1.3. Эффективность улавливания

Эффективность очистки газа выражается отношением количества уловленной пыли к количеству пыли, поступившей в газоочистительный аппарат с газовым потоком за определенный период времени

, (3)

где – массовый расход частиц пыли, содержащейся в газовом потоке, в поступающем и выходящем потоках из аппарата соответственно, г/с;

– объемный расход газового потока поступающего и выходящего из аппарата соответственно, м³/с;

– концентрация твердых частиц в газовом потоке, поступающем в аппарат и выходящем из него соответственно, г/м³.

Эффективность очистки для частиц пыли различных размеров неодинакова. Лучше улавливается крупная пыль, поэтому первоначально степень очистки газов определяют по фракциям.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую эффективность очистки в аппарате:

, (4)

где Ф₁, Ф₂, Ф_n – доля определенной фракции пыли в газовом потоке, %;

n – количество фракций.

Суммарную степень очистки газов , достигаемую в нескольких последовательно установленных аппаратах (k), рассчитывают по формуле:

(5) ,

где – степень очистки газов от пыли в первом, втором и k аппарате соответственно.

Коэффициент проскока частиц пыли (степень неполноты улавливания пыли), в долях можно определить

. (6)

Для расчета фракционной эффективности улавливания необходимо четко знать фракционный состав пыли, т.е. дисперсность частиц в газовом потоке. Данные по дисперсному составу пыли в газовом потоке получают с помощью каскадных импакторов, принцип действия которых основан на инерционной сепарации частиц по размерам при пропускании пробы газа через ряд последовательно установленных сопл и подложек (рис.1). Размеры сопла уменьшаются по высоте аппарата. Определяют вес частиц в каждой подложке и относительную долю этих частиц в общем потоке.

Приведем пример замера фракционного состава пыли в газовом потоке. По результатам замера строим гистограмму (рис. 2.) и заносим значения в табл. 1.

Рис.1. Каскадный импактор:

1 − Корпус, 2 – подложка, 3 – сопло, 4 – фильтр

Р

Ф, %

d_ч, мкм

ис. 2. Гистограмма – распределение частиц по фракциям

Таблица 1

Диапазон по размеру частиц, dч, мкм	Средний размер частицы, dm, мкм	Фракционный состав, Ф, %	Дифференциальная составляющая, N, %	Интегральная составляющая, R, %
1−5	2,5	14	2,5	(100−7) = 93
5−10	7,5	20	4,0	(100−14) −10 = 76
10−20	15	30	3,0	(100−14−20) −15 = 51
20-−30	25	15	1,5	(100−14−20−30) − −7,5 = 28,5
30−40	35	11	1,1	(100−14−20−30−15) − −5,5 = 15,5
40−50	45	10	1,0	(100−14−20−30−15−11) −5 = 5

Если процентное содержание каждой фракции разделить на разность размеров частиц, принятых в качестве граничных, и построить график N = f(d_m), то получим дифференциальную кривую распределения частиц по размерам (рис.3).

При переходе к интегральным кривым R = f(d_m), принимаем, что каждая точка кривой показывает относительное содержание частиц с размерами больше данного размера.

На рис. 4. представлено интегральное распределение частиц в линейной системе координат.

N, %

d_m, мкм

Рис.3. Дифференциальная кривая распределения частиц по размерам

R, %

d_m, мкм

Рис. 4. Интегральная кривая распределения частиц по размерам

При построении функции R = f(d_m) в вероятностно-логариф­ми­чес­ких координатах (рис. 5) получаем прямую линию.

lg d_m

R, %

Рис.5. Интегральное распределение R = f(d_m), в вероятностно-лога­риф­ми­ческой системе координат

Если построить в логарифмических координатах зависимость эффективности улавливания от размера частиц, то получим зависимость η_Ф= f(d_m), которая может быть записана в виде интеграла вероятности

, (7)

где d₅₀ − диаметр частицы, осаждаемый в циклоне при заданном гидродинамическом режиме работы на 50 % (экспериментальная величина);

lg_ − стандартное отклонение функции распределения фракционных коэффициентов.

Для расчета фракционной эффективности уравнение (7) можно упростить, выделив величины t и x:

, (8)

где , (9)

, (10)

В соответствии с известным дисперсным составом пыли графически можно решить интеграл (8), используя значение функции нормального распределения приведенных в литературе [8] и в табл. 2.

. (11)

Следует иметь в виду, что при расчете эффективности улавливания форма частиц не учитывается, хотя известно, что частицы, например, в форме чешуек, волокон или пластин улавливаются хуже, чем шарообразные. Однако все частицы в расчете принимаются шарообразной формы и определенный размер частицы характеризуется скоростью ее осаждения и плотностью (размер частиц по Стоксу).

Далее приведена таблица плотности твердых материалов улавливаемой пыли (табл. 3).

Значение плотности материала (пыли) необходимы при пересчете экспериментального значения d₅₀ на новую расчетную величину, соответствующую данной системе пылеулавливания.

Например, для циклонов марки ЦН-15 экспериментально определены d₅₀^* = 4,5 мкм и lg^*_η = 0,352. Эксперимент проводился для циклонов = 600мм при средней скорости газа в аппарате W_г^* = 3,5 м/с, вязкости газа _г^* = 22,210^-6 Пас и плотности частиц пыли _ч^* = 1930 кг/м³.

Таблица 2

Значение функции нормального распределения

-2,70	0,0035	-1,06	0,1446	0,00	0,5000	1,08	0,8599
-2,60	0,0047	-1,04	0,1492	0,02	0,5080	1,10	0,8643
-2,50	0,0062	-1,02	0,1539	0,04	0,5160	1,12	0,8686
-2,40	0,0082	-1 00	0,1587	0,06	0,5239	1,14	0,8729
-2,30	0,0107	-0,98	0.1635	0,08	0,5319	1,16	0,8770
-2,20	0,0139	-0,96	0,1685	0,10	0,5398	1,18	0,8810
-2,10	0,0179	-0,94	0,1736	0,12	0,5478	1,20	0,8849
-2,00	0,0228	-0,92	0,1788	0,14	0,5557	1,22	0,8888
-1,98	0,0239	-0,90	0,1841	0,16	0,5636	1,24	0,8925
-1,96	0,0250	-0,88	0,1894	0,18	0,5714	1,26	0,8962
-1,94	0,0262	-0,86	0,1949	0,20	0,5793	1,28	0,8997
-1,92	0,0274	-0,84	0,2005	0,22	0,5871	1,30	0,9032
-1,90	0,0288	-0,82	0,2061	0,24	0,5948	1,32	0,9066
-1,88	0,0301	- 0,80	0,2119	0,26	0,6026	1,34	0,9099
-1,86	0,0314	-0,78	0,2177	0,28	0,6103	1,36	0,9131
-1,84	0,0329	-0,76	0,2236	0,30	0,6179	1,38	0,9162
-1,82	0,0344	-0,74	0,2297	0,32	0,6255	1,40	0,9192
-1,80	0,0359	-0,72	0,2358	0,34	0,6331	1,42	0,9222
-1,78	0,0375	-0,70	0,2420	0,36	0,6406	1,44	0,9251
-1,76	0,0392	-0,68	0,2483	0,38	0,6480	1,46	0,9279
-1,74	0,0409	-0,66	0,2546	0,40	0,6554	1,48	0.9306
-1,72	0,0427	-0,64	0,2611	0,42	0,6628	1,50	0,9332
-1,70	0,0446	-0,62	0,2676	0,44	0,6700	1,52	0,9357
-1,68	0,0465	-0,60	0,2743	0,46	0,6772	1,54	0,9382
-1,66	0,0485	-0,58	0,2810	0,48	0,6844	1,56	0,9406
-1,64	0,0505	-0,56	0,2877	0,50	0,6915	1,58	0,9429
-1,62	0,0526	-0,54	0,2946	0,52	0,6985	1,60	0,9452
-1,60	0,0548	-0,52	0,3015	0,54	0,7054	1,62	0,9474
-1,58	0,0571	-0,50	0,3085	0,56	0,7123	1,64	0,9495
-1,56	0,0594	-0,48	0,3156	0,58	0,7190	1,66	0,9515
-1,54	0,0618	-0,46	0,3228	0,60	0,7257	1,68	0,9535
-1,52	0,0643	-0,44	0,3300	0,62	0,7324	1,70	0,9554
-1,50	0,0668	-0,42	0,3372	0,64	0,7389	1,72	0,9573
-1,48	0,0694	-0,40	0,3446	0,66	0,7454	1,74	0,9591
Продолжение табл. 2
-1,46	0,0721	-0,38	0,3520	0,68	0,7517	1,76	0,9608
-1,44	0,0749	-0,36	0,3594	0,70	0,7580	1,78	0,9625
-1,42	0,0778	-0,34	0,3669	0,72	0,7642	1,80	0,9641
-1,40	0,0808	-0,32	0,3745	0,74	0,7703	1,82	0,9656
-1,38	0,0838	-0,30	0,3821	0,76	0,7764	1,84	0,9671
-1,36	0,0869	-0,28	0,3897	0,78	0,7823	1,86	0,9686
-1,34	0,0901	-0,26	0,3974	0,80	0,7881	1,88	0,9699
-1,32	0,0934	-0,24	0,4052	0,82	0,7939	1,90	0,9713
-1,30	0,0968	-0,22	0,4129	0,84	0,7995	1,92	0,9726
-1,28	0,1003	-0,20	0,4207	0,86	0,8051	1,94	0,9738
-1,26	0,1038	-0,18	0,4286	0,88	0,8106	1,96	0,9750
-1,24	0,1075	-0,16	0,4364	0,90	0,8159	1,98	0,9761
-1,22	0,1112	-0,14	0,4443	0,92	0,8212	2,00	0,9772
-1,20	0,1151	-0,12	0,4522	0,94	0,8264	2,10	0,9821
-1,18	0,1190	-0,10	0,4602	0,96	0,8315	2,20	0,9861
-1,16	0,1230	-0,08	0,4681	0,98	0,8365	2,30	0,9893
-1,14	0,1271	-0,06	0,4761	1,00	0,8413	2,40	0,9918
-1,12	0,1314	-0,04	0,4840	1,02	0,8461	2,50	0,9938
-1,10	0,1357	-0,02	0,4920	1,04	0,8508	2,60	0,9953
- 1,08	0,1401	-0,00	0,5000	1,06	0,8554	2,70	0,9965

Таблица 3

Материал пыли	Плотность, ρч кг/м3		Материал пыли	Плотность, ρч кг/м3
Апатит	3190		Сода кристаллическая	1450
Винипласт	1380		Соль каменная	2350
Гипс кристаллический	2240		Селитра натриевая	2260
Глина сухая	1800		Сосна	500
Зола	2200		Текстолит	1380
Известняк	2650		Уголь древесный	1450
Кокс	1300		Уголь каменный	1350
Колчедан	5000		Фаолит	1730
Песок сухой	1500		Фосфорит	1600
Поташ	2260		Цемент	2900

Для новой системы d₅₀ можно определить по эмпирическому уравнению

. (12)