1. Оценка эффективности газоочистных и пылеулавливающих установок

Работа аппаратов очистки газов характеризуется степенью очистки (эффективностью очистки) , под которой понимают отношение количества уловленного (обезвреженного) загрязняющего вещества М (г) к количеству загрязняющего вещества, поступающего в пыле газоочистной аппарат М₁ (г):

 = = = 1 - , (1.1)

где М₂ - масса загрязняющих веществ, выходящих из аппарата очистки.

Величина, дополняющая степень очистки до единицы, получила название степени или коэффициента проскока  :

 = 1 - . (1.2)

Чаще всего эффективность аппаратов очистки газов определяют на основании замера концентрации загрязняющего вещества на входе в аппарат C_i1 (г/м³) и на выходе из него C_i2 (г/м³):

 = = 1 - , (1.3)

Где v1 и v2 - объемные расходы газов соответственно на входе и выходе из аппарата очистки (м3/с).

Для определения эффективности пылеулавливающих аппаратов используют замеры концентрации пыли (запыленности) на входе в пылеуловитель Z₁ (г/м³) и на выходе из него Z₂ (г/м³):

 = = 1 - . (1.4)

где Z₁ и Z₂ - концентрация пыли (запыленность) соответственно на входе в пылеуловитель и выходе из него (г/м³).

Как следует из выражения (1.4), абсолютные значения расходов газа V₁ и V₂ находить не обязательно, достаточно знать их отношение V₂/V₁ , которое можно определить по изменению концентрации какого-либо i-того компонента, не вступающего в пределах пылеуловителя в реакции. Заменяя отношения объемов обратным ему отношением концентраций, получаем:

= 1 - . (1.5)

При последовательном соединении нескольких аппаратов очистки газов коэффициенты проскока через первый, второй и третий аппараты будут соответственно равны:

= 1-₁; = 1 -₂ ; = 1 -₃ . (1.6)

Следовательно, общий коэффициент очистки трех последовательно включенных аппаратов будет равен:

₃ = 1 - = 1 – (1- ₁)(1- ₂)(1- ₃). (1.7)

Аналогично рассуждая, можно определить общий коэффициент очистки для n последовательно включенных аппаратов:

_n = 1 – (1- ₁)(1- ₂)(1- ₃)…(1- _n). (1.8)

На эффективность работы пылеуловителей значительное влияние оказывает размер улавливаемых частиц. Большинство металлургических процессов сопровождается образованием полидисперсного аэрозоля. В зависимости от размера взвешенные частицы разделяют по фракциям. Фракцией называют массовую долю частиц, размеры которых находятся в интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов.

Для представления фракционного (дисперсного) состава пыли можно воспользоваться несколькими методами, наиболее распространенным из которых является табличный. Фракционный состав некоторых пылей металлургического производства приведен в таблице приложения 1.

Однако при расчете ряда пылеуловителей представление фракционного состава пылей в виде таблиц неудобно. Академик А.Н. Колмагоров доказал, что распределение частиц по размерам асимптотически стремится к логарифмически-нормальному, то есть интегральная кривая распределения частиц по размерам в вероятностно-логарифмических координатах имеет линейный график (рис.1.1).

Рис. 1.1. График распределения частиц пыли по размерам

Используя данный способ, фракционный состав пыли можно характеризовать с помощью двух параметров:

d_m - среднемедианный размер частиц, мкм, показывающий, начиная с какого размера доля частиц не превышает 50%,

- среднеквадратичное отклонение функции распределения _ч, которое можно определить из выражения:

. (1.9)

При работе пылеулавливающих аппаратов эффективность очистки пыли различных размеров неодинакова. Эффективность улавливания частиц различного размера характеризует фракционный коэффициент очистки (_фр), который представляет собой долю частиц данной фракции (размера), осаждаемую в пылеулавливающем аппарате. Общий коэффициент очистки пылеулавливающего аппарата (_о) при улавливании полидисперсных частиц можно определить, зная фракционный состав улавливаемой пыли (Ф_i) и фракционный коэффициент очистки (_фр) по формуле:

_о = + + + … + = , (1.10)

где _фр1,_фр2 , _фр3 ,…,_фрn - фракционные коэффициенты очистки пыли фракций, соответственно, 1, 2, 3,…, n; Ф₁, Ф₂, Ф₃,…,Ф_n - доля частиц конкретной фракции, соответственно, 1, 2, 3,…,n, %.

При последовательной работе нескольких пылеулавливающих аппаратов следует учитывать изменение фракционного состава пыли при переходе от одного аппарата к другому. В этом случае изменение фракционного состава пыли можно определить по формуле:

Ф_1вых = Ф_2вх = Ф_1вх , (1.11)

где Ф_1вх, Ф_1вых - содержание данной фракции на входе и на выходе в первый аппарат и на выходе из него, %; _фр-1 - фракционные коэффициенты очистки данной фракции в первом аппарате; _1о - общий коэффициент очистки первого аппарата.

Если известны эффективность работы пылеулавливающего аппарата  и концентрация пыли на входе в него Z₁, то запыленность после очистки Z₂ составляет:

Z₂= (1- ) Z₁ . (1.12)

Если известны эффективность работы газоочистного аппарата  и концентрация i-того загрязняющего вещества на входе в него С_1i , то концентрация после очистки C_2i составляет:

С_2i = (1- ) C_1i . (1.13)

Зная Z₂ или С_2i, можно подсчитать валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу после очистки М_вв (г/с):

М_вв = Z₂∙V₂, г/с - пыли;

М_вв = С_2i ∙V₂, г/с - i-того загрязняющего вещества.

При проведении расчетов эффективности очистки газов следует учитывать тот факт, что реальные газы характеризуются высокими коэффициентами объемного расширения. В технических расчетах для ряда характеристик очищаемых газов (плотности, объемного расхода, запыленности или концентрации загрязняющих веществ) пользуются значениями этих величин при нормальных физических условиях (Т_о =273 К, Р_о = 101,3 кПа).

Пересчет характеристик пылегазового потока, полученных при нормальных условиях, на рабочие условия в любой точке газоотводящего тракта производится по следующим формулам:

• Плотность сухих газов при нормальных условиях (кг/м³)

= , (1.14)

М= (1.15)

где М, - молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов, кг/моль, - объемное содержание компонентов в смеси, %.

• Плотность сухих г*азов при рабочих условиях (кг/м³):

, (1.16)

где - плотность сухих газов при нормальных условиях, кг/м³, Р_бар - барометрическое давление газов, кПа, Т_о=273 - температура газов при нормальных условиях, К, р_г - избыточное давление газа, кПа, Р_о=101,3 - давление газов при нормальных условиях, кПа, - температура газов при рабочих условиях, ^оС.

• Плотность влажных газов при нормальных условиях (кг/м³):

= , (1.17)

где d - содержание водяных паров в газах (влагосодержание), кг/м³, = 0,804 - плотность водяных паров при нормальных условиях, кг/м³, определяется по формуле:

= = = 0,804 кг/м³.

• Плотность влажных газов при рабочих условиях (кг/м³):

= . (1.18)

• Объемный расход газов влажных газов при рабочих условиях V (м³/с):

, (1.19)

где - объем влажных газов при нормальных условиях, м³/с.

Если известны объем сухих газов (м³/с), при нормальных условиях и содержание в них водяных паров (кг/м³) то объем влажных газов (м³/с), равен:

. (1.20)

Если влагосодержание дано в кг/кг, то объемный расход влажных газов определяется из выражения:

. (1.21)