книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Подача воды в трубы Вентури производится различными способа-

ми (рис. 5.20):

а– вода подается в горловину по оси трубы через одну или несколько форсунок;

б– схема периферийного орошения, при которой воду подают

вгорловину поперек направления газового потока (схему используют для горловин любого вида). Кроме того, преимуществом такого метода орошения является то, что оно позволяет очищать трубки без прекращения подачи газа и исключает абразивный износ и образование отложений на орошающем устройстве;

в, г– если пыль склонна к образованию отложений или содержит газообразные примеси, применяют пленочное (в) и комбинированное орошение(г);

д– бесфорсуночное орошение трубы Вентури, когда газ барботирует через жидкость ивыносит в трубукапли жидкости

Рис. 5.20. Методы орошения труб Вентури

Чем выше скорость газа в горловине и чем больше удельный расход жидкости на ее орошение, тем выше гидравлическое сопротивление аппарата и эффективность процесса коагуляции пыли.

Если гидравлическое сопротивление трубы Вентури менее 5000 Па, то ее называют низконапорной. Эти устройства используют для очистки воздуха и газа от частиц пыли более 5 мкм в системах промышленной вентиляции и газов паровых котлов в энергетике.

131

Высоконапорные трубы Вентури (гидравлическое сопротивление от 5000 до 25 000 Па) применяют главным образом для очистки технологических газов от мелкодисперсной пыли.

Если температура газового потока высокая, то его перед скруббером Вентури охлаждают в полом скруббере, низконапорной трубе Вентури или другом аппарате.

Если аппарат используют еще и для очистки от газообразных примесей, то применяют схему из двух последовательно установленных труб Вентури. В первой трубе (высоконапорной) происходит процесс коагуляции и захвата пыли водой, а во второй (низконапорной) осуществляется улавливание газообразных примесей.

Расчет скруббера Вентури

1.Необходимая эффективность работы аппарата:

η= 1− Z2 ,

Z1

гдеZ1 иZ2 – соответственноконцентрация пылидо ипосле очистки, мг/м3. 2. Число единиц переноса:

NИ	= ln		1	.
			− η
	1

3. Удельная энергия, затрачиваемая на пылеулавливание, Дж/м3:

NY = B KTX ,

где KТ – удельный расход энергии, затрачиваемой на пылеулавливание, Дж/1000 м3 газа; В, Х – константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли, выбираются по табл. 5.5.

			Таблица 5.5
Характеристика некоторых видов пылей
Вид пыли	В		Х
1	2		3
Конверторная пыль	9,88*10–2		0,4663
Тальк	0,206		0,3506
Ваграночная пыль	1,355·10–2		0,6210
Мартеновская пыль	1,915·10–2		0,5688
Доменная пыль	6,61·10–3		0,891
Пыль известковых печей	6,5·10–4		1,0529

132

Окончание табл. 5.5

1	2	3
Пыль печей, выплавляющих латунь	2,34·10–2	0,5371
Пыль мартеновских печей, работающих	1,565·10–6	1,619
на богащенном кислородом дутье
Пыль мартеновских печей, работающих	1,74·10–6	1,594
на оздушном дутье
Пыль из доменных печей	0,1925	0,3255
Пыль, образующаяся при выплавке 45 %	2,42·10–5	1,26
ферросилиция в закрытых электропечах
Пыль, образующаяся при выплавке сили-	6,9·10–3	0,67
комарганца в закрытых электропечах
Пыль каолинового производства	2,34·10–4	1,115

4. Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па:

∆Р = KТ – Pв·m,

где Рв – давление воды; m – удельный расход воды на орошение газа, указанное в исходных данных.

5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях, кг/м3:

ρ	η	= ρ		273(Pбар ± Pг )	,
			0	(273 + tг )101,3

где ρ0 – плотность газа при нормальных физических условиях, кг/м3. 6. Расход газа при рабочих условиях, м3/с:

Vг1 = V0 ρρ0 ,

г1

где V0 – расход влажного газа при нормальныхфизических условиях, м3/ч. 7. Расход орошающей воды, кг/с:

Мв = Vг · m.

8. Температура газа на выходе из скруббера, ° С:

t = (0,133 – 0,041 m)t1 + 35.

9. Плотность газа на выходе из скруббера, кг/м3:

ρг2	= ρ0	273	(Рбар − Рг − ∆ Р)
				.
		(273 + tг2 )101,3

133

10. Объемный расход газа, м3/с:

Vг2 = V0 ρρ0 .

г2

11. Диаметр циклона-каплеуловителя, м:

Dц = 1,13 Vг2 .

Wц

12. Высота циклона-каплеуловителя, м:

H = KцDц,

где Kц – коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости газа в циклоне по следующим данным:

Wц, м/с	2,5–3		3–3,5							3,5–4	4,5–5
Kц	2,5		2,8							3,8	4,5
13. Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя, Па:
	∆ P =				W	2
			ξ		ц		ρ		,
					2
		ц		ц				г2

где ξц – коэффициент сопротивления, принимаемый для прямоточного циклона в пределах 30–33.

14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:

∆Рц = ∆Р – ∆Рц.

15. Размеры трубы Вентури рассчитываются по следующим формулам: диаметр горловины

d	2	= 1,13		Vг2	,
			Wгорл

где Wгорл – скорость газа в горловине:

	Wгорл	=	2∆ PT	,
			ξс.тр ρг2 + ξводыρводыm
где	ξс.тр – коэффициент	сопротивления сухой		трубы, равный 0,15;
ξводы	– коэффициент сопротивления трубы при вводе воды,

134

		= 0, 63ξ			М			ρ		−0,3
ξ	воды		с.тр			в			г2		,
					Мгаза
								ρводы

где Мгаза – массовый расход газа, кг/с,

Мгаза = V0ρ0 ;

3600

длина горловины

l2 = 0,15d2.

По полученному диаметру горловины находят все остальные размеры нормализованной трубы Вентури.

Конструкции электрофильтров. Факторы, влияющие на эффективность работы электрофильтров.

Типы промышленных электрофильтров. Расчет электрофильтров

Очистка газов в электрофильтрах

Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Установки электрической очистки газов способны работать с эффективностью до 99 %, а в ряде случаев и до 99,9 %, причем способны улавливать частицы любых размеров.

Конструкции электрофильтров

В электрофильтрах, применяемых для очистки газов от пыли, используется взаимодействие между зарядом пылевых частиц и электрическим полем, создаваемымэлектроднойсистемойэлектрофильтра(рис. 5.21).

Электрофильтр состоит из корпуса, в котором размещаются осадительные и коронирующие электроды. В зависимости от характеристики газа и содержащихся в нем частиц корпус электрофильтра изготовляют из стали, алюминия, кирпича, железобетона, свинца, пластмасс и других материалов. При необходимости корпус изнутри футеруют кислотоупорным кирпичом, диабазовой плиткой или андезитом, а наружную поверхность теплоизолируют. Форма корпуса может быть круглой

135

Рис. 5.21. Два типа электродной системы:

а – трубчатый электрофильтр; б – пластинчатый электрофильтр; 1 – осадительный электрод трубчатый; 2 – коронирующий электрод

или прямоугольной. По форме осадительных электродов электрофильтры подразделяют на трубчатые и пластинчатые. В зависимости от направления движения газа электрофильтры могут быть горизонтальными и вертикальными. По способу удаления частиц, осевших на электродах, электрофильтры делят на сухие и мокрые. В сухих электрофильтрах осевшие частицы пыли удаляют при помощи механизмов встряхивания, в мокрых – они смываются водой.

Сухие электрофильтры обычно имеют несколько расположенных по ходу движения газа ячеек, называемых электрическими полями; в каждой из них находится система осадительных и коронирующих электродов. В зависимости от числа полей электрофильтры могут быть одно- и многопольными. Каждое поле электрофильтра имеет независимое электрическое питание от отдельного электроагрегата (рис. 5.22).

Конструктивно все электрофильтры подразделяют на одно- и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц осуществляютсяводнойконструктивнойзоне, гдерасположеныкоронирующие

136

Рис. 5.22. Схемы горизонтальных и вертикальных электрофильтров:

а– многопольный горизонтальный; б – однопольный вертикальный;

в– двупольный вертикальный

иосадительные электроды. К этой группе относятся в основном все трубчатые и пластинчатые электрофильтры, применяемые для очистки дымовых итехнологических газов.

Вдвухзонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц происходят в разных конструктивных зонах (рис. 5.23). В первой зоне размещается ионизатор, представляющий собой находящиеся под высоким напряжением провода с отрицательным знаком потенциала и чередующиеся между ними трубки с положительным знаком потенциала. Между проводами и трубками ионизатора происходит интенсивный коронный разряд, в котором содержащаяся в газе пыль успевает только заря-

Рис. 5.23. Схема очистки воздуха в двухзонном электрофильтре

137

диться, а осаждается она во второй зоне – осадительной, которая представляет собой систему чередующихся параллельных пластин с положительным и отрицательным знаками потенциала. Такие двухзонные фильтры применяют для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли в системах приточной вентиляции.

Основным требованием к осадительным электродам является отсутствие острых кромок и выступов, которые снижают рабочее напряжение электрофильтра. Их металлоемкость должна быть минимальной (что снижает стоимость всего аппарата), однако при этом они должны быть достаточно жесткими, чтобы сохранить заданную форму поверхности. Электроды сухих электрофильтров должны хорошо отряхиваться и обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать ударные нагрузки при встряхивании, а также работать в условиях повышенных температур.

Коронирующие электроды обычно имеют малое сечение, а длина их в электрофильтре измеряется километрами, поэтому они должны быть прочными, так как обрыв одного элемента выводит из строя целое поле.

К положительным эксплуатационным характеристикам электрофильтров следует отнести их низкое гидравлическое сопротивление проходу газа и небольшой расход электроэнергии, а к недостаткам – высокую стоимость; невозможность очистки в них газа, содержащего хорошо проводящую ток пыль или частицы, плохо проводящие ток; необходимость в некоторых случаях осуществлять кондиционирование газа и его грубую очистку перед направлением в электрофильтр.

Наэффективнуюработуэлектрофильтравлияютследующиефакторы.

1)Равномерное распределение газа по сечению электрофильтра обеспечивает одинаковую скорость газа во всех его точках, что способствует улучшению очистки газа. При высокой скорости движения газа уменьшается время его пребывания в электрофильтре, и содержащиеся

внем заряженные частицы могут не успеть подойти к осадительному электроду и осесть на нем. Кроме того, высокая скорость газа может вызвать отрыв от электродов осевшей пыли.

2)Напряженность неоднородного электрического поля будет больше у электрода с меньшим радиусом. Для возникновения коронного разряда у более тонкого провода требуется иметь меньшее напряжение. Если коронирующие электроды будут неодинаковой толщины, при определенном напряжении у более тонких проводов возникнет коронный разряд. Для создания коронного разряда у электродов большей толщины потре-

138

буется увеличить напряжение, но при этом область короны у тонких электродов может возрасти до величины пробоя.

3)С повышением температуры газа понижается пробивное напряжение, при котором происходит дуговой разряд. Поэтому при высокой температуре газов нельзя поддерживать высокую напряженность поля, необходимую для зарядки частиц пыли в электрофильтрах. Кроме того, при высокой температуре газа увеличивается его вязкость, а следовательно, возрастает сопротивление газовой среды движению частиц и уменьшается влажность пыли, что приводит к возрастанию электрического сопротивления последней.

4)Если в очищаемом газе содержится большое количество мелкодисперсной пыли, то все ионы, образующиеся в области короны, могут передать свой заряд частицам, что приведет к так называемому запиранию короны, когда очистка газа практически прекращается. Для предотвращения этого явления концентрацию частиц в газе, направляемом

вэлектрофильтр, следует уменьшать, предварительно очищая пылегазовый поток в другом пылеуловителе.

5)Для эффективной работы электрофильтра необходимо ликвидировать подсосы воздуха через неплотности люков, бункеров и газоходов. Кроме того, это предотвращает отравление токсичными газами, воспламенение и взрыв пыли.

Расчет электрофильтра

1. Плотность газов при рабочих условиях, кг/м3:

= 273(Pбор ± РТ ) ρТ ρ0Т (273 + tг ) 101,3 .

2. Расход газа при рабочих условиях, м3/с:

Vг = V0V0Тρ . 3600 Т

3.Принимаем скорость газа в электрофильтре Wг1 = 1 м/с.

4.Необходимая площадь поперечного сечения электрофильтра, м2, определяется по формуле

F = Vг .

Wг1

139

5.Тип электрофильтра выбирается из справочников.

6.Уточняем скорость газа, м/с:

Wг = Vг .

F

где F – площадь активного сечения выбранного электрофильтра, м2.

7.Относительная плотность газов при стандартных условиях

(Рбар = 101,3 кПа; t = 20 ° С)

=Тст (Pбар ± Pг )

β(273 + tг ) 101,3 .

8.Критическая напряженность электрического поля, В/м:

			β		6
E	= 3, 04	β+ 0, 0311		10		,
кр			R1

где R1 – радиус коронирующего острия, принимаемый равным 0,001 м. 9. Критическое напряжение короны для пластинчатого электро-

фильтра, В,

		πH		2R1π
Uкр	= EкрR1		− 2,31lg		,
		S
				S

где Н – расстояние между плоскостями коронирующих и осадительных электродов, м,

Н = 0,275/2 = 0,1375,

где S – шаг коронирующих электродов, м, S = 0,18 м. 10. Линейная плотность тока короны, А/м,

i0 =			4π2 KφU (U −Uкр)							,
	9 10	9		2		πH	− 2,31lg	2R1π
			S
						S		S

где K – коэффициент подвижности ионов, равный 2,1–10 –4 ; φ – коэффициент, зависящий от отношения Н/S:

Н/S	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1Д	1,2	1,3	1,4	1,5
ϕ	0,08	0,068	0,046	0,035	0,027	0,022	0,018	0,015	0,013	0,012

140