Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

С.Г. Коротков

ОЧИСТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Конспект лекций

Для бакалавриата по направлению подготовки

022000 – Экология и природопользование

Новокузнецк

2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

ПРЕДИСЛОВИЕ 7

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ И СВОЙСТВА АЭРОДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ 7

1.1 Основные понятия, происхождение и классификация аэродисперсных систем 7

1.2 Основные положения гидродинамики газового потока 9

1.3 Основные свойства взвешенных частиц 15

1.4 Классификация промышленных пылеуловителей и оценка их эффективности 20

1.5 Определение запыленности газов 22

1.5.1 Прямой метод 23

1.5.2 Косвенные методы определения запыленности 29

2 ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ 29

2.1 Гравитационное осаждение частиц 30

2.2 Центробежное осаждение частиц 36

2.3 Инерционное осаждение частиц 37

2.4 Осаждение частиц за счет касания (зацепления) 41

2.5 Диффузионное осаждение 42

2.6 Осаждение под действием электрических зарядов 44

2.7 Термофорез 49

2.8 Диффузиофорез 52

2.9 Осаждение частиц в турбулентном потоке 54

2.10 Использование электромагнитного поля для осаждения взвешенных частиц 58

2.11 Суммарная эффективность улавливания частиц под воздействием различных механизмов осаждения 59

3 КОАГУЛЯЦИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ 59

3.1 Тепловая коагуляция 60

3.2 Градиентная коагуляция 61

3.3 Турбулентная коагуляция 62

3.4 Кинематическая коагуляция 64

3.5 Электрическая коагуляция 67

3.6 Акустическая коагуляция 71

4 МОКРОЕ ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ 73

4.1 Гидродинамика пузырьков 75

4.2 Гидродинамика капель 77

4.3 Гидродинамика пленки 79

4.4 Осаждение взвешенных частиц на каплях 80

4.5 Осаждение взвешенных частиц из газовой струи 86

4.6 Осаждение взвешенных частиц в пузырьках 89

4.7 Осаждение взвешенных частиц на пленку жидкости 93

4.8 Энергетический метод расчета эффективности мокрого пылеулавливания 95

5 УЛАВЛИВАНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ 98

5.1 Физические основы процесса абсорбции 99

5.2 ОСновы расчета процесса массообмена (абсорбции) 101

5.3 Адсорбционная очистка газов от сернистого ангидрида 104

5.4 Каталитическая очистка газов 108

5.4.1 Очистка газов от сернистого ангидрида каталитическим окислением 111

5.5 Химическая очистка газов 113

5.5.1 Очистка газов от сернистого ангидрида 114

5.5.2 Очистка газа от цианистого водорода 117

5.5.3 Очистка газов от сероводорода 118

5.5.4 Очистка газов от окислов азота 118

6 РАССЕИВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРЕ 118

7 ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ 123

7.1 Прочие инерционные пылеуловители 127

8 МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ 130

9 ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ 134

9.1 Особенности улавливания золы с неблагоприятными электрофизическими свойствами 142

9.2 Краткие сведения об улавливании золы на мазутных ТЭС 147

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 149

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152

Основные условные обозначения

a – удельная поверхность контакта, м^-1; расстояние между коронирующим и осадительным электродами, м;

С_к – поправка Кенингема-Милликена;

с – удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг·К);

D – коэффициент диффузии, м²/с; диаметр, м;

d – диаметр, м;

d_м– медианный диаметр частиц, м;

d_ча – аэродинамический диаметр частиц, м;

d₅₀ – диаметр частиц, улавливаемых в аппарате на 50%, м;

Е – напряженность электрического поля, В/м;

е – величина заряда электрона, 1,6·10^-19 Кл;

F – сила, Н;

G – массовый расход, кг/с;

g – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с²;

H,h – высота, м;

Н_п – высота слоя пены, м;

h₀ – исходный слой жидкости на тарелке, м;

i – удельный ток, А/м;

j – плотность тока, А/м²;

К_ч – энергозатраты при мокром пылеулавливании, кДж/1000 м³;

_Б – константа Больцмана, 1,38·10^-23 Дж/(кмоль·К);

– коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

L,l – длина, линейный параметр, м;

l_i – средняя длина свободного пробега молекул, м;

l_ч – длина инерционного пробега частиц, м;

М – масса 1 кмоль, кг/кмоль;

m – удельный расход жидкости, м³/м³, масса кг;

n – концентрация частиц, 1 м³;

n_и – концентрация ионов, 1 м³;

– давление, Па;

Δρ – гидравлическое сопротивление, Па;

q – величина электрического заряда, Кл;

R_г – универсальная газовая постоянная, 8314 Дж/(кмоль·К);

r – радиус, м;

s – площадь сечения аппарата, м²;

s₀ – свободное сечение тарелки, м²/м²;

Т – абсолютная температура, К;

t – температура, ^оС;

U – напряжение, В;

V – объемный расход, м³/с; объем, м³;

υ – скорость, м/с;

υ_ог – относительная скорость газов (относительно капель, частиц, обтекаемых тел и т.п.), м/с;

υ_с – скорость седиментации (осаждение) частиц, м/с;

ω – массовая скорость, кг/(м²·с);

у – концентрация водяных паров, кг/м³;

z – концентрация пыли (запыленность), кг/м³;

δ- толщина слоя пленки, м;

ε – относительная диэлектрическая проницаемость вещества;

ε₀ – диэлектрическая постоянная, 8,85·10^-12 Ф/м;

ζ – коэффициент гидравлического сопротивления;

λ₀ – масштаб турбулентности, м;

μ – динамическая вязкость, Па·с;

ν – кинематическая вязкость, м²/с;

ξ – коэффициент неполноты улавливания (проскок);

η – эффективность пылеулавливания;

ρ – плотность, кг/м³;

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

σ_ч – среднее квдратичное отклонение при нормально–логарифмическом распределении частиц по размерам;

σ_η – среднее квадратичное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки пылеуловителя;

τ – время, с;

τ_р – время релаксации, с.

Числа (критерии) подобия:

Надстрочные индексы:

I – значение на входе, начальный параметр;

II – значение на выходе, конечный параметр.

Подстрочные индексы:

апп – аппараты;

г – газ;

ж – жидкость;

и – ион;

к – капля;

п – пузырек;

пл – пленка;

ц – циклон;

ч – частица.

Параметры осаждения взвешенных частиц:

G – гравитационный;

ω – центробежный;

Stk - инерционный;

R – за счет зацепления (касания);

D – диффузионный;

К_Е – за счет электрических сил;

Т – за счет термофореза;

D_ф – за счет диффузиофореза.