2. Технологический расчёт пластинчатого электрофильтрА и определение электрических параметров его работы

Технологический расчёт электрофильтра заключается в расчёте площади его активного сечения по заданному количеству очищаемого газа и рекомендуемой его скорости, определении электрических параметров работы электрофильтра и площади осадительных электродов, обеспечивающих требуемое значение остаточной концентрации пыли на выходе из электрофильтра.

ПРИМЕР.Требуется подобрать тип электрофильтра по каталогу, рассчитать его электрические параметры и степень очистки газа в нём, исходя из следующих данных:

- количество газа V=27000 м³/ч (р.у.)=27000/3600=7,5 м³/с (р.у.);

- температура газа t=150 °С;

- разрежение в системе р=1960 Па;

- содержание пыли в газе на входе в электрофильтр z₁=10 г/м³;

- барометрическое давление р_бар=101325 Па;

- состав газа: a_СО2=13 %; a_N2=72 %; a_О2=6,5 %; a_H2О=8,5 %;

- молекулярная масса компонентов газовой смеси:

М_СО2=44; М_N2=28; М_О2=32; М_H2О=18;

- фракционный состав пыли характеризуется следующими данными:

Средний радиус частиц, мкм	0,5	2,5	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0
% (по массе)	5	10	10	15	20	20	20

- требуемое содержание пыли в газе на выходе из электрофильтра z₂- не более 50 мг/м³;

(Разместить схему аппарата)

РАСЧЁТ.Принимаем к установке электрофильтр типа УГ. Задавшись скоростью газа в электрофильтре v=1 м/с, рассчитываем площадь активного сечения:

F=V/v=7,5/1=7,5 м2.

Выбираем по каталогу электрофильтр типа УГ1-2-10, у которого площадь активного сечения составляет F_K=10 м². Уточняем скорость газа в электрофильтре:

v=V/FK= 7,5/10 = 0,75 м/с.

По технологической характеристике электрофильтра, характеристике газа и содержащейся в нем пыли рассчитываем электрические параметры и степень очистки газа.

Вычисляем относительную плотность газа по формуле (2.6):

.

Критическую напряжённость электрического поля при отрицательной короне рассчитываем по формуле (2.3). Для принятого электрофильтра радиус коронирующего электрода r_0К=1^.10^-3 м:

=

=В/м.

Критическое напряжение короны или разность потенциалов между коронирующим и осадительным электродами при возникновении коронного разряда в пластинчатом электрофильтре определяем по формуле (2.8). В принятом электрофильтре h=0,275:2= =0,1375 м; b=0,18 м.

,

U0=45,2.105.1.10-3.[(3,14.0,1375:0,18)-ln(2.3,14.1.10-3:0,18)]= =25,93.105 В.

Линейную плотность тока короны для пластинчатого электрофильтра определяем по формуле (2.10). Подвижность ионов для средних условий коронного разряда может быть принята равной 2,1^.10^-4 м²/(В^.с). При h/b=0,1375:0,18=0,76 f=0,05.

По паспортным данным электрофильтра рассматриваемого типа, напряжение, приложенное к электродам, должно составлять 80 кВ. Тогда

,

J=[(4.3,142.2,1.10-4.0,05).80.103.(80.103-25,93.103)]: :{9.109.[(3,14.0,1375:0,18) - 2,3.lg(2.3,14.1.10-3:0,18)].0,182}= = 1,068.10-3А/м.

Напряжённость поля в пластинчатом электрофильтре определяем по формуле (2.16). Электрическая постоянная

0= 1/(4..9.109)=8,85.10-12Ф/м.

Тогда

,

5,27.105 В/м.

Вязкость отдельных компонентов газовой смеси при температуре t рассчитываем по формуле

,

где - динамическая вязкость i-го компонента газовой смеси при 0°С, Па·с (таблица А.1 приложения А);

С_i- постоянная Сатерленда i-го компонента газовой смеси при 0°С (таблица А.1 приложения А);

T - абсолютная температура газовой смеси, К.

Для CO2 Па.с;

для O2 Па.с;

для Н2О Па.с;

для N2 Па.с.

Молекулярную массу газовой смеси находим по формуле

;

M_см, M_i- молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных её компонентов, кг/кмоль;

a_i- содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объёму;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Mсм=(13.44/100)+ (6,5.32/100) + (8,5.18/100) + (72.28/100)= =29,48 кг/моль.

Находим динамическую вязкость газовой смеси по формуле

,

где

,- динамическая вязкость, соответственно, газовой смеси и отдельных её компонентов (при температуре t), Па·с;

M_см, M_i- молекулярные массы соответственно газовой смеси и отдельных её компонентов, кг/кмоль;

a_i- содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объёму;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Тогда

,

=[(13·44):(100·0,205·10-4)+(6,5·32):(100·0,281·10-4)+ +(8,5·18):(100·0,172·10-4)+(72·28):(100·0,236·10-4) = 129,6.104.

Отсюда вязкость газовой смеси будет равна

, см, t=29,48:(129,6.104)=0,227.10-4Па.с.

Рассчитываем теоретическую скорость движения заряженных частиц к электродам электрофильтра. Скорость движения (скорость дрейфа) частиц радиусом более 1 мкм вычисляем по формуле (2.30):

;

где E=E_з.о=E_з.з- напряжённость поля в зоне осаждения, В/м;

r_P- радиус частицы, м;

_г- динамическая вязкость газа, Па^.с;_г=_см.

, м/с.

Подставив в это уравнение значение радиуса частиц пыли, содержащейся в газе (см. исходные данные), получим следующие значения скорости дрейфа:

Средний радиус частиц, rp, мкм	2,5	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0
wp.10-2, м/с	36,07	72,15	144,3	216,45	288,6	360,75

Для частиц радиусом 0,5 мкм теоретическую скорость определяем по формуле (2.31)

 ,

где E=E_з.о=E_з.з- напряжённость поля в зоне осаждения, В/м;

r_P- радиус частицы, м;

A - постоянный коэффициент (равен 0,815-1,63);(принимаем A=1);

l_m- средняя длина свободного пробега молекул, м; (для газов ориентировочно можно принять l_m=10^-7м);

_г- динамическая вязкость газа, Па^.с;_г=_см.

wp= 14,43.104.0,5.10-6.[1+1.10-7:(0,5.10-6)] .[1:(0,277.10-4)] = = 0,312.10-2м/с.

Действительная скорость движения частиц в электрофильтре, по практическим данным, в два раза меньше рассчитанной:

Средний радиус частиц, rp, мкм	0,5	2,5	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0
wp.10-2, м/с	0,156	18,03	36,07	72,15	108,22	144,35	180,37

Находим удельную поверхность осаждения. Для фильтра типа УГ1-2-10 общая площадь осаждения осадительных электродов составляет F_о.э=20 м². Отсюда удельная поверхность осаждения

f= Fо.э/V=420:7,5=56 м2/(м3/с).

Фракционную степень очистки газа в выбранном пластинчатом электрофильтре рассчитываем по формуле (2.36)

,

где f - удельная поверхность осаждения, с/м;

;

F_о.э- общая площадь осадительных электродов, м²;

H - высота осадительных электродов, м;

L - общая длина осадительных электродов всех электрических полей, м;

n - число газовых проходов в активном сечении;

F_а.с- площадь активного сечения, м²;

h - расстояние между коронирующими и осадительными электродами, м.

По значению удельной поверхности осаждения и действительным скоростям движения пыли в электрофильтре фракционная степень очистки газа будет характеризоваться следующими данными:

Средний радиус частиц, rp, мкм	0,5	2,5	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0
w, cм/с	0,156	18,03	36,07	72,15	108,22	144,35	180,37
ф, i	0,0916	1	1	1	1	1	1
ф, i, %	9,16	100	100	100	100	100	100

Общая степень очистки газа в электрофильтре по формуле (2.37)

составит

=0,0916.0,05+1.0,1+1.0,1+1.0,15+1.0,2+1.0,2+1.0,2=0,9945; =95,45 %.

Содержание пыли в очищенном газе будет:

z2= z1·(1 -)=10·(1-0,9925)=0,075 г/м3, или z2=75 мг/м3.

Если расчётное значение остаточной концентрации пыли z₂в очищенном газе будет превышать заданное в исходных данных, необходимо увеличить площадь осадительных электродов путём увеличения числа электрических полей или числа последовательно включенных электрофильтров и повторить расчёт.