формуле

а = l,62w_K^0.4ц_г^0,3м_ж^0,25с_ж^0.6 /у^0,6.

Для провальных тарелок при h₀>20мм формула имеет вид

а = 5,58 w_к^0.5 м_ж^0,25 с_ж^0.35 /h₀^0.25у^0.6,

где а -- удельная объемная поверхность контакта фаз, м²/м³;

w_k--скорость газа в колонне м/с;

ц_г -- газосодержание пенного слоя;

м_ж -- коэффициент динамической вязкости жидкости, Па *с;

у -- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м²;

h₀ -- высота исходного слоя жидкости, м.

Для ho<20 мм коэффициент пропорциональности в формуле равен 0,28 ho.

Высота слоя пены

H_п = 4,35*10^-5 h₀^0.6w_к^0,5/у^1,3х_ж^0,25

Полное гидравлическое сопротивление аппарата

ДP = ДРвх + ДРт + ДРвых + ДРкап,

где ДР_Т -- полное сопротивление тарелки, Па;

ДРкап -- гидравлическое сопротивление каплеуловителя, Па.

Гидравлические потери при входе и выходе газа из аппарата ДРвх+ДРвых принимают равными 50 -- 100 Па. Полное сопротивление тарелки

ДР_Т = ДР_С + ДР_П + ДРст,ДР_С = оw²с_г/2, ДР_у = 4у/d₀, ДР_СТ = h_ос_ж,

где ДР_С, ДР₀, ДРст -- соответственно сопротивление сухой тарелки, сил поверхностного натяжения и статического слоя жидкости, Па.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя. На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Рекомендуются следующие размеры стабилизатора: высота пластин 60 мм, размер ячеек от 35x35 до 40x40 мм. Оптимальные условия работы: w_к = 2,5 -- 3,5 м/с; т = 0,05 -- 0,1 л/м³. В аппарате устанавливаются дырчатые провальные тарелки с d₀ = 3 -- 6 мм и S₀ = 0,14 -- 0,2 м²/м² или щелевые (трубчатые) тарелки с b = 3 -- 6 мм и 50=0,12-- 0,18 м²/м². Производительность по газу аппаратов со стабилизаторами изменяется от 3000 до 90 000 м³/ч.

Гидравлическое сопротивление тарелки со стабилизатором

ДР_Т =(о_сухс_гw_к²/2S₀ц²) + ДР+ДРа,

где ДР_П -- гидравлическое сопротивление пенного слоя, Па;

ц -- доля сечения тарелки.

Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300--400 мкм.

Наиболее простым по конструкции является аппарат, где газ с большой скоростью входит в колонну. При повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости. В основе процесса осаждения лежит «механизм удара». Имеются и другие конструкции аппаратов этого типа (скруббер Дойля, СУД).

Схема скруббера Дойля. В нижней части трубы установлены конусы для увеличения скорости выхода газа. В щели она равна 35--55 м/с. Газ ударяется о поверхность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя от 500 до 4000 Па, удельный расход жидкости составляет 0,13 л/м³.

7. Газопромыватели центробежного действия

Наиболее распространены центробежные скрубберы, которые по конструктивному признаку можно разделить на два вида:

1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи Центрального лопастного закручивающего устройства и

2) аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа. Последние орошают через форсунки, установленные в центральной части аппарата, кроме того, жидкость, стекающая по внутренней поверхности стенки аппарата, образует пленку.

Большинство отечественных центробежных скрубберов имеют тангенциальный подвод газов и пленочное орошение. Схема Циклон с водяной пленкой. Такие аппараты используют для очистки любых видов нецементирующейся пыли. Для создания на внутренней поверхности стенки Пленки воды, ее тангенциально вводят в аппарат через ряд трубок, расположенных в верхней его части.

При содержании пыли, превышающем 2 г/м³, до очистки в циклоне с водяной пленкой рекомендуется предварительная очистка газов в аппарате другого типа. Для улавливания смачиваемой пыли (за исключением волокнистой и цементирующейся) при начальной концентрации до 5 г/м³ используют скоростные промыватели .

Для очистки дымовых газов от золы применяют центробежный скруббер ЦС-ВТИ.

8. Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури)

Основной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40--150 м/с.

Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя

ДР = ДР_Г +ДР_Ж.

Гидравлическое сопротивление сухой трубы-распылителя

ДР_Г =о_сухw_г²с_г/2.

Коэффициент сопротивления (для 10 d_э>l_г>0,15d_э)

о_сух = 0,165 + 0,034 l_r /d_s -- [(0,06 + 0,028) l_r/d_э]M,

где М = w_г/w_зв -- число Маха;

w_r -- скорость газа в горловине трубы, м/с;

w_зв -- скорость звука, м/с;

d_э -- эквивалентный диаметр горловины, м.

Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя, обусловленное вводом жидкости, рассчитывают по формуле

ДР_ж = о_ж(с_ж/2)m,

где о_ж--коэффициент гидравлического сопротивления, учитывающий ввод в трубу-распылитель орошающей жидкости;

т -- удельный расход орошающей жидкости, м³/м³ газов.

Коэффициент о_ж определяют из выражения

о_ж=Aо_сухm^1+В

где A и В -- коэффициенты.

Эффективность пылеуловителя зависит от скорости газа и удельного орошения (обычно m= 0_,5--1,5 л/м³ газа).

Средний диаметр капель при распыле пневматической форсункой

d_К= (5,85*10^-3

где w_or -- скорость газов относительно капли (принимается равной скорости и горловине трубы).

При больших объемах газа применяют батарейные или групповые компоновки скрубберов Вентури.

Литература

1. Коузов П. А., Мальгин А. Д., Скрябин Г. М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. Л.: Химия, 1982. 256 с.

2. Родионов А.И. и др. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. - М.: Химия, 1989. - 512 с.

3. Справочник по пыле- и золоулавливанию/Под, ред. Русанова А. А. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. 312 с.

Размещено на Allbest.ru