Определение запыленности газов

В технике пыле- и золоулавливания запыленность принято определять как вы­раженную в граммах массу частиц, содер­жащихся в 1 м³ газа, приведенного к нор­мальным условиям. Счетная концентрация, т. е. число частиц, приходящихся на еди­ницу объема газа, представляет интерес главным образом при оценке биологической вредности аэрозолей, а также при изуче­нии отдельных тепло- и массообменных процессов, протекающих в потоках дис­персных сред.

Запыленность газов может быть опре­делена прямым или косвенными методами. Прямой метод заключается в отборе пробы запыленного газа и взвешивания осажден­ных из нее частиц с последующим отнесе­нием их массы к единице объема газа. Для определения запыленности газов косвенны­ми методами используется зависимость фи­зических свойств запыленного потока - степени поглощения световых и тепловых лучей, цвета, способности воспринимать электростатический заряд и т. п. - от кон­центрации пыли. При этом требуется про­извести предварительную тарировку используемого для определения запылен­ности устройства по прямому методу.

При проведении испытаний пылеулав­ливающих установок для определения за­пыленности газов всегда используется пря­мой метод, дающий наиболее достоверные результаты. Косвенные методы могут быть использованы для эксплуатационного кон­троля.

 

 

ПРЯМОЙ МЕТОД

Запыленность газов может изменяться как во времени (из-за колебания нагрузок и режимов основного технологического обо­рудования), так и по сечениям газоходов. Неравномерность концентрации пыли в раз­личных точках сечения связана с расслое­нием пылегазового потока под действием инерционных сил, возникающих при движе­нии газов внутри коленьев, несимметрич­ных участков и при других препятствиях. Повышение скорости газов вызывает соот­ветствующее увеличение расслоения пыле­газового потока, причем, чем крупнее и тя­желее частицы, тем в большей степени наблюдается их сегрегация на неровных участках газового тракта.

В горизонтальных газоходах большой протяженности может наблюдаться повы­шенная концентрация крупной пыли в ниж­ней части их сечений за счет гравитацион­ных сил.

Из-за неравномерности запыленности газов во времени для получения достаточно надежных результатов обычно приходится производить ряд замеров с последующим усреднением полученных результатов. Из-за неравномерности концентрации пыли в разных точках сечения для определения средней по сечению газохода запыленности замеры должны производиться с разбивкой сечения на равновеликие площадки, так же как при определении динамических давлений.

Важным фактором, влияющим на точность получаемых результатов, является скорость во входном отверстии используе­мого пробоотборного устройства, которая должна быть равна скорости запыленного потока в газоходе (изокинетический отбор газа). Если скорость отбора превышает скорость газового потока, более крупные частицы пыли из внешней части отбираемо­го объема газа, стремясь по инерции со­хранить прежнее направление движения, пройдут мимо входного отверстия пробоотборного устройства. B результате получен­ная величина запыленности окажется зани­женной, а отобранная пыль будет более мелкой. При отборе с пониженной ско­ростью произойдет обратное явление. Более крупные частицы пыли из внешней откло­няемой и не входящей в отбираемый объем части газового потока по инерции пройдут во входное отверстие пробоотборного устройства. B результате полученная величина запыленности окажется завышен­ной, а отобранная пыль будет более круп­ной. При отклонении входного отверстия от положения, перпендикулярного направ­лению газового потока, даже при соблюде­нии равенства скоростей будут получены заниженные результаты определения запы­ленности, а отобранная пыль будет более мелкой. Перечисленные явления наглядно иллюстрируют рис. 1.4.

Приведенные рассуждения полностью справедливы для случая отбора газа через трубки с очень тонкими стенками. Практи­чески же газ отбирается с помощью пробоотборных устройств, имеющих значитель­ные наружные размеры по сравнению с размерами входного отверстия, перед которыми образуется зона застоя с понижен­ной скоростью и сильным искривлением линий тока.

а - правильная скорость отбора; б - повышенная; в - пониженная г - при правильной скорости отбора сечение входного отверстия пылезаборной трубки не перпендикулярно оси потока. ● - крупные частицы; • - мелкие частицы.

Рисунок 1.4 - Возможные ошибки при отборе газов для определения запыленности.

Повышение скорости отбора способствует размыванию этой зоны и получению более точных результатов определения запыленности газов. Поэтому скорость отбора газа предпочтительно несколько завышать и тем больше, чем большие возмущения газового потока способно вызвать применяемое пробоотборное устройство.

Расход газов, необходимый по крайней мере для формального соблюдения усло­вий, обеспечивающих представительность отбираемой пробы, при заданном диаметре пылезаборного отверстия может быть определен по формуле

- скорость газа, м/с.

Эта формула позволяет перейти к бо­лее удобному для практического использо­вания выражению расхода газов в литрах в минуту:

Вместо расчетов по формуле 1.23 для получения необходимых величин можно пользоваться номограммой, приведенной на рис. 1.5.

Осаждение частиц для последующего взвешивания при определении запыленно­сти может производиться внутри газохода или снаружи. В последнем случае пробы отбираются с помощью заборных трубок.

Аппаратура для определения запыленности газов прямым методом должна состоять из заборной трубки (при осаждении пыли вне газохода), устройства для осаждения пыли, устройства для измерения расхода отбираемых газов и средства для отсоса газов.

Заборные трубки, как правило, снабжаются электрическим (реже паровым) обогревом. При температуре обогрева трубки выше температуры отбираемого газа за счет термофореза уменьшается осаждение пыли на ее стенках, при высоком влагосодержании газов обогрев необходим для предотвращения конденсации водяных паров. Во избежание осаждения частиц в канале трубки во время отбора пробы рекомендуется поддерживать скорость газов равной 20-30 м/с; скорости более 30 м/с значительно увеличивают гидравлическое сопротивление трубки. Для того чтобы одной и той же заборной трубкой можно было пользоваться при различных скоростях газового потока в газоходе, трубка снабжается комплектом сменных наконечников различного диаметра.

 

Рисунок1.5 - Номограмма для подбора диа­метра наконечника пылезаборной трубки d.

Применение заборных трубок с водяным охлаждением позволяет использовать их при неограниченно высокой температуре запыленного газа.

После проведения нескольких опытов (обычно в конце дня) заборную трубку сле­дует прочищать, причем пыль, извлекаемую из трубки, нужно собрать и взвесить.

Полученную массу нужно разделить на общее количество пропущенного газа, определив, таким образом, массу пыли на 1 м³ газа. Зная количество пропущенного в каждом опыте газа, следует внести соот­ветствующую поправку в каждый опыт.

При умеренной запыленности для осаждения пыли служат различные филь­тры. При большой запыленности фильтры быстро забиваются. Для того чтобы исклю­чить влияние случайных кратковременных изменений запыленности и точно учесть объем отобранного газа, желательно иметь не очень короткое время отбора пробы. Поэтому при большой запыленности перед фильтром устанавливается небольшой циклончик, в котором происходит осаждение большей части пыли, а фильтр служит лишь для учета массы мелких частиц, про­скочивших через циклончик.

При осаждении пыли вне газохода к заборным трубкам могут быть присоеди­нены заключенные в специальные патроны бумажные или тканевые фильтры или цилиндрические стеклянные фильтровальные патроны соответствующих размеров, набитые стеклянной ватой и асбестовым волокном, прокаленным при 400°С. Стеклянные фильтро­вальные патроны присоединяются к пылезаборной трубке и отсосной линии с по­мощью резиновых пробок с отверстиями (рис 1.6).

 

1 - стеклянная вата или стекловолокно; 2 - асбестовый тампон; 3 - металлическая сетка.

Рисунок1.6 - Стеклянный фильтровальный патрон.

Бумажные фильтры изготовляются из обычной фильтровальной бумаги и приме­няются при температуре проходящего че­рез них газа, не превышающей 105 °С. В бумажном фильтре можно осадить от 1,5 до 7 г пыли (в зависимости от ее дис­персности). В тканевом фильтре можно осадить 50 - 80 г пыли. Для фильтрации газов с температурой до 100 °С применяют­ся ворсистые шерстяные ткани, а с темпе­ратурой свыше 100 °С (до 350 °С) - ткань из стекловолокна.

Во избежание конденсации паров воды патроны для бумажных или тканевых фильтров имеют электрообогрев, стеклянные трубки теплоизолируют­ся. Теплоизоляция стеклянных трубок должна быть легкосъемной, так как ее приходится удалять перед, взвешиванием.

Для измерения рас­хода газов при отборах пpоб на запылен­ность обычно пользуются реометрами или ротаметрами. При этом могут быть исполь­зованы реометры как заводского, так и местного изготовления.

Реометр может быть изготовлен в стеклодувных мастер­ских предприятий.

Приближенную градуировку такого реометра можно произвести при помощи газового счетчика. Трудность изготовления стеклянных диафрагм с точно заданными размерами отверстий требует тарировки каждой диафрагмы. Из-за несимметрично­сти профиля оплавленного отверстия стек­лянной диафрагмы изменение направления движения газа в ней может значительно изменить показания прибора. Поэтому на диафрагму наносится стрелка, указываю­щая направление движения газа, при кото­ром производилась тарировка.Ротаметр представляет собой верти­кальную трубку, несколько расширенную кверху в виде конуса, внутри которой на­ходится поплавок, свободно плавающий в измеряемом газовом потоке. Поплавок при протекании газового потока поднима­ется до тех пор, пока кольцевой зазор между поплавком и стенкой трубки не уве­личивается настолько, что подъемная сила, воздействующая на поплавок, уравновесится весом поплавка. Прибор должен устанавливаться строго вертикально.

Основные технические характеристики ротаметров типа PC с пределами показа­ний, которые позволяют использовать их при пылегазовых замерах, приведены в табл. 1.1.

Недостатком (ротаметров является то, что они очень чувствительны к конденсации влаги на стенках трубки и поплавке.
Если это происходит, прибор начинает давать заметные погрешности, значительно большие, чем реометр.

 

Таблица 1.1 - Технические характеристики стеклянных ротаметров типа РС

Тип	Пределы показаний по воздуху, м^3/ч, и масса поплавка m, г
Сталь 1Х18Н9Т	Дюралюминий анодированный	Эбонит
макс.	мин.	m	макс.	мин.	m	макс.	мин.	m
РС-З РС-5	1.0	0,2 1.6	1,05 15,8	0,63 6,3	0,1 1.0	0,35 6,25	0,35 4,0	0,04 0,63	0,2 2,73

 

Возможный вариант компоновки оборудования для определения запыленности газов приведен на рис. 1.7.

Рисунок 1.7 - Установка для определения запыленности газов

КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ

Косвенные методы определения запы­ленности газов основаны на использовании различных физических явлений, протекание которых изменяется в зависимости от кон­центрации частиц в газовой среде. В опти­ческих приборах для определения запылен­ности газов используют либо измерение интенсивности рассеянного частицами пыли света, либо измерение интенсивности свето­вого пучка, ослабленного вследствие погло­щения, рассеяния и преломления света, про­ходящего через пылегазовую среду. В элек­трических приборах о концентрации частиц судят по величине снимаемого с них элек­трического заряда. Приборы с использо­ванием фильтрации газов позволяют оце­нивать запыленность по некоторым свойст­вам осевшего на фильтрующем материале слоя содержавшихся в газах частиц: по гидравлическому сопротивлению этого слоя, ослаблению проходящего через слой света или радиоактивного излучения и т. п.

Любой из приборов для определения запыленности газов косвенными методами нуждается в предварительной калибровке на данный вид пыли прямым методом. Кроме этого, ни один из используемых в настоящее (время косвенных методов не обладает достаточной надежностью в при­емлемо широком диапазоне изменений за­пыленности газов и дисперсного состава, частиц.