4.6. Пример расчета трубы Вентури
Задание 4.3. Определить необходимые размеры, гидравлическое сопротивление и концентрацию пыли на выходе из скруббера Вентури, очищающего газы вагранки, при следующих исходных данных: расход сухого газа при нормальных условиях Vос=20000 м3/ч, температура газа Т1 = 180 С, температура орошающей жидкости Тж=35 С, разрежение перед трубой Вентури Р1 = 0,5 кПа, плотность сухих газов при нормальных условиях ос =1,2 кг/м3, концентрация пыли в газе на входе в трубу Вентури z’ = 5 г/м3, , удельный расход воды на орошение m = 1,1 дм3/м3, давление воды перед форсунками Рв =300 кПа, скорость газов в горловине трубы Вентури принимают равной w2= 120 м/с (по условиям выхода).
Решение
1. Предварительно (на основании опыта работы аналогов) задаем гидравлическое сопротивление трубы Вентури: рm = 9 кПа.
2. Температура газов на выходе из трубы Вентури:
Т2 = (0,133-0,041 m)Т1+Тж = (0,133-0,0411,1) 180+35 = 51 С.
3. Плотность газов (по условиям выхода), считая их насыщенными влагой (при d2 = 0,118 кг/м3):
;
=
0,79 кг/м3.
4. Расход газа на выходе из трубы Вентури:
;
=
8,44 м3/с.
5. Расчетный диаметр горловины трубы, определенный по условиям выхода:
;
=
0,299 м.
6. По каталогам (см. Приложение 8) выбираем ближайшую унифицированную трубу Вентури: ГВПВ-0,080-400 с диаметром горловины 280 мм. Тогда фактическая скорость газа в горловине этой трубы составит:
;
=
137 м/с.
7. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом жидкости для орошения:
ж =0,63с m-0,3 = 0,630,150,0011-0,3 = 0,73,
где с=0,15 – коэффициент сопротивления сухой нормализованной трубы Вентури.
8. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури
;
=
8647 Па.
Рассчитанное значение гидравлического сопротивления мало отличается от принятого предварительно, поэтому пересчет можно не производить.
9. Главный энергетический параметр работы скруббера Вентури:
Кч =рm + Рвm;
Кч = 8647 + 3000000,0011 = 8977 кДж/1000 м3 газа.
10. Степень очистки газа:
;
=
0,963,
где В и - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава ваграночной пыли (выбираются согласно данным таблицы Приложения 3).
В = 1,35510-2; = 0,621.
11. Концентрация пыли на выходе из скруббера Вентури составит:
=
(1-0,963)5
= 0,185 г/м.
5. Электрическая очистка газов
5.1. Общие положения
При пропускании запыленного газового потока через сильное электрическое поле частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, заставляющее их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах. Вследствие того, что силы, вызывающие осаждение частиц пыли, приложены только к этим частицам, а не ко всему потоку газа, расход энергии при электрической очистке значительно ниже, чем для большинства других пылеулавливающих аппаратов.
При подаче напряжения на обкладки плоского конденсатора в цепи возникает незначительная сила тока, которая с повышением напряжения сначала немного увеличивается, а затем сохраняет постоянное значение, называемое током насыщения. Это объясняется тем, что при постоянном уровне ионизации газа в движение приходят все имеющиеся в газовом промежутке ионы. При некотором критическом значении приложенного напряжения кинетическая энергия движущихся ионов достигает такой величины, что они при столкновении с нейтральными молекулами расщепляют последние на положительные и отрицательные ионы. Образовавшиеся ионы ускоряются электрическим полем и, в свою очередь, ионизируют новые молекулы газа. Процесс ионизации приобретает цепной характер и называется ударной ионизацией. Благодаря равномерности электрического поля между обкладками конденсатора, ударная ионизация протекает равномерно во всех точках межэлектродного промежутка и сила тока мгновенно возрастает - наступает искровой разряд. Поэтому для осуществления ударной ионизации без пробоя межэлектродного промежутка необходима организация ударной ионизации в неравномерном электрическом поле.
При подаче напряжения на обкладки цилиндрического конденсатора напряженность поля вблизи центрального электрода будет значительно больше, чем у внешнего. По мере удаления от центрального электрода напряженность поля сначала уменьшается очень быстро, а потом медленнее. По мере роста напряжения область ударной ионизации расширяется и сила тока, проходящего через межэлектродный промежуток, повышается. Этот участок (1-2) диаграммы (рис.5.1) соответствует так называемому коронному разряду, при котором генерация ионов достаточна для осуществления зарядки пылевых частиц при отсутствии пробоя межэлектродного промежутка. При дальнейшем повышении напряжения область коронного разряда настолько увеличивается, что происходит искровой разряд (пробой).
Рис. 5.1. Зависимость силы тока i коронного разряда от величины приложенного напряжения.
Во внутренней зоне коронного разряда в равном количестве образуются ионы положительного и отрицательного знаков. Так как объем внешней зоны коронного разряда во много раз больше объема внутренней, то основная масса частиц пыли получает отрицательный заряд. Этим обусловлено осаждение основной массы пыли на положительном осадительном электроде. Лишь относительно небольшая часть частиц осаждается на отрицательном коронирующем электроде.
На процесс осаждения частиц влияют многочисленные факторы - проводимость и размер частиц, скорость, температура и влажность газа, состояние поверхности электрода и т.д.
Эффективность улавливания частиц пыли в электрофильтрах в значительной степени зависит от удельного электрического сопротивления слоя уловленной пыли. По величине удельного электрического сопротивления улавливаемые частицы пыли можно разделить на три группы:
1) пыли с малым электрическим сопротивлением (менее 104 Омсм), снижающие эффективность осаждения из-за подверженности процессу вторичного уноса;
2) пыли с удельным сопротивлением 104-1010 Омсм, хорошо осаждающиеся на электродах и легко удаляемые встряхиванием;
3) пыли с высоким удельным электрическим сопротивлением (более 1010 Омсм), которые труднее всего улавливаются в электрофильтрах. Пыли этой группы часто образуют плотный и прочный слой, трудно удаляемый с электродов.
Слой пыли, осажденной на электроде, обычно имеет поры и трещины, в связи с чем электрическое поле преобразуется в поле между двумя остриями, легко пробиваемому при невысоких напряжениях. Высокая напряженность поля в трещинах вызывает возникновение коронного разряда, сопровождаемого выделением ионов. Выделяющиеся положительные ионы движутся к коронирующему электроду навстречу заряженным частицам пыли и частично нейтрализуют заряд последних. Это явление, называемое обратной короной, резко ухудшает работу электрофильтра. Появление обратной короны сопровождается значительным увеличением потребляемого тока (в несколько раз выше нормального) при сниженном напряжении на электродах.
В настоящее время применяют два основных типа электрофильтров, схема которых приведена на рис.5.2.
Рис. 5.2. Принципиальные схемы электрофильтров:
а - пластинчатый электрофильтр; б - трубчатый электрофильтр;
1 - коронирующий электрод; 2 - осадительный электрод; 3 - источник высоковольтного питания.
В трубчатых электрофильтрах (рис. 5.2, б) запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам диаметром 200 – 250 мм, по оси которых натянут коронирующий электрод 1 - провод диаметром 2 - 4 мм. Другим осадительным электродом служит сама труба 2, на внутренней поверхности которой и оседает основная масса уловленной пыли.
В пластинчатых электрофильтрах (рис. 5.2, а) коронирующими электродами 1 являются также провода того или иного сечения, натянутые в ряд между параллельными пластинами, которые служат осадительными электродами 2.
Электрическое поле создается присоединением коронирующих и осадительных электродов к источнику выпрямленного тока 3 (рис.5.2) высокого напряжения (50 – 100 кВ).
Кроме формы осадительных электродов электрофильтры классифицируются по расположению зон зарядки (однозонные и двухзонные); по направлению движения газового потока (горизонтальные и вертикальные); по числу последовательно расположенных полей (однопольные и многопольные); по числу параллельно работающих секций (односекционные и многосекционные); по выводу уловленной пыли из электрофильтра (сухие и мокрые).