Расчет скрубберов ударного действия типа ПВМ

Расчеты характеристик скрубберов ПВМ с определением степени очистки обрабатываемых газов выполняются в следующем порядке:

1. По заданному расходу газовых выбросов из табл. 5.18 [1] подбирается типоразмер промывателя и определяется расход газов W / l, м³/(с·м), на 1 м. длины перегородки l. Ориентировочно величину удельного расхода можно принимать в пределах 0,6…2,5 м³/(с·м).

Принимаем промыватель ПВМ-40 с двумя перегородками длиной по 4 м. Так как расход дымовых газов велик, принимаем к проектированию 2 одинаковых скруббера ПВМ с расходом W = 16,11 м³/с в каждой.

Удельный расход газов на 1 м длины перегородки составит:

W / l = 16,11 / 8 = 2,01 м³/(с·м)

находится в пределах рекомендуемых значений.

2. Рассчитаем гидравлическое сопротивление промывателя по эмпирической формуле:

Δр = g · [10³ · Δ + 90 · (W / l)^0,5], Па (26)

где: Δ – расстояние от низа перегородки l до верхнего уровня воды, м. При улавливании среднедисперсной пыли значение Δ принимается в пределах 20…60мм.

Тогда

Δр = 9,81 · [10³ · 0,02 + 90 · (2,01)^0,5] = 9,81·[20+127,59]=1447,9 Па

Принимаем к установке вентилятор Ц4 – 76 №10.

3. По использованной ранее формуле определяется параметр осаждения частиц газа в пылеуловителе. Исходя из опытных данных [1] для Δ = 20 мм: D₅₀ = 1,5 мкм, lg σ_η = 0,17 ,D_m=180мкм, σ_η = 7.

4. Определяется параметр осаждения х и находится соответствующее ему значение интеграла вероятности Ф(х):

Ф(2,24) = 99,18 %

Кроме того, коэффициент очистки определяется из показаний вероятностно-логарифмической сетки (линия 5).

lg d_15,9 = lg σ_η + lg d₅₀ = 0,17 + lg 1,5 = 0,346

d_15,9 = 2,21

Из графика по линии степени осаждения находим значения фракционных коэффициентов очистки η_р.

Таблица 15

Dp, мкм	3,15	8,15		20,5	32,5
g		0,94	0,90	0,87	0,81	0,72	0,58
Δg	0,06	0,04	0,03	0,06	0,09	0,14	0,58
	0,975

По фракционным коэффициентам и дисперсному составу загрязнителя подсчитывается полный коэффициент очистки:

η_tot = 0,06 · 0,975 + 0,04 · 1 + 0,03 · 1 + 0,06 · 1 + 0,09 · 1 +

+ 0,14 · 1 + 0,58 · 1 = 0,999

Полный коэффициент очистки

Степень очистки пылегазовоздушной смеси в скруббере ПВМ велика, т.е. данный вид очистного устройства можно использовать для первой ступени очистки. Однако в случае использования ПВМ возникает необходимость содержать водяное хозяйство, что влечет за собой увеличение энергозатрат, необходимость водоснабжения и водоотведения от аппарата. Поэтому необходимо более тщательно рассмотреть возможности аппаратов сухой очистки.

Расчет мокрых скруберов.

1. Предварительно принимаем скорость газового потока w = 2 м/с. Принимаем к установке в аппарате щелевые провальные тарелки с живым сечением

0,25 м²/м². Принимаем ширину щелей b = 0,005 м. Вычислим ориентировочный диаметр аппарата:

(2.1)

Принимаем длину медианной щели lm на 0,01 м меньше диаметра аппарата: lm = 1,22 м. определяем по формуле конструктивный параметр χ:

(2.2)

χ = 0,785 ⋅ 1,2² ⋅ 0,25 / (1,22 ⋅ 0,005) ≅ 46,3.

Экстраполируя данные таблицы 5.17стр.207[1], находим необходимое число щелей N = 60. определяем шаг δ и расстояние b₁ между щелями по формулам 2.3, 2.4 :

(2.3)

(2.4)

δ = 1,22 / 60 = 0,0203 м = 20 мм;

b₁ = 0,0203 – 0,005 = 0,025 м = 25 мм.

общая длина всех щелей составит в соответствии с формулой (2.5):

(2.5)

l_tot = 0,785 ⋅ 1,2² ⋅ 0,25 / 0,005 = 56,5 м.

2. За отстутствием требования охлаждения газов при обработке принимаем

удельное орошение WL / WG = 0,6 ⋅ 10–3 м³/м³. По соотношению (2.6) находим

плотность орошения, принимая в качестве орошающей жидкости воду:

(2.6)

ρ_ir = 0,4 ⋅ 10^–3 ⋅ 2 ⋅ 1000 = 0,8 кг/(м²с).

3. находим значение скорости потока методом последовательных прибли-

жений. вначале по формулам (2.7), (2.8) определяем максимальную скорость

потока:

(2.7)

(2.8)

где ρ_st=1кг/(м²с)-стандартная плотность орашения

lg _wmax = (1350 ⋅ 2 ⋅ 0,005 ⋅ 0,25² / 1,643) + 0,154 =0,84375/1,643+0,154= 0,667;

w_max = 4,6 м/c.

При вычислениях использовалось значение плотности газов перед аппара-

том ρ₁₂₀ = 1,72 кг/м³.

Поскольку условие w≤w_max≤1.1w не выдерживается, очевидно, что даже дальнейшее варьирование скоростью потока не приведет к увязке.

Переходим к изменению геометрических характеристик решетки. При-

нимаем минимальные значения из рекомендуемых пределов: b = 0,004 м;

f_fr = 0,15 м²/м². тогда при прежних значениях режимных параметров w = 2 м/с

и ρ_ir = 1,2 кг/(м²с) находим:

lg _wmax = (1350 ⋅ 2 ⋅ 0,004 ⋅ 0,15² / 1,643) + 0,154 = 0301;

w_max = 1,9 м/c.

Поскольку теперь условие практически соблюдается принимаем скорость потока w_max = 2 м/c

4. Так предворительное значение скорости потока принятот за окончательное, диаметры аппарата и решетки также не изменяются. Следовательно, не изменяется параметр χ, число щелей N=60 и шаг δ = 20 мм. Промежуток между щелями увеличивается на 1мм и составит 26 мм. Общая длинна всех щелейтакже останется прежней.

5. Определяем по формулам (2.9,2.10) гидравлическое сопротивление тарелки со слоем пены, учитывая, что при температуры воды 20⁰С коэффициент поверхностного натяжения σ_L=72,8·10^-3 Н/м.

,(2.9)

где Δp_σ-сопротивление возникающее из-зс действия сил поверхностного натяжения,Па.

Для щелевых тарелок

(2.10)

Тогда:

6.Найдем высоту слоя жидкости на тарелке по зависимости (2.11) :

(2.11)

Коэффициент гидравлического сопротивления сухой дырчатой тарелки толщиной 4…6 мм можно принимать в пределах 1,6..1,7.

Затем по формуле (2.12) определяем величину брызгоуноса:

(2.12)

Где h_b-исходная высота слоя жидкости на тарелке,м.

7.Для определения полного коэффициента очистки вычисляем параметр осаждения х по формуле (2.13), используя эмпирические значения D₅₀=0,85мкм; lgσ_n=0,769 и величины D_m=180мкм, σ=7

(2.13)

Определим высоту слоя пены по формуле (2.14):

(2.14)

Кроме того, коэффициент очистки определяется из показаний вероятностно-логарифмической сетки (линия 4 ).

lg d_15,9 = lg σ_η + lg d₅₀ = 0,769 + lg 0,85 = 0,698

d_15,9 = 4,9

Из графика по линии степени осаждения находим значения фракционных коэффициентов очистки η_р.

Таблица 15

Dp, мкм	3,15	8,15		20,5	32,5
g		0,94	0,90	0,87	0,81	0,72	0,58
Δg	0,06	0,04	0,03	0,06	0,09	0,14	0,58
	0,76	0,91	0,94	0,97	0,987	0,996

По фракционным коэффициентам и дисперсному составу загрязнителя подсчитывается полный коэффициент очистки:

η_tot = 0,06 · 0,76 + 0,04 · 0,91 + 0,03 · 0,94 + 0,06 · 0,97 + 0,09 · 0,987 +

+ 0,14 · 0,996 + 0,58 · 1 =0,0456+0,0364+0,0282+0,0582+0,08883+0,1394+0,58= =0,976

Выполним пересчет коэффициента очистки:

Судя по полученному результату, степень очистки дымовых газов состава в пенном аппарате выше чем в рассмотренных циклонах.Однако в виду общего недостатка всех мокрых способов очистки – образования загрязненных стоков, применение циклона в данном случае не целесообразно.

Расчет рукавных фильтров

Расчет площади фильтрующей поверхности проводится в следующем порядке.

1. С учетом физико-химических характеристик выбросов, характера производства, технико-экономических и других факторов обосновывается эффективность очистки газов посредством фильтрации, принимается тип фильтрующей среды и фильтра.

Согласно заданию частицы от 10-40 мкм в основной своей массе полые сферы и обломки сфер с пористой поверхностью. По заданной температуре газов Т = 120 °С = 393 °К из таблицы 5.35 подбираем материал фильтра – стеклоткань, которому соответствуют фильтры типа ФР-5000. Из таблиц 5.37 и 5.38 [1] выписываются характеристики фильтра:

- площадь фильтровальной поверхности 5000 ;

- количество секций 8 шт.;

- количество рукавов в секции 504 шт.;

- диаметр рукава 127 мм;

- высота рукава 3,09 м;

- габариты фильтра (длина х ширина х высота, м) 29 х 7 х 14,5 ;

- гидравлическое сопротивление в рабочем состоянии 1500-2000 Па;

2. По общему расходу запыленных газов W=16,11 м³/с, расхода газов на регенерацию обратной продувкой, принимаемый равным 10% от общего расхода, т.е. W₁=1,61 м³/с, и удельной нагрузке, допустимой для выбранного типа фильтра, принимаемой из табл. 5.42 [1] в зависимости от вида загрязнителя и способа регенерации и равной W_sf = 0,0013 м³/(м²·с) [обратная продувка], определяется рабочая площадь фильтрации:

Принимаем к установке фильтр ФР-5000 с общей площадью фильтрации 5000 м².

3. К рабочей площади фильтрации добавляется величина площади фильтрации секций, отключаемых на регенерацию:

f_tot = f_wr + f₁, м² (32)

Площадь секций, отключенных на регенерацию, находится из соотношения:

f₁ = N · f_N · τ · n / 3600, м² (33)

где: N – число секций в фильтре;

f_N – площадь фильтрации одной секции, м²;

τ – время отключения секции на регенерацию, с;

n – количество регенераций за 1 час.

Для регенераций обратной продувкой оценочно принимается n = 1…10, τ=2…20 c [1].

Тогда

f₁ = 8 · 625 · 15 · 10 / 3600 = 208,33 м²

f_tot =1363,1 + 208,33 = 1571,4 м²

4. Требуемое количество секций находится по соотношению:

N = f_tot / f_N = 1571,4 / 625 = 2,5=3секций

Что соответствует требуемым параметрам.

5. Максимально допустимое сопротивление рукавного фильтра 2000 Па, потери давления в газоходе принимаются примерно равными 500 Па. Тогда можно использовать вентилятор типа ВДН N 12,5 с подачей 7 м³/с, давлением 2580 Па и потребляемой мощностью 22 кВт.

Согласно теоретическим расчетам и практическим наблюдениям, рукавные фильтры со стекловолокном обеспечивают наибольшую степень очистки по сравнению с рассмотренными ранее аппаратами. Что позволяет использовать фильтрФР-5000.

Расчет электрофильтров

Электрофильтры обеспечивают степень очистки более 99% в широких пределах концентраций и дисперсности частиц при низких гидравлических сопротивлениях и невысокой затрате электроэнергии. Их можно использовать в высокотемпературной, влажной и коррозионной среде.

К основным недостаткам электрофильтров следует отнести высокую металлоемкость и большие габариты.

Вычисление ориентировочной степени очистки выбросов в сухих электрофильтрах от пыли, имеющей среднее значение УЭС =10¹¹ , выполняется в следующем порядке.

1. Выбирается из действующих каталогов электрофильтр горизонтальный модификации A : ЭГА 1-10-6-4-3, 10-ходовой , с активной высотой электродов 6 м, с 4 осадительными элементами в каждом поле( с длинной актиного поля 3,84 м ), трехпольный, с площадью активного сечения f = 16,5 м². (табл. 5.43 [1]).

Подсчитывается скорость газов в активном сечении:

w = W / f = 16,11 / 16,5 = 0,976 м/с

Находится величина параметра вторичного уноса при встряхивании осадительных электродов из уравнения:

(34)

где: w_rl, h_rl, m_rl – относительные скорость газа, высота и пылеемкость осадительных электродов, вычисленные как отношения действительных значений указанных характеристик к базовым, принимаемым соответственно 1 м/с, 6 м, 1кг/м².

Относительная скорость газов составит:

w_rl = w / 1 = 0,976 / 1 = 0,976 м/с

Относительная длина электродов составит:

h_rl = h / 8 = 6 / 8 = 0,75 м

Ориентировочная величина пылеемкости m определяется как количество пыли, осевшее на площади f = 952 м² за время между регенерациями τ = 14400 с (4 часа) при W = 16,11 м²/с, z = 9,21 ∙ 10^-3 кг/м² и степени улавливания 98%.

m = W ∙ z ∙ τ ∙ η / f = 16,11 ∙ 9,21 ∙ 10^-3 ∙ 14400 ∙ 0,98 / 952 = 2,19 кг/м²

Тогда относительная пылеемкость:

m_rl = m / 1 = 2,19 кг/м²

Теперь по формуле (34) определим параметр вторичного уноса:

K_fl = 1 – 0,275 ∙ 0,976^0,35 ∙ 0,75^0,51 ∙ exp(-1,72 ∙ 2,19) =1-0,2726·0,863·0,0231= =0,994

2. Величина конструктивного размера А принимается по данным табл. 5.46 [1], составленной для значения относительной площади f_rl (отношения площади активной зоны к площади поперечного сечения корпуса). Для электрофильтров марки ЭГА f_rl = 0,9 (согл. [1]). Значение параметра А подбирается по дисперсии пыли заданного состава σ = 7 и коэффициенту k, определяемому формулой:

k = 0,55 ∙ 10^-4 ∙ T ∙ [(1 / p) + (10 / E)] / D₅₀ (35)

где: Т, р – температура, К и давление, Па, равна 101325 – 5000 = 96325 Па [1], газового потока;

D₅₀ – медианный диаметр частиц загрязнителя, м;

Е – напряженность электрического поля у осадительного электрода, В/м.

Напряженность Е поля у осадительного электрода зависит от напряжения на электродах, их размеров, формы, состояния, от параметров выбросов и многих других факторов. Она вычисляется по формуле:

Е = U / [δ ∙ ln(D₁ / D₂)], В/м (36)

где: U – разность потенциалов на электродах, В, принимаем равной 50 кВ [1];

D₁, D₂ – соответственно внутренний диаметр осадительного и диаметр коронирующего электродов, м, равные D₁ = 0,3 м, D₂ = 0,03 м [1];

δ – расстояние от поверхности коронирующего электрода до внутренней поверхности осадительного электрода, равное:

δ = [(D₁ / 2) – (D₂ / 2)] = [(0,3 / 2) – (0,03 / 2)] = 0,135 м

Тогда:

Е = 50 ∙ 10³ / [0,135 ∙ ln(0,3 / 0,03)] = 161,29·10³ В/м

k = 0,55 ∙ 10^-4 ∙ 393 ∙ [(1 / 98325) + (10 / 161290)] / 1,1 · 10^-6 = 0,0216·[0,000010170,082+0,000062]=216·10^-4·0,7217·10^-4/30·10^-6= 0,2

Из табл. 5.46[1] при k = 0,2, σ = 7,0, f_rl = 0,9 значение параметра А = 1,586.

3. Безразмерный параметр, зависящий от соотношения электрических и аэродинамических сил, находится из соотношения:

β = ε₀ ∙ E² ∙ D₅₀ ∙ l / (w ∙ k_rg ∙ η ∙ δ) (37)

где: ε₀ – электрическая постоянная, Ф/м, ε₀ = 8,85 ∙ 10^-12 Ф/м;

l – активная длина электрофильтра, м, равна l = 13,44 м;

k_rg – коэффициент равномерности газового потока, равен k_rg = 0,85 [1];

η – коэффициент динамической вязкости газа-носителя.

Величина параметра β:

β = 8,85 ∙ 10^-12 ∙ (161,29 ∙ 10³)² ∙ 1,1 · 10^-6 ∙ 13,44 / (0,976 ∙ 0,2 ∙ 14,4 ∙ 10^-6 ∙ 0,135) = 0,6782·10^-6/0,3794·10^-6 =1,787

4. Степень очистки дымовых газов в электрофильтрах вычисляется по формуле:

η_tot = 1 - exp (-K_fl ∙ A ∙ β^0,42) (38)

η_tot = 1 - exp (-0,994 ∙ 1,586 ∙ 1,787^0,42) = 1 - 0,133 = 0,867

Степень очистки дымовых газов в запроектированном типе электрофильтра не высока η_tot = 86,7%, и к тому же УЭС 10¹¹Ом·м, что не позволяет использовать фильтр ЭГА 1-10-6-4-3 в качестве второй ступени очистки,