Скруббер Вентури
Скруббер Вентури предназначен для эффективного использования энергии высокоскоростного входящего газового потока для распыления жидкости, используемой для очистки газового потока. Этот тип технологии является частью группы средств контроля загрязнения воздуха , называемых мокрыми скрубберами .
Вентури можно использовать для сбора как твердых, так и газообразных загрязняющих веществ, но, хотя площадь поверхности жидкости довольно велика, они более эффективны при удалении частиц, поскольку частицы могут улавливаться при контакте, но газы должны улавливаться путем абсорбции в течение относительно короткого времени воздействия. .
Устройства Вентури также использовались более 100 лет для измерения потока жидкости ( трубки Вентури получили свое название от Джованни Баттиста Вентури , итальянского физика). В конце 1940-х годов Х. Ф. Джонстон [1] , Уильям Джонс, [2] и другие исследователи обнаружили, что они могут эффективно использовать конфигурацию Вентури для удаления частиц из газовых потоков. На рис. 1 показана классическая конфигурация Вентури. [3]
Эжекторный трубах или струйный скруббер Вентури представляет собой устройство для контроля промышленных загрязнений , обычно устанавливаемое на дымовых больших печей , но также может использоваться в любом количестве других вытяжки систем воздуха. Они отличаются от других скрубберов Вентури, что энергия получается за счет распыления жидкости под высоким давлением из сопла, а не потока технологического газа, что позволяет скрубберу также действовать как вакуумный эжектор и протягивать технологический газ через устройство без внешней помощи.
Операция
[ редактировать ]
Скруббер Вентури состоит из трех секций: сужающейся секции, горловины и расширяющейся секции. Входной поток газа поступает в сужающуюся секцию, и по мере уменьшения площади скорость газа увеличивается. Жидкость вводится либо в горловину, либо на вход в сужающуюся часть. Входящий газ, вынужденный двигаться с чрезвычайно высокими скоростями в малом горловом участке, турбулентно смешивается с жидкостью, образуя огромное количество мельчайших капель. Удаление частиц и газа происходит в расширяющейся секции, когда входящий поток газа смешивается с туманом из мельчайших капель жидкости. Затем входящий поток выходит через расширяющуюся секцию, где он вынужден замедляться.
Если жидкость подается выше сужающейся секции и покрывает стенки до горловины, то трубка Вентури описывается как имеющая «мокрую стенку» или «смоченную горловину», как показано на рисунке 2 . Этот метод позволяет смывать находящиеся в потоке частицы, которые могут быть склонны к слеживанию на поверхностях, и снижает механическое истирание частиц, попадающих в горло на высокой скорости. Он очень эффективен для обработки горячих, сухих входящих газов, содержащих пыль или абразивные или коррозийные частицы, таких как печные или печные газы.
Смачивания горловины можно добиться с помощью струи, направленной на стены, или с помощью затвора, окружающего сужающуюся часть, по которой течет вода. Этот метод можно использовать только в источнике нагнетания жидкости, поскольку газ с высокой скоростью отрывает капли от стенок. Жидкость также можно вводить с помощью распылительных форсунок непосредственно в поток газа, и при низких скоростях потока газа это может обеспечить более эффективную работу; в зависимости от применения можно использовать любой или оба метода.
Простые трубки Вентури имеют фиксированные площади горловины и поэтому будут эффективно работать только в определенном диапазоне скоростей потока. Вентури с регулируемым горлом позволяют поддерживать эффективность в гораздо большем диапазоне расходов за счет изменения размера горла в соответствии со скоростью потока газа. Определенные типы отверстий (области горловины), которые создают большую турбулентность, чем настоящая трубка Вентури, оказались одинаково эффективными для заданной единицы потребляемой энергии, и результаты этих исследований привели к разработке кольцевых отверстий или регулируемых отверстий. скруббер Вентури ( рис. 5 ). [3] Размер области горловины варьируется путем перемещения плунжера или регулируемого диска вверх или вниз по горловине, тем самым уменьшая или увеличивая кольцевое отверстие. Газ протекает через кольцевое отверстие и распыляет жидкость, которая распыляется на плунжер или закручивается сверху.
Вентури со смачиваемым горлом и круглыми горловинами ( рис. 2 и 3 ) могут обрабатывать входные потоки длиной до 88 000 м. 3 /ч (40 000 куб. футов в минуту). [4] При более высоких расходах на входе трудно добиться равномерного распределения жидкости, если не используются дополнительные перегородки или перегородки. скрубберы с длинными узкими прямоугольными горловинами ( рис. 4 ). Для обработки больших входных потоков использовались [3] Вентури с прямоугольным горлом часто конструируют так, чтобы его можно было регулировать путем введения в горло подвижных пластин или створок, как показано на рисунке 6 . Водяной спрей используется для постоянного смывания собранного материала с чашки.
Еще одну модификацию можно увидеть в скруббере со стержнем Вентури или стержневой декой. Поместив несколько труб параллельно друг другу, можно создать ряд продольных отверстий Вентури, как показано на рисунке 7 . [3] Область между соседними стержнями представляет собой небольшое отверстие Вентури. Распыление воды помогает предотвратить накопление твердых частиц. Основное распыление жидкости происходит на стержнях, где высокоскоростной газ, движущийся через промежутки, создает мелкие капли, необходимые для сбора мелких частиц. Этот метод может обеспечить очень высокую плотность капель воды в потоке газа из-за очень большого периметра горловины по сравнению с другими типами. Эти стержни должны быть изготовлены из стойкого к истиранию материала из-за высоких скоростей.
Для всех скрубберов Вентури требуется уносящий сепаратор, поскольку высокая скорость газа через скруббер будет иметь тенденцию уносить капли с выходным потоком чистого газа. Циклонные , сетчатые и лопастные сепараторы используются для удаления капель жидкости из дымовых газов и возврата жидкости в воду скруббера.
Эжекторный скруббер Вентури
[ редактировать ]Как и в распылительной башне , в эжекторном скруббере Вентури используется предварительно сформированный распылитель. Однако в эжекторном скруббере Вентури только одно сопло вместо множества сопел используется . Эта форсунка работает при более высоких давлениях и более высоких скоростях впрыска, чем в большинстве распылительных камер. Распылительная форсунка высокого давления (до 689 кПа или 100 фунтов на квадратный дюйм ) направлена на горловину сужения Вентури .
Эжектор Вентури уникален среди существующих систем очистки, поскольку он может перемещать технологический газ без помощи вентилятора или воздуходувки. Струя жидкости, выходящая из сопла, создает частичный вакуум в боковом канале скруббера. Частичный вакуум возникает из-за эффекта Бернулли и аналогичен водяным аспираторам, используемым в химических лабораториях. Этот частичный вакуум можно использовать для перемещения технологического газа через трубку Вентури, а также через технологическую систему предприятия. В случае легкозасоряющихся материалов, взрывоопасных газов или чрезвычайно агрессивных сред удаление вентилятора из системы может избежать многих потенциальных проблем.
Энергия для образования скрубберных капель исходит от впрыскиваемой жидкости. Струи под высоким давлением, проходя через горловину Вентури, образуют многочисленные мелкие капли жидкости, которые обеспечивают турбулентное перемешивание газовой и жидкой фаз. Очень высокие скорости закачки жидкости используются для обеспечения возможности перемещения газа и более высокой эффективности сбора. Как и в случае с другими типами трубок Вентури, необходимо установить средство отделения увлеченной жидкости от газового потока. Сепараторы уноса обычно используются для удаления оставшихся мелких капель.
Сбор частиц
[ редактировать ]
Распыленная жидкость образует огромное количество крошечных капель, на которые могут воздействовать частицы пыли. Эти капли жидкости, содержащие частицы, должны быть удалены из выходного потока скруббера, как правило, с помощью циклонных сепараторов .
Эффективность удаления частиц увеличивается с увеличением перепада давления из-за увеличения турбулентности из-за высокой скорости газа в горловине. Venturis может работать при перепадах давления от 12 до 250 миллибар.
Большинство трубок Вентури обычно работают при перепадах давления в диапазоне от 50 до 150 см (от 20 до 60 дюймов) водного столба. При таких перепадах давления скорость газа в горловине обычно составляет от 30 до 120 м/с (от 100 до 400 футов/с), или примерно 270 миль в час на верхнем пределе. Эти высокие перепады давления приводят к высоким эксплуатационным расходам.
Скорость впрыска жидкости или соотношение жидкости и газа (Ж/Г) также влияет на сбор частиц. Необходимо вводить необходимое количество жидкости, чтобы обеспечить адекватное покрытие области горла жидкостью и компенсировать любые потери на испарение. Если жидкости недостаточно, то и жидких целей не будет достаточно для обеспечения необходимой эффективности захвата.
Большинство систем Вентури работают с соотношением L/G от 0,4 до 1,3 л/м. 3 (от 3 до 10 галлонов/1000 футов 3 ). [4] Соотношение L/G менее 0,4 л/м 3 (3 галлона/1000 футов 3 ), как правило, недостаточно для покрытия горла, и добавление более 1,3 л/м 3 (10 галлонов/1000 футов 3 ) обычно не приводит к значительному повышению эффективности сбора частиц.
Эжекторный скруббер Вентури
[ редактировать ]Эжектор Вентури эффективно удаляет частицы диаметром более 1,0 мкм. Эти скрубберы не используются для удаления частиц субмикронного размера, если только частицы не конденсируются. [5] Сбор частиц происходит в основном за счет ударов, когда выхлопные газы (технологического процесса) проходят через распылитель.
Турбулентность, возникающая в области горловины, также приводит к контакту частиц с влажными каплями и их сбору. Эффективность улавливания частиц увеличивается с увеличением давления в сопле и/или увеличением соотношения жидкость-газ . Увеличение любого из этих двух рабочих параметров также приведет к увеличению падения давления в данной системе. Следовательно, увеличение перепада давления также увеличивает эффективность улавливания частиц. Эжектор Вентури работает с более высоким соотношением L/G, чем большинство других скрубберов твердых частиц (т.е. от 7 до 13 л/м). 3 по сравнению с 0,4-2,7 л/м 3 для большинства других конструкций), а также часто требуют более высокого давления жидкости, особенно если они используются для подачи технологического газа.
Сбор газа
[ редактировать ]
Скрубберы Вентури можно использовать для удаления газообразных загрязняющих веществ; однако они не используются, когда единственной проблемой является удаление газообразных загрязняющих веществ.
Высокие скорости газа на входе в скруббер Вентури приводят к очень короткому времени контакта между жидкой и газовой фазами. Такое короткое время контакта ограничивает поглощение газа . Однако, поскольку трубки Вентури имеют относительно открытую конструкцию по сравнению с другими скрубберами, они по-прежнему очень полезны для одновременного газообразных и твердых удаления частиц, особенно в следующих случаях:
- Масштабирование может быть проблемой
- Во входящем потоке высокая концентрация пыли.
- Пыль липкая или имеет тенденцию забивать отверстия.
- Газообразный загрязнитель хорошо растворим или химически вступает в реакцию с жидкостью.
Чтобы максимизировать поглощение газов, трубки Вентури предназначены для работы в условиях, отличных от тех, которые используются для сбора частиц. Скорости газа ниже, а соотношение жидкость-газ выше для абсорбции.
Для данной конструкции Вентури, если скорость газа уменьшается, то падение давления (сопротивление потоку) также уменьшится, и наоборот. Следовательно, за счет уменьшения перепада давления скорость газа снижается и соответствующее время пребывания увеличивается. Соотношение жидкость-газ для этих применений абсорбции газа составляет примерно от 2,7 до 5,3 л/м. 3 (от 20 до 40 галлонов/1000 футов 3 ). Снижение скорости газа позволяет увеличить время контакта между фазами и улучшить абсорбцию .
Увеличение соотношения жидкость-газ увеличит потенциальную растворимость загрязняющего вещества в жидкости. Вот почему вместо этого часто используется эжекторный скруббер Вентури , хотя другие факторы все же могут привести к выбору типичного скруббера Вентури.
Несмотря на то, что скрубберы Вентури способны в некоторой степени побочно контролировать летучие органические соединения (ЛОС), обычно они ограничиваются контролем твердых частиц ( твердых частиц ) и высокорастворимых или химически активных газов ( EPA, 1992; EPA, 1996 ). [6]
Эжекторный скруббер Вентури
[ редактировать ]Эжектор Вентури имеет короткое время контакта газа с жидкостью, поскольку скорости выхлопных газов через резервуар очень высоки. Такое короткое время контакта ограничивает эффективность абсорбции системы. Хотя эжекторы Вентури не используются в основном для удаления газа, они могут быть эффективны, если газ хорошо растворим или если используется очень реактивный промывочный реагент. В этих случаях может быть достигнута эффективность удаления до 95%. [5]
Рекомендации по техническому обслуживанию
[ редактировать ]
Основной проблемой технического обслуживания скрубберов Вентури является износ или истирание корпуса скруббера из-за высоких скоростей газа. Скорость газа в горле может достигать скорости 430 км/ч (270 миль в час). Частицы и капли жидкости, движущиеся с такой скоростью, могут быстро разрушить корпус скруббера.
Истирание можно уменьшить, облицовав горловину карбидокремниевым кирпичом или установив на него сменную гильзу. Истирание также может произойти после горловины. Чтобы уменьшить истирание, колено в нижней части скруббера (ведущее в сепаратор) можно затопить (т.е. заполнить лужей чистящей жидкости). Частицы и капли воздействуют на лужу жидкости, уменьшая износ корпуса скруббера.
Распространенным методом уменьшения истирания является использование устройства предварительной очистки (например, закалочного распылителя или циклона ) для удаления более крупных и более разрушительных частиц. Это также имеет дополнительное преимущество, снижающее нагрузку частиц, переносимых жидкостью.
Метод впрыска жидкости в горловину Вентури также может вызвать проблемы. Распылительные форсунки используются для распределения жидкости, поскольку они более эффективны (имеют более эффективную форму распыления) для впрыска жидкости, чем водосливы. Однако распылительные форсунки могут легко засориться при рециркуляции жидкости. Для решения этой проблемы можно использовать автоматические или ручные расширители. Однако при тяжелых жидких суспензий рециркуляции (либо вязких, либо содержащих частицы) часто требуется впрыскивание в открытый водослив.
Эжекторный скруббер Вентури
[ редактировать ]Эжектор Вентури подвержен проблемам истирания в зонах высоких скоростей – сопле и горловине. Оба должны быть изготовлены из износостойких материалов из-за высоких скоростей впрыска жидкости и давления в форсунках. Обслуживание насоса, обеспечивающего рециркуляцию жидкости, также очень важно. Кроме того, высокие скорости газа требуют использования сепараторов для предотвращения чрезмерного уноса жидкости. Сепараторы должны быть легко доступны или съемными, чтобы их можно было очистить в случае засорения.
Краткое содержание
[ редактировать ]
Скрубберы Вентури могут иметь самую высокую эффективность улавливания частиц (особенно очень мелких частиц) среди всех систем мокрой очистки .
Они являются наиболее широко используемыми скрубберами, поскольку их открытая конструкция позволяет им удалять большую часть частиц, не забивая и не ошпаривая. Venturis также можно использовать для поглощения загрязняющих газов; однако они не так эффективны для этого, как насадочные или пластинчатые башни.
Скрубберы Вентури были разработаны для улавливания частиц с очень высокой эффективностью улавливания, иногда превышающей 99%. Способность трубок Вентури обрабатывать большие объемы входного воздуха при высоких температурах делает их очень привлекательными для многих отраслей промышленности; следовательно, они используются для сокращения выбросов твердых частиц в ряде промышленных применений. Эта способность особенно желательна для снижения выбросов из цементных печей и для контроля выбросов из конвертерных печей в сталелитейной промышленности, где входящий газ поступает в скруббер при температуре выше 350 °C (660 °F).
Вентури также используются для контроля выбросов летучей золы и диоксида серы из промышленных и коммунальных котлов .
Рабочие характеристики скрубберов Вентури приведены в таблице 1 . [3]
| Таблица 1. Рабочие характеристики скрубберов Вентури | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Загрязнитель | Падение давления (Δp) | Соотношение жидкость-газ (Ж/Г) | Давление жидкости на входе (p L ) | Эффективность удаления | |
| Газы | 13–250 см воды (5–100 дюймов воды) | 2,7-5,3 л/м 3 (20–40 галлонов/1000 футов) 3 ) | < 7–100 кПа (< 1–15 фунтов на квадратный дюйм) | 30-60% на трубку Вентури, в зависимости от растворимости загрязняющих веществ | |
| Частицы | 50–250 см воды (обычно 50–150 см воды) 20–100 дюймов воды (обычно 20–60 дюймов воды) | 0,67-1,34 л/м 3 (5–10 галлонов/1000 футов) 3 ) | 90-99% типично | ||
Эжекторный скруббер Вентури
[ редактировать ]Благодаря открытой конструкции и тому факту, что им не требуется вентилятор, эжекторные трубки Вентури способны перерабатывать широкий спектр коррозийных и/или липких частиц. Однако они не очень эффективны для удаления субмикронных частиц . Их преимущество состоит в том, что они способны справляться с малыми, средними и большими потоками выхлопных газов. Их можно использовать по отдельности или в несколько ступеней, по две или более последовательно, в зависимости от конкретного применения.
Многоступенчатые системы использовались там, где была необходима чрезвычайно высокая эффективность улавливания частиц или газообразных загрязняющих веществ. Многоступенчатые системы обеспечивают увеличение времени контакта газа и жидкости, тем самым повышая эффективность абсорбции.
| Рабочие характеристики эжектора Вентури [7] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Загрязнитель | Падение давления (Δp) | Соотношение жидкость-газ (Ж/Г) | Давление жидкости на входе (p L ) | Эффективность удаления | Приложения |
| Газы | 1,3–13 см воды | 7-13 л/м 3 | 100-830 кПа | 95% для хорошо растворимых газов | Целлюлозно-бумажная промышленность Химическая перерабатывающая промышленность Пищевая промышленность Металлообрабатывающая промышленность |
| Частицы | 0,5-5 дюймов воды | 50–100 галлонов/1000 футов 3 | 15–120 фунтов на квадратный дюйм, ман. | диаметр 1 мкм | |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джонстон, ХФ; Робертс, Миннесота (1 ноября 1949 г.). «Отложение аэрозольных частиц из движущихся газовых потоков». Промышленная и инженерная химия . 41 (11): 2417–2423. дои : 10.1021/ie50479a019 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Джонс, Уильям П. (5 ноября 1949). «Разработка скруббера Вентури». Промышленная и инженерная химия . 41 (11): 2424–2427. дои : 10.1021/ie50479a020 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Jump up to: а б с д и Курс SI 412C: Урок 3 Учебный институт по проблемам загрязнения воздуха Агентства по охране окружающей среды США в сотрудничестве с Университета штата Северная Каролина (NCSU) Инженерным колледжем
- ^ Jump up to: а б Брэди, Дж. Д. и Л. К. Легацки. 1977. Скрубберы Вентури. В П. Н. Черемисинове и Р. А. Янг (ред.), Справочник по контролю и проектированию загрязнения воздуха. Часть 2. Нью-Йорк: Марсель Деккер.
- ^ Jump up to: а б Гилберт, Дж.В., 1977. Очистка дыма с помощью струи Вентури. В П. Н. Черемисинове и Р. А. Янг (ред.), Справочник по контролю и проектированию загрязнения воздуха. Часть 2. Нью-Йорк: Марсель Деккер.
- ^ Центр технологий чистого воздуха Агентства по охране окружающей среды США
- ^ * Учебный институт по вопросам загрязнения воздуха Агентства по охране окружающей среды США, разработанный в сотрудничестве с Инженерным колледжем Университета штата Северная Каролина (NCSU).
Библиография
[ редактировать ]- Компания Андерсон 2000. Скрубберное оборудование Вентури. Техническое руководство с инструкциями по эксплуатации и техническому обслуживанию. Атланта: Компания Андерсон.
- Бетеа, Р.М. 1978. Технология контроля загрязнения воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд.
- Буоникор, Эй-Джей, 1982. Мокрые скрубберы. В Л. Теодоре и А. Дж. Буоникоре (ред.), «Оборудование для контроля загрязнения воздуха, проектирование, выбор, эксплуатация и техническое обслуживание». Энглвуд Клиффс: Прентис-Холл.
- Калверт, С. 1977. Как выбрать скруббер для твердых частиц. Химическая инженерия. 84:133-140.
- Джонстон, Х.Ф. и М.Х. Робертс. 1949. Осаждение аэрозольных частиц из движущихся газовых потоков. Промышленная и инженерная химия. 41:2417-2423.
- Келли, Дж. У., 1978, 4 декабря. Техническое обслуживание скрубберов с лотком Вентури. Химическая инженерия.
- Компания Макилвейн. 1974. Справочник по мокрым скрубберам. Нортбрук, Иллинойс: Компания McIlvaine.
- Ричардс, младший, 1995. Контроль выбросов твердых частиц (курс APTI 413). Агентство по охране окружающей среды США .
- Ричардс, младший 1995. Контроль газовых выбросов. (Курс APTI 415). Агентство по охране окружающей среды США.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Учебные курсы по загрязнению воздуха (с веб-сайта Учебного института по загрязнению воздуха Агентства по охране окружающей среды США)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
