Розрахунок параметрів димового газу

 

Щільність газу (за нормальних умов), що складається з декількох компонентів:

 

r_гн = С_N2 r_N2+С_О2 r_О2+ С_СО2 r_СО2+ С_СО r_СО+ С_SО2 r_SО2,(7.3)

де С_N2, C_О2, С_СО2, С_СО, С_SО2, – об'ємна концентрація в долях одиниці;

r_N2, r_О2, r_СО2, r_СО, r_SО2, – щільність компонентів (за нормальних умов).

Підставивши числове значення у формулу (7.3), одержимо:

 

r_гн= 0,759·1,16+0,15·1,33+0,07·1,83+0,025·1,16+0,006·2,66=1,253 кг/м³

 

Щільність газів на вході в скрубер:

 

(7.4)

 

де Р_б =10⁵ Па – барометричний тиск;

t_г1 =300 °С– температура газу перед трубою Вентурі;

Р_г1 – розрідження в газоході перед трубою Вентурі, Па, задається заздалегідь 10⁴ Па, надалі уточнюється в процесі розрахунку.

Підставивши числове значення у формулу (7.4), одержимо:

 

 

Об'ємна витрата газу на вході в трубу Вентурі:

 

Q_г1 = G/r_г1 , (7.5)

де G=30 кг/с – масова витрата газу на вході в трубу Вентурі.

Підставивши числове значення у формулу (7.5), одержимо:

 

Q_г1 =30/5,89=5,09 м³/с

 

Подальший розрахунок ведемо на основі закону збереження енергії. При цьому втратами тепла в довкілля через стінки устаткування можна нехтувати:

 

q₁ = q₂ , (7.6)

де q₁ – кількість тепла, що вноситься сухим газом і зрошуючою водою на вході в трубу Вентурі, кДж/с;

q₂ – кількість тепла, що виноситься сухим газом, водою і водяними парами, що містяться в газі із скрубера Вентурі, кДж/с.

 

q₁ = q_сг1+q_в1 (7.7)

Кількість тепла, що вноситься сухим газом в скрубер:

 

q_сг1 = С_рг G_г t_r1, (7.8)

 

де С_рг – теплоємність димового газу (близького по хімічному складу до повітря), кДж/кг·°С; С_рг =1;

G_г =30 кг/с – масова витрата димового газу (сухого) на вході в систему очищення;

t_r1 =300 °С – температура газу на вході в трубу Вентурі.

Підставивши числове значення у формулу (7.8), одержимо:

 

q_сг1 =1·30·300=9000 кДж/с

 

Кількість тепла, що вноситься зрошуючою водою в скрубер:

 

q_в1 = C_в G_в1 t_в1, (7.9)

 

де C_в – теплоємність води, що подається на зрошування в трубу Вентурі; С_в =4,19 кДж/кг·°С.

G_в1 – витрата води, що подається на зрошування в трубу Вентурі, кг/с. Приймаємо G_в1=G_г.

t_в1 =30 °С – температура зрошуючої води.

Підставивши числове значення у формулу (7.9), одержимо:

 

q_в1 =4,19·30·30=3771 кДж/с

 

Підставивши числове значення у формулу (7.7), одержимо:

 

q₁ =9000+3771=12771 кДж/с

 

Розрахунок ведеться методом послідовного наближення. Задаємо значення температури газу на виході із скрубера t_г2 =47 °С, вважаючи, що парогазожідкістна суміш на виході з труби Вентурі знаходиться в стані термодинамічної рівноваги. Передбачимо, що t_в2=t_г2 =47°С.

Вологість газів (концентрація водяної пари, віднесена до одиниці маси сухого газу):

(7.10)

 

де Р_парц - парціальний тиск водяної пари залежно від температури; при температурі 47 °С Р_парц =10,8 кПа;

Р =101325 Па– атмосферний тиск газу.

Підставивши числове значення у формулу (7.10), одержимо:

 

Витрата водяної пари, що міститься в газі на виході із скрубера:

G_п = G_г d =30·0,076=2,28 кг/с (7.11)

Витрата води на виході із скрубера Вентурі визначається з рівняння матеріального балансу:

G_в2 = G_в1 - G_п =30-2,28=27,72 кг/с (7.12)

Визначаємо кількість тепла, що виноситься із скрубера сухим газом:

 

q_сг2 = C_рг G_г t_г2 =1·30·47=1410 ж/с(7.13)

 

Кількість тепла, що виноситься із скрубера витікаючою водою:

q_в2 = C_в G_в2 t_в2 =4,19·27,72·47=5459 кДж/с (7.14)

Кількість тепла, що виноситься із скрубера водяною парою, що міститься в газі:

 

q_п2 = i_п G_п, (7.15)

де i_п – ентальпія водяної пари, що міститься в газі на виході із скрубера:

 

i_п = 2501+1,93 t_г2 =2501+1,93·47=2592 кДж/кг (7.16)

 

Підставивши числове значення у формулу (7.15), одержимо:

 

q_п2= 2592·2,28=5909 кДж/с

 

Кількість тепла, що виноситься сухим газом, водою і водяними парами, що містяться в газі із скрубера Вентурі:

 

q₂= q_сг2+ q_в2+ q_п2 =1410+5459+5909=12771 кДж/с (7.17)

 

Підставивши числове значення у формулу (7.6), одержимо:

 

12771 кДж/с = 12771 кДж/с

 

Умова виконується.

Фактична щільність вологого газу на виході із скрубера:

 

, (7.18)

 

де Р_б – барометричний тьиск, Па;

Р_г2 – надлишковий тиск (розрідження) в газоході на виході із скрубера, Па.

У нашому випадку значенням Р_г2 із-за незначного аеродинамічного опору ділянки газоходу від скрубера до виходу з димаря можна нехтувати: Р_г2 =0.

Підставивши числове значення у формулу (7.18), одержимо:

 

 

Об'ємна витрата газу на виході із скрубера:

 

Q_г2 = G_г(1+d)/r_г2=30(1+0,076)/1,2=26,9 м³/с (7.19)

 

Розрахунок скрубера Вентурі

Необхідна міра очищення запиленого газу:

 

h = (Z₁-Z₂)/Z₁, (7.20)

де Z₁=5 г/м³ – запилена неочищеного газу;

Z₂=0,1 г/м³– запилена очищеного газу (при н.у.).

Підставивши числове значення у формулу (7.20), одержимо:

 

h= (5,5-0,1)/5,5=0,98

 

Скористаємося енергетичним методом розрахунку пиловловлювачів. Залежність між мірою очищення газу і витратами енергії виражається формулою:

 

h = 1-ехр(-В·К_ч^c), (7.21)

де В, c - безрозмірні параметри;

К_ч – сумарна енергія контакту фаз, Дж/м³.

Підбираємо параметри В і c для заданого виду пилу, що є функцією дисперсного складу, щільності, форми частки і інших властивостей пилу. Наближені значення: В=1,74·10^-6 и c=1,594.

Сумарна енергія контакту, необхідна для досягнення заданої міри очищення газу визначається з рівняння η, і дорівнює:

 

(7.22)

 

У скрубері Вентурі сумарна енергія контакту витрачається на подолання гідравлічного опору апарату і розпилювання зрошуючої води:

 

К_ч = DР_скр+Р_в1 (Q_в1/Q_г1), (7.23)

де DР_скр – гідравлічний опір скрубера, Па;

Q_в1, Q_г1 – об'ємні витрати води і газу на вході в скрубер, м³/с;

Р_в1 – тиск рідини, що розпилюється, Па.

Р_в1 = Р_в - r_в g H, (7.24)

де Н – висота розташування зрошуючої форсунки над рівнем землі. Приймаємо в межах 5 - 20 м;

r_в =1000 кг/м³ - щільність води.

Підставивши числове значення у формулу (7.24), одержимо:

 

Р_в1 = 500-1000·9,81·10=401900 Па

Вирішуючи рівняння для розрахунку К_ч, розраховуємо гідравлічний опір скрубера:

DР_скр = К_ч - Р_в1(Q_в1/Q_г1) (7.25)

Об'ємна витрата води визначається по формулі:

Q_в1 = G_в/r_в =30/1000=0,03 м³/с (7.26)

Підставивши числове значення у формулу (7.25), одержимо:

 

DР_скр =9713-401900(0,03/5,09)=7344 Па

 

Враховуючи, що

 

DР_скр = DР_ТВ+DР_капл, (7.27)

де DР_тв – гідравлічний опір труби Вентурі, Па;

DР_капл, - гідравлічний опір краплевловлювача, Па.

Гідравлічний опір труби Вентурі дорівнює:

 

DР_ТВ = DР_скр-DР_капл, (7.28)

DР_капл = x_капл r_г2 (w²_апп/2), (7.29)

 

де x_капл – коефіцієнт гідравлічного опору краплевловлювача (для краплевловлювача малогабаритного прямоточного циклону x_капл приймаємо рівним 18);

w_апп – швидкість газу в апараті (рекомендується приймати в межах 4,5- 5,5 м/с).

Підставивши числове значення у формулу (7.29), одержимо:

 

DР_капл = 18·1,2·(5²/2)=270 Па

 

Підставивши числове значення у формулу (7.28), одержимо:

 

DР_ТВ = 7344-270=7074 Па

 

Задаємо значення швидкості газу w_г в межах 50-170 м/с. Приймаємо w_г =75 м/с.

Розраховуємо гідравлічний опір труби Вентурі при заданій швидкості:

DР'_тв = DР_Г+DР_В , (7.30)

де DР_Г – доля гідравлічного опору, обумовлена рухом газів, Па;

DР_В – доля гідравлічного опору, обумовлена введенням зрошуючої рідини, Па.

DР_Г = x_г r_г2 (w_г²/2), (7.31)

де ξ_г – коефіцієнт гідравлічного опору сухої труби Вентурі.

Доля гідравлічного опору, обумовлена введенням зрошуючої рідини, рівна:

(7.32)

 

де - відношення довжини до діаметру горловини труби Вентурі, задається в межах від 1,5 до 3;

М – число Маха:

 

М = ω_г/ω_зв =75/331=0,26, (7.33)

 

де ω_зв =331 м/с – швидкість звуку в газі.

Підставивши числове значення у формулу (7.32), одержимо:

 

Підставивши числове значення у формулу (7.31), одержимо:

 

DР_Г =0,15·1,2·(75²/2)=506 Па

 

Доля гідравлічного опору, обумовлена введенням зрошуючої рідини:

 

DР_В = x_В r_В m w_г²/2, (7.34)

де m – питома витрата зрошуючої рідини, яка рівна

 

m=Q_в1/Q_г1= 0,03/5,09=0,006; (7.35)

 

x_в – коефіцієнт гідравлічного опору, обумовленого введенням зрошуючої рідини

x_в=0,63 x_г m^-0,3 =0,63·0,15·0,006^-0,3=0,39 (7.36)

 

Підставивши числове значення у формулу (7.34), одержимо:

 

DР_В= 0,39·1000·0,006·75²/2=6568 Па

 

Підставивши числове значення у формулу (7.30), одержимо:

 

DР'_тв = 506+6568=7074 Па

 

Значення отриманого гідравлічного опору труби Вентурі при заданій швидкості збігається з раніше знайденим DР_тв=DР'_тв= 7074 Па, тоді швидкість газу в горловині труби Вентурі задана правильно.