Скруббер Вентури предназначен для эффективного использования энергии из потока высокой скорости газа на вход , чтобы распылить жидкость , используемые , чтобы вычистить газовый поток. Этот тип технологии является частью группы средств контроля загрязнения воздуха, которые вместе именуются мокрыми скрубберами .
Вентури можно использовать для сбора как твердых частиц, так и газообразных загрязнителей, но, несмотря на то, что площадь поверхности жидкости довольно велика, они более эффективны при удалении частиц, поскольку частицы могут быть захвачены при контакте, но газы должны улавливаться путем абсорбции в течение относительно короткого времени воздействия .
Устройства Вентури также использовались более 100 лет для измерения расхода жидкости ( трубки Вентури получили свое название от итальянского физика Джованни Баттиста Вентури ). 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 рисунке 1 показана классическая конфигурация трубки Вентури. [3]
Операция [ править ]
Скруббер Вентури состоит из трех секций: сходящейся секции, секции горловины и расширяющейся секции. Входящий газовый поток входит в сужающуюся секцию, и по мере уменьшения площади скорость газа увеличивается. Жидкость вводится либо в горловину, либо на входе в сужающуюся секцию. Входящий газ, вынужденный двигаться с чрезвычайно высокими скоростями в небольшой горловине, турбулентно смешивается с жидкостью, образуя огромное количество очень маленьких капель. Удаление частиц и газа происходит в расширяющейся части, когда входящий газовый поток смешивается с туманом из крошечных капель жидкости. Затем входящий поток выходит через расширяющуюся секцию, где он вынужден замедляться.
Если жидкость вводится выше сужающейся секции и покрывает стенки до горловины, тогда Вентури описывается как имеющая «влажную стенку» или «смоченную горловину», как показано на рисунке 2 . Этот метод позволяет смывать частицы в потоке, которые могут быть склонны к слеживанию на поверхности, и снижает механическое истирание частиц, ударяющихся о горловину с высокой скоростью. Он очень эффективен для работы с горячими, сухими входящими газами, которые содержат пыль или абразивные или коррозионные частицы, такие как печные или печные газы.
Смачивание горловины может быть достигнуто с помощью струи, направленной на стенки, или с помощью водослива, окружающего сужающуюся часть, через которую течет вода. Этот метод может использоваться только в источнике впрыска жидкости, так как газ с высокой скоростью срезает капли со стенок. Жидкость также можно вводить с помощью распылительных форсунок непосредственно в поток газа, и для низких скоростей потока газа это может обеспечить более эффективную работу, в зависимости от области применения можно использовать любой или оба метода.
Простые трубки Вентури имеют фиксированную площадь горловины и поэтому будут эффективно работать только в определенном диапазоне скоростей потока. Вентури с регулируемым горлом позволяет поддерживать эффективность в гораздо большем диапазоне потоков за счет изменения размера горловины в соответствии с расходом газа. Определенные типы отверстий (участков горловины), которые создают большую турбулентность, чем настоящая трубка Вентури, оказались одинаково эффективными для данной единицы потребляемой энергии, и результаты этих открытий привели к разработке кольцевых отверстий или регулируемых отверстий. скруббер Вентури ( Рисунок 5 ). [3]Размер области горловины изменяется путем перемещения плунжера или регулируемого диска вверх или вниз в горловине, тем самым уменьшая или увеличивая кольцевое отверстие. Газ проходит через кольцевое отверстие и распыляет жидкость, которая разбрызгивается на поршень или закручивается сверху.
Вентури с мокрым горлом и круглыми горловинами ( рис. 2 и 3 ) могут обрабатывать входные потоки до 88 000 м 3 / ч (40 000 куб. Футов в минуту ) ( Brady and Legatski 1977 ). При больших расходах на входе добиться равномерного распределения жидкости сложно, если не используются дополнительные водосливы или перегородки. Для обработки больших входных потоков использовались скрубберы с длинными узкими прямоугольными отверстиями ( рис. 4 ). [3] Прямоугольную трубку Вентури часто можно регулировать путем введения в горловину движущихся пластин или заслонок, как показано на рисунке 6 . Спрей для промывки водой используется для непрерывной смывки собранного материала с планшета.
Еще одну модификацию можно увидеть в скруббере со штангой Вентури или штангой. Путем размещения ряда труб параллельно друг другу можно создать ряд продольных отверстий Вентури, как показано на рисунке 7 . [3] Область между соседними стержнями представляет собой небольшое горло Вентури. Распыление воды помогает предотвратить скопление твердых частиц. Основное распыление жидкости происходит на стержнях, где газ с высокой скоростью, движущийся через промежутки, создает мелкие капли, необходимые для сбора мелких частиц. Этот метод может производить капли воды с очень высокой плотностью 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 наличия высоких скоростей.
Для всех скрубберов Вентури требуется сепаратор уноса, поскольку высокая скорость газа, проходящего через скруббер, будет иметь тенденцию уносить капли с выходящим потоком чистого газа. Циклонные , сетчатые и лопастные сепараторы используются для удаления капель жидкости из дымового газа и возврата жидкости в воду скруббера.
Эжекторный скруббер Вентури [ править ]
Эжекторный скруббер Вентури переключает источник энергии смешивания с газового потока на скрубберную жидкость. В этой установке жидкость может распыляться с достаточно высокой скоростью и объемом, чтобы пропустить технологический газ через устройство без посторонней помощи.
Сбор частиц [ править ]
Распыленная жидкость образует огромное количество крошечных капелек, на которые частицы пыли могут удариться. Эти жидкие капли, содержащие частицы, должны быть удалены из выходящего потока скруббера, как правило, с помощью циклонных сепараторов .
Эффективность удаления частиц увеличивается с увеличением падения давления из-за повышенной турбулентности из-за высокой скорости газа в горловине. Venturis может работать при перепаде давления от 12 до 250 миллибар.
Большинство Вентури обычно работают при перепаде давления в диапазоне от 50 до 150 см (от 20 до 60 дюймов) водяного 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 закачки жидкости или отношение жидкости к газу (L / G) также влияет на сбор частиц. Необходимо впрыснуть необходимое количество жидкости, чтобы обеспечить адекватное покрытие жидкостью области горла и восполнить любые потери от испарения. Если жидкости недостаточно, то жидких мишеней будет недостаточно для обеспечения требуемой эффективности улавливания.
Большинство систем Вентури работают с отношением L / G от 0,4 до 1,3 л / м 3 (от 3 до 10 галлонов / 1000 фут 3 ) ( Brady and Legatski 1977 ). Соотношение L / G менее 0,4 л / м 3 (3 галлона / 1000 фут 3 ) обычно недостаточно для покрытия горловины, а добавление более 1,3 л / м 3 (10 галлон / 1000 фут 3 ) обычно не дает значительного улучшения. эффективность улавливания частиц.
Сбор газа [ править ]
Скрубберы Вентури могут использоваться для удаления газообразных загрязнителей; однако они не используются, когда единственной проблемой является удаление газообразных загрязнителей.
Высокие скорости газа на входе в скруббер Вентури приводят к очень короткому времени контакта между жидкой и газовой фазами. Это короткое время контакта ограничивает поглощение газа . Однако, поскольку скрубберы Вентури имеют относительно открытую конструкцию по сравнению с другими скрубберами, они по-прежнему очень полезны для одновременного удаления газообразных загрязняющих веществ и твердых частиц , особенно когда:
- Масштабирование могло быть проблемой
- Высокая концентрация пыли во входящем потоке
- Пыль липкая или может забивать отверстия.
- Газообразный загрязнитель хорошо растворяется или химически реагирует с жидкостью.
Чтобы максимально увеличить поглощение газов, Вентури разработаны для работы в условиях, отличных от условий, используемых для сбора частиц. Скорости газа ниже, а отношение жидкости к газу выше для абсорбции.
Для данной конструкции Вентури, если скорость газа уменьшается, падение давления (сопротивление потоку) также будет уменьшаться, и наоборот. Следовательно, за счет уменьшения падения давления скорость газа уменьшается, а соответствующее время пребывания увеличивается. Отношение жидкости к газу для этих применений абсорбции газа составляет приблизительно от 2,7 до 5,3 л / м 3 (от 20 до 40 галлонов / 1000 фут 3 ). Уменьшение скорости газа позволяет увеличить время контакта между фазами и улучшить абсорбцию .
Увеличение отношения жидкости к газу увеличит потенциальную растворимость загрязнителя в жидкости. Вот почему вместо этого для этой цели часто используется эжекторный скруббер Вентури , хотя другие факторы все же могут привести к выбору типичного скруббера Вентури.
Хотя скрубберы Вентури способны к некоторому случайному контролю над летучими органическими соединениями (ЛОС), они обычно ограничены контролем PM ( твердых частиц ) и газов с высокой растворимостью или химически активных газов ( EPA, 1992; EPA, 1996 ). [4]
Рекомендации по обслуживанию [ править ]
Основная проблема технического обслуживания скрубберов Вентури - износ или истирание кожуха скруббера из-за высоких скоростей газа. Скорость газа в горловине может достигать 430 км / ч (270 миль / ч). Частицы и капли жидкости, движущиеся с такой скоростью, могут быстро разрушить оболочку скруббера.
Истирание можно уменьшить, облицевав горловину кирпичом из карбида кремния или установив сменную облицовку. Истирание также может происходить за горловиной. Чтобы уменьшить абразивный износ, колено в нижней части скруббера (ведущее в сепаратор) может быть затоплено (т.е. заполнено лужей промывочной жидкости). Частицы и капли ударяются о лужу жидкости, снижая износ корпуса скруббера.
Общий метод , чтобы помочь уменьшить истирание заключается в использовании предварительной очистки (например, закалочные спрей или циклон ) , чтобы удалить крупные и более повреждающие частицы. Это также имеет дополнительное преимущество, уменьшающее количество частиц, переносимых жидкостью.
Метод впрыска жидкости через горловину Вентури также может вызвать проблемы. Распылительные форсунки используются для распределения жидкости, потому что они более эффективны (имеют более эффективную форму распыления) для впрыска жидкости, чем водосливы. Однако распылительные форсунки могут легко забиться при рециркуляции жидкости. Для решения этой проблемы можно использовать автоматические или ручные развертки. Однако при рециркуляции тяжелых жидких суспензий (вязких или содержащих частицы) часто требуется закачка через водослив.
Резюме [ править ]
Скрубберы Вентури могут иметь самую высокую эффективность улавливания частиц (особенно для очень мелких частиц) среди всех систем мокрой очистки .
Они являются наиболее широко используемыми скрубберами, поскольку их открытая конструкция позволяет удалять большинство частиц без забивания и ожогов. Вентури 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 труб Вентури справляться с большими объемами впуска при высоких температурах делает их очень привлекательными для многих отраслей промышленности; следовательно, они используются для уменьшения выбросов твердых частиц в ряде промышленных применений. Эта способность особенно желательна для сокращения выбросов из цементных печей и для контроля выбросов из кислородных печей в сталелитейной промышленности, где входящий газ поступает в скруббер при температурах 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 жидкости и газа (л / 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 кв. 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 | ||
См. Также [ править ]
- Эжекторный скруббер Вентури
- Эффект Вентури
Библиография [ править ]
- Компания Андерсон 2000. Очистное 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.
- Брэди, JD и LK Legatski. 1977 г. Скрубберы Вентури. В П.Н. Черемисинов и Р.А. Янг (ред.), Справочник по контролю за загрязнением воздуха и проектированию. Часть 2. Нью-Йорк: Марсель Деккер.
- Buonicore, AJ 1982. Мокрые скрубберы. В Л. Теодоре и А.Дж. Буоникоре (редакторы), Оборудование для контроля загрязнения воздуха, проектирование, выбор, эксплуатация и техническое обслуживание. Энглвудские скалы: Прентис-холл.
- Калверт, С. 1977. Как выбрать скруббер для твердых частиц. Химическая инженерия. 84: 133-140.
- Джонстон, Х.Ч. и М. Х. Робертс. 1949. Осаждение аэрозольных частиц из движущихся газовых потоков. Промышленная и инженерная химия. 41: 2417-2423.
- Kelly, JW 1978, 4 декабря. Техническое обслуживание скрубберов с тарелкой Вентури. Химическая инженерия.
- Компания McIlvaine. 1974. Справочник по мокрому скрубберу. Нортбрук, Иллинойс: Компания McIlvaine.
- Ричардс, младший, 1995. Контроль выбросов твердых частиц (курс APTI 413). Агентство по охране окружающей среды США .
- Ричардс, Дж. Р. 1995. Контроль газовых выбросов. (Курс APTI 415). Агентство по охране окружающей среды США.
Ссылки [ править ]
- ^ Джонстон, ВЧ; Робертс, Миннесота (1949-11-01). «Осаждение аэрозольных частиц из движущихся газовых потоков». Промышленная и инженерная химия . 41 (11): 2417–2423. DOI : 10.1021 / ie50479a019 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Джонс, Уильям П. (1949-11-05). «Разработка скруббера Вентури». Промышленная и инженерная химия . 41 (11): 2424–2427. DOI : 10.1021 / ie50479a020 . ISSN 0019-7866 .
- ^ a b c d e Курс SI 412C: Урок 3 Учебный институт по загрязнению воздуха Агентства по охране окружающей среды США в сотрудничестве с Инженерным колледжем Университета Северной Каролины (NCSU)
- ^ Центр технологий чистого воздуха Агентства по охране окружающей среды США
Внешние ссылки [ править ]
- Учебные курсы по загрязнению воздуха (с веб-сайта Учебного института по загрязнению воздуха Агентства по охране окружающей среды США)
