Инженерное решение
Расчёт скруббера Вентури для высокотемпературных газов
Стандартный насадочный скруббер не выдерживает газы температурой выше 100 °C — пластик деформируется, насадка оплавляется. Скруббер Вентури с предохлаждением решает задачу очистки горячих дымовых газов.
Проблема
Дымовые газы от печей, инсинераторов и котлов имеют температуру 150–400 °C. Насадочный скруббер из PP рассчитан на температуру до 80–95 °C. Прямой контакт горячего газа с пластиком приводит к деформации корпуса и оплавлению насадки в течение часов.
Скруббер Вентури vs насадочный
| Параметр | Насадочный скруббер | Скруббер Вентури |
|---|---|---|
| Температура газов на входе | до 80 °C (PP), до 140 °C (PVDF) | до 400 °C (с предохлаждением) |
| Степень очистки от газов | 90–99% | 70–95% |
| Улавливание пыли | слабое (> 50 мкм) | хорошее (> 1 мкм) |
| Перепад давления | 200–800 Па | 2 000–10 000 Па |
| Расход орошающей жидкости | 1,5–3 л/м³ | 0,5–2 л/м³ |
| Габариты | Большие (высота насадки) | Компактные |
| Обслуживание | Замена насадки 1 раз/2–3 года | Замена горловины 1 раз/1–2 года |
Принцип работы Вентури
Загрязнённый газ разгоняется в сужающейся горловине до 60–150 м/с. В зону максимальной скорости впрыскивается орошающая жидкость. Турбулентность дробит жидкость на капли 10–100 мкм, которые захватывают частицы пыли и растворяют газовые загрязнители. В расширяющемся диффузоре скорость падает, капли укрупняются и отделяются в каплеуловителе.
Схема с предохлаждением
Для газов > 100 °C перед пластиковым скруббером устанавливается секция предохлаждения:
- Квенч-камера (закалка). Стальной или керамический корпус. Горячий газ орошается водой через форсунки. Температура снижается с 300–400 °C до 60–80 °C за доли секунды. Расход воды: 0,5–1,5 л/м³ газа
- Скруббер Вентури (PP/PVDF). Основная очистка от пыли и кислотных газов. Горловина — сменный элемент из PP-H или PVDF
- Каплеуловитель (PP). Циклонный или жалюзийный сепаратор. Удаляет капли > 10 мкм
- Вытяжной вентилятор. Создаёт разрежение во всей системе. Мощность определяется общим перепадом давления
Расчёт предохлаждения
Объём воды для снижения температуры газа от T₁ до T₂:
- Формула: G_воды = G_газа × C_газа × (T₁ – T₂) / (r + C_воды × (T₂ – T_воды))
- Где r = 2 260 кДж/кг (теплота испарения воды), C_газа ≈ 1,0 кДж/(кг·°C)
- Пример: газ 300 °C, расход 5 000 м³/ч (~1,8 кг/с), охлаждение до 70 °C
- G_воды = 1,8 × 1,0 × (300 – 70) / (2260 + 4,2 × (70 – 15)) = 1,8 × 230 / 2491 ≈ 0,17 кг/с ≈ 610 л/ч
Расчёт горловины Вентури
- Скорость в горловине: 60–120 м/с (типично 80 м/с для пыли, 100–120 м/с для субмикронных частиц)
- Сечение горловины: S = Q / V, где Q — расход газа (м³/с), V — скорость (м/с)
- Пример: Q = 5 000 м³/ч = 1,39 м³/с, V = 80 м/с → S = 0,017 м² → Ø горловины ≈ 150 мм
- Перепад давления: ΔP = 0,5 × ρ × V² × ξ, где ξ ≈ 0,5–0,8. Для 80 м/с: ΔP ≈ 2 000–3 200 Па
Типичные ошибки
- Отсутствие квенча. Подача газа 150 °C напрямую в PP-скруббер — деформация через 2–4 часа
- Недостаточный расход орошения. Неполное охлаждение → локальный перегрев стенок
- Забитый каплеуловитель. Вынос агрессивного аэрозоля в атмосферу
- Отсутствие контроля pH орошающей жидкости. Закисление раствора → падение эффективности абсорбции
Нормативная база
- ГОСТ Р 57256-2016 — Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
- СП 60.13330.2020 — Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
- DVS 2205 — Расчёт ёмкостей и аппаратов из термопластов