ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

 

 

При выборе оптимального варианта очистной установки в каждом конкретном случае необходимо провести сравнительную оценку ожидаемых степеней очистки. Значительное число различных механизмов осаждения, способствующих улавливанию взвешенных частиц, а также разнообразие форм гидродинамического взаимодействия газов и жидкости в мокрых пылеуловителях пока не позволяет разработать точный аналитический метод расчета их эффективности. Поэтому на практике нашли примене­ние несколько приближенных методов расчета.

Эффективность очистки газов от пыли и выбор аппарата в значительной степени зависят от свойств улавливаемой пыли, из которых основными являются дисперсность, плотность (истинная, насыпная, кажущаяся), склонность к слипанию, сыпучесть, абразивность, смачиваемость, гигроскопичность и растворимость. Гигроскопичность и растворимость частиц способствуют их улавливанию в аппаратах мокрого типа. Применение многих пылеулавливающих аппаратов ограничено слипаемостью улавливаемой пыли. Абразивность улавливаемой пыли учитывается при выборе скорости запыленных газов, толщины стенок аппаратов.

Основным параметром при выборе пылеуловителя является размер частиц. Дисперсный состав пыли можно представить в виде содержания (по чис­лу или по массе) частиц различных фракций. Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов. Дисперсный состав чаще всего задается в виде таблиц экспериментальных данных. Наиболее удобным является графическое изображение дисперсного состава пыли в виде интегральных кривых.

Для аналитического описания кривых распределения частиц по массе предложены различные формулы. Большинство промышленных пылей подчи­няется нормально-логарифмическому закону распределения частиц по разме­рам. В этом случае интегральная кривая распределения частиц по размерам на логарифмически вероятностной координатной сетке изобразится прямой ли­нией и может быть выражена аналитически в виде

(3.1)

где

x = (lgd – lgd_m)/lgσ; (3.2)

где D(d) — функция распределения по проходу частиц;

d_m — медианный диаметр, при котором масса всех частиц анализируемой пыли меньше или крупнее d_m составляет 50 %;

lgσ — стандартное отклонение величины lg d.

 

Интеграл Ф(x) табулирован, поэтому его величину, соответствующую зна­чениям х, находят по таблицам. Величину дисперсии σ c достаточной точностью можно определять по формуле

σ = d₈₄/d_m = d_m/d₁₆, (3.3)

где d₁₆, d₈₄ — диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84 % со­ответственно.

 

Приближенно общую степень очистки можно определить, как сумму произведений парциальных степеней очистки (в %) на соответствую­щие доли массы фракций Δφ_i/100

(3.4)

Если Δφ_i малая величина, то точное значение общей степени очистки вы­разится в виде интеграла

(3.5)

Для расчета по формуле (3.4) могут быть использованы также кривые фракционных эффективностей (степеней очистки), полученные эксперименталь­ным путем. Однако число таких зависимостей, приведенных в литературе, весь­ма невелико. Более того, они могут быть применены при расчетах эффектив­ности очистки газов от пыли, характеризуемой параметрами, близкими к пара­метрам стандартной пыли, которая была использована при построении кривой фракционной эффективности, а также при условии идентичности гидродинами­ческих режимов работы прогнозируемого и экспериментальных аппаратов.

 

Рис. 3.1. Номограмма для расчета эффективности пылеуловителей η

с использованием интеграла вероятности (цифры на кривых –

постоянные значения η: сплошные линии – для одного аппарата;

пунктирные линии – для второго последовательно установленного

аппарата)

 

Исследованиями показано, что для пылей, дисперсный состав которых подчиняется логарифмическому закону распределения, функции фракционных степеней очистки также подчиняются логарифмически нормальному закону распределения. Исходя из этого, общая степень очистки может быть выра­жена следующей зависимостью:

(3.6)

где

x = (lgd_m – lgd₅₀)/ , (3.7)

σ_ч, σ_η — среднее квадратичное отклонение, соответственно по размерам частиц и фракционных коэффициентов очистки пылеуловителя.

 

Если известны величины d_m, σ и параметры функции фракционной сте­пени очистки d₅₀, σ_η, то, вычислив по формуле (3.7) величину X, по таблице через Ф(х) находят значение общей степени очистки. Вместо вычислений по формуле (3.6) можно воспользоваться номограммами, построенными с использованием интеграла вероятности (рис. 3.1), на которых линии соответ­ствуют постоянным η для различных значений lgσ_ч/lgσ и lg(d₅₀/d_m)/lgσ_ч.

Основываясь на приведенных выше закономерностях, были предложены графические методы определения общей степени очистки по заданным значениям параметров d_m, σ, d_η, σ_η. Графический метод расчета разработан для скрубберов ВТИ, труб Вентури и ряда других пылеуловителей. Зависи­мость (3.7) можно использовать для определения функции фракционной сте­пени очистки в инерционных пылеуловителях без оценки дисперсного состава улавливаемой пыли. Для этого достаточно испытать пылеуловитель на двух пылях различного дисперсного состава, определить соответствующие значения общей степени очистки и составить систему из двух уравнений.

Как известно, функция фракционной степени очистки в аппарате при од­ном и том же режиме не зависит от дисперсного состава пыли и остается по­стоянной. Поэтому в полученной системе уравнений неизвестными остаются только две величины d_η и σ_η. Величины η₁, η₂ известны из опыта; d_ml, σ₁, d_m2, σ₂ известны из анализа дисперсного состава исходных пылей. Решая по­лученную систему уравнений, можно найти d_η и σ_η.

Существенным недостатком такого метода определения является необхо­димость проведения испытаний на двух видах различной пыли, что исключает возможность практического его применения в промышленных условиях, когда пылеуловитель работает на пылях примерно одного и того же состава.

Исследованиями установлено, что кривая фракционной эффективности (КФЭ) для однотипных пылеуловителей характеризуется одним и тем же значением среднеквадратичного отклонения одного из двух параметров, характеризующих КФЭ. Например, для труб Вентури σ_η = 3,6.

Существует также энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей, например, скрубберов Вентури, основанный на зависимости степени очистки от затрат энергии на проведение очистки.

Зависимость между эффективностью очистки газов и энергозатратами выражается формулой:

, (3.8)

где К_ч — удельная энергия соприкосновения, кДж на 1000 м³ газов;

В и χ— константы, определяемые дисперсным составом пыли.

Экспериментально установленные зависимости мощности контактирования от расхода воздуха, удельного расхода воды, гидравлического сопротивления и типоразмера мокрого пылеуловителя, как правило, можно представить в виде номограмм. Пользуясь этими номограммами, а также кривыми фракцион­ной эффективности, ведут расчет степени очистки воздуха от пыли в данном мокром пылеуловителе.

В результате обобщения теоретических и экспериментальных данных по эффективности различных конструкций мокрых пылеуловителей, разработан вероятностно-энергетический метод расчета, основанный на следующей зависи­мости:

. (3.9)

Выражение (3.9) соответствует стандартным условиям: плотность пыли ρ_ч = 1000 кг/м³ и вязкости газов μ_г = 18·10^-6 Па·с. Зависимость (3.9) спра­ведлива при условии, что дисперсный состав пыли на входе в аппарат под­чиняется нормально-логарифмическому закону распределения частиц по разме­рам. При этом возможно решение двух противоположных задач: определение типа скруббера, обеспечивающего достижение необходимой степени очистки газов, и расчет эффективности пылеулавливания конкретного мокрого пыле­уловителя, работающего в определенном гидродинамическом режиме.

 

Рассмотрим последовательность расчета при решении каждой задачи.

Выбор типа скруббера, обеспечивающего необходимую степень очистки. Заданы: дисперсный состав пыли (d_m и lgσ_ч), плотность пыли ρ_ч и вязкость газов μ_г при реальных условиях, а также требуемая эффективность пылеулавливания η.

 

Таблица 3.1

Значения lgσ_η и К_ч для скрубберов различного типа

Тип ПУ	Кч	lgση	Тип ПУ	Кч	lgση
Полый	mрж	0,29	Ударно-инерцион-
Насадочный	ΔPp	0,21	ного действия	ΔPp	0,29
Тарельчатый	ΔPp	0,15	Вентури	ΔPp + mрж	0,29
С подвижной насадкой	ΔPp	0,15	Эжекторный	mрж	0,29

где m — удельное орошение, м^э/м³;

p_ж — давление распыливаемой жидкости, Па;

ΔP_p — гидравлическое сопротивление в зоне контакта (рабочей зоне) скруббера, Па.

 

1. Принимаем η = Ф(х) — нормальная функция распределения, значения которой табулированы. Затем рассчитываем реальную величину d^*₅₀, ко­торую должен обеспечить прогнозируемый скруббер:

. (3.10)

2. Приводим значение d₅₀ к стандартным условиям

. (3.11)

3. По формуле (3.8) рассчитываем величину К_ч и необходимые для ее достижения гидродинамические параметры аппарата. После чего переходим к выбору типа скруббера.