Улавливание пыли в скруббере

Как уже указывалось выше, эффективность скруббера как пылеулавливающего аппарата невысока. Влияние различных факторов на процесс пылеулавливания может быть установлено в результате рассмотрения процессов, происходящих в элементарном объеме, и последующего интегрирования полученных дифференциальных уравнений.

Количество газа, проходящего снизу вверх через элементарный объем скруббера (рис. 7.3), имеющий поперечное сечение F и высоту АН:

Расход жидкости в каждый данный момент через элементарный объем скруббера:

где v’n — доля элементарного объема скруббера, занятая жидкостью; w_K — абсолютная скорость движения капель, м/с.

Количество капель в элементарном объеме:

где V_K — объем капли.

Число частиц пыли, захватываемых всеми каплями, находящимися в элементарном объеме, за счет кинематической коагуляции:

Рис. 73. Улавливание ныли в форсуночном скруббере.

Уравнение материального баланса в элементарном объеме скруббера имеет вид:

После простых преобразований и интегрирования в пределах от z_{ до z₂ и от 0 до Я получим:

Таким образом, степень очистки газа в скруббере возрастает с увеличением его активной высоты Я, относительной скорости движения частиц пыли и капель воды zoq ⁼ + ^wh.

У_ж

и увеличением удельного расхода воды — и уменьшается с увеличением диаметра капель а_к и их скорости zv_K. Оптимальный размер капель в скруббере 0,8—1 мм.

При ориентировочных подсчетах эффективности улавливания пыли можно пользоваться энергетическим методом расчета.

Количество тепла Q, передаваемое в скруббере от газа воде (кВт), пренебрегая потерями тепла:

где Vqc ^— объемный расход сухих газов, м³/с; С_р — теплоемкость сухих газов при постоянном давлении кДж/(м³°С); Т и Т₂ — начальная и конечная температура газа в градусах Цельсия или Кельвина; d — начальное влагосодержание газа, кг/кг; ц и i₂ —начальная и конечная энтальпия водяных паров, кДж/(м³-с), которые находят из выражения.

Необходимый расход воды М_в на скруббер определяют по формуле.

где (р — коэффициент испарения воды (обычно (р = 0,5); i_n — энтальпия насыщенного пара, кДж/кг; i_H, i_K — начальная и конечная энтальпия воды, кДж/кг.

Объем скруббера У_скр определяют по формуле.

где К₀ — коэффициент теплопередачи; ДГ_ср — средняя разность температур, обменивающихся теплом сред, определяется по формуле (7.2).

Для определения коэффициента теплопередачи для приближенных расчетов можно использовать эмпирическое выражение.

где М_ж и М_г — массовый расход соответственно жидкости и газа, кг/с; Г_ср — средняя температура газов в скруббере, °С.

Определив необходимый объем скруббера и зная скорость газов в скруббере, можно определить необходимый диаметр скруббера и его высоту. При определении размеров скруббера необходимо учитывать, что оптимальное соотношение высоты скруббера к его диаметру: — = 2,5. Рассмотрим пример решения задачи.

Задача 7.1. Найти расход воды, степень очистки и размеры полого форсуночного скруббера, предназначенного для охлаждения и очистки доменного газа при следующих исходных данных: расход газа, поступающего на скруббер при рабочих условиях, V_r = 3730 м³/мин, барометрическое давление Р (_)яр =101,3 кПа, начальная температура газа Т = 300 °C, начальное влагосодержание газа Х = 50 г/м³, скорость газа в скруббере w_r = 0,9 м/с, давление воды перед форсунками Р_п = 590 кПа, коэффициент испарения воды ф = 0,5, гидравлическое сопротивление скруббера по газу Ар = 150 На.

Решение.

• 1. Объем сухих газов в скруббере при нормальных условиях
• (м³/с):

2. Температуру мокрого термометра, до которой можно охладить газ в скруббере, находим по таблице приложения 7: Т_м = 60.

3. Начальное и конечное значения энтальпии водяных паров, содержащихся в газах (кДж/кг):

4. Количество тепла, отнимаемое от газов в скруббере (кВт):

где С_г = 1,3 — теплоемкость сухого газа, кДж/м³.

5. Средняя разность температур газа и воды в скруббере («С):

где Т_н = 20 °C — начальная температура воды; Т_к = 55 °C — конечная температура воды (принимается на 5—10 градусов ниже температуры мокрого термометра).

6. Расход воды на скруббер (кг/с):

где г_п = 2778 кДж/кг — энтальпия насыщенного пара при средней температуре газа в скруббере Г_ср = 180 °C; i" = 84 кДж/кг — энтальпия воды при Т = 20 °C; г_к. = 230 кДж/кт — энтальпия воды при Т= 55 °C.

7. Влагосодержанис газа на выходе из скруббера (кг/м³):

8. Расход газа на выходе из скруббера при рабочих условиях:

9. Плотность газа на выходе из скруббера (кг/м³):

10. Объемный коэффициент теплоотдачи в скруббере, рассчитанный по формуле (7.31) (Вт/(м³— К)):

11. Необходимый рабочий объем скруббера (м³):

12. Необходимый диаметр скруббера (м):

13. Необходимая активная высота скруббера (м):

14. Соотношение высоты и диаметра скруббера:

Полученное значение близко к рекомендуемым данным.

15. Главный энергетический параметр скруббера (кДж/1000 м³ газа):

16. Число единиц переноса:

где В и х — константы, зависящие от физико-химических свойств доменной пыли; выбираются в соответствии с приложением 8: В = 6,61 • W³; х = 0,891.

17. Степень очистки газа в скруббере: