Курсовая работа (т): Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

Гидравлическое сопротивление сеточных брызгоуловителей в зависимости от скорости газов и количества жидкости в газах изменяется от 5 до 30 мм вод. ст. (от 50 до 300 Н/мІ).

4.     
Аппараты для мокрой очистки газов от пылевых частиц

4.1    Аппараты для осаждения частиц на пленке жидкости

Насадочный скруббер, представляет собой башню, заполненную слоями насадки. В качестве насадки применяют керамические кольца Рашига, кусковой кварц, кокс и т. д.

Очистка газов от пылевых частиц в насадочном скруббере может проходить достаточно эффективно (частицы размером 2-5 мкм улавливаются примерно на 70%). Однако применять насадочные скрубберы для улавливания пылевого уноса не целесообразно, так как насадка скруббера быстро забивается, особенно при улавливании труднорастворимых частиц. Возникает необходимость периодической очистки насадки - сложной и трудоемкой операции.

Мокрые циклоны. Как уже указывалось, существенным недостатком сухих циклонов является образование «вторичного уноса» в результате срыва уже осевших на стенку циклона частиц внутренними вихрями. Для более полного улавливания пылевых частиц были разработаны и внедрены в промышленность мокрые циклоны (рис. 7).

Рис. 7. Мокрый циклон ЛИОТ: 1 - корпус, 2 - входной патрубок, 3 - выходной патрубок, 4 - коллектор для подачи воды к соплам, 5 - сливное отверстие

В нашей стране мокрые циклоны впервые были предложены и исследованы в ЛИОТ. Такой циклон состоит из металлического цилиндрического корпуса с конической нижней частью. Вода подается на стенку циклона через специальные сопла, соединенные между собой общей коллекторной трубой. Запыленные газы входят в нижнюю часть циклона через входной патрубок прямоугольного сечения, расположенный тангенциально к поверхности корпуса циклона. В циклоне газы совершают вращательно-поступательное движение, направленное вверх, навстречу движению пленки воды, стекающей по стенке. Частицы пыли, содержащиеся в газах, отбрасываются центробежной силой на стенку циклона и захватываются пленкой. Сопла для подачи воды устанавливают так, что вытекающие из них струи воды направлены по касательной к внутренней поверхности циклона и в сторону вращения газов в циклоне.

В нашей стране распространены мокрые циклоны в модификации, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф. Э. Дзержинского (ВТИ), центробежные скрубберы ЦС-ВТИ. В основном они применяются для очистки дымовых газов от частиц золы и поэтому внутренняя часть корпуса во избежание эрозии футерована.

Мокропрутковый скруббер МП-ВТИ представляет усовершенствованную модификацию центробежного скруббера ЦС-ВТИ. Для увеличения эффективности пылеулавливания во входном патрубке скруббера МП-ВТИ установлена решетка из четырех или более рядов прутков. Решетка непрерывно орошается водой и поэтому прутки постоянно покрыты пленкой жидкости.

Процесс пылеулавливания в скруббере МП-ВТИ условно можно разделить на четыре зоны, которые схематически показаны на рис. 8. В 1-й зоне частицы пыли улавливаются каплями распыленной воды вследствие инерционного механизма осаждения, во 2-й - частицы осаждаются на орошаемых прутках решетки. В 3-й зоне частицы пыли улавливаются каплями воды; в 4-й - на внутренней поверхности цилиндрической части скруббера. В этой зоне эффективность улавливания соответствует эффективности работы скруббера ЦС-ВТИ.

Рис. 8. Зона улавливания частиц в скруббере МП-ВТИ

Суммарная эффективность пылеулавливания в скруббере МП-ВТИ может достигать 92-95% при улавливании частиц, имеющих средние размеры 3-5 мкм.

К недостаткам скрубберов МП-ВТИ следует отнести быстрое корродирование металлических прутков решетки, недостаточную прочность решетки, изготовленной из смеси песка и бакелита, плохую устойчивость к износу фарфоровых прутков. Кроме того, в процессе эксплуатации зола откладывается во входном патрубке на границе сухой и мокрой зон, патрубок зарастает и, как следствие, возрастает гидравлическое сопротивление скруббера.

4.2    Пенные аппараты

Пенные аппараты были предложены и детально исследованы в ЛТИ им. Ленсовета.

Принцип действия пенного аппарата основан на взаимодействии запыленного газового потока и орошающей жидкости с образованием высокоразвитой поверхности контакта между жидкостью и газом - пенного слоя. Это позволяет эффективно осуществлять как пылеулавливание, так и химическую очистку газов.

При различных нагрузках пенного аппарата по газу и жидкости на его решетках могут возникать различные гидродинамические режимы: барботажный, пенный и волновой. Пенный режим отличается от барботажного тем, что при пенном режиме линейная скорость газов выше и составляет 1,5-2,5 м/сек в расчете на полное сечение аппарата. Движение газов с такими скоростями позволяет создавать на поверхности щелевых или дырчатых решеток постоянно обновляющийся слой подвижной высокотурбулизированной газожидкостной пены.

При больших линейных скоростях в пенном аппарате возникает волновой режим. Работа пенного аппарата в этом режиме нецелесообразна ввиду резкого увеличения каплеуноса. Кроме того, возникающие при этом колебания слоя жидкости на решетке могут привести к тому, что часть отверстий в решетке не будет покрыта жидкостью. В этом случае часть запыленного газа пройдет через аппарат без контакта с орошающей жидкостью. Пенные аппараты наиболее эффективно работают при очистке промышленных газов с температурой до 400° С.

Пенные аппараты в зависимости от назначения могут быть с переливными устройствами и частичным протеканием жидкости через отверстия решетки (ПГС) (рис. 9, а) или с полным провалом жидкости через решетку (ПГП) (рис. 9, б).

Рис. 9. Пенные аппараты: 1 - с переливным устройством, 2 - с провалом воды через отверстия решетки

В аппаратах ПГС орошающая жидкость поступает на решетку из переливного короба через порог, определяющий высоту слоя пены, и стекает в приемный короб, а в аппаратах ПГП орошающая жидкость подается на решетку сверху и полностью проваливается через решетку в бункер аппарата.

Пенные аппараты с переливными устройствами позволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости и с малым удельным расходом воды. Частичный провал орошающей жидкости обеспечивает смывание пыли, осевшей на решетке со стороны входа газов.

Конструкция пенных аппаратов с полным провалом воды более проста, но работают они при меньших допустимых колебаниях расхода газа и с повышенным удельным расходом воды.

Удельный расход жидкости на орошение пенных аппаратов с переливными устройствами составляет 0,2-0,3 л/мі р. г., а в аппаратах с полным провалом жидкости - 0,8-0,9 л/мі р. г.

По конструкции корпуса пенные аппараты могут быть круглого или прямоугольного сечения. Прямоугольное сечение обеспечивает более равномерное распределение жидкости, а круглое - более равномерное газораспределение. Максимальный расход газов для одного аппарата независимо от конструкции корпуса допускается до 15 мі/сек. Это вызвано необходимостью равномерной раздачи воды и газа по всему сечению аппарата. При больших объемах очищаемого газа рекомендуется устанавливать параллельно несколько пенных аппаратов.

Решеткой в пенном аппарате обычно служит перфорированный лист с равномерно расположенными отверстиями круглой или любой другой формы (свободное сечение щелевых решеток должно быть примерно на 1% меньше свободного сечения соответствующей решетки с круглыми отверстиями). Диаметр круглых отверстий должен быть от 3 до 8 мм; расстояние между отверстиями от 6 до 18 мм. Величина свободного сечения решетки зависит от назначения и режима работы пенного аппарата и составляет, как правило, 10-40% площади сечения аппарата.

Степень очистки газовых выбросов от пылевых частиц в основном зависит от их дисперсности, скорости газов в свободном сечении аппарата и высоты слоя пены.

С увеличением числа решеток эффективность пылеулавливания в пенном аппарате возрастает весьма незначительно, так как после каждой решетки повышается дисперсность пыли. Практически для пылеулавливания достаточно эффективно применение однополочных пенных аппаратов.

Повышение скорости газа в пенном аппарате оказывает положительное влияние как на эффективность пылеулавливания, так и на уменьшение его габарита. Однако при этом возрастает брызгоунос, которой начинает проявляться при скоростях газов в полном сечении аппарата более 2,5 м/сек.

4.3    Аппараты с распыленной поверхностью осаждения

В аппаратах этого типа (полых скрубберах, турбулентных аппаратах Вентури и струйных газопромывателях) пылевые частицы осаждаются в основном под действием инерционных сил на каплях орошающей жидкости, распыленной в объеме аппарата.

Полый скруббер обычно применяется для охлаждения газов, но он также может быть использован для улавливания пылевых частиц.

Для охлаждения газов полые скрубберы используются в целлюлозно-бумажном производстве после печей обжига колчедана и серных печей.

Полый скруббер представляет вертикальный цилиндр с конусным днищем и конфузорным выходом газов в верхней части аппарата. Корпус скруббера изготавливается из листовой стали. При температуре газов перед скруббером выше 500 °С его поверхность изнутри футеруется. Устройство водяной рубашки вокруг корпуса позволяет применять полые скрубберы для охлаждения газов с температурой более 1000 °С, при этом корпус аппарата может выполняться из стали.

Жидкость в объем скруббера подается через форсунки и дробится на капли. Газы в полый скруббер можно подавать в нижнюю верхнюю часть корпуса. Если газы подаются в нижнюю часть, то при противоточном движении капли промывают газовый поток, оказывая незначительное по величине сопротивление его движению. Если же газы подаются в верхнюю часть, то, кроме промывки их, происходит подсасывание газов вместе с пылевыми частицами в объем факела капель жидкости: возникает эжекционный эффект за счет относительной скорости между каплями и газовым потоком, что приводит к снижению гидравлического сопротивления скруббера.

Для орошения полого скруббера применяются форсунки различных конструкций, в большинстве случаев - цельнофакельные, позволяющие создать заполненный каплями факел жидкости, равномерно распределенный по сечению. Угол раскрытия факела небольшой и регулируется так, что направление движения капель не намного отклоняется от направления движения газов.

При распыле орошающей жидкости должны быть удовлетворены следующие требования: объем факела, образованного распыленной жидкостью, должен быть заполнен каплями; плотность орошения должна быть высокой и равномерной; должна достигаться достаточно высокая степень диспергирования жидкости на капли.

Эффективность очистки газовых выбросов от пылевых частиц в полых скрубберах невысока и составляет примерно 70% для частиц размером приблизительно 5 мкм. Удельный расход на орошение полого скруббера, предназначенного для очистки газов от пылевых частиц, доходит до 3-5 л/мі р. г. Гидравлическое сопротивление полых скрубберов невелико и составляет 98-245 н/мІ.

Турбулентный аппарат Вентури (TAB). Общее для аппаратов типа трубы Вентури - наличие двух узлов: трубы Вентури и циклона-каплеуловителя. В газоочистной технике такие аппараты получили различные названия - скруббер Вентури, турбулентный промыватель, скоростной пылеуловитель или газопромыватель и турбулентный аппарат Вентури. Последнее название, по нашему мнению, наиболее полно характеризует принцип действия и конструкцию аппарата.

Труба Вентури (рис. 10) имеет три составляющие конфузор 1 или сужающуюся часть, горловину 2 и диффузор 3, или расширяющуюся часть. Орошающая жидкость подается в трубу Вентури через устройства 4. Для отделения капель жидкости от потока газов после трубы Вентури устанавливается циклон-каплеуловитель 5.

Рис. 10. Аппарат типа трубы Вентури: 1 - конфузор, 2 - горловина, 3 - диффузор, 4 - устройства для подачи орошающей жидкости, 5 - циклон-каплеуловитель

Принцип действия аппаратов с трубой Вентури можно представить следующим образом. Струи орошающей жидкости, впрыскиваемой в объем конфузора, испытывают воздействие газового потока, который имеет высокую скорость на входе в горловину вследствие изменения сечения в конфузоре. Ввиду значительной разности между скоростями движения потока газов и струй жидкости в направлении движения газа струи жидкости дробятся на капли.

Поскольку капли, имея определенную массу, не могут мгновенно принять ту большую скорость, с которой движется поток газов, то между ними и пылевыми частицами, содержащимися в газах и имеющими скорость газового потока, создаются высокие относительные скорости. Это приводит к интенсивному столкновению частиц с каплями под действием сил инерции и улавливанию частиц каплями. В диффузоре в результате увеличения сечения скорость газового потока падает. Роль диффузора главным образом заключается в восстановлении давления. Кроме того, капли, имея различные размеры и, следовательно, обладая различными силами инерции, движутся в диффузоре с различными скоростями. Это приводит к их столкновению и слиянию. Укрупнение капель в диффузоре способствует более полному их отделению от потока газов циклоне-каплеуловителе (сюда смесь газа и капель поступает через переходный патрубок, устанавливаемый тангенциально). Капли отделяются от потока газов в циклоне-каплеуловителе под действием центробежных сил. Процесс очистки газа заканчивается удалением капель жидкости через сливное отверстие в нижней части циклона.

Практика показывает, что в зависимости от дисперсного состава частиц скорость газов в горловине должна составлять 40-120 м/сек, а удельный расход орошающей жидкости 0,25-1,5 л/мі, причем большим значениям скорости соответствуют меньшие значения удельного расхода и наоборот.

В производственных условиях количество газов, подаваемых на очистку, может подвергаться значительным колебаниям. При этом необходимое для сохранения эффективности аппарата постоянство скорости газов обычно достигается применением специальных конструкций труб Вентури с регулируемым сечением горловины.

Струйный газопромыватель (эжекторный скруббер) по конструкции и принципу осаждения пылевых частиц на каплях орошающей жидкости относится к высокоскоростным турбулентным аппаратам. Этот аппарат состоит из трубы-смесителя и каплеуловителя. Орошающая жидкость под высоким давлением поступает через распылитель, с помощью которого она дробится на капли, в объем трубы-смесителя и смешивается с газами. В каплеуловителе происходит разделение жидкости и газов.

Высокоскоростная струя орошающей жидкости движется вдоль оси трубы-смесителя (при установке нескольких распылителей струи движутся параллельно оси трубы-смесителя). Направление движения этой струи и газов совпадают, а скорость движения капель жидкости выше скорости движения газов. Поэтому в трубе-смесителе под действием потока капель жидкости газы перемещаются по тракту - возникает процесс эжекции. Интенсивность процесса эжекции характеризуется массовым коэффициентом эжекции и относительным напором.

Перемещение газов в направлении движения капель жидкости объясняется преобладающим влиянием сил, вызванных лобовым давлением этих капель на окружающий газ.

Одновременно на газовый поток воздействуют силы всасывания. Направление действия сил всасывания не совпадает с основным направлением движения двухфазного потока. Эти силы возникают в результате создания зон с пониженным давлением в кормовой области каждой капли и по поперечному сечению факела от его краев к центру, вызывая проникновение газов внутрь факела, что в свою очередь приводит к эффективному смешению газового и жидкостного потоков.