f Очищенный газ |
Удаление пыли в аппаратах мокрой очистки происходит благодаря смачиванию частичек пыли жидкостью. Процесс протекает тем эффективнее, чем больше поверхность контакта фаз между газом и жидкостью, что достигается, например, диспергированием жидкости на капли или газа — на множество пузырей, формирующих пену.
У Суспензия |
Рис. 2.2. Барботажный (пенный) пылеулавливатель: 1 — корпус; 2 — тарелка с перфорацией; 3 — переливной порог; 4 -- слой пены на тарелке |
Среди аппаратов мокрой очистки газов широкое распространение получили пенные пылеулавливатели ЛТИ (рис. 2.2). Они бывают однополочные и двухполочные, с отводом воды через сливное устройство над решеткой и с полным протеканием воды через отверстия решетки (провальные). Аппараты со сливными устройствами позволяют работать при больших колебаниях нагрузки по газу и жидкости. Выбор числа полок зависит главным образом от запыленности газа.
Порядок расчета пенного пылеулавливателя
|
|
1. Выбор расчетной скорости газа.
Скорость газа в аппарате — один из важнейших факторов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей составляет 0,5—3,5 м/с. Но при скоростях больше 2 м/с начинается интенсивный унос брызг и требуется установка брызго-улавливателей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решетки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решетки. Для обычных условий рекомендуется скорость w — = 2 м/с.
2. Определение площади сечения аппарата.
Площадь сечения S (в м2) равна
где QH — расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях, м3/с; w — скорость газа, м/с.
Газопромыватель может быть круглого или прямоугольного сечения. В первом случае обеспечивается более равномерное распределение газа, во втором — жидкости. При выборе аппарата прямоугольного сечения длину и ширину решетки находят с помощью данных по основным размерам аппаратов.
3. Определение расхода поступающей воды.
Для холодных и сильно запыленных газов расход определяется из материального баланса пылеулавливания, для горячих газов — из теплового баланса. В сомнительных случаях выполняют оба расчета и выбирают наибольшее из полученных значений расхода. (Газ считают холодным, если его температура меньше 100 °С.)
Расход поступающей воды L (кг/с) рассчитывают исходя из материального баланса пылеулавливания:
L=Ly+LCJI, (6)
где Ly — расход воды, стекающей через отверстия в решетке (утечка), кг/с; LCJl — расход воды, стекающей через сливной порог, кг/с.
|
|
Величина Ly определяется массовым расходом уловленной пыли Gn (кг/с); концентрацией пыли в утечке Ху (кг пыли/кг воды); коэффициентом распределения пыли между утечкой и сливной водой Кр, выраженным отношением расхода пыли, попадающей в утечку, к общему расходу пыли:
Ly = Gn ■ 5». (7)
Расход уловленной пыли (кг/с) можно определить по соотношению
Gn - Он • с„ • Л, (8)
где сн — начальная концентрация пыли в газе, кг/м3; г\ — заданная степень пылеулавливания, доли единицы.
Коэффициент распределения К находится в диапазоне 0,6—0,8; в расчетах обычно принимают К = 0,7.
Концентрация пыли в утечке изменяется от Ху = 0,2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до Ху = 0,05 (для концентрированных пылей).
Так как в утечку попадает больше пыли, чем в воду, стекающую через сливной порог, то для уменьшения общего расхода воды целесообразно уменьшать величину LCJI. Однако слишком сильная утечка создает неравномерность высоты слоя воды на решетке. Поэтому в расчетах рекомендуется принимать LCJl = Ly. Исходя из этого выражение (6) приводится к виду:
L=2Gn-^. (9)
4. Определение типа решетки.
На этом этапе выбирают тип перфорации (круглые отверстия или щели), диаметр отверстия d0 или ширину ще-
ли Ьт и шаг между ними t. Форму отверстий выбирают исходя из конструктивных соображений, а их размер — исходя из вероятности забивки пылью. Обычно принимают Ьш = 2—4 мм, d0 = 2,-6 мм. Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях w0, которая обеспечит необходимую величину утечки.
При диаметре отверстий dQ = 2—3 мм скорость газа должна составлять 6—8 м/с, а при d0 = 4—6 мм w0 = 10— 13 м/с.
Далее рассчитывают долю свободного сечения решетки S0, отвечающей выбранной скорости:
s«= ^- <10>
где ф — отношение перфорированной площади решетки к площади сечения аппарата (ф = 0,9—0,95).
Исходя из величины SQ определяют шаг t (в м) между отверстиями в зависимости от способа разбивки отверстий на решетке. При разбивке по равностороннему треугольнику
Толщину решетки 5 выбирают по конструктивным соображениям. Минимальному гидравлическому сопротивлению соответствует 5 = 5 мм.
5. Определение высоты слоя пены и сливного порога.
Высоту порога на сливе с решетки устанавливают исходя из создания слоя пены такой высоты, которая обеспечила бы необходимую степень очистки газа.
Первоначально определяют коэффициент пылеулавливания Кп (в м/с):
Кп=т^> (12)
где г\ — заданная степень очистки газа от пыли.
Связь между Кп и высотой слоя пены Н (в м) при улавливании водой гидрофильной пены выражается эмпирическим уравнением
Н = Кп - l,95w + 0,09, (13)
где величины Кп и w имеют размерность м/с. Далее определяют высоту исходного слоя воды на решетке Л0 (в м):
h0 = 1,43 • Я1-67*-0'83. (14)
Высоту порога hn рассчитывают по эмпирической формуле
hn =2,5h0 -0,01763V?, (15)
где / — интенсивность потока на сливе с решетки (в кг/ (м ■ с)), определяемая как
1=^5, (16)
где Ьс — ширина сливного отверстия. При прямоугольном сечении аппарата Ьс равна ширине решетки.
Пример расчета пенного пылеулавливателя Рассчитать пенный аппарат для очистки 48 000 м3/ч
газа от гидрофильной, не склонной к слипанию пыли.
Температура газа — 60 °С. Запыленность газа на входе в
аппарат сн = 0,008 кг/м3. Требуемая степень очистки х\ =
= 0,99. Очистка производится водой.
Решение
Выбираем газоочиститель системы ЛТИ и принимаем рабочую скорость газа (на все сечение аппарата) w = 2 м/с.
Рассчитываем по формуле (5) площадь сечения аппарата:
с - 48 000 _, (-п т
s ~ збоо~1 - 6'67 м ■
Площадь сечения аппарата по каталогу ЛТИ: S = 2,\ ■ 3,48 = 7,3 м2.
Фактическая скорость газа:
w _ 48 000 _, ю 2
w ~ збооТз ' № м •
Определяем по формуле (8) расход уловленной пыли:
G" = 48 00° з°боо08 °'" =0'106кг/с-
Принимаем коэффициент распределения Кр = 0,7 и концентрацию пыли в утечке Ху = 0,15 кг пыли/кг воды. Тогда расход поступающей воды по формуле (9) составит
|
|
L = 2'°'01(fs-0'7 = 0,989 кг/с.
Выберем решетку с круглыми отверстиями диаметром d0 = 4 мм. Тогда скорость газа в отверстиях должна быть равна w0 = 10 м/с. По выражению (10) доля свободного сечения решетки SQ при ср = 0,95 равна
Если принять, что отверстия располагаются по равностороннему треугольнику, то шаг между отверстиями в соответствии с формулой (11) составит
' = 0'004](Ш2 =0'0087м-
Толщину решетки 8 примем равной 5 мм. Определим по уравнению (12) коэффициент скорости пылеулавливания:
к = 2 0,99 1,82 =, S7 -
*п 2-0,99 3'57 М/С-
Тогда высота слоя пены на решетке в соответствии с уравнением (13) равна
#= 3,57 - 1,95 • 1,82 + 0,09 = 0,11 м. ПО
Высоту исходного слоя воды на решетке рассчитываем по формуле (14):
Л0 = 1,43 • О, И1'67 • 1,82-°*83 = 0,0218 м.
Интенсивность потока на сливе с решетки найдем по соотношению (16):
1 = Т^ГД =°'142кгАм-с)-Высота сливного порога по формуле (15) будет равна
/гп = 2,5 • 0,0218 - 0,0176Vo,1422 = 0,05 м.