5 Расчёт аппарата мокрой очистки газов от пыли

Для окончательной очистки воздуха от пыли используется мокрый пылеуловитель. В аппарат мокрой очистки поступает воздух, выходящий из циклона.

Среди аппаратов мокрой очистки газов широкое распространение получили пенные газоочистители ЛТИ. Они бывают одно- и двух полочные. Выбор числа полок зависит от степени запыленности газа.

Запыленность воздуха на входе в аппарат принимаем = 0,01 кг/м³. Требуемая степень очистки  = 0,99. Очистка производится водой.

Выбираем газоочиститель системы ЛТИ одно-полочный, т.к. содержание пыли в газе не более 0,02 кг/м³.

Скорость газа в аппарате – один из важнейших факторов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей (на всё сечение аппарата) составляет 0,5-3,5 м/с. Однако, при скоростях выше 2 м/с начинается сильный брызгоунос и требуется установка специальных брызгоуловителей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решётки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решётки. Для обычных условий рекомендуется скорость W_в = 2 м/c.

Расчет аппарата ведем по расходу воздуха для летних условий.

Рассчитываем площадь сечения аппарата S_a, исходя из рекомендуемой скорости газа:

(40)

По табл. 5.1 3 выбираем газоочиститель таким образом, чтобы его фактическое сечение, определяемое как произведение длины на ширину решетки, было как можно ближе к значению S_a = 1,015 м², полученного исходя из рекомендуемой скорости газа 2 м/с. Выбираем одно-полочный аппарат ЛТИ-ПГС-30, имеющий решётку длиной 1,62 м, шириной 2,72 м. Тогда сечение аппарата S_a:

Тогда фактическая скорость воздуха:

Таблица 5.1. – Одно-полочные пенные газоочистители ЛТИ – ПГС

Обозначение аппарата	Размеры аппарата
	Длина решётки, м	Ширина решётки, м	Высота аппарата, м
3	0,55	0,77	2,195
5,5	0,74	1,04	2,640
10	1,00	1,40	2,920
16	1,26	1,76	3,420
23	1,41	2,38	4,490
30	1,62	2,72	4,950
40	1,87	3,12	5,750
50	2,10	3,48	6,030

Расход уловленной пыли определяем по формуле:

(41)

Определяем расход воды, поступающей в аппарат L_в :

, (42)

где К_р – коэффициент распределения пыли между утечкой и сливной водой. Он находится в диапазоне 0,6-0,8. В расчётах, обычно, принимают К_р = 0,7.

–концентрация пыли в утечке. Она изменяется от = 0,2 (для не склонных к слипанию минеральных пылей) до= 0,05 (для цементирующих пылей). Принимаем концентрацию пыли в утечке= 0,15 кг пыли/кг воды. Тогда:

Далее определяем тип решетки в аппарате. Необходимо выбрать тип решетки в аппарате (круглые отверстия или щели), диаметр отверстия d₀ или ширину щели в_щ и шага между ними t. Форму отверстий выбирают из конструктивных соображений, а их размер – исходя из вероятности забивки пылью. Обычно принимают в_щ = 2-4 мм а d₀ = 2 – 6 мм. Затем выбирают такую скорость газа в отверстиях W₀, которая обеспечила необходимую величину утечки. При диаметре отверстий d₀ = 2 – 3 мм скорость газа должна составлять 6 – 8 м/с, а при d₀ = 4 – 6 мм W₀ = 10 – 13м/с.

Выберем решётку с круглыми отверстиями диаметром d₀ = 4 мм, тогда скорость газа в отверстиях примем W₀ = 10 м/с.

Рассчитываем долю свободного сечения решётки S₀, отвечающую выбранной скорости:

, (43)

где  - отношение перфорированной площади к площади сечения аппарата ( = 0,9-0,95).

При  = 0,95 доля свободного сечения решётки равна:

Исходя из величины S₀ определяют шаг t между отверстиями в зависимости от способа разбивки отверстий на решетке. Если принять, что отверстия располагаются по равностороннему треугольнику, то шаг между отверстиями составит:

(44)

Толщину решетки определяют по конструктивным соображениям. Примем толщину решётки  = 5 мм (эта толщина отвечает минимальному гидравлическому сопротивлению).

Определим высоту слоя пены и сливного порога. Высоту порога на сливе решетки устанавливают исходя из создания слоя пены такой высоты, которая обеспечивала бы необходимую степень очистки газа. Сначала определим коэффициент скорости пылеулавливания К_n :

(45)

Тогда высота слоя пены на решётке Н равна:

(46)

где величины К_n и W_в имеют размерность м/с.

Высоту исходного слоя воды на решётке h₀ определяем по формуле:

(47)

Интенсивность потока на сливе с решётки i найдём с учётом того, что ширина сливного отверстия равна ширине решётки в_с:

(48)

Высота сливного порога h_n будет равна:

(49)

Гидравлическое сопротивление аппарата мокрой очистки Р_а определяем по формуле:

(50)

где - Р_ - давление, необходимое для преодоления сил поверхностного натяжения, Па;

Р_ст – статическое давление столба воды высотой h₀ в аппарате, Па;

Р_n – потери давления на преодоление сопротивлений в отверстии решётки, Па.

(51)

(52)

(53)

В формулах (51 – 53):

 – поверхностное натяжение улавливающей жидкости, т.е. воды при температуре улавливания (t = 20C), находим в 2;  = 0,07 н/м;

d₀ – диаметр отверстий в решётке аппарата, м; d₀ = 4 мм;

h₀ – высота исходного слоя воды на решётке, м;

_ж – плотность воды, кг/м³; _ж = 1000 кг/м³;

 - коэффициент сопротивления ( = 1,1 – 2 3);

_вл.2 – плотность воздуха, покидающего барабан, кг/м³;

_вл.2 = 1,033 кг/м³;

W₀ – скорость воздуха в отверстиях решётки, м/с; W₀ = 10 м/с.

Тогда:

6. РАСЧЁТ ОТСТОЙНИКА.

В отстойник поступает вода вместе с уловленной пылью из аппарата мокрой очистки. Определим количество суспензии, поступающей в отстойник. Расход воды, поступающей в аппарат мокрой очистки, L_в = 8,49 кг/с, а расход уловленной пыли G_n = 0,91 кг/с.

Тогда расход суспензии, поступающей в отстойник

(54)

Содержание пыли в исходной смеси определяем по формуле:

(55)

Принимаем содержание пыли в осадке мас. доли, в осветлённой жидкостиx_осв = 0.

Минимальный размер улавливаемых частиц d_т = 0,1 мм. Плотность частиц _ч = 1750 кг/м³. Осаждение происходит при температуре 20С.

Определяем значение критерия Архимеда Ar по формуле:

(56)

где _ж – плотность воды, кг/м³;

_ж - динамическая вязкость воды, Пас, при температуре осаждения (20 ⁰С) 2, табл. VI, _ж = 110^-3 Пас.

Рассчитываем значение Re при осаждении частиц по формулам, зависящим от режима осаждения, что определяется с помощью критерия Ar:

при Ar  36 (57)

при 36  Ar  83000 (58)

при Ar  83000 (59)

Тогда скорость свободного осаждения шарообразных частиц W_0ч рассчитываем по формуле:

(60)

Находим плотность суспензии _см:

(61)

Определяем величину объёмной доли жидкости в суспензии :

(62)

Скорость стеснённого осаждения частиц суспензии W_ст можно рассчитать по формулам:

при   0,7 (63)

при   0,7 (64)

Поверхность осаждения F находим по формуле:

(65)

где К₃ – коэффициент запаса поверхности (К₃ = 1,3-1,35).

По величине поверхности осаждения F выбираем отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой диаметром 1,8 м и высотой 1,8 м, имеющий поверхность 2,54 м² (табл. 7.1 3).

Таблица 6.1. – Отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой

Диаметр, м	1,8	3,6	6,0	9,0	12,0	15,0	18,0	24,0	30,0
Высота, м	1,8	1,8	3,0	3,6	3,5	3,6	3,2	3,6	3,6
Поверхность, м	2,54	10,2	28,2	63,9	113	176,6	254	452	706,5