Расчет скрубберов Вентури

Определение эффективности. В настоящее время наиболее часто расчет эффективности проводят на основе энергетического метода

Определение гидравлического сопротивления. Потеря давления в трубе Вентури зависит от скорости газов в горловине w_г и удельного расхода воды m и определяется как сумма двух слагаемых:

Dр_о = Dр_с + Dр_ж, (8.24)

где Dр_с — гидравлическое сопротивление сухой трубы {без орошения), исчисляемое по известной формуле

, (8.25)

Здесь x_с — коэффициент сопротивления сухой трубы (круглого и прямоугольного сечения). При длине горловины l_г = 0,15 d_2; x_с = 0,12÷0,15; w_г — скорость газа в горловине трубы при рабочих условиях, м/с; r_г—плотность газа при рабочих условиях, кг/м³.

Для труб круглого или прямоугольного сечений с удлиненной горловиной в пределах 10·d₂> l_г >15·d₂ и скоростей в горловине до 150 м/с коэффициент сопротивления

, (8.26)

где Ма — число Маха; Ma = w₂/w_зв, здесь w_зв — скорость звука.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости, подсчитывают по формуле

, (8.27)

Коэффициент x_ж определяют из выражения

, (8.28)

где А и (1+В) — эмпирические коэффициенты (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Значения коэффициентов А и (1 + В)

Выбор и расчет каплеуловителей. Наиболее часто в качестве каплеуловителей применяют прямоточные циклоны или центробежные скрубберы системы ВТИ. Необходимый диаметр каплеуловителя выбирают исходя из условной скорости в циклоне w_ц, которая должна находиться в пределах 2,5—4,5 м/с и объемного расхода газа V_г:

(8.29)

Активная высота каплеуловителя H_ц в зависимости от скорости газа в циклоне принимается равной:

Гидравлическое сопротивление каплеуловителя

(8.30)

Для прямоточного циклона x = 30÷33, для циклона типа ЦН-24 с разрывом в выхлопной трубе x = 70 в циклоне принимается равной плотности газа на выходе из трубы Вентури.

Таким образом, общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури Dр_о равно сумме сопротивлений трубы Вентури Dр_т и каплеуловителя Dр_к

Dр_о = Dр_т + Dр_к. (8.31)

Унифицированные типоразмерные ряды скрубберов Вентури Аэродинамически оптимальными являются следующие соотношения размеров труб Вентури круглого сечения, в соответствии с которыми эти трубы нормализованы (см. рис. 8.5, б): длина горловины l₂ = 0,I5·d₂ (d₂ — диаметр горловины); угол сужения конфузора α₁ = 25÷28, длина конфузора l₁ = (d₁ – d₂)/2·tg(α₁/2),угол расширения диффузора α₂ = 6÷8^o, длина диффузора l₃ = (d₃ – d₂)/2·tg(α₂/2), диаметры входного и выходного сечений конфузора и диффузора d₁ и d₃ принимают равными диаметрам подводящего и отводящего трубопроводов.

Однако в промышленности при малых скоростях газа и мелкодисперсной пыли иногда применяют трубы Вентури с удлиненной горловиной l₂ = (3÷5)·d₂, что обеспечивает повышенную эффективность.

Для очистки запыленных технологических газов НИИОгазом разработаны два типоразмерных ряда скрубберов Вентури: ряд прямоточных высоконапорных аппаратов типа ГВПВ (газопромыватели Вентури, прямоточные, высоконапорные) (рис. 8.11) и ряд кольцевых аппаратов с регулируемым сечением горловины типа СВ. Для обоих типов аппаратов концентрация пыли на входе не должна превышать 30 г/м³, а температура 400 °С.

Рис. 8.11. Труба Вентури типа ГВПВ: 1 — диффузор,; 2 — горловина; 3 — конфузор; 4 — подвод орошающей жидкости.

В основу типоразмерного ряда ГВПВ положены нормализованная труба круглого сечения с указанными выше соотношениями размеров и малогабаритный прямоточный циклон типа КЦТ (рис. 8.12). Подача орошающей жидкости производится в конфузор трубы Вентури с помощью одной или нескольких цельнофакельных форсунок. Удельный расход воды может изменяться от 0,5 до 2,5 дм³/м³, а величина гидравлического сопротивления от 6 до 12 кПа. Скорость газа в каплеуловителе 4—5,6 м/с; при этом его гидравлическое сопротивление составляет порядка 350 Па, а конечная концентрация капельной влаги находится в пределах 20—40 мг/м³. При эксплуатации труба Вентури может устанавливаться в любом положении (вертикально, горизонтально, наклонно). Основные технические данные ряда ГВПВ приведены в табл. 8.2 и 8.3, а эксплуатационные показатели на рис. 8.13.

Рис. 8.12. Каплеуловитель типа КЦТ: 1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 - выходной патрубок.

Рис. 8.13. Производительность труб Вентури типа ГВПВ при различном гидравлическом сопротивлении; а — 6 кПа; 6 — 8 кПа; в — 10 кПа; г — 12 кПа.

Таблица 8.2.Технические характеристики аппаратов типа ГВПВ

Таблица 8.3Технические характеристики циклона типа КЦТ

Унифицированный типоразмерный ряд скрубберов Вентури типа СВ с кольцевым сечением горловины объединяет аппараты двух модификаций. Первая модификация (рис. 8.14) охватывает четыре типоразмера аппаратов производительностью от 2 до 50 тыс. м³/ч. В аппаратах этой модификации предусмотрена регулировка сечения горловины с помощью перемещения вверх и вниз конического обтекателя с углом раскрытия 7°. Труба-распылитель имеет на диффузоре закручивающую поток розетку и устанавливается внутри центробежного каплеуловителя. Максимальное сечение горловины — при нижнем положении обтекателя, минимальное — при верхнем. Орошающая жидкость подается через форсунку с рассекающим конусом, установленную на уровне верхней кромки конфузора. Требуемый уровень гидравлического сопротивления обеспечивается за счет изменения скорости газа в кольцевой горловине в пределах 100—200 м/с и удельного расхода жидкости от 0,5 до 3,5дм³/м³. Вторая модификация кольцевых скрубберов Вентури имеет эллиптический (плоский) обтекатель и рассчитана на производительность от 50 до 500 тыс. м³/ч. Скруббер Вентури комплектуется из трубы-распылителя с регулируемым сечением горловины и отдельно стоящих (одного или двух) циклонов-каплеуловителей (рис. 8.15). В качестве каплеуловителя используется циклон с нижним подводом газа и концентрически расположенным в нижней части коническим центробежным завихрителем. Подача орошающей жидкости производится в конфузор трубы Вентури с помощью эвольвентных форсунок, равномерно распределенных по периметру конфузора. Изменение гидравлического сопротивления аппарата от 4 до 12 кПа обеспечивается регулировкой скорости газа в сечении горловины от 80 до 180 м/с и изменением удельного расхода жидкости в пределах 0,5—3 дм³/м³. Основные технические характеристики кольцевых скрубберов Вентури типа СВ приведены в табл. 8.4.

Рис. 8.14. Скруббер Вентури типа СВ с коническим обтекателем: 1 — форсунка; 2— конфузор; 3— горловина; 4 — регулирующий конический обтекатель; 5 — диффузор; 6 —направляющий патрубок; 7 — центробежный завихритель; 8 — корпус каплеуловителя; 9 — люк.

Рис. 8.15. Скруббер Вентури типа СВ с эллиптическим (плоским) обтекателем: 1 — труба-распылитель; 2 — регулирующая вставка с эллиптическим обтекателем; 3 — циклон-каплеуловитель; 4 — конический центробежный завихритель.

Таблица 8.4. Технические характеристики кольцевых скрубберов Вентури типа СВ-Кк

Типоразмер	Объем очищаемых газов тыс м3/ч	Труба Вентури	Каплеуловитель	Масса, т
Диаметр, мм	Ход обтекателя, мм	число	Диа-метр, м	Скорость, м/с
Макс.	Мин.
СВ-Кк-150/90-800			150/90			0,8	5,0/1,4	1,1
СВ-Кк-210/120-1200			210/120			1,2	5,0/2,3	1,9
СВ-Кк-300/180-1600			300/180			1,6	5,0/2,5	3,7
СВ-Кк-400/250-2200			400/250			2,2	5,0/3,0	6,6
СВ-Кк-900/820-1600			900/820			1,6	11,0/6,9	8,1
СВ-Кк-1020/920-2000			1020/920			2,0	10,6/7,1	10,7
СВ-Кк-1150/1020-2400			1150/1020			2,4	11,0/7,4	14,2
СВ-Кк-1380/1120-2000			1380/1220			2,0	10,6/7,1	20,0
СВ-Кк-1620/1420-2400			1620/1420			2,4	10,4/7,4	27,0
СВ-Кк-1860/1620-2800			1860/1620			2,8	11,3/7,7	34,0
1 В числителе — горловины, в знаменателе — обтекателя. 2 В числителе — максимальная, в знаменателе — минимальная.

Скрубберы типа МС-ВТИ. Центробежные скрубберы си­стемы ВТИ предназначены для улавливания золы после паровых котлов энергоблоков мощностью до 200 МВт. В скрубберах Вентури типа МС-ВТИ (рис. 8.16) мокропрутковая решетка заменена трубой Вентури, установленной на входном тангенциально расположенном патрубке центробежного скруббера. Углы раскрытия диффузора и конфузора трубы-распылителя приняты соответственно равными 12 и 60°. Перед конфузором имеется цилиндрический участок, рассчитанный на скорость газа порядка 20 м/с. Наклон трубы-распылителя к горизонту 8° обеспечивает сток воды в корпус центробежного скруббера. Ряд скоростных золоуловителей разработан ВТИ (табл. 8.5).

Рис 8.16. Скоростной золоуловитель типа МВ-ВТИ: 1 — каплеуловитель; 2 — труба - распылитель; 3 — форсунки.

Таблица 8.5. Технические характеристики скоростных золоуловителей типа МС-ВТИ

В скоростных золоуловителях типа МС-ВТИ скорость газов в горловине трубы распылителя составляет 50—55 м/с, удельный расход воды в трубе Вентури 0,12—0,18 дм³/м³, гидравлическое сопротивление аппарата 0,8—1,1 кПа; степень очистки газов от золы 95—97%- Удельный расход электроэнергии на очистку газов 1,2—1,5 мДж/(ч·м³), а удельная стоимость аппарата 70—110 руб./(1000 м³·ч).

Для расчета аппаратов типа МС-ВТИ разработана специальная методика [6], однако эффективность можно определить применяя энергетический метод. При расчете гидравлического сопротивления аппарата коэффициент сопротивления можно принимать равным для трубы Вентури 0,25—0,4 (отнесен к скорости в горловине) и для каплеуловителя 2—3 (отнесен к скорости входа).