Расчёт полых газопромывателей

Полые газопромыватели (рис. 6.1) реализуют наиболее простую схему мокрой очистки с организацией промывки запыленных потоков газа в газоходах (воздуховодах) или отдельных камерах (емкостях) различной формы. Орошающая жидкость в них подается встречно или поперек газового потока. Чтобы унос жидкости из зоны контакта был незначительным, размер капель должен быть не менее 500 мкм, а скорость газового потока не должна превосходить (0,8...1,2) м/с.

Рис. 1.23. Схема полого газопромывателя:

1 - входной патрубок; 2 - газораспределительная решетка;

3 - форсунки; 4 - каплеуловитель; 5 - выходной патрубок; 6 – бункер

Для уменьшения габаритов установки скорость потока увеличивают (иногда до 5 м/с и более) и устанавливают на выходе аппарата каплеуловители. Орошающую жидкость разбрызгивают чаще всего с помощью центробежных форсунок, поддерживая ее давление в пределах (0,3...0,4) МПа. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, из которой удалена грубая взвесь. Диаметр зоны орошения одной форсунки принимают в пределах 500 мм. Из этих условий определяют число форсунок, устанавливаемых в скруббере.

Эффективность очистки в скруббере зависит от дисперсности пыли, размера капель, скорости их падения, расхода жидкости, скорости пылега-зового потока. В полом скруббере удельный расход жидкости находится в пределах 2…2,5 л/м³, гидравлическое сопротивление 220…250 Па.

Полые газопромыватели могут найти применение для осаждения частиц крупнее 10 мкм. Полые скрубберы используют для очистки газов в металлургическом, литейном производстве, например, для очистки газов из вагранок.

Расчеты параметров полых газопромывателей с определением степени очистки по вероятностному методу выполняют в следующем порядке.

1. Принимают скорость газов v в скруббере около 1 м/с, перепад давления порядка (200...250) Па и выбирают величину удельного орошения т в преде­лах (0,5...8) 10~³ м³ на 1 м³ газа.

2. Определяют среднюю площадь скруббера в сечении, перпендикулярном направлению потока газов:

, м² , ( 1.6)

где V_г - расход очищаемых газов, м /с, подсчитанный по температуре и давлению на выходе из аппарата.

Температуру газов на выходе из скруббера, имевших начальную температуру (150...200)°С и выше, при отсутствии специальных требований можно принимать на 100 ° ниже начальной, а температуру не нагретых газов - равной начальной.

Находят диаметр аппарата с противоточным орошением или эквивалентный диаметр для аппарата с поперечным орошением. Высоту аппарата h с круглым поперечным сечением принимают порядка 2,5 диаметров, а с прямоугольным сечением - из конструктивных соображений.

3. Определяют расход жидкости на орошение:

, м³/с. (1.7)

4) Определяют инерционные параметры ψ_г для фракций частиц заданного состава:

(1.8)

где: d_i - диаметр частиц i - той фракции, м;

ρ_ч - истинная плотность частиц, кг/м³;

C'_I - поправка Кенингема (таблица 6.1);

μ- динамическая вязкость газа, Па∙с (19,3·10^-6 Па∙с);

l - определяющий размер, м.

Таблица 6.3.

Поправка Кенингема

d·106, м	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10
C	90	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03	1

За определяющий размер при расчете полых скрубберов принимают диаметр капли орошающей жидкости в пределах (0,6...1)·10^-3 м.

5) Определяют коэффициент захвата частиц определенных фракций η_i:

(1.9)

При 150 величина превышает 0,995; при значениях более 170 величину η_dri можно принимать равной 1.;

6. Определяют значения парциальных (фракционных) коэффициентов очистки для скрубберов с противоточным орошением по формуле :

, (1.10)

а для скрубберов с поперечным орошением по формуле:

(1.11)

В формулах (1.5) и (1.6) w_к - скорость осаждения капли, м/с; d_к - диаметр капли, м.

В полых газопромывателях устанавливаются форсунки грубого распыла, создающие капли диаметром (0,6...1) ^.10^-3 м. Скорость осаждения таких капель можно найти по диаграмме рис. 1.24.

Рис. 1.24. Скорость осаждения капель в полых газопромывателях.

7) По найденным парциальным (фракционным) коэффициентам очистки и заданному фракционному составу дисперсных загрязнителей определяют полный коэффициент очистки 8об_щ, используя формулу (6.12), и обосновывают возмож­ность применения полого скруббера или отказ от него.

(1,12)

где - массовая доля i-й фракции пыли.

Пример 1. Определить эффективность очистки пылегазового потока (воздуха) в полом скруббере и конечную концентрацию пыли в очищаемом воз­духе по следующим исходным данным.

Расход очищаемого газа V_г = 60000 м³/час; температура газа t = 75 ^оС;

начальная концентрация пыли С_н = 20 г/м³; плотность частиц пыли ρ_ч = 2800 кг/м³; загрязнитель: пыль смеси известняка и шлака; содержание SiO₂ – 28%; требуемая степень очистки: до ПДК (2 мг/м³).

Дисперсный состав пыли:

d, мкм	1,6	2,5	4,0	6,3	10
g, %	94	82,5	58	20	0,5

Решение.

1. Определяем необходимую эффективность очистки по формуле:

.

где С_к – концентрация пыли после очистки (С_к = 2^.10^-3 г/м³);

С_н - начальная концентрация пыли.

.

2. Пересчитаем дисперсный состав из интегрального вида в дифферен-

циальный по фракциям:

d₁ = (1,6 + 0) / 2 = 0,8 мкм;

d₂ = (1,6 + 2,5) / 2 =2,05мкм;

d₃ = (2,5 + 4) / 2 = 3,25 мкм;

d₄ = (4 + 6,3) / 2 = 5,15 мкм;

d₅ = (6,3 + 10) / 2 = 8,15 мкм.

gi = 100 - 94 = 6 %;

g₂ = 94 - 82,2 = 11,5 %;

g₃ = 82,5 - 58 = 24,5 %;

g₄ = 58 - 20 = 38 %;

g₅ = 20 - 0,5 = 19,5 %.

3. Рассчитаем медианный диаметр частиц d_m по формуле:

4. Далее рассчитаем стандартное отклонение по формуле:

5. Определяем основные размеры полого скруббера.

Принимаем: скорость газов в скруббере w = 1 м/с, перепад давления ΔР = 200...250 Па, величина удельного орошения т = 1∙10^-3 , м³/м³ газа, диаметр капель d_к = 1∙1^0-3 м, скорость осаждения капли w_к = 1,1 м/с (рис. 6.2).

Средняя площадь скруббера в сечении, перпендикулярном направлению потока газов:

F = V_гlv = 60000/3600∙1 = 16,667 м². Радиус аппарата определяем по формуле:

Диаметр аппарата: D = 2 R = 4,608 м. Высота аппарата: h = 2,5-D = 11,52 м.

6. Так как полученные размеры аппарата слишком велики, принимаем к установке 4 полых скруббера, тогда:

• площадь одного аппарата будет равна: = F/4 = 16,667/4 = 4,167 м²;

• радиус аппарата:

- диаметр аппарата: = 2 = 2,32 м;

- высота аппарата: h₁ = 2,5 = 2,5-2,32 = 5,8 м.

7. Определяем расход жидкости на орошение:

= 1-10^-3 16,667 = 0,0167 м³/с.

8. Определяем инерционные параметры ψ_i для фракций частиц заданного состава:

= (0,8 10^-6)²-2800-1-1,25/(18 19,3 10^-6 1 10^-3) = 0,008.

Ψ₂ = (2,05 10^-6)²- 2800-1-1,1/ (18 19,3 10^-61 10^-3) = 0,046.

Ψ₃ = (3,25 10^-6)²-2800-1-1,01/ (18 19,3 10^-61 10^-3) = 0,176.

Ψ₄ = (5,15 10^-6)²-2800 1-1/(18 19,3 10^-61 10^-3) = 0,267.

Ψ₅ = (8,15 10^{-6 2}-2800-1-1/ (18 19,3 10^-61 10^-3) = 0,669.

10. Определяем коэффициенты захвата частиц определенных фракций для противоточного орошения в скруббере:

= 0,008²/(0,008 + 0,35)² = 0,000499.

η₂ = 0,046²/(0,046 + 0,35)² = 0,0135.

ηз = 0,107²/(0,107 + 0,35)² = 0,0548.

η₄ = 0,267²/(0,267 + 0,35)² = 0,187.

η₅ = 0,669²/(0,669 + 0,35)² = 0,43.

10. Определяем значения парциальных коэффициентов очистки для

скрубберов с противоточным орошением:

11. Определяем общий коэффициент очистки полого скруббера с про­тивоточным орошением по формуле:

12. Определяем концентрацию пыли в газовом потоке после очистки в полом скруббере при общей эффективности очистки η_общ = 76 %.

С_к = С_н(1 - ) = 20 (1 - 0,76) = 4,8 г/м³.

Вывод.

Степень очистки воздуха от пыли в полом скруббере явно недостаточна, поскольку требуется очистить воздух до конечной концентрации 2 мг/м³. Следовательно, необходимо использовать более эффективный аппарат для пылеочистки или предусмотреть многоступенчатую схему очистки.