Семинар №6

Для очистки технологических газов, параметры которых (производительность, температура и т.д.) меняются во времени, предназначены скрубберы Вентури типа СВ–Кк, которые представляют собой трубу Вентури с кольцевым регулируемым сечением горловины, скомпонованные с каплеуловителями (одним или двумя) центробежного типа.

Групповой скруббер Вентури

Принцип действия скрубберов Вентури основан на улавливании частиц пыли, абсорбции или охлаждении газов каплями орошающей жидкости, диспергируемой самим газовым потоком в трубе Вентури.

В зависимости от физико-химических свойств улавливаемых пылей, химического состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Обычно скорость газа в горловине трубы 30–200 м/с, а удельный расход орошающей жидкости 0,5–3,5 л/м3.

Труба Вентури типа ГВПВ – газопромыватель Вентури, прямоточный, высокоскоростной – предназначена для установки в системах очистки запыленных технологических газов. Труба Вентури круглого сечения включает в себя: диффузор, горловину, конфузор и штуцера подвода орошающей жидкости с форсунками.

Каплеуловитель типа КЦТ – каплеуловитель центробежный с тангенциальным подводом газа – предназначен для улавливания капель жидкости с осевшими на них частицами пыли. В основном устанавливается в технологической линии за трубами Вентури типа ГВПВ. Может быть также использован в качестве самостоятельной ступени очистки при улавливании пылей размером частиц более 5 мкм. Представляет собой малогабаритный прямоточный циклон с входным патрубком прямоугольного сечения и выходным патрубком круглого сечения.

Скруббер Вентури типа СВ–Кк – скруббер Вентури, кольцевой контактный канал – предназначен для очистки нетоксичных и невзрывоопасных газов от частиц пыли, не склонных к образованию отложений. Компонуется из трубы Вентури (с регулируемым сечением горловины) и отдельно стоящего (одного или двух) центробежного сепаратора с коническим завихрителем. Для регулировки сечения горловины установлен эллиптический обтекатель. Орошающая жидкость подается в конфузор трубы Вентури с помощью форсунок, равномерно распределенных по периметру конфузора.

Пример. Выбор и расчет скруббера Вентури

Выбрать и рассчитать скруббер Вентури для очистки отходных газов конвертера. Определить размеры скруббера, эффективность его работы и гидравлическое сопротивление при следующих данных : расход газа при нормальных условиях v₀=2000м³/ч, ζ=32- коэффициент сопротивления циклона, температура газа Т_г=60⁰С, разрежение перед трубой Вентури Р_г=1,2кПа, плотность газа при нормальных условиях ρ₀=1,26 кг/м³, концентрация пыли в газе z`=1 г/м³, температура воды , поступающей на орошение под напором Р₂=300кДж, Т_н=20⁰С, необходимая концентрация пыли на выходе из аппарата z``=20 мг/м³, удельный расход воды на орошение m=1,2 дм³/м³, барометрическое давление 101,3 кПа.

Решение:

1. Необходимая степень очистки газа:

η = 1 - = 1 - =0,98

2. Число единиц переноса:

N_r = ln = ln =3,92.

3. Удельную энергию , кДж/1000м³, затрачиваемую на пылеулавливание , определяют из уравнения N_r=B k^χ_r , подставив численное значение N_r и взяв значения коэффициентов В и χ - константы из Приложения 6(стр.11).

3,92 = 6,9 10^-3 k^χ_r , откуда К_r=12900кДж/1000м³.

4. Обще гидравлическое сопротивление скруббера Вентури:

∆P= К_r-P₂ m=12900-300000 0,0012=12540 Па

где m=0,0012м³/м³- удельный расход воды на орошение.

5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях, кг/м³:

ρ₁ = ρ₀ · = 1,26 · =1,02.

6. Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях м³/с:

V₁=V₀ (ρ₀:ρ₁); V₁=(2000 1,26):(1,02 3600)=0,69.

7. Расход орошающей воды, дм/с:

М_в = V₁ m=069 1,2=0,83.

8. Температура газов на выходе из трубы Вентури, ⁰С:

Т₂=(0,133-0,041 m) T_г+35=(0,133-0,041 1,2) 60+35=40.

9. Плотность газов на выходе из трубы Вентури (считаем, что газы насыщены влагой (х=0,063 кг/м³)), кг/м³(Исходную формулу см. в Приложении 3):

ρ₂ = = = 0,96

∆Р_m- сопротивление трубы Вентури предварительно принимаем 12 кПа (на основании аппаратов- аналагов).

10. Объёмный расход газа на выходе из трубы Вентури м³/с:

V₂= V₀ ; V₂= =0,73.

11. Диаметр циклона- каплеулавливателя, м:

D=1,13 ; D=1,13√0,73:2,5=0,61.

Где w_ц-скорость газа в циклоне - каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с).

12. Высота циклона – каплеуловителя, м:

Н=2,5 D=2.5 0.61=1.52.

13. Гидравлическое сопротивление циклона - каплеуловителя, Па:

∆ρ_ц= ξ · ; ∆ρ_ц=(32 2,5² 0,96):2=100.

14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:

Р_m=∆Р-∆Р_ц=12540-100=12440.

15. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости для нормализованной трубы Вентури:

ξ_ж=0,63 ξ_с m^-0,3=0,63 0,145 0,0012^-0,3=0,68,

где ξ_с- коэффициент сопротивления сухой трубы, принимаем равным 0,145.

16. Необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури , м/с:

w₂ =; w₂ = =161.

17. Диаметр горловины трубы Вентури, м:

d₂=1,13 ; d₂=1,13 √0,73:161=0,077.

18. По полученному диаметру горловины находим все остальные размеры нормализованной трубы Вентури, используя данный Приложений 8.

Пример . Расчет трубы Вентури

Определить необходимые размеры гидравлическое сопротивление и концентрацию пыли на выходе их скруббера Вентури при следующих исходных данных: расход сухого газа при нормальных условиях V_ос = 20000 м³/ч, температура газа T₁ = 180 ^oC, температура жидкости Т_ж = 35 ^oC, разрежение перед трубой Вентури ∆P₁ = 0,5 кПа, плотность сухого газа при нормальных условиях ρ_0с = 1,2 кг/м³, концентрация пыли на входе в трубу Вентури z` = 5 г/м³, удельный расход воды на орошение m = 1,1 дм³/м³, давление воды перед форсункой P_в = 300 КПа, скорость газов в горловине трубы принимают равной w_г = 120 м/с (по условиям выхода). (газ вагранки)

Решение.

1. Предварительно (на основании аналогов) задаем гидравлическое сопротивление трубы Вентури:

∆P_m = 9 кПа.

2. Температура газов на выходе из трубы Вентури, ^oC:

T₂ = (0,133 – 0,041 m) T₁ + T_ж = (0,133 – 0,041 1,1) 180 + 35 = 51

3. Плотность газа ( по условиям выхода ), считая его насыщенным влагой (при х₂ = 0,118 кг/м³), кг/м³:

ρ₂ = ρ_0с

ρ₂ = 1,2 =0,87.

4. Расход газа на выходе из трубы Вентури, м³/с:

V₂ = V_0c ; V₂ = 20000 1,2/(0,87 3600) = 8,3.

5. Расчётный диаметр горловины трубы, определённый по условиям выхода, м:

D₂ = ; D₂ = = 0,299.

6. Выбираем ближайшую типовую трубу ГВПВ - 0,080 – 400 с диаметром горловины 320 мм (см. Приложение 8).

Тогда фактическая скорость газа в горловине этой трубы, м/с:

W_г = V₂/(0,785 D²); w_г = 8,3/(0,785 0,320²); w_г = 135.

7. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом жидкости для орошения:

ξ_ж = 0,63 ξ_с m^-0,3; ξ_ж = 0,63 0,15 0,0011^-0,3; ξ_ж = 0,73,

где ξ_с = 0,15 – коэффициент сопротивления сухой трубы.

8. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па:

∆P_m = ξ_c ;

∆P = 0,15 ; ∆P = 8510;

Рассчитанное значение гидравлического сопротивления мало отличается от принятого предварительного (9 кПа), поэтому пересчёт можно не производить.

9. Главный энергетический параметр скруббера Вентури, кДж/1000 м³:

K_r = ∆P + P_в m; K_г = 8510+30000 0,0011; K_г = 8840.

10. Степень очистки газа:

η = 1- exp(-B K_r^χ); η = 1 – exp(-1,355 10^-2 8840^0,621); η = 0,978;

постоянные B и χ для ваграночной пыли выбираем по Приложению 6:

B = 1,355 10^-2; χ = 0,0621

11. Концентрация пыли на выходе из скруббера при z`` = 10 г/м³, мг/м³:

z`` = (1 – η)·z<sup>΄</sup>; z`` = 5 (1 – 0,978); z`` = 110

Приложение 3.

Формулы для расчета основных характеристик газов применительно к различным условиям.

1. Плотность сухих газов , состоящих из нескольких компонентов при нормальных условиях( Т₀=273 К, Р₀=101,3 кПа), кг/м³:

ρ_{ос =}М/22,4

М=0,01(а₁М₁+а₂М₂…..+а_nM_n);

Где М, М₁,М₂…..M_n- относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов кг/моль;

а_1,а₂……а_n- содержание компонентов в смеси %( температуре Т_г ⁰С, барометрическом давлении Р_бар кПа и избыточном давлении _-⁺ Р_г, кПа), кг/м³:

ρ_с=ρ_0с( Р бар+(-)Р_г)273/101,3(273+Т_г).

2. Плотность влажных газов при содержании в них водяных паров х при нормальных условиях равна, кг/м³:

ρ=ρ_ос+х0,804/(0,804+х),

где ρ_о^Н₂^О=М^Н₂^О/22,4=18/22,4=0,804- плотность водяных паров при нормальных условиях, кг/м³.

3. Плотность влажных газов при рабочих условиях , кг/м³:

ρ₂ = (ρ_0с+х) 273 (Р_бар – (+)Р_г ) /(1+х/0,804)(273 + Т_г) 101,3

Вязкость газов

4. Коэффициент динамической вязкости смеси газов состоящих из нескольких компонентов при нормальных условиях ( Т₀=273 К, Р₀=101,3 кПа), Н с/м²:

М/μ=0,01 ( а₁М₁:μ₁+ а₂М₂:μ₂₊ …..а_nМ_n:μ_n) ,

Где М, М₁,М₂…..M_n- относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов кг/моль;

а_1,а₂……а_n- содержание компонентов в смеси %(объемн.)

μ_см, μ₁ ,μ₂……μ_n-динамические коэффициенты вязкости смеси газов и отдельных компонентов, Н с/м².

5. При рабочей температуре Т_г⁰С динамические коэффициенты вязкости находят из выражения

Н с/м²:

μ=μ₀ ((273+С) /(Т_г+С)):(Т_г/203)^1,5,

6. Значение динамические коэффициенты вязкости при 0⁰С μ₀ и константы С для различных газов приведены в Приложении 2.

7. Кинематический коэффициент вязкости газов, м²/с:

υ= μ/ρ,

где ρ-плотность газа.

8. Влажность газа.

В газоочистной технике влажность газов чаще всего характеризуют величиной относительной влажности φ=Р_Н2Оρ_нас или влагосодержанием (х) выражаемых в граммах влаги на 1 кг или на 1 м³ сухого воздуха при н.у. Связь между этими величинами выражается следующим образом:

Х=0,662φР_нас/(Р_бар-Р_нас),

Где Р_бар- общее( барометрическое) давление смеси, Па;

Р_нас- парциальное давление водяных паров при насыщении для данной температуры, Па.

9. Объем влажного газа , получаемого из 1 м³ сухого газа при нормальных условиях после частичного или полного насыщения его водяными парами, м³/м³:

V_г=2,79 (273+Т_г):р_бар(1+ φР_нас/р_бар- φР_нас),

Где Т_г- температура газа при нормальных условиях ,⁰С.

10. Теплоёмкость и энтальпия газов

Теплоёмкость смеси газов, состоящий из нескольких компонентов, кДж/кг K:

c_см = 0,01 a₁c₁ + a₂c₂ + ….. + a_nc_n ,

где c_см, c₁, c₂, ….. c_n – удельные объёмные теплоёмкости газов и отдельных компонентов;

a₁, a₂ ….. a_n – содержание компонентов в смеси, % (объёмн.)

11. Энтальпию влажных газов i_в определяют как сумму энтальпий сухих газов и водяных паров, отнесённых к 1 кг сухих газов:

i_вг = i_сг + x i_n; i_вг = c_г T_г + x i_n,

где i_сг – энтальпия сухих газов, Дж/кг;

i_н – энтальпия водяных паров при расчётной температуре, Дж/кг;

с_г – теплоёмкость сухих газов, Дж/(кг ^oC);

x – влагосодержание газов, кг/кг;

12. Энтальпию водяных паров для практических целей можно определять из эмпирического выражения, кДж/кг:

i_n = 2480 + 1.96 T_г

13. Объём газов

Объём влажных газов при рабочих условиях, м³:

V = V₀ (273 + T_г) 101,3/((273 (p_бар ± p_г)),

Где V₀ – объём влажных газов при нормальных условиях, м³;

14. Если известен объём сухих газов V_ос, м₃, при нормальных условиях и содержание в них водяных паров X, кг/м³, то объём влажных газов равен, м³:

V₀ = V_ос (1 + х/0,804).

15. Если влагосодержание х дано в кг/кг, то объём влажных газов определяют из выражения, м³:

V₀ = V_ос (1 + ρ_о х/0,804).

Приложение 6.

Значения эмпирических коэффициентов В и χ

Для различных видов пылей и аэрозолей

Виды пыли и аэрозолей	В	χ
1Конверторная пыль( при продувке кислородом сверху)	9,8 10-2	0,4663
2 Туман фосфорной кислоты	1,34 10-2	0,6316
3 Ваграночная пыль	1,355 10-2	0,6210
4 Колошниковая (доменная пыль)	6,61 10-3	0,891
5 Пыль известковых печей	2,34 10-4	1,029
6 Пыль, содержащая окислы цинка из печей , выплавляющих латунь	5,53 10-5	0,5217
7 Щелочной аэрозоль известковых печей	2,14 10-4	1,2295
8 Аэрозоль сульфата меди	1,656 10-6	1,0679
9 Пыль мартеновских печей ,работающих на кислородном дутье	1,75 10-6	1,619
10 Пыль мартеновских печей ,работающих на воздушном дутье	0,268	1,619
11 Пыль из конвертора , работающего без продувки	2,42 10-5	0,2589
12 Пыль, образующаяся при выплавке 45 % ферросилиция в закрытых электропечах	6,9 10-3	1,26
13 Пыль, образующаяся при выплавке силико –марганца в закрытых электропечах		0,67

Приложение 8

Техническая характеристика труб Вентури ГВПВ

Типоразмер трубы	Площадь сечения горловины πD22/4,м2	Производительн-ть ( по усл.выхода) V2, м3/ч	Основные размеры, мм					Масса М, кг
			d	D1	D2	h	H
ГВПВ-0,006 ГВПВ-0,010 ГВПВ-0,014 ГВПВ-0,019 ГВПВ-0,025 ГВПВ-0,030 ГВПВ-0,045 ГВПВ-0,060 ГВПВ-0,080 ГВПВ-0,100 ГВПВ-0,0140	0,006 0,010 0,014 0,019 0,025 0,030 0,045 0,060 0,080 0,100 0,140	1700-3500 3100-6500 4140-8400 5590-11340 7450-15120 9320-18900 13800-28000 18630-37800 13460-47600 32430-65800 41400-84000	85 115 135 155 180 200 240 200 320 370 420	273 377 400 480 600 630 720 900 1000 1120 1320	219 325 377 400 480 530 630 720 820 1000 1120	12 17 20 24 27 30 35 40 50 55 65	1820 2500 2940 3140 3790 4025 4620 5425 5940 7240 8140	70 120 150 175 257 310 420 560 675 975 1200
Примечание: Температура газа до 4000С Давление жидкости перед форсункой 0,08…..0,98 МПа . Удельный расход орошающей жидкости 0,5…..2,5 дм3/м3.

Приложение 9.

Техническая характеристика каплеуловителей КЦТ

Типоразмер каплеуловителя	Внутренний диаметр D, м	Полная высота Н,мм	Производительность V, м3/час	Масса М, кг
КЦТ-400	400	1210	1700	85
КЦТ-500	500	1750	3100-3890	154
КЦТ-600	600	200	3890-5600	168
КЦТ-700	700	2220	5600-7625	218
КЦТ-800	800	2462	7625-9960	268
КЦТ-900	900	2754	9960-12600	332
КЦТ-1000	1000	3004	12600-25560	408
КЦТ-1200	1200	3557	25560-22410	708
КЦТ-1400	1400	4107	22410-30500	908
КЦТ-1600	1600	4607	30500-39840	1158
КЦТ-1800	1800	5208	39840-50420	1558
КЦТ-2000	2000	5758	50420-62245	1828
КЦТ-2200	2200	6408	62245-75315	2268
КЦТ-2400	2400	6908	75315-84000	2648