Реферат: Очистка газообразных выбросов от аэрозолей

Высокоскоростные туманоуловители. Увеличение скорости фильтрации приводит к уменьшению размеров волокнистых фильтров. Высокоскоростные фильтры выпускает фирма «Монсанто». Фильтр состоит из плоских элементов. Они установлены в каркасе, под которым расположен поддон, куда стекает уловленная жидкость. Фильтрующим слоем являются иглопробивные материалы-войлоки. По химической стойкости наиболее универсален полипропиленовый войлок. Толщина слоя – 3 – 12 мм, диаметр волокон 20 – 75 мм. Сопротивление фильтра 500 Па, эффективность улавливания частиц более 3 мм около 100 %.

3.7.2 Тканевые фильтры

Тканевые фильтры по форме фильтрующей поверхности могут быть рукавными и рамочными. Наибольшее распространение в промышленности получили рукавные фильтры. Рукавный фильтр состоит из ряда тканевых рукавов, подвешенных в металлической камере. Верхняя часть рукавов обычно заглушена

Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и проходит через ткань рукавов. На поверхности ткани и в ее порах осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра, поэтому осевшую на ткани пыль периодически удаляют. Процесс фильтрации газа зависит от типа ткани и вида пыли. Гладкие и неворсистые ткани сравнительно легко пропускают запыленный газ. В порах таких тканей задерживаются только крупные частицы пыли. Фильтр начинает хорошо задерживать мелкую пыль только после накопления на поверхности фильтрующих элементов слоя пыли. Для ворсистых, шерстяных тканей с мелкими порами влияние начального слоя пыли менее заметно Ворсистые ткани целесообразно применять при улавливании зернистой гладкой пыли, а при улавливании волокнистой пыли — лучше гладкие ткани.

Фильтрация тонкой пыли (частицы менее 1—2 мкм) возможна лишь на поверхности ранее осажденной пыли.

Ткани, используемые в качестве фильтровальных материалов, должны отличаться высокой пылеемкостью, воздухопроницаемостью, механической прочностью, стойкостью к истиранию, стабильностью свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, а также минимальным влагопоглощением и способностью к легкому удалению накопленной пыли. Не все применяемые в промышленности материалы удовлетворяют перечисленным требованиям, поэтому каждый материал используют в определенных, наиболее благоприятных для него условиях.

Тканевые фильтры различаются между собой по следующим признакам:

·     форме тканевых фильтрующих элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.);

·     месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие и нагнетательные);

·     способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с вибровстряхиванием, с импульсной продувкой и др.);

·     форме корпуса для размещения фильтрующих элементов (пря­моугольные, цилиндрические, открытые);

·     числу секций в установке (одно- и многосекционные);

·     виду используемой ткани (шерсть, бязь, стеклоткань и т. д.).

Отечественной промышленностью серийно выпускаются рукав­ные фильтры типа ФВ, МФУ, РФГ, ФВК, ФРМ, ФВВ, МФВ, МФС, ПФР, ФР.

Рукавные фильтры типа ФВ предназначены для средней и тонкой очистки газов от волокнистой пыли. Рукава выполняют из суровой бязи. Фильтры МФУ применяют для тонкой очистки газов и воздуха от сухой и слипающейся пыли с размером частиц до 1 мкм (цемент, мука, зола).

Таблица 13.

Техническая характеристика рукавных фильтров

3.7.3. Зернистые фильтры

Фильтрующий слой в этих фильтрах образован зернами сферической или другой форме. Могут использоваться при высоких температурах – до 500 –  800°С, в условиях воздействия агрессивной среды. Зернистые фильтры распространены значительно меньше, чем тканевые фильтры. Различают насыпные зернистые фильтры, в которых элементы фильтрующего слоя не связаны жестко друг с другом, и жесткие зернистые фильтры, в которых эти элементы прочно связаны между собой путем спекания, прессования, склеивания и образуют прочную неподвижную систему.

Зернистые жесткие фильтры керамические, металлокерамические и др. обладают значительной устойчивостью к высокой температуре, коррозии, механическим нагрузкам. Их недостаток – высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление, трудность регенерации.

В насадке насыпных фильтров используют песок, гравий, шлак, дробленые горные породы, кокс, крошку резины, пластмасс, графита и др. материалы в зависимости от требуемой устойчивости и к воздействию температуры, химических веществ и др.

Зернистый фильтр может быть единственной ступенью в установке или первой ступенью перед более эффективным фильтром, например с материалами ФП.

Регенерация осуществляется путем рыхления слоя вручную или механически, промывки водой, замены слоя.

Пример такого фильтра – зернистый гравийный фильтр для улавливания пылей с наличием абразивных частиц и агрессивных газов от дробилок, грохотов, сушилок, мельниц, транспортирующих устройств предприятий по производству цемента, извести, гипса, фосфорных удобрений и др. Удельная нагрузка на фильтр – 17 – 50 м3/(м2×ч), сопротивление фильтра – в пределах 0,5 – 1,5 кПа. Эффективность очистки – до 99,8 %.

3.8. Аппараты мокрой очистки газов

Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

Аппараты мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц и небольшой стоимостью по сравнению с аппаратами сухой очистки.

Некоторые типы аппаратов мокрой очистки (турбулентные газопромыватели) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

Аппараты мокрой очистки газов по степени очистки могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры не могут быть применены вследствие высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами можно улавливать парообразные и газообразные компоненты. К недостаткам мокрой очистки следует отнести: необходимость обработки образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и необходимость защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред. Несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности.

Аппараты мокрой очистки часто используют в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов. В этом случае газоочистные аппараты служат еще и теплообменниками смешения, где охлажденный газовый поток непосредственно контактирует с охлаждающей жидкостью.

Среди аппаратов для очистки газов от пыли мокрые пылеуловители отличаются наибольшим многообразием, что обусловливается силами, воздействующими на газо-жидкостные потоки. При этом жидкая фаза находится в аппарате в виде пленки, струи, капель, пены или различных сочетаний.

По принципу работы аппараты мокрой очистки газов делятся на следующие группы: полые и насадочные, барботажные и пенные, аппараты ударно-инерционного типа, центробежного типа, динамические и турбулентные промьватели.

3.8.1. Полые и насадочные аппараты

В полых и насадочных аппаратах запыленные газы пропускают через поток распыляемой, разбрызгиваемой или стекающей по насадке жидкости. При этом частицы пыли захватываются потоками промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

В полых скрубберах промывку газов осуществляют с помощью разбрызгивания жидкости навстречу движущемуся очищаемому потоку. Для орошения скрубберов применяют форсунки грубого распыления. Высокая эффективность очистки газов достигается в том случае, если промывная жидкость распыливается с образованием капель 0,5 —  1 мм. Обычно скруббер представляет собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения. Форсунки устанавливают в одном или нескольких сечениях по высоте аппарата.

Для снижения брызгоуноса скорость газа в аппарате не должна превышать 1 - 1,2 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера невелико и обычно не превышает 250 Па. Расход воды составляет 5 - 10 м3/ч на 1 м2 площади поперечного сечения. Наиболее полно в этих аппаратах улавливаются частицы пыли более 10 мкм.

Характерной особенностью насадочных скрубберов является то, что процесс выделения пыли происходит на смоченной поверхности насадки в результате многочисленных изменений движения газового потока в аппарате. Насадочные скрубберы заполняют насадочными элементами различной конфигурации, которые удерживаются на опорных решетках. К беспорядочной насадке относятся кольцевая (при загрузке навалом), седлообразная, кусковая; в регулярной - хордовая, блочная, уголковая.

Недостатками насадочных скрубберов являются частые забивки насадки при обработке запыленных газов, что ограничивает область их применения в технике пылеулавливания. Насадочные колонны целесообразно применять только при улавливании хорошо смачиваемой пыли, особенно в тех случаях, когда процессы улавливания сопровождаются охлаждением или очисткой газов от других компонентов.

3.8.2. Барботажные и пенные аппараты

В барботажных аппаратах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости; при этом вследствие большой поверхности соприкосновения газов с жидкостью протекает процесс очистки газов от взвешенных частиц. Очищаемые газы барботируют в жидкость через трубки, опущенные в слой жидкости. Для дробления газов на мелкие пузырьки край барботажной трубки часто делают зубчатым. Эффективность подобных аппаратов достаточно велика, однако из-за сложности изготовления они имеют ограниченное применение в промышленности.

В пенных аппаратах пылеулавливающий эффект достигается в результате движения очищаемого газа через слой пены. Пена в этих аппаратах может формироваться различными способами: на решетке, куда подается жидкость, продуваемая снизу воздушным потоком или при ударе воздушного потока о зеркало жидкости.

Пенные пылеуловители широко распространены в химической промышленности. Они просты по конструкции и достаточно эффективны. В отличие от барботеров в пенных пылеуловителях газы проходят через жидкость со скоростью, превышающей скорость свободного всплывания пузырьков, что создает условия для образования высокотурбулизованной пены.

Пенные газопромыватели представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, во внутренней полости которого установлены перфорированные или щелевые решетки. Очищаемые газы поступают к решеткам снизу. В результате интенсивного перемешивания газа с жидкостью в слое пены происходит смачивание и выделение из потока пылевидных частиц, которые выводятся из аппарата в виде шлама, а очищенные газы выходят через патрубок, расположенный в верхней части аппарата.

Существуют пенные пылеуловители с провальной (а) и переливной (б) решетками. В первом из них жидкость как бы «проваливается» сквозь отверстия в решетке, через которые по­ступает очищенный поток. Аппараты с переливными решетками могут работать со свободным сливом пены через сливной порог. Для эффективной работы аппаратов как с провальными, так и переливными решетками важно, чтобы жидкость и газ равномерно распределялись по поверхности решеток.

В пенных аппаратах с переливными решетками расходуется примерно в три раза меньше жидкости и допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстия вода смывает осадок с решеток.

Необходимо отметить, что при скорости газа более 1,0—1,2 м/с в пенных аппаратах возможен сильный унос капель воды. Поэтому в сечении аппарата над слоем пены должен быть установлен каплеуловитель. Последними исследованиями в области совершенствования пенных аппаратов было установлено, что над основной решеткой должен быть расположен специальный выпрямитель высотой 60 мм в виде сот с ячейками (35х35 мм). Соты выравнивают слой пены по всей площади решетки и позволяют увеличить скорость газа в сечении корпуса аппарата до 3 м/с.            

В целях интенсификации массо- и теплообменных процессов в последние годы получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластические масс.

В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной решеткой помещается слой полых шаров. Эти аппараты успешно применяли для мокрого обеспыливания газов в процессах, сопровождающихся образованием взвесей и осадков, когда другие аппараты оказывались непригодными.

При гидравлическом сопротивлении от 1500 до 2000 Па в аппарате с псевдоожиженной шаровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.

Пенные пылеуловители ЛТИ используют для тонкой очистки технологических, дымовых и выхлопных газов, а также вентиляционного воздуха от пыли, туманов и других загрязнений, обеспечивая более высокую степень очистки по сравнению с мокрыми пылеуловителями другие типов.

3.8.3. Аппараты ударно-инерционного типа

Мокрые газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.  

Мокрый ударно-инерционный пылеуловитель представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 180°) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы натравляются в выходной газопровод. Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла.

Среди мокрых пылеуловителей ударного действия можно выделить еще два наиболее распространенных в промышленности аппарата: статический пылеуловитель ПВМ, типа ротоклон и скруббер ударного действия (скруббер Дойля).

Производительность промышленных ротоклонов составляет от 2500 до 90000 м3/ч. Эксплуатационным достоинством ротоклонов является возможность изменения производительности (в пределах 25% от номинальной) без заметного снижения эффективности. Институтом Гипротяжмаш был разработан пылеуловитель производительностью до 40000 м3/ч. Он оборудован устройством для автоматической водоподпитки и поддержания уровня воды в аппарате. Аппарат показал хорошие результаты по эффективности очистки аспирационного воздуха и рекомендован к применению для очистки вентиляционных выбросов от неслипающихся и нецементирующихся пылей.

В скруббер Дойля газ на очистку поступает через трубы, в нижней части которых установлены конусы, увеличивающие скорость газовых потоков (до 35—55 м/с). С этой скоростью газовый поток ударяется о поверхности жидкости, создавая завесу из капель. Уровень жидкости в скруббере на 2—3 мм ниже кромки газоподводящей трубы, а гидравлическое сопротивление составляет 1500 Па. Техническая характеристика скруббера Дойля приведена в табл. 11

Таблица 11.

Техническая характеристика скруббера Дойля

3.8.4. Аппараты центробежного типа.

Принцип использования центробежной силы для улавливания пыли, широко используемый в циклонах, нашел применение и в аппаратах мокрой очистки. Вращение газового потока в аппаратах центробежного типа осуществляется с помощью специальных направляющих лопаток либо путем тангенциального подвода газа. Орошение аппаратов осуществляют форсунками, установленными в центральной части аппарата или вдоль его стенок.

Над форсунками предусматривается свободная от орошения зона, которая служит для сепарации капельной жидкости. Наибольшее применение в промышленности     получили центробежные скрубберы с тангенциальным  подводом газов.

Пылеуловитель с водяной пленкой (ПВП) рассчитан на очистку запыленного вентиляционного воздуха от любых видов неслеживающейся пыли. Корпус такого циклона представляет собой цилиндр, в нижней части которого тангенциально закреплен патрубок для подвода   запыленного   газа. Внутренняя стенка циклона орошается водой, стекающей по ней в виде пленки.

Если содержание пыли превышает 2 г/м3, перед циклоном с водяной пленкой рекомендуется устанавливать первую ступень очистки в виде сухого циклона или другого инерционного пылеотделителя. Циклоны ЦВП не применяют для очистки агрессивных газов.

Центробежный скруббер ВТИ предназначен для очистки дымовых газов от золы. Аппарат можно применять для очистки дымовых газов при сжигании твердого топлива с содержанием серы не более 1% и температуре поступающих на очистку газов не выше 200 °С. Скруббер ВТИ состоит из стального цилиндра с коническим днищем, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Входной патрубок аппарата приваривается тангенциально к внутренней поверхности.

Степень очистки газов в скруббере ВТИ достигает 90% и не зависит от смачиваемости пыли, изменения плотности орошения (в пределах от 0,06 до 0,14 кг/м3) и концентрации пыли в газах (до 20 г/м3). Техническая характеристика центробежных скрубберов приведена в табл. 12.

Таблица 12.

Техническая характеристика центробежных скрубберов ВТИ

3.8.5. Скруббер Вентури

Скруббер Вентури является наиболее распространенным аппаратом этого класса. Его выполняют в виде трубы, имеющей плавное сужение на входе (конфузор) и плавное расширение на выходе (диффузор). Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подводится жидкость. Запыленный поток с большой скоростью проходит через горловину и входит в диффузор. В процессе истечения газа через горловину происходит тесный контакт между газом и жидкостью. Процесс очистки газа в аппарате можно рассматривать как фильтрование газа через объемный фильтр, состоящий из мельчайших капелек; образующихся при дроблении жидкости.                   

При очистке горячего влажного газа повышению эффективности процесса способствует охлаждение газа ниже точки росы и выделение сконденсированной влаги. При движении газа через диффузорный участок трубы скорость потока снижается, в результате происходит агрегация мелких капель. Для их улавливания за трубой Вентури обычно устанавливают циклоны или другие аппараты подобного типа.                                   |

По конструкции разные типы турбулентных промывателей отличаются конфигурацией поперечного сечения трубы-распылителя (круглое, прямоугольное), местом подачи орошающей жидкости (в конфузор или горловину) и конструкцией каплеуловителя.

Эффективность улавливания пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и плотности орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и плотностью орошения определяют для каждого вида пыли, оно зависит от ее дисперсного состава. Так, при улавливании частиц пыли, размеры которых меньше 0,1 мкм, большое значение приобретает продолжительность контакта запыленных газов с поверхностью диспергированной жидкости. В этом случае повышение эффективности может быть достигнута при снижении скорости газов до 50 м/с и увеличении плотности орошения до 3,5 л/м3 газа.

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости можно различать основные типы аппаратов с центральным подводом жидкости в конфузор, с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине), с пленочным орошением, с бесфорсуночным и форсуночным орошением.

3.8.6. Электрические фильтры

Одним из наиболее совершенных способов очистки промышленных газов от пыли и туманов является электрическая очистка в электрофильтрах.

Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность установок электрической очистки газов достигает 99%, а в ряде случаев и 99,9%. Такие фильтры способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м3 и выше.

Промышленные электрофильтры широко применяют в диапазоне температур до 400—450°С и более, а также в условиях воздействия коррозийных сред.

Электрофильтры могут работать при разрежении и под давлением очищаемых газов. Они отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами, однако капитальные затраты на сооружение электрофильтров довольно высоки, так как эти аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также снабжаются специальными агрегатами для электропитания. При этом с уменьшением производительности установок по газу удельные капитальные затраты сильно возрастают.

Преимущественной областью применения электрофильтров с точки зрения экономической целесообразности является очистка больших объемов газа.

К недостаткам электрофильтров наряду с их высокой стоимостью следует отнести высокую чувствительность процесса электрической очистки газов к отклонениям от заданного технологического режима, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования.

Иногда свойства газопылевого потока являются серьезным препятствием для осуществления процесса электрогазоочистки (например, при высоком удельном электрическом сопротивлении пыли или когда очищаемый газ представляет собой взрывоопасную смесь).

Улавливание пыли в электрофильтрах основано на известной способности разноименно заряженных тел притягиваться друг к другу. Пылевидным частицам сначала сообщается электрический заряд, после чего они осаждаются на противоположно заряженном электроде.

Когда в межэлектродном пространстве проходит газ со взвешенными пылевидными частицами, ионы газа адсорбируются на поверхности пылинок, вследствие чего пылинки заряжаются и приобретают способность перемещаться под воздействием электрического поля к осадительным электродам. Осевшую на электродах пыль периодически удаляют. Таким образом, электрогазоочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевидных частиц, транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и уда­ление ее в пылесборные бункеры.

С увеличением напряженности электрического поля и величины заряда, получаемого частицами, скорость движения заряженных частиц к электроду возрастает. Электрофильтр будет тем лучше улавливать пыль, чем больше его длина, выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате.

Различные конструкции электрофильтров отличаются направлением хода газов (вертикальные, горизонтальные), формой осадительных электродов (пластинчатые, С-образные, трубчатые, шестигранные), формой коронирующих электродов (игольчатые, круглого или штыкового сечения), числом параллельно работающих секций (одно- и многосекционные). Электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые.

В сухих электрофильтрах обычно улавливаются твердые частицы, которые удаляются с электродов встряхиванием. Очищаемый в сухом электрофильтре газ должен иметь температуру, превышающую точку росы, во избежание конденсации влаги, появление которой может вызвать коррозию аппарата.

В мокрых электрофильтрах можно улавливать твердые и жидкие частицы, смываемые с поверхности электродов орошающей жидкостью (обычно водой). Температура газа, поступающего в мокрый электрофильтр, должна быть близкой к точке росы или равна ей. Если жидкие частицы самостоятельно стекают с электродов по мере их накопления, то мокрые электрофильтры могут не иметь специальных устройств для промывания.

Существуют два основных типа осадительных электродов - пластинчатые и трубчатые. Пластинчатые электроды используются, как в горизонтальных, так и в вертикальных электрофильтрах, а трубчатые — только в вертикальных. Трубчатые осадительные электроды предпочтительнее пластинчатых вследствие лучших характеристик электрического поля. Однако обеспечить хорошее встряхивание трубчатых электродов сложно, и поэтому их редко применяют в сухих электрофильтрах и довольно широко в мокрых.

Приложение

Расчеты пылеулавливающего оборудования

1. Расчет скоростного пылеуловителя

При расчете скоростного пылеуловителя определяют размеры, гидравлическое сопротивление, эффективность турбулентного промывателя.

Режим работы трубы – коагулятора (скорость газа в сечении горловины и удельный расход воды) выбирают в зависимости от характеристики пыли и ее дисперсного состава, а также от требуемой эффективности очистки газа.

Расчет эффективности работы скруббера Вентури может  быть осуществлен на основании данных фракционной степени очистки газов и при помощи энергетической теории мокрого пылеулавливания. Суть энергетической теории мокрого пылеулавливания, основанной на законе сохранения энергии, заключается в следующем.

Эффективность любого мокрого аппарата газоочистки при улавливании определенного вида пыли зависит только от потери давления и не зависит от размера и конструкции пылеуловителя. В общий расход энергии на очистку газа включается как энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления при проходе запыленного газа через аппарат, так и расходуемая на распыление воды.

Затрату энергии на мокрую очистку газа от пыли без учета энергии, расходуемой на создание движения газа, определяют выражением

где  Кт  - удельная энергия соприкосновения, затрачиваемая на очистку в мокром пылеуловителе 1000м^3 газов, кДж;

Δpап   - гидравлическое сопротивление аппарата, Н/мІ;

рж - давление распыливаемой жидкости, Н/мІ;

Vж, Vг     - расход соответственно жидкости и газа, мі/с.

Первое слагаемое в выражении (1) характеризует степень турбулизации газо-жидкостного потока в аппарате, второе – качество диспергирования жидкости. Их влияние на величину    зависит от типа аппаратов. Например, в скруббере Вентури оснсвное влияние оказывает гидравлическое сопротивление аппарата. Зависимость между степенью очистки газа и затратами энергии выражают формулой

где B, ? - константы, определяемые видом и дисперсным составом пыли и не зависящие от типа и размеров мокрого пылеуловителя.

Таблица 1

Параметры B и c для некоторых пылей

Эти константы определяют только экспериментальным путем. Их значения для некоторых пылей и туманов приведены в табл. 1.

Величина h незначительно характеризует качество очистки в интервале высоких степеней очистки (0,98 – 0,99), поэтому в этом случае используют понятие числа единиц переноса:

Из уравнений (2) и (3) величину единиц переноса можно выразить формулой

В логарифмических координатах формула (4) представляет собой прямую линию, тангенсом угла наклона которой к оси абсцисс является c , а величину B находят при пересечении прямой с линией, соответствующей значению KТ=1,0

Зная NЧ, удельную энергию KТ можно определить при помощи графиков, изображенных на рис. 1 (номера линий соответствуют определенной пыли по табл. 1).

Величина KТ учитывает способ ввода жидкости в аппарат, диаметр капель, вязкость, поверхностное натяжение и другие свойства жидкости.

Технологический расчет мокрых центробежных циклонов и скрубберов

Расчет мокрых центробежных аппаратов заключается в определении их основных размеров, расхода воды, гидравлического сопротивления и эффективности по очистке газа. Диаметр цилиндрической части циклонов и скрубберов рассчитывают по формуле

где V – количество газа, подлежащего очистке при рабочих условиях, м^3/c;

      υ – средняя скорость газа в сечении цилиндрической части аппарата, м/с.

Расход воды, необходимой для орошения стенок аппаратов, определяется в зависимости от их диаметра по формуле

Gв=0,14?D, л/с          (2)

При таком расходе воды толщина пленки будет не менее 0,3 мм, что исключит разрывы на пути ее движения по стенкам.

Гидравлическое сопротивление циклонов и скрубберов находят по формуле

где       р – плотность газа в рабочих условиях, Нсм ,

            υ - скорость газа во входном патрубке, м/с;

            ξ – коэффициент местного сопротивления аппарата.

Значение коэффициента местного сопротивления циклонов зависит от диаметра:

Диаметр циклона , м .          0,6       0,8       1,0       1,2       1,4       1,6

ξ                      3,4       3,0       2,9       2,8       2,7       2,6

Значение скрубберов типа МП – ВТИ   ?=9, а для типа ЧС – ВТИ   ?=2,6ч2,8.

Если в формуле (3) принять скорость газа в цилиндрической части корпуса аппарата, то значение коэффициента гидравлического сопротивления следует принимать для циклонов   ?=30ч32 ? для скрубберов   ?=33,5ч35,2.

Чтобы определить степень очистки газа или воздуха в циклонах и скрубберах, необходимо знать их фракционную эффективность. Для мокрых центробежных циклонов и скрубберов диаметром 1 м, по данным ВТИ, фракционная эффективность в зависимости от скорости витания частиц пыли приведена в табл. 2.

Таблица 2

Фракционная эффективность очистки газа от пыли в мокрых циклонах и скрубберах диаметром 1м, %

Скорость витания частиц в зависимости от их размера и плотности находят по номограмме. По этим данным общую степень очистки газа определяют по формуле (4).

Для циклонов другого диаметра D м степень очистки газа может быть уточнена по формуле

В некоторых случаях требуется знать конечную температуру газа на выходе из циклона или скруббера. Ее можно определить по эмпирической формуле

где                   tВЫХ- температура газа на выходе из аппарата,  С;

tВХ - температура газа перед аппаратом,  С;

tН - температура воды, поступающей на орошение,  С;

tК -температура волы на выходе из аппарата, принимаемая на 5 – 10  С меньше температуры мокрого термометра газа,  С;

с - теплоемкость газа, Дж/(кг· С);

- плотность газа перед аппаратом, кг/м?.

Расчет полого скруббера

Количество тепла, которое необходимо отнять от газа в процессе его охлаждения и передать  жидкости (воде), рассчитывают по формуле

Q=V0(c+f1cП)(t1-t2); Дж/с                   (1)

где       V0  - количество сухого газа при нормальных условиях, м?(н)/с;

            с – объемная теплоемкость сухого газа при нормальных условиях, Дж/(м?(н)·°C);

сП - теплоемкость водяного пара, Дж/(кг·°C);

f1 - начальное влагосодержание газа, кг/м?(н);

t1, t2- соответственно начальная и конечная температуры газа на выходе в скруббер и на выходе  из него, °C.

Пренебрегая теплопотерями в окружающую среду, полезный рабочий объем скруббера рассчитывают по формуле

где       k – объемный коэффициент теплопередачи в скруббере, Вт/(м?·°С);

            ?t – средняя разность температур газа и жидкости, °C.

Зависимость объемного коэффициента теплопередачи от плотности орошения и массовой скорости в скрубберах была получена Г.Ф. Алексеевым и В.А. Оленевым опытным путем при исследованиях охлаждения и очистки доменного газа водой:

ккал/(м3*ч*0С),                 (3)

где       U – плотность орошения, кг/(м?·ч);

            ρГ – плотность газа, кг/м?;

            υГ – скорость газа, м/с.

Таблица 3

Коэффициент теплопередачи и испарения в полых скрубберах (практические данные)

Для некоторых газов объемный коэффициент теплопередачи в скрубберах приведен в табл. 3. Коэффициент теплопередачи зависит от режимных параметров жидкости и газа в скруббере.

Его значение увеличивается с ростом относительной скорости газа и капель, а также с уменьшением размера капель и снижается с ростом величины удельного орошения.

Среднюю разность температур газа и воды в скруббере (газ и вода движутся противотоком) определяют из выражения

где       t1 , t2  – начальная и конечная температура газа, °C;

            tН , tК  – начальная и конечная температура воды, °C.

Список используемой литературы:

Алиев Г.М.  Устройство и обслуживание газоочистительных и пылеулавливающих установок - М.: Металлургия, 1983

Гордон Г.М., Пейсахов И.Л.  Пылеулавливание и очистка газов – М.: Металлургия, 1968

Денисов С.И.  Улавливание и утилизация пылей и газов – М.: Металлургия, 1991

Дубальская Э.Н.  Очистка отходящих газов – М.,1991

Коузов П.А., Малыгин А.Д., Скрябин Г.М.  Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности – Л.: Химия, - Ленинградское отделение. 1982

Ю.В. Красовицкий, А.В. Малинов, В.В. Дуров  Обеспыливание промышленных газов в фаянсовом производстве – М.: Химия, 1994

Лаптев А.А., Приемов С.И., Родичкин И.Д., Шемшученко Ю.С.  Охрана и оптимизация окружающей среды – Киев.: Либедь, 1990

Охрана окружающей среды :Справочное пособие / Сост. Л.П. Шариков. – Л.: Судостроение, 1978

Пирумов А.И.  Обеспыливание воздуха – М.: Стройиздат, 1974

Пирумов А.И.  Обеспыливание воздуха – 2-е изд., испр. и доп. – М.:Стройиздат,1981

Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С.  Техника защиты окружающей среды – М.: Химия, 1989

Справочник по пыле- и золоулавливанию – М.: Энергия, 1975

Старк С.Б.  Газоочистительные аппараты и установки в металлургическом производстве – М.: Металлургия,1990

Страус В.  Промышленная очистка газов – М.: Химия, 1981

Штокман Е.А.  Очистка воздуха – М.: Изд. АСВ, 1999