Расчет батарейного циклона

Министерство образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра «Санитарно-технические системы»

 

 

Методические указания

к курсовой работе по курсу

«Охрана воздушного бассейна. (Очистка вентиляционных выбросов)»

 

 

Направление подготовки: 270100 – «Строительство»

Специальность: 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Формы обучения – очная, очно-заочная, заочная

 

Инерционные пылеуловители сухого типа

 

Сепарация пылевых частиц в циклоне осуществляется на ос­нове использования центробежной силы. Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиля­ционных и технологических выбросов во всех отраслях народного хозяйства. Можно утверждать, что циклоны являются наиболее распространенным видом пылеулавливающего оборудования. Их широкое распространение в значительной мере объясняется тем, что они имеют многие преимущества — простота устройства, надежность в эксплуатации при сравнительно не­больших капитальных и эксплуатационных за­тратах. Надежность циклонов обусловлена, в частности, тем, что в их конструкции нет слож­ного механического оборудования.

Капитальные и эксплуатационные затра­ты на пылеулавливающие установки, обору­дованные циклонами, значительно меньше со­ответствующих расходов для установок с ру­кавными фильтрами, а тем более электрофиль­трами. Циклоны делятся на циклоны большой производительности и циклоны высокой эф­фективности. Первые имеют обычно большой диаметр и обеспечивают очистку значительных количеств воздуха. Вторые — сравнительно не­большого диаметра (до 500—600 мм). Очень часто применяют групповую установку этих циклонов, соединенных параллельно по воздуху.

Циклоны, как правило, используют для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Принято считать, что они обладают сравнительно небольшой фракционной эффектив­ностью в области фракций пыли размером до 5—10 мкм, что явля­ется основным их недостатком. Однако циклоны, особенно цикло­ны высокой эффективности, улавливают не такую уж малую часть пыли размером до 10 мкм — до 80 и более процентов. Но фракцион­ная, да и общая эффективность даже самых совершенных цикло­нов часто оказывается недостаточной.

В современных высокоэффективных циклонах, в конструкции которых учтены особенности улавливаемой пыли, удалось сущес­твенно повысить общую и фракционную эффективность очистки. Отмеченный выше недостаток обусловлен особенностями работы циклонов, в частности, турбулизацией потока запыленного возду­ха, которая препятствует сепарации пыли.

Расчет циклонов.

 

Расчеты могут показать, что при за­данных условиях невозможно обеспечить требуемое значение коэффициента очистки газов или для этого необходимы чрезмер­ные потери давления. В последнем случае только экономический расчет различных схем пылеулавливания может определить оптимальные аппараты.

Расчет циклонов проводится методом последовательных приближений в следую­щем порядке.

1. Задавшись типом циклона, по табл. 2 или 3 определяют оптимальную ско­рость газа в аппарат ω_опт.

2. Определяют необходимую площадь сечения циклонов, м²:

F= Q_р/ ω_опт (1)

3. Определяют диаметр циклона, зада­ваясь количеством циклонов N:

(2)

Диаметр циклона округляют до вели­чины, рекомендуемой табл. 1.

 

Таблица 1.

Рекомендации по компоновке циклонов ЦН в группы

 

Диаметр циклона, мм	Количество циклонов в группе, шт
Группы прямоугольной компоновки	Группы круглой компоновки
	П	П	П	П	-	-	-
	О	О	О	О	-	-	-
	П	П	П	П	-	-	-
	О	О	О	О	-	-	-
	П	П	П	П	П	П	П
	О	О	О	О
	П	П	П	П	П	П	П
	П	П	П	П
	П	П	П	П	П	П	П
	П	П	-	-	-	-	-
	П	П	-	-	-	-	-
	П	П	-	-	-	-	-
	П	П	-	-	-	-	-

 

Примечание: П – группы, рекомендуемые для преимущественного применения; О – группы ограниченного применения (по возможности не применять).

 

4. Вычисляют действительную скорость газа в циклоне, м/с:

ω = Q_р/0,785 ND ². (3)

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.

5. Принимают по табл. 3 или 4 ко­эффициент гидравлического сопротивления, соответствующий заданному типу циклона. Для циклонов НИИОГаз (одиночных или групп) вводят уточняющие поправки по формуле

(4)

где — коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диамет­ром 500 мм, принимаемый по табл. 4. Индекс «с» означает, что циклон работает в гидравлической сети, а «п» — без сети, т. е. прямо на выхлоп в атмосферу; K ₁ — поправочный коэффициент на диаметр цик­лона, определяемый по табл. 5; К ₂— поправочный коэффициент на запылен­ность газа, определяемый по табл. 6; К ₃ — коэффициент, учитывающий допол­нительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу, опре­деляемый по табл. 7.

Для одиночных циклонов К ₃ = 0. Для одиночных циклонов других кон­струкций (табл. 3) поправки не разра­ботаны.

 

Таблица 2

Параметры, определяющие эффективность циклонов НИИОГАЗ

 

Параметры	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН-34М
, мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	1,13
lg	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,340
ωопт, м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0

 

 

Таблица 3.

Параметры, определяющие эффективность циклонов конструкции ВЦНИИОТ и Гипродревпром

 

Параметры	Марка циклона
СИОТ	ВЦНИИОТ	Ц	Клайпеда
, мкм	2,6	8,6	4,12	3,1
lg	0,28	0,32	0,34	0,25
ωопт, м/с	1,00	4,00	3,3	1,1

Примечания: Значения , приведенные в таблице, соответствуют следующим условиям работы циклонов: средняя скорость газа в циклоне ω_т =3 м/с; диаметр циклона D_T=0,6м; плотность частиц = 1930 кг/м³; динамическая вязкость газа .

 

Таблица 4.

Значения коэффициентов сопротивления циклонов

(D=500 мм, ω_т = 3 м/с)

 

Марка циклона	d/D	Без дополнительных устройств	С выходной улиткой	C отводом 900 R/d=1,5
		l/d = 0÷12,	l/d >12,
ЦН-11	0,59
ЦН-15	
ЦН-15У	
ЦН-24	
СКД-ЦН-33	0,33				
СК-ЦН-34	0,34					
СК-ЦН-34М	0,22					

Марка циклона	Запыленность 103 кг/м3
ЦН-11		0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	0,85
ЦН-15		0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15У		0,93	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24		0,95	0,93	0,92	0,90	0,87	0,86
СКД-ЦН-33		0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-ЦН-34		0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90
СК-ЦН-34М		0,99	0,97	0,95			

Таблица 5. Таблица 6. Поправочный коэффициент К ₁ Значения поправочных коэффициентов на влияние диаметра циклона К ₂ на запыленность (D=500 мм)

D, мм	Марка циклона
ЦН-11	ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24	СКД-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М
	0,94	0,85	1,0
	0,95	0,90	1,0
	0,96	0,93	1,0
	0,99	1,0	1,0
	1,0	1,0	1,0

 

 

Таблица 7.

Значения поправочных коэффициентов К ₃ для групп циклонов ЦН

 

Характеристика группового циклона	К 3
Круговая компоновка, нижний организованный подвод
Прямоугольная компоновка, циклонные элементы расположены в одной плоскости. Отвод из общей камеры чистого газа
То же, но улиточный отвод из циклонных элементов
Прямоугольная компоновка. Свободный подвод в общую камеру

 

6. Определяют потери давления в цик­лоне

(5)

Если потери давления оказались приемлемыми, переходят к расчету полного коэффициента очистки газа в циклоне. При этом принимается, что коэффициент очист­ки газов в одиночном циклоне и в группе циклонов одинаков. В действительности ко­эффициент очистки газов в группе цикло­нов может оказаться несколько ниже, чем в одиночном циклоне. Это объясняется воз­можностью возникновения перетоков газа через общий бункер, снижающих коэффи­циент очистки газов в группе циклонов.

7. Приняв по табл. 2 или 3 два па­раметра ( и lg ), характеризующих эффективность выбранного типа циклона, определяют значение параметра при ра­бочих условиях (диаметр циклона, ско­рость потока, плотность пыли, динамиче­ская вязкость газа) по уравнению

d₅₀ = (6)

8. Определяют параметр х по формуле

(7)

 

 

9. Определяют по табл. 10 значение Ф(х), представляющее собой полный коэф­фициент очистки газа, выраженный в до­лях.

По окончании расчета полученное зна­чение η сопоставляется с требуемым. Если η окажется меньше требуемого, необходи­мо выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления.

Для ориентировочных рас­четов необходимого значения рекомен­дуется следующая зависимость:

(8)

где индекс 1 относится к расчетным, а ин­декс 2 — к требуемым значениям парамет­ров циклона.

 

Таблица 8.

Исходные данные для расчетов

 

№ вар-та	Марка циклона	Q, м3/ч	tух.г., оС	Треб-е зна­чение η	кг/м3	№ вар-та	Марка циклона	Q, м3/ч	tух.г., оС	Треб-е зна­чение η	кг/м3
	ЦН-11						ВЦНИИОТ
	ЦН-15						Ц
	ЦН-15У						Клайпеда
	ЦН-24						ЦН-11
	СКД-ЦН-33						ЦН-15
	СИОТ						ЦН-15У
	ВЦНИИОТ						ЦН-24
	Ц						СКД-ЦН-33
	Клайпеда						СИОТ
	ЦН-11						ВЦНИИОТ
	ЦН-15						Ц
	ЦН-15У						Клайпеда
	ЦН-24						ЦН-11
	СКД-ЦН-33						ЦН-15
	СИОТ						ЦН-15У

 

 

 

Таблица 9.

Значения нормальной функции распределения

 

Таблица 10.

 

Основные физические свойства газов

Расчет батарейного циклона

 

Расчет батарейного циклона рекомен­дуется производить в следующей последо­вательности.

1. Определяется расход газов, м³/с, при котором обеспечиваются оптимальные усло­вия работы циклонного элемента:

q _опт =0,785D² ω_опт, (9)

где ω_опт — оптимальная скорость потока в элементе, м/с (см. табл. 11); D— вну­тренний диаметр элемента, м.

2. Число циклонных элементов, необ­ходимое для оптимальных условий работы батарейного циклона,

n _опт = Q/ q _опт, (10)

где Q — общий расход газа, м³/ с.табл 8.Исходные данные для расчетов.

3. По табл. 11 подбирают батарей­ный циклон с ближайшим к n _опт количе­ством циклонных элементов п. Число эле­ментов выбранного батарейного циклона п желательно выбрать таким, чтобы не более чем на 10% отличалось от n _опт.

Далее определяют действительную ско­рость потока в элементе ω, м/с:

(11)

4. Потери давления в батарейном цик­лоне, Па:

. (12)

Коэффициенты гидравлического сопро­тивления батарейных циклонов приведены в табл. 11.

 

 

Таблица 11.

Технические характеристики батарейных циклонов серийного изготовления и намечаемых к производству

 

Тип циклона	Число элементов в секции, шт.	Оптимальная скорость газа в элементе, м/с	Производительность по газу одной секции,   м3/с	Коэффи- циент сопротивления	Области промышленного применения
ЦБ-254Р Ø254	25; 30; 40; 50; 60; 80	4,5	5,6-16,2		Очистка газа при температуре до 4000 0С
ЦБ-231У Ø231	12; 16; 20; 25; 30; 42; 56; 63	4,5	2,2-11,7		То же
ЦБ-2 Ø254	20; 25; 30; 36; 42; 56	4,5	4,84-13,6		Очистка газа при температуре до 150 0С
ПЦБ Ø250	24; 36; 48; 96	3,5	4,2-16,7		Очистка газа при температуре до 120 0С

 

5. Коэффициент очистки газа в элемен­те возвратнопоточного батарейного цикло­на определяют, пользуясь схемой расчета, приведенной выше для обычных цикло­нов. Необходимые для этого значения и lg приведены в табл. 9.

Таблица 12.

Параметры, определяющие эффективность батарейных циклонов

 

Параметры, определяю- щие эффективность	Тип элемента циклона
"розетка", α=250; D=250 мм	"розетка", α=300; D=250 мм	"Энергоуголь"	прямоточный ЦКТИ, D=250 мм
D = 250 мм	D = 230 мм
, мкм	3,85	5,0	3,0	2,87	4,0
lg	0,46	0,46	0,325	0,325	0,525
Примечания: 1. Данные, относящиеся к ци­клонным элементам типа „розетка" и «Энергоуголь", соответствуют следующим условиям их работы: сред­няя скорость потока в элементе ωт =4,5 м/с; динами­ческая вязкость газов μт =23,7 ∙10-6 Па∙с; плотность частиц ρч.т =2200 кг/м3. 2.Параметры, определяющие эффективность пря­моточного элемента ЦКТИ, относятся к скорости пото­ка ωт =12 м/с; динамической вязкости газа μт =18,8 ∙10-6 Па∙с; плотности частиц ρч.т = 2200 кг/м3; рас­ходу газов в линии рециркуляции, составляющему при­мерно 10% расхода очищаемого газа.

Коэффициент очистки газов в батарее, состоящей из прямоточных элементов, сни­жается примерно на 10% по сравнению с эффективностью одиночного элемента и зависит при этом от эффективности отсос­ного циклона. Все это учитывается фор­мулой

η_бат = , (13)

где η_ц—коэффициент очистки газов в цик­лоне отсосной линии;η — коэффициент очистки в одиночном циклонном элементе.

В последней формуле значения коэф­фициентов очистки газов выражают в до­лях единицы.

Полые газопромыватели

Полые форсуночные скрубберы обеспе­чивают высокую степень очистки при улав­ливании частиц d_ч >10 мкм и малоэффек­тивны при улавливании частиц d_ч <5мкм.

Расчет полого газопромывателя. Расчет проводится в следующей по­следовательности. Исходные данные: рас­ход очищаемых газов Q_г, плотность газов ρ_г, плотность частиц улавливаемой пыли ρ_ч и ее дисперсный состав.

1. Определяется площадь сечения скруб­бера, м²:

S = Q_г/ω_г,(4.1)

причем скорость ω_г принимается около1 м/с (при условиях на выходе газов из аппарата). При большей скорости газов на­блюдается интенсивный брызгоунос, в свя­зи с чем возникает необходимость установ­ки каплеуловителей.

Противоточные скрубберы обычно пред­ставляют собой цилиндрическую колонну, в то время как аппараты с поперечным орошением имеют прямоугольное или квад­ратное сечение.

Высота противоточного скруббера вы­бирается из условия H ≈2,5D.

2.Определяется удельный расход жид­кости. Величину т выбирают в пределах от 0,5 до 8 л/м³ газов. При больших кон­центрациях пыли на входе (10—12 г/м³) т принимают равной 6—8 л/м³. Отсюда общий расход жидкости, подаваемой на орошение аппарата,

Q_ж = m Q_г. (4.2)

3.Гидравлическое сопротивление поло­го скруббера при отсутствии встроенного каплеуловителя и газораспределительной тарелки обычно не превышает 250 Па.

4.При расчете для конкретных слу­чаев применения полых скрубберов предло­жены следующие уравнения, связы­вающие значения г\ц со значениями отдель­ных факторов, влияющих на работу рас­сматриваемых аппаратов:

для противоточного скруббера

, (4.3)

для скруббера с поперечным ороше­нием

, (4.4)

где η₃ — эффективность захвата каплями частиц определенного диаметра; ω_к — ско­рость осаждения капли, м/с; d _к — диаметр капли,м; Н— высота скруббера, м.

В скруббере устанавливаются форсун­ки грубого распыла, обеспечивающие опти­мальный для рассматриваемого процесса пылеулавливания диаметр капель d _к ≈0,6 ÷1,0 мм. Скорость осаждения капель ω_к можно определить по диаграмме на рис. 4.6.

 

 

Рис. 4.6. Диаграмма для определения ско­рости осаждения капель

в воздухе (при температуре воздуха 15 °С)

 

Коэффициент η_з при т<2 л/м³ опре­деляют по следующему уравнению:

η_з = . (4.5)

Вместо вычислений по уравнению (4.5) можно воспользоваться графиком на рис. 4.7. При значениях удельного орошения 2 л/м³ и более можно воспользовать­ся уравнением

η_з = 1- 0,15ψ ^-1,24. (4.6)

Выражение (4.6) действительно при 1≤ψ≤170; при ψ>170 величина η_з может быть принята практически равной 1,0. Зна­чения η_з при больших удельных орошениях можно также найти по графику на рис. 4.7.

Значения диаметра частиц, осаждаемых в скрубберах обоих типов с эффективно­стью 50%, рассчитанные на основании формул (4.3) и (4.4) для некоторых режи­мов работы аппаратов, приведены на рис. 4.8 и 4.9.

 

 

Рис. 4.7. Эффективность инерционного осаждения частиц на шаре (капле):

1— кривая, полученная на основании формулы (4.5); 2 — при больших удельных

орошениях, фор­мула (4.6)

 

 

Рис. 4.8. Значения d ₅₀ для противоточного скруббера:

а—m=0,5 л/м³ и ω _г =0,6м/с; б — т= 1 л/м³ и ω _г =0,6м/с;

в —m=0,5 л/м³ и ω _г =0,9 м/с; г— т= 1 л/м³ и ω _г =0,9 м/с;

1 —d _к = l000 мкм; 2 — d _к = 500 мкм; 3 —d _к = 200 мкм

Рис. 4.9. Значения d ₅₀для скруббера с по­перечным орошением:

a—m= 1 л/м³; б— m= 0,5 л/м³; 1 —d _к = l000 мкм;

2 —d _к = 500 мкм; 3— d _к =200 мкм

 

Пенные аппараты.

Впервые пенный способ очистки запыленных газов пред­ложен и подробно исследован М. Е. Позиным. Аппарат (рис. 4.14) может работать со свободным сливом пены или с подпором пены сливной перегородкой (второй режим предпочтительнее).

Рис. 4.14. Пенный пылеуловитель с пере­ливной тарелкой:

1—корпус; 2 — тарелка; 3 — приемная коробка;

4— порог; 5— сливная коробка

Пенный аппарат с дырчатыми тарелками. В аппарате обычно уста­навливаются дырчатые тарелки с диамет­ром отверстий 3—8 мм и свободным сече­нием от 0,15 до 0,25 м²/ м². Геометрические размеры тарелок приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Геометрические размеры тарелокс круглыми отверстиями

 

Шаг отверстий, мм	Диаметр отверстий, мм	Свободное сечение, м2/м2	Шаг отверстий, мм	Диаметр отверстий, мм	Свободное сечение, м2/м2
		0,226			0,157
		0,226			0,134
		0,179			0,193
		0,226			0,263
	5,5	0,272			0,167
		0,187			0,174
		0,271			0,179

 

Для уменьшения вероятности забивания отверстий тарелки пылью разработаны ап­параты с провальными тарелками, в которых подвод газов в зону контакта с жидкостью и отвод последней из этой зоны осуществляется через одни и те же дырча­тые или щелевые отверстия (рис. 4.15).

Для очистки газов применяются два основных вида провальных тарелок: дыр­чатые и щелевые (рис. 4.16).

Рис. 4.15. Мокрый пылеуловитель с про­вальной тарелкой:

1 — корпус; 2 — оросительное устройство; 3 — та­релка

 

Щелевые тарелки подразделяются на решетчатые, трубчатые и колосниковые. Трубчатые и колосниковые щелевые та­релки изготовляются сварными из трубок, пластин или прутков.

Оптимальная толщина тарелки с точки зрения гидравлического сопротивления должна составлять 4—6 мм.

 

 

Рис. 4.16. Конструкции провальных та­релок:

а — щелевая; б — дырчатая

 

Диаметр отверстий d _ов тарелках пы­леулавливающего аппарата составляет от 4 до 8 мм, ширина щели b=4÷5 мм, a свободное сечение колеблется от 0,2 до 0,25 м²/ м². В теплообменных аппаратах ширина щели может быть увеличена от 5 до 8 мм, а свободное сечение—от 0,4 до 0,5 м²/ м².

Необходимое число щелей на тарелке п может быть определено из приведен­ных ниже данных:

 

п	X	п	X	п	X
	0,000		8,042		15,015
	0,866		8,832		16,713
	1,688		9,620		17,500
	2,498		10,411		18,287
	3,296		11,200		19,074
	4,093		11,982		19,860
	4,887		12,776		20,648
	5,679		13,564		21,432
	6,471		14,352		22,219
	7,257		15,138		23,005

 

Параметр Х определяется из выражения

X = 0,785D² S_о (l _о∙b), (4.7)

где D— диаметр аппарата, м; S _о — свобод­ное сечение тарелки, м²/м²; l _о—длина са­мой длинной щели, расположенной по диа­метру тарелки и равной D—0,01 м.

Общая длина всех щелей

Σ l =D²S_o /b, (4.8)

а шаг между щелями

t = l _о/ n =c+ b,(4.9)

где с —ширина промежутка между сосед­ними щелями, м; b— ширина щели, м.

Исходными данными для расчета аппа­рата являются расход очищаемых газов Q_г, плотность частиц улавливаемой пыли ρ_ч и ее дисперсный состав.

Дырчатые тарелки (см. табл. 4.1) име­ют ромбическую разметку (по равносторон­нему треугольнику), при которой шаг,м,определяется из выражения

t = d _{o .}(4.10)

Удельное орошение при очистке газов (без необходимости охлаждения) составля­ет от 0,4 до 0,6 л/м³ газов.

Плотность орошения, кг/ (м² ∙ с), находят из выражения

W _ж = m ω_гρ_ж (4.11)

где m —удельное орошение, м³/м³ газов.

Минимальная линейная скорость газов, при которой образуется пенный режим в указанных пределах плотности орошения, может быть принята равной от 1,0 до 1,2 м/с.

Расчет максимальной скорости газов при пенном режиме ω_кр, м/с, ведется мето­дом последовательных приближений по эмпирическому уравнению

, (4.12)

где d _э — эквивалентный диаметр отверстий тарелки, м: для дырчатых тарелок d _э =d _о, для щелевых d _э ==2b; A —коэффициент, определяемый из выражения

 

A =38,8(W _ж/ W _ст) ^-0,57 m ^0,7(ρ_ж/ρ_г) ^0,35, (4.13)

 

где W _ст — стандартная плотность ороше­ния, равная 1 кг/ (м²∙ с).

При расчете предварительно задаются линейной скоростью газов в аппарате ω_г, принимая равной от 2 до 2,3 м/с, и по уравнению (4.11) определяют W _ж.

Рабочая скорость газов ω_г в аппарате (на входе в слой пены) должна составлять от 0,9 до 0,95 ω_кр. Если ω_кр окажется по расчету меньше принятой ω_г или больше, чем 1,l ω_г, то расчет повторяют с внесением соответствующих поправок в принятое зна­чение ω_г.

Диаметр аппарата, м,

D = .(4.14)

Если диаметр аппарата оказывается большим (D>2,5 м), то следует устанав­ливать несколько параллельных аппаратов. Большое внимание в этом случае следует уделять равномерному распределению газов по всей площади сечения аппарата. Поэто­му в аппаратах большого сечения иногда устанавливают вместо одной две тарелки, полагая, что первая из них (по ходу газов) обеспечивает равномерное газораспреде­ление.

Полное гидравлическое сопротивление аппарата, Па, определяется по уравнению

Δp = Δp_вх + Δр_т + Δр_вых + Δр_кап, (4.15)

где Δp_вх —гидравлические потери при входе газов в аппарате, Па; Δр_вых —гид­равлические потери при выходе газов из аппарата. Па; Δр_т — полное гидравлическое сопротивление одной или нескольких таре­лок (в случае многополочного аппарата) со слоем, пены. Па; Δр_кап —гидравлическое сопротивление каплеуловителя, встроенного в аппарат, Па.

Значения Δp_вх, Δр_вых невелики и со­ставляют 50—100 Па.

Полное гидравлическое сопротивление тарелки, Па, определяют по формуле

Δр_т = А ² +Δр_σ, (4.16)

где Δр_σ —гидравлическое сопротивление за счет сил поверхностного натяжения. Па.

При пенном режиме взаимодействия газов и жидкости коэффициент А рассчи­тывается из выражения (4.13).

Для щелевых тарелок Δр_σ рассчитыва­ют по уравнению

Δр_σ = 2σ/b, (4.17)

где σ — коэффициент поверхностного на­тяжения на границе раздела фазгаз— жидкость, Н/м.

Для расчета Δр_σ дырчатых тарелок реко­мендуется формула

Δр_σ = . (4.18)

Гидродинамический расчет пенных аппаратов с провальными тарелками мо­жет быть проведен по номограмме, при­веденной на рис. 4.17. С помощью номо­граммы может быть определен одинизчетырех параметров (ω_г, т, d _о, S _о ) при трех других заданных, гидравлическое со­противление тарелки Δр_т, а также высота слоя пены на тарелке Н_п. Номограмма мо­жет быть применена при скоростях газов от 0,8 до 2,0 м/с, т. е. в пределах проте­кания пенного режима.

 

 

Рис. 4.17. Номограмма для гидродинамического расчета пенных аппаратов

с провальными тарелками

Для уменьшения уноса брызг верхняя тарелка пенного пылеуловителя должна быть удалена от места отвода газов из аппарата на расстояние не менее 1,0 м.

Общая эффективность пылеулавлива­ния пенных аппаратов как с переливными, так и с провальными тарелками рассчи­тывается.по формуле (1.54) при d₅₀ = 0,85 мкм и lgσ_η=0,769. Эти значения d₅₀ и lgσ_η получены для условий: скорость газов в аппарате ω_г=2 м/с и высота слоя пены на тарелке Н_п=0,09 м. Поэтому в случае необходимости для аппаратов с другими параметрами значения η могут быть уточнены по формуле

η = η_о , (4.19)

где η_о — эффективность при ω_г=2 м/с и Н_п=0,09 м.

При очистке газов с большой началь­ной запыленностью (с_вх>15—20 г/м³) це­лесообразно применять двухполочныеаппараты.

Если аппарат с провальными тарелка­ми используется для кондиционирования газов (охлаждения, увлажнения и предва­рительной очистки) или устанавливается перед другим мокрым пылеуловителем, он может работать при ω_г>ω_кр, но ниже точки захлебывания.

Скорость газов в аппарате с проваль­ными тарелками, соответствующая точке захлебывания ω _з, м/с, может быть опре­делена из эмпирического выраже­ния

ω _з = 0,416 . (4.20)

Доля свободного сечения тарелки φ, занятая газом, рассчитывается по формуле

φ = 1- , (4.21)

где ζ_сух—коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки, для обычно применяемых в пенных пылеуловителях дырчатых и щелевых тарелок толщиной 4—6 мм ζ_сух ≈1,б÷1,7. Значения ζ_сух для различных типов тарелок приведены в.

Гидравлическое сопротивление про­вальных тарелок со свободным сечением S_о≤0,25 м²/м² при ω _г >ω _кр , а также про­вальных тарелок с большим свободным се­чением рассчитывается также по формуле (4.16) с подставлением соответствующих коэффициентов А (табл. 4.2).

Пенный аппарат со стаби­лизатором пенного слоя (ПАСС). Газопромыватель разработан ЛТИ совме­стно с институтом Проектпромвентиляция. Отличие аппарата от газопромывателя с провальной тарелкой заклю­чается в установке непосредственно на тарелке стабилизатора, представляющего собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих се­чение аппарата и пенный слой на неболь­шие ячейки (рис. 4.18).

Стабилизатор пены предотвращает возникновение волнового режима на тарел­ке вплоть до скорости газов 4,0 м/с., т. е. существенно расширяет скоростной интер­вал пенного режима. Благодаря стабили­затору происходит значительное накопле­ние жидкости на тарелке и, следователь­но, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет су­щественно сократить расход воды на оро­шение аппарата.

 

 

Таблица 4.2.

Формулы для расчета коэффициента А для провальных тарелок

различного типа

 

Тип тарелки	Свободное сечение тарелки, м2/м2	Скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с	Формулы для расчета
Дырчатые и щелевые	0,15-0,25	ωг >ωкр	54,8 (4.22)
То же	0,3-0,4	ωг = 0,8÷5,0	90,6 (4.23)
Трубчатые	0,3-0,4	ωг = 1,0÷3,5	53,43 (4.24)

 

 

Рис. 4.18. Стабилизатор

 

Рекомендуются следующие размеры стабилизатора: высота пластин 60 мм; раз­мер ячеек—от 35х35 до 40Х40 мм.

Оптимальными условиями работы ап­парата являются ω_г=2,5÷3,5 м/с и т =0,05÷0,1 л/м³. В аппарате устанавлива­ются дырчатые провальные тарелки с d _о = 3÷6 мм и S_о=0,14÷0,22 м²/м² и щеле­вые (трубчатые) провальные тарелки с b = 3÷6 мм и S_о=0,12÷0,18 м²/м². Диаметр труб в трубчатых тарелках d_тр=с=20÷32 мм.

Высоту слоя пены Н_п„ образующейся на дырчатых тарелках, определяют по но­мограмме на рис. 4.19,а, образующейся на трубчатой тарелке—по номограмме на рис. 4.19 б.

Гидравлическое сопротивление газопромывателя ПАСС рассчитывается по форму­ле (4.15), причем Δр_т находится из вы­ражения

Δр_т = +Δр_п +Δр_σ. (4.25)

Гидравлическое сопротивление пенного слоя Δр_п, Па, находится по номограмме, приведенной на рис. 4.20.

Эффективность улавливания пыли в газопромывателе ПАСС может быть опре­делена на основании значений d₅₀ и lgσ_η для пенных аппаратов с учетом поправки по уравнению (4.19).

Типоразмерный ряд газопромывателей ПАСС типа ПВПР (рис. 4.21) на производительность по газу от 3000 до 90000 м³/ч, состоящий из 12 типоразмеров разработан институтом Ленгипрогазоочистка. Корпус аппарата круглого сечения со­бирается из секций, что позволяет произ­водить компоновку с одной или двумя та­релками. Предусмотрено применение тарелок двух типов: дырчатой с S _о=0,18 м²/м² или трубчатой с S _о =0,167 м²/м². В верх­ней частя скруббера установлен центро­бежный каплеуловитель с цилиндрическим завихрителем (см. § 4.12). Максимальная температура газов на входе в aппapaт 100°С, максимальное разрежение 5 кПа.

Гидродинамический пыле­уловитель ГДП (рис. 4.22) разрабо­тан НИПИОТСТРОМ и предназна­чен для очистки аспирационного воздуха и газов от пыли, не схватывающейся в воде. Он является аппаратом непрерывного действия с внутренней циркуляцией жидко­сти и периодической разгрузкой уловлен­ных продуктов в виде шлама или раство­ров. Это позволяет эксплуатировать аппа­рат с очень низким удельным орошением.

Запыленный газ сначала поступает в подрешеточное пространство, захватывает часть жидкости, а затем, пройдя отверстия решетки (тарелки, в которых скорость газа составляет 10—12 м/с), контактирует со слоем турбулизированной пены. Для обес­печения равномерного распределения газа в свободном сечении решетки ее отверстия выполнены с увеличением диаметра по ме­ре удаления отверстий от входного па­трубка.

Очищенный от пыли газ проходит че­рез каплеотделитель и через выходной па­трубок отводится в атмосферу. Уловлен­ная пыль в виде шлама осаждается в бун­керной части и через разгрузочное устрой­ство периодически выводится из аппарата.

Аппарат обеспечивает высокую эффективность при улавливании частиц пыли крупнее 5 мкм.

 

 

Рис. 4.19. Номограмма для определения высоты пенного слоя:

а—на дырчатых тарелках (ключ: ω_г →W _ж → S_о→ d _о→ρ_ж→Н_п)

б—на трубчатых тарелках (ключ: ω_г →W _ж → S_о→ d _тр→ρ_ж→Н_п)

 

 

Рис. 4.20. Номограмма для определения гидравлического сопротивления

пенного слоя у аппарата типа ПАСС:

Ключ: Н_п→ρ_ж→ω_г→Δр_п

 

Рис. 4.21. Газопромыватель типа ПВПР:

1 — брызгоуловитель; 3 — центробежный завихритель;

3 — патрубок для отвода жидкости из брызгоуловителя; 4 — верхняя секция;

5 — сред­няя секция; 6 — стабилизатор; 7 — нижняя сек­ция; 8 — тарелка; 9 — ороситель;

10 — форсунка для периодического орошения завихрителя

 

Рис. 4.22. Газопромыватель типа ГДП-М:

1 — корпус; 2 — центробежный каплеуловитель;

3 —реле управления водоподпиткой; 4— патру­бок для входа газов; 5—тарелка;

6— разгрузоч­ное устройство; 7—электромагнитный клапан; 8—гидрозатвор;

9— регулятор уровня жидкости; 10 — электромагнитный вентиль