УЛАВЛИВАНИЕ ЗОЛЫ В МОКРЫХ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯХ

УЛАВЛИВАНИЕ ЗОЛЫ В МОКРЫХ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯХ

Для повышения эффективности очистки газов от твердых частиц и газовых выбросов, помимо вышеперечисленных механизмов улавливания (гравитационного,… – более высокая эффективность очистки газов от золы, чем в сухих… – возможность улавливания самых мелких частиц золы (от 0,1 мкм и выше);

Рис. 6.1. Камерные газопромыватели: а) противоточный; б) противоточный высокоскоростной с каплеуловителем; в) с поперечным подводом жидкости; 1 – запыленный газ; 2 – подвод жидкости; 3 – очищенный газ; 4 – форсунки разбрызгивающей жидкости; 5 – шламоотстойник; 6 – выход шлама; 7 – каплеуловитель; 8 – газораспределительная решетка

 

Эффективность улавливания частиц в полых противоточных газопромывателях [17] оценивается уравнением

;

при поперечном орошении

,

где – расход жидкости на орошение, /с, л/с;

– объемный расход газов в аппарате мокрой схемы очистки, /с;

– удельный расход жидкости на орошение; здесь м^3_жидкости / м³ газа, может также измеряться в л/м³;

– скорость газа, м/с;

– диаметр капли, м; для используемых в настоящее время схем разбрызгивания = 0,6…1,0 мм;

– скорость осаждения капель, м/с; при = 0,6…1,0 мм величина 1…4 м/с соответственно размерам;

– коэффициент, учитывающий захват каплями частиц пыли, находится по одной из формул:

при q_ж 2 л/;

при q_ж 2 л/;

– инерционный параметр, представляет собой отношение длины пробега при торможении твердых частиц от некоторой начальной скорости до полной остановки в неподвижной газовой среде к характерному для нее геометрическому размеру l,

;

– размер частицы, мкм;

– скорость газов относительно поверхности охлаждения, м/,

при противотоке = + ;

при поперечном орошении = ;

С – поправка Кенингема, С=f (), при 5 мкм можно принять С= 1,0;

l – определяющий линейный размер, м, (например, диаметр аппарата);

– динамическая вязкость газов, Па·с.

Гидравлическое сопротивление полых газопромывателей обычно не больше 200…250 Па.

 

 

6.3. Мокрые пылеуловители с насадками

 

Газопромыватели такого типа могут быть:

1. С неподвижным насадочным материалом.

2. С подвижными насадками.

В качестве насадки используются полимерные материалы, стекло, керамика, резина различной формы (шары, кольца, седла и др.). Камера заполняется насадками в беспорядке или укладывается правильными слоями (регулярная насадка) на опорную решетку, которая выполняет роль газораспределительной решетки.

 

1. Неподвижный насадочный заполнитель находится в объеме, ограниченном опорными решетками. Такие газопромыватели применяются для улавливания хорошо смачиваемых частиц пыли размером 2 мкм. Эффективность улавливания в этом случае достигает 90 %. Удельный расход с противоточным орошением выбирается в пределах q_ж = 1,3…2,6 л/, при поперечном орошении q_ж = 0,15…0,5 л/.

 

Рис. 6.2. Газопромыватели с неподвижными насадками: а) противоточное орошение; б) прямоточное орошение; 1 – запыленные газы; 2 – очищенный газ; 3 – подвод жидкости; 4 – насадочный заполнитель; 5 – опорные решетки; 6 – шламоотстойник;

7 – выход шлама; 8 – форсунки орошения

 

Газопромыватели с неподвижными насадками часто забиваются пылью и поэтому в промышленном производстве редко применяются для очистки газов от пыли. Они находят применение только для улавливания туманов и хорошо растворимой пыли.

 

2. Газопромыватели с подвижной шаровыми насадками (рис.6.3) [17] используют различные технологические приемы перемешивания шаров. Для обеспечения возможности перемешивания шаров в газожидкостной смеси плотность шаров должна быть сравнима с плотностью жидкости (). Режим полного псевдоожижения насадки создается при скорости газов в слое, определяемой по уравнению

,

где – диаметр шаров, м; оптимальным является = 20…40 мм, при насыпной плотности 200…300 кг/;

С – коэффициент, учитывающий конструкцию опорной решетки; при в =2 мм – С= 2,8; при в 2 мм – С= 4,5;

в – ширина щели в опорной решетке, мм;

– свободное сечение опорной решетки /; принимается = 0,4 /при в = 4…6 мм.

 

 

Рис. 6.3. Газопромыватели с подвижной шаровыми насадками: а) с псевдоожижением; б) форсуночный; в) эжекционный; г) с перегрузкой шаров; 1 – запыленный газ; 2– подвод жидкости; 3 – форсунка орошения; 4 – очищенный газ; 5 – ограничительная решетка; 6 – каплеуловитель; 7 – насадочный слой (подвижный); 8 – опорная (газораспределительная) решетка; 9 – шламоотстойник; 10 – выход шлама; 11 – емкость с постоянным уровнем жидкости (S=const); 12 – газы; 13 – вода на промывку шаров; 14 – емкость для промывки шаров

 

Предельно допустимая наибольшая скорость газов в полном сечении камеры определяется по уравнению [17]

.

Для псевдоожиженного режима газопромывателя с насадками рекомендуется выбирать: скорость газов = 5…6 м/с; удельное орошение q_ж = 0,5…0,7 л/; соотношение диаметра камеры и шара D/10; высота неподвижного слоя шаров в пределах от = (5…8)до 1,0 D.

Высота между опорной и ограничительной решетками определяется по уравнению

=+,

где – высота сепарационной зоны, м; принимается = (0,1…0,2);

– динамическая высота псевдоожиженного слоя шаров, м; находится по формуле

;

– плотность орошения, кг/(м² с); определяется из уравнения

,

здесь - удельный расход жидкости на орошение газа, м³/м³.

Гидравлическое сопротивление аппарата складывается из сопротивлений ограничительной и опорной решеток со слоем удерживаемой ею жидкости, слоя сухой шаровой насадки; слоя жидкости, удерживаемой шарами насадки, входного и выходного устройств.

Эффективность пылеуловителей с псевдоожиженными насадками определяется по уравнению

,

где – эффективность улавливания частиц с логарифмически нормальным распределением их по размерам. Величина находится из уравнения, записанного в виде интеграла вероятности:

, (6.1)

где – характеризует дисперсный состав пыли;

– текущий размер частиц и диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %;

– стационарное и среднеквадратичное текущее отклонение функции распределения дисперсного состава частиц;

– вспомогательный параметр.

Обычно для определения используют опытные данные массовых расходов пыли на входе () и уловленных (), табличные данные Ф(х) или графические методы.

Для аппаратов мокрой очистки с подвижными насадками (барботажных и пенных тарельчатых) рекомендуется принимать = 0,85 мкм, = 0,769.

Для газопромывателей форсуночного типа (см. рис.6.3,б) рекомендуется применять легкие полиэтиленовые шары (= 34…40 мм) насыпной плотностью = 110…120 кг/при 650 мм. Высота конуса принимается 1 м. Угол раскрытия конуса выбирается в пределах 10…60 град в зависимости от производительности.

Подвижность шаров в конусе достигается повышенной скоростью газа на входе в конус, которая должна быть в пределах 6…10 м/с. На выходе из конуса скорость уменьшается до 1…2 м/с.

В форсуночном пылеуловителе орошающая вода подается сверху в количестве q_ж = 4…6 л/.

В эжекционном газопромывателе орошение шаров происходит снизу за счет всасывания жидкости газами из емкости с постоянным уровнем воды. Зазор (см. рис.6.3,в) выбирается в зависимости от производительности аппарата.

Гидравлическое сопротивление конических (форсуночных и эжекционных) пылеуловителей составляет 800…1000 Па.

Газопромыватели с системой перегрузки и промывки шаров имеют наклонную опорную решетку (см. рис.6.3,г). Шары перемещаются под действием силы тяжести. Перекатываясь, они попадают в емкость, где осуществляется их промывка, и затем механическим способом шары подаются в бункер для повторного использования в пылеуловителе. Рекомендуется принимать: скорость газов =5…6 м/с; удельный расход жидкости на орошение q_ж = 1,3…2,6 л/.

 

6.4. Тарельчатые мокрые пылеуловители

 

Тарельчатые пылеуловители выполняются двух типов: барботажные и пенные. Такие аппараты хорошо улавливают пыль размером 5 мкм. Барботажные газопромыватели в практике редко применяются из-за невысокой производительности. Очищаемый газ проходит через слой жидкости в виде пузырьков, на поверхности которых происходит осаждение частиц. На рис.6.4 [17] показаны конструктивные схемы тарельчатых газопромывателей.

 

Рис. 6.4. Тарельчатые газопромыватели переливные (а) и провальные: (б): 1 – запыленный газ; 2 – подвод жидкости; 3 – приемный короб; 4 – очищенный газ; 5 – сливной короб; 6 – выход жидкости со шламом; 7 – выход шлама; 8 – оросительная форсунка; 9 – тарелка

 

Пенный режим на тарелке организуется за счет выбора скорости движения газа. Минимальная скорость = 1,0…1,2 м/с. Максимальная (критическая) скорость газов, при которой начинается повышенный брызгоунос, рассчитывается методом последовательного приближения по уравнению

,

где – эквивалентный диаметр отверстий тарелок, м; для дырчатых тарелок = , для щелевых = 2·b.

b – ширина щели, м; рекомендуется принимать b = 4…5 мм; =4…8 мм;

А – коэффициент, определяемый из выражения

,

– стандартная плотность орошения; принимается = 1 кг/(с).

Оптимальная скорость газов в газопромывателе выбирается из соотношения = (0,9…0,95) . Свободное сечение дырчатых тарелок = 0,15…0,25 /, для щелевых тарелок = 0,2…0,25 /. Удельный расход жидкости на орошение выбирается в пределах q_ж= 0,4…0,6 л/газа.

Эффективность улавливания определяется по уравнению (6.1), которое выведено из условий, что = 2 м/с и высота слоя пены = 0,09. Если в аппарате эти условия не соблюдаются, то необходимо делать пересчет эффективности улавливания по уравнению

,

где – эффективность пылеулавливания газопромывателя, найденная по уравнению (6.1).

 

6.5. Газопромыватели ударно-инерционного действия

 

К газопромывателям ударно-инерционного действия [17] относится большая группа пылеуловителей, в которых контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующей сепарацией жидкой фазы. К газопромывателям этого типа относятся также ротационные уловители различной конструкции. В результате удара образуются капли диаметром 300…400 мкм, увеличивающие поверхность контакта газа с жидкостью.

На рис.6.5,а показана конструктивная схема простого газопромывателя ударного действия. Запыленный газ по трубе Вентури направляется на поверхность жидкости. В сопле скруббера Дойля (рис.6.5,б) газ разгоняется до 35…55 м/с, создавая при ударе о поверхность воды завесу из капель, которые улавливаются системой перегородок. Зазор между кромкой сопла и свободной поверхностью жидкости составляет 2…3 мм. Гидравлическое сопротивление таких газопромывателей определяется в пределах 500…4000 Па.

 

Рис 6.5. Ударно-инерционные мокрые пылеуловители: а) простой; б) скруббер Дойля; в) пылеуловитель вентиляционный мокрый (ПВМ); 1 – сопло; 2 – запыленный газ; 3 – очищенный газ; 4 – шламоотстойник; 5 – выход шлама; 6 – подвод жидкости; 7 – брызгоотбойник; 8 – вентилятор; 9 – каплеуловитель

 

На рис.6.5,в показан пылеуловитель вентиляционный мокрый (ПВМ), из серии, так называемых, ротоклонов. Газ, выходящий из сопла, увлекает за собой жидкость, струи которой проходят серию направляющих перегородок, создавая в последующих отсеках более высокий уровень жидкости. На направляющих перегородках образуется пленка жидкости, которая контактирует с частичками пыли. Скорость пылегазового потока составляет 30…40 м/с. Напор создается вентилятором. Зазор между соплом и уровнем жидкости выбирается в пределах от 40 до 200 мм в зависимости от дисперсности пыли.

При улавливании частиц размером больше 3…4 мкм эффективность газопромывателей ударно-инерционного типа может составлять 98…99 %.

 

6.6. Мокрые золоуловители центробежного действия

 

В промышленности применяются газопромыватели центробежного действия двух типов [5, 17, 18]:

– с тангенциальным (улиточным) подводом запыленных газов (рис.6.6,а);

– с лопастным аппаратом, закручивающим поток (рис.6.6,б).

 

Рис. 6.6. Мокрые скрубберы центробежного действия: простые (а) и с лопастным завихрителем (б): 1 – вход запыленного газа; 2 – выход очищенного газа; 3 – подвод смывной и оросительной воды; 4 – шламоотстойник; 5 – выход шлама; 6 – подвижная заслонка на входе; 7 – щелевой уловитель; 8 – лопастной завихритель; 9 – линия сброса в отстойник

 

Наибольшее распространение в энергетике получили мокрые золоуловители с улиточным подводом газов типа ВТИ [5, 17, 18]. Запыленные газы подводятся тангенциально. Более инертные, золовые частицы отбрасываются к стенке, где водяная пленка смывает их в шламовый отстойник. Для усиления центробежного действия потока во входном патрубке 1 (см. рис. 6.6,а) устанавливается подвижная заслонка 6, ускоряющая поток в месте пережима. Оптимальное положение заслонки находится технико-экономическим сравнением с учетом увеличения гидравлического сопротивления при усилении центробежного эффекта.

В аппаратах второго типа (см. рис. 6.6,б) центробежный эффект создается лопастным устройством 8. Струи орошающей воды, подаваемые через устройство 3, смачивают частицы, которые завихрителем отбрасываются к стенке скруббера, где они попадают в щелевой золоуловитель 7 и затем направляются в шламовый отстойник. В скруббере могут устанавливаться несколько комплектов устройств "завихритель – щелевой уловитель".

В мокрых золоуловителях возможно использование комбинированного аппарата, когда запыленные газы входным патрубком направляются тангенциально и затем центробежный эффект усиливается лопастным завихрителем. Эффективность улавливания золы можно еще больше повысить, если во входном патрубке установить один или несколько рядов прутковой решетки. Перед решетками производится орошение газов водой. Прутки решетки устанавливаются под наклоном относительно горизонтали для лучшего смыва золы и стекания жидкости к стенкам трубы, а затем и в сборник основного золоуловителя. В горловине трубы на прутковой решетке происходит дробление запыленного газового потока, движущегося со скоростью 20…25 м/с. Распыление капель орошающей воды на более мелкие фракции увеличивает поверхность контакта твердых частиц с водой. Это способствует уменьшению степени уноса золовых частиц и, таким образом, эффективности золоулавливания.

На первом этапе расчета конструкции мокрого золоуловителя определяется диаметр центробежного скруббера, м:

,

где V– объемный расход запыленных газов, /с;

v_г – скорость газов в центробежном скруббере, м/с; рекомендуется принимать v_г= 4,5…5,5 м/с;

z– количество центробежных скрубберов, устанавливаемых параллельно по газовому потоку.

На рис.6.7 [5, 18] представлены зависимости , , , позволяющие обоснованно выбирать конструктивные размеры центробежного скруббера мокрого золоуловителя. Рекомендуемые относительные величины площади активного сечения скруббера, высоты золоуловителя , коэффициента гидравлического сопротивления определяются по уравнениям

, , .

 

Рис. 6.7. Зависимость = f(D); = f(D); = f(D) для мокрых золоуловителей центробежного действия

 

Гидравлическое сопротивление мокрых скрубберов центробежного действия типа ВТИ = 800…1000 Па; удельный расход орошающей воды = 0,15…0,3 л/газа. Для предотвращения неприятных твердых отложений в аппарате мокрые золоуловители не рекомендуется применять для топлива с большим содержанием СаО (более 15…20 %) и серы (приведенная сернистость не более 0,3 %/МДж). Жесткость орошающей воды должна быть не более 15 мг-экв/л. Коэффициент полезного действия таких золоуловителей =80…92 %.

Для более глубокой очистки дымовых газов в энергетике применяются мокрые золоуловители с трубой Вентури типа МВ-УО ОРГРЭС (см. рис.6.8,а) и МС-ВТИ (см. рис.6.8,б) [5, 18]. В трубе Вентури 1 происходит турбулентная коагуляция впрыскиваемой через сопла 2 орошающей воды, подаваемой по трубопроводу 4, в запыленных газах. Запыленные газы, подводимые по газоходу 3, эжектируются струями воды в трубе Вентури. В вертикальном центробежном скруббере также происходит орошение и смыв водой частичек золы, отбрасываемых к стенкам цилиндрической части аппарата за счет тангенциального входа газов в скруббер.

Коэффициент полезного действия таких золоуловителей повышается до 92…96 %. Удельные расходы воды на орошение газов в трубе Вентури = 0,12…0,2 л/газа; в центробежном скруббере = 0,5 л/газа. Скорость запыленных газов в горловине трубы Вентури = 50…70 м/с; при входе в центробежную часть = 20…22 м/с; в цилиндре скруббера = 4,5…5,5 м/с.

 

 

 

Рис. 6.8 .Мокрые золоуловители типа МВ-УО ОРГРЭС (а) и МС-ВТИ (б): 1 – труба Вентури; 2 – сопла орошения; 3 – вход запыленных газов; 4 – подвод жидкости на орошение; 5 – выход очищенных газов; 6 – шламоотстойник; 7 – выход шлама

 

 

В прил. 5. представлен алгоритм расчета мокрых золоуловителей с трубой Вентури. Целью таких расчетов является определение размеров основных составляющих элементов мокрых золоуловителей (диаметр, высота), а также расходы воды на орошение и смыв шлама в отстойник.

 

Сравнительные характеристики мокрых пылеуловителей приведены в табл.6.1.

Таблица 6.1

Сравнительные характеристики мокрых пылеуловителей

Тип пылеуловителя	Скорость газов, м/с	Эффективность улавливания, %	Размеры улавливаемых частиц, мкм	Гидравлическое сопротивление, Па	Расход воды на орошение, л/м3
Полые газопромыватели: –без каплеуловителя –с каплеуловителем	0,6…1,2	85	5…10	200…250	0,5…0,8 0,2…1,0
С неподвижными насадками и с орошением: –противотоком –поперечным		90	2	600…1000	1,3…2,6 0,15…0,5
С подвижными насадками: - форсуночные; –с перегрузкой шаров	5…10	92…95	2	800…1000	0,15…0,6 4…6 1,3…2,6
Тарельчатые	1,0…2,0	95…98	5	800…1000	0,4…0,6
Ударно-инерционные	30…50	98…99	3…4	500…4000	-
Центробежные скрубберы	4,5…5,5	80…92	5	800…1000	0,15…0,3
Центробежные с трубой Вентури: –в центробежном скруббере; –в трубе Вентури	4,5…5,5 50…70	92…96	5	800…1000	0,5 0,12…0,2