5.3. Примеры расчета электрофильтров

Задание 5.1. Произвести выбор и расчет электрофильтра серии УГ для очистки газов мартеновской печи емкостью 600 т при следующих исходных данных: расход влажного газа при нормальных условиях V₀=160 тыс.м³/ч; плотность газов при нормальных условиях ₀ = 1,31 кг/м³ ; температура газов Т_г = 180 ^ОС; разрежение газа Р_г = 2000 Па; рабочее напряжение U = 80 кВ; состав дымовых газов, % (по объему): 13,0 СО₂; 16,5 Н₂О; 6,5 О₂ ; 64 N₂. Концентрация пыли перед электрофильтром z’ = 6 г/м³; дисперсный состав пыли с учетом коагуляции за счет подачи пара в газоход:

Размер частиц, мкм . . . . . . . .	 1	1 - 2	2 - 15	15 - 30	 30
Содержание, % (по массе) . .	5	10	70	10	5

Решение

1. Плотность газов при рабочих условиях:

 _г =  ₀ 273( Р_бар - Р_г )/ [101,3 (273 + Т_г)],

 _г = 1,31[273(101,3 -2) /101,3(273 + 180)] =0,77 кг/м³.

2. Расход газов при рабочих условиях:

V_г = V₀ ₀ / _г 3600

V_г = (16010³1,31)/(0,773600) = 76 м³/с.

3. Необходимая площадь поперечного сечения электрофильтра при скорости газа в электрофильтре w_г = 1 м/с:

F’ = V_г / w_г = 76 / 1 = 76 м².

4. Вследствие высокой дисперсности пыли выбираем электрофильтр типа УГ2-4-74 с активным сечением F = 74 м² и поверхностью осаждения 6300 м² (см. Приложение 9). Тогда фактическая скорость газа в электрофильтре:

w_г = V_г /F = 76 / 73,4 =1,03 м/с.

5. Относительная плотность газов при стандартных условиях (Р_ст= 101,3 кПа, Т_ст= 20 ⁰С):

 = [(Р_бар  Р_г) 293] / [ 101,3(273 + T_г)]

 = (101,3-2) 293/ 101,3(273+180) = 0,63.

6. Критическая напряженность электрического поля:

Е_кр = 3,04 [( + 0,0311( / R₁)^1/2] 10⁶ ,

Е_кр = 3,04 [(0,63 + 0,0311(0,63 / 0,001)^1/2] 10⁶ = 4,28 10⁶ В/м,

где R₁- эквивалентный радиус игольчатого коронирующего электрода (принимаем R₁= 1 мм).

7. Критическое напряжение короны для пластинчатого электрофильтра типа УГ:

U_кр = Е_кр R₁[(H/S) - ln(2 R₁ /S)],

U_кр = 4,28 10⁶0,001[(3,140,1375/0,18 - ln(23,140,001/0,18)] = 24,610³ В,

где H - расстояние между плоскостями коронирующих и осадительных электродов (H = 0,275/2 = 0,1375 м); S - шаг коронирующих электродов (S = 0,18 м).

8. Подвижность ионов газа при нормальных (К₀) и рабочих (К) условиях:

К₀ = 0,130,96 + 0,1650,57 + 0,0651,84 + 0,641,84= 1,51810^-4 м² / Вс;

К = [ K₀ (273+T_г) 101,3] / [273 (P_бар  P _г)],

К = [1,51810^-4 (273 + 180)  101,3] / [273(101,3 - 2)] = 2,5710^-4 м² / Вс .

9. Линейная плотность тока короны:

i₀ = CU(U - U_кр),

где С = 4 ² К f / {910⁹ [( H / d) - ln (2R₁/ d)]};

f = 0,042 при Н/S = 0,275/(20,18) = 0,76.

i₀ = U(U - U_кр) 4 ² К f / {910⁹ [( H /S) - ln (2R₁/ S)]},

i₀ = 8010³(8010³-24,610³)43,14²2,5710^-40,042/{910⁹[(3,140,275/20,18)-

-ln (23,140,001/0,18)]} = 0,1210^-3 А/м.

10. Напряженность электрического поля:

Е = [ (8 i₀H) / (4K₀S)] ^1/2 ,

Е = [ (8 0,12 10^-30,1375)/(43,142,5710^-48,8510^-120,18)] ^1/2 = 1,7810⁵ В/м.

11. Вязкость компонентов, входящих в состав дымовых газов при рабочих условиях, определяется по формуле

 =  ₀ (273 + С)(Т_абс/273)^1,5 / (Т_абс + С)= ₀ (273 + С)(453/273)^1,5 /(453 + С);

Подставляя различные значения Т_абс и С для каждого компонента i , находим вязкость компонента, Пас:

 _СО2 = 21,910^-6 Пас;  _О2 = 3010^-6 Пас;

 _Н2О = 18,610^-6 Пас;  _N2 = 24,610^-6 Пас.

12. Относительная молекулярная масса газов:

М =  а_i _i = 0,1344 + 0,06532 + 0,16518 + 0,6428 = 28,69 кгмоль.

13. Вязкость дымовых газов  находим из выражения:

М/ = ( а_i М_i /_i )

М/ =[(0,1344/21,9)+(0,06532/30)+(0,16518/18,6)+(0,6428/24,6)]10⁶=1,2210⁶,

откуда  = М/(М/) = 287/(1,2210⁶) = 23,610^-6 Пас .

14. Скорость дрейфа частиц размером свыше 1 мкм:

w_д = 0,11810^-10 Е²r /

w_д = 0,11810^-10(1,7810 ⁵)²r /23,610^-6=1,5910 ⁴r  м/с

15. Скорость дрейфа частиц размером менее 1 мкм (принимаем А=1;  = 10^-7):

w‘_д = 0,1710^-11 ЕС_к /

w‘_д = 0,1710^-111,7810 ⁵(1+10^-7/ r) /23,610^-6= 0,013(1+10^-7/r) м/с.

16. Удельная поверхность осаждения:

f = F_э / V_г = 6300 / 76 = 83 м²с/м³.

17. Фракционный коэффициент очистки определяется по формуле:

_i = 1 - exp(-w_{д i} f )

Для частиц отдельных размеров действительная скорость дрейфа и фракционные коэффициенты равны:

Размер частицы, мкм	1	1-2	2-15	15-30	30
Средний радиус, мкм	0,25	0,75	4,25	11,25	65
Скорость дрейфа, м/с	0,073	1,24	7,0	18,6	108
Коэффициент очистки, i	0,05	0,55	0,987	1,0	1,0

18. Общий коэффициент очистки:

 = (_i Ф_i / 100)

 = 0,055/100+0,5510/100+0,98770/100+1,010/100+1,05/100 0,90.

Задание 5.2. Произвести выбор электрофильтра серии ЭГА и определить с помощью приближенной методики эффективность его работы при очистке газов мартеновской печи емкостью 600 т для следующих исходных данных: расход влажного газа при нормальных условиях V₀=160 тыс. м³ / ч; плотность газов при нормальных условиях ₀ =1,31 кг/м³; температура газов Т_г = 180 ^ОС; разрежение газа Р_г= 2000 Па; рабочее напряжение U = 50 кВ; состав дымовых газов, % (по объему): 13,0 СО₂; 16,5 Н₂О; 6,5 О₂ ; 64 N₂. Концентрация пыли перед электрофильтром z’ = 4 г/м³; дисперсный состав пыли характеризуется следующими данными: d_m = 2 мкм,  _n = 4.

Решение

1. Плотность газов при рабочих условиях:

_г = 1,31[273(101,3 -2) / (273 + 180)101,3] =0,77 кг/м³.

2. Расход газов при рабочих условиях:

V_г = V₀₀/ _г 3600

V_г = (16010³1,31)/(0,773600) = 76 м³/с.

3. Необходимая площадь поперечного сечения электрофильтра при скорости газа в электрофильтре w = 1 м/с:

F’ = V_г /w = 76/1 = 76 м².

4. По найденному значению площади поперечного сечения электрофильтра выбираем трехпольный электрофильтр типа ЭГА-9-6-3 с активным сечением F = 73,4 м² и поверхностью осаждения 6360 м² (см. Приложение 9). Фактическая скорость газа в электрофильтре:

w_г = V_г /F = 76 / 73,4 =1,03 м/с.

5. Относительная плотность газов при стандартных условиях (Р_ст= 101,3 кПа, Т_ст= 20 ⁰С):

 = [(Р_бар  Р_г) 293] / [ 101,3 10⁵(273 + T_г)]

 = (101,3 - 2) 293/ 101,3(273 + 180) = 0,63.

6. Критическое напряженность электрического поля:

Е_кр = 3,04 [( + 0,0311( / R₁)^1/2] 10⁶ ,

Е_кр = 3,04 [(0,63 + 0,0311(0,63 / 0,001)^1/2] 10⁶ = 4,28 10⁶ В/м,

где R₁ - эквивалентный радиус игольчатого коронирующего электрода (принимаем R₁ = 1 мм).

7. Критическая напряжение для пластинчатого электрофильтра, В:

U_кр = Е_кр R₁[(H/d) - ln(2 R₁ /d)],

U_кр = 4,28 10⁶0,001[(3,140,15/0,18 - ln(23,140,001/0,18)] = 13,510³ В,

где H - расстояние между плоскостями коронирующих и осадительных электродов (H = 0,3/2 = 0,15 м); S - шаг коронирующих электродов (S = 0,18 м).

8. Подвижность ионов газа при нормальных (К₀) и рабочих (К) условиях:

К₀ = 0,130,96 + 0,1650,57 + 0,0651,84 + 0,641,84= 1,51810^-4 м² / Вс;

К = [ K₀ (273+T_г) 101,3] / [273 (P_бар  P _г)] ,

К = [1,51810^-4 (273 + 180)  101,3] / [273(101,3 - 2)] = 2,5710^-4 м² /Вс .

9. Линейная плотность тока короны:

i₀ = CU(U - U_кр),

где С = 4 ² К f / {910⁹ [( H / d) - ln (2R₁/ d)]};

f = 0,042 при Н/S = 0,3/(20,18) = 0,833.

i₀ = U(U - U_кр) 4 ² К f / {910⁹ [( H /S) - ln (2R₁/ S)]},

i₀ = 5010³(5010³-13,510³)43,14²2,5710^-40,042/{910⁹[(3,140,15/0,18)-

- ln (23,140,001/0,18)]} = 0,37510^-3 А/м.

10. Напряженность электрического поля:

Е = [ (8 i₀H) / (4K₀S)] ^1/2

Е = [ (80,37510^-30,15)/(43,142,5710^-48,8410^-120,18)] ^1/2 = 2,9510⁵ В/м.

11. Вязкость компонентов, входящих в состав дымовых газов при рабочих условиях, определяется по формуле:

 =  ₀ (273 + С)(Т_абс/273)^1,5 / (Т_абс + С)= ₀ (273 + С)(453/273)^1,5 /(453 + С);

Подставляя различные значения Т_абс и С для каждого компонента i, находим вязкость компонента, Пас:

 _СО2 = 21,910^-6 Пас ;  _О2 = 3010^-6 Пас ;

 _Н2О = 18,610^-6 Пас ;  _N2 = 24,610^-6 Пас .

12. Относительная молекулярная масса газов:

М =  а_i _i

М = 0,1344 + 0,06532 + 0,16518 + 0,6428 = 28,7 кгмоль.

13. Вязкость дымовых газов  находим из выражения:

М/= (а_iМ_i/_i)

М/= [(0,1344/21,9)+(0,06532/30)+(0,16518/18,6)+(0,6428/24,6)]10⁶= 1,2210⁶ ,

откуда:  = М / (М/) = 287 / (1,2210⁶) = 23,610^-6 Пас.

14. Коэффициент уноса равен:

К_ун = 1 - 0,275К₁К₂К₃

К_ун =1 - 275(9/8)^0,51(1/1)^0,35exp(-1,721,1/1) = 0,956.

15. Параметр  для определения степени очистки газа:

 = ₀Е²d₅₀ L/ k_H

 = (8,8510^-122,95²10¹⁰210^-611,5)/(1,031,223,610^-60,15) = 4,1.

16. Вспомогательный параметр k, необходимый для определения параметра А :

k = (T/d₅₀)  [(4,1510^-7/ p) + (5,4710^-4/E ) ],

k = (453/210^-6) [( 4,1510^-7/ 760) + (5,4710^-4/105 )] =0,54.

17. Параметр А, определяемый по графику ([3], рис. 14.4) при k =0,54 и _п = 4: А = 2,1.

18. Степень очистки газов в электрофильтре с учетом вторичного уноса и влияния неактивных зон:

 = 1 - exp(-К_ун А ^0,42 )

 = 1 - exp(-0,956  4,1^0,422,1) = 0,974.

19. Запыленность газа после электрофильтра, мг/м³:

z” = z’ (1-  )

z” = 400(1 - 0,974) = 112 мг/м³.