Читайте также:
|
Многими исследователями установлено, что эффективность работы мокрых пылеуловителей определяется в первую очередь затратами энергии на процесс очистки газа. При этом должна быть учтена как энергия, затраченная на движение газа через пылеуловитель, так и энергия, израсходованная на подачу и диспергирование жидкости. В обоих случаях следует учитывать только энергию, затраченную в пределах аппарата.
Главным энергетическим параметром мокрого пылеуловителя является суммарная энергия соприкосновения Кч, т. е. расход энергии на обработку жидкостью определенного объема газов в единицу времени. Численную величину этого параметра определяют из следующего выражения, кДж/1000 м3 газа:
Кч = D рап + р ж· Vж/Vг, (7.13)
где D рап — гидравлическое сопротивление, Па; р ж — давление распыляемой жидкости при входе в аппарат, Па; Vж и Vг — объемные расходы соответственно жидкости и газа, м3/с.
В соответствии с энергетическим методом расчета степень очистки газов в мокром пылеуловителе может быть определена по формуле:
(7.14)
где В и χ — константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли.
При высоких степенях очистки оценку эффективности работы аппарата удобнее выражать не степенью очистки η, а числом единиц переноса Nч — понятием, используемым в теории тепло-и массообмена, cвязанным с η следующей зависимостью:
(7.15)
Из сопоставления выражений (7.14) и (7.15) следует, что
Nч =В·Кч (7.16)
Зависимость (7.16) аппроксимируется в логарифмических координатах Kч-Nч — прямой линией, угол наклона которой к горизонту дает величину χ, а величина В определяется как значение Nч при Кч=1.
На рис. 7.2 нанесены прямые, характеризующие зависимость (7.16)для некоторых пылей и туманов. Величины В и x, приведенные в табл. 7.1, могут быть определены только экспериментальным путем.
Рис. 7.2. Зависимости числа единиц переноса для различных пылей от главного энергетического параметра мокрого пылеуловителя
Таблица 7.1. Характеристика некоторых видов пылей и туманов
| № по прямой на рис 7.2 | Виды пыли и тумана | В | χ |
| Конверторная пыль (при продувке кислородом сверху) | 9,88*10-2 | 0,4663 | |
| Тальк | 0,206 | 0,3506 | |
| Туман фосфорной кислоты | 1,34*10-2 | 0,6312 | |
| Ваграночная пыль | 1,355*10-2 | 0,6210 | |
| Мартеновская пыль | 1,915*10-2 | 0,5688 | |
| Колошниковая (доменная) пыль | 6,61*10-3 | 0,891 | |
| Пыль известковых печей | 6,5*10-4 | 1,0529 | |
| Пыль, содержащая окислы цинка из печей выплавляющих латунь | 2,34*10-2 | 0,5317 | |
| Щелочной аэрозоль из известковых печей | 5,53*10-5 | 1,2295 | |
| Аэрозоль сульфата меди | 2,14*10-4 | 1,0679 | |
| Дурнопахнущие вещества | 1,09*10-5 | 1,4146 | |
| Пыль мартеновских печей, работающих на дутье, обогащенном кислород | 1,565*10-6 | 1,619 | |
| Пыль мартеновских печей, работающих на воздушном дутье | 1,74*10-6 | 1,594 | |
| Пыль из доменных печей | 0,1925 | 0,3255 | |
| Пыль, образующаяся при выплавке 45%-ного ферросилиция в закрытых электропечах | 2,42*10-5 | 1,26 | |
| Пыль, образующаяся в печах при производстве целлюлозы | 4*10-4 | 1,05 | |
| Пыль производства черного щелока при обработке увлажненных газов | 1,32*10-3 | 0,861 | |
| То же, при обработке сухих газов | 9,3*10-4 | 0,861 | |
| Частицы поташа из МГД-установок открытого цикла | 0,016 | 0,554 | |
| Пыль, образующаяся при выплавке силико-марганца в закрытых электропечах | 6,9*10-3 | 0,67 | |
| Пыль каолинового производства | 2,34*10-4 | 1,115 | |
| Сажа, образующаяся при электрокрекинге метана | 10-5 | 1,36 |
Энергетический подход чрезвычайно упрощает расчет эффективности мокрых пылеуловителей и дает результаты, подтверждаемые опытом работы промышленных аппаратов. Эффективность очистки определяется в основном полезными энергозатратами.
§4. Тепло- и массообмен в мокрых пылеуловителях
Мокрые пылеуловители представляют собой аппараты контактного типа, в которых газ и жидкость непосредственно соприкасаются друг с другом. Вследствие того что температуры газа и жидкости, а также парциальные давления пара в газе р г и над жидкостью р ж в мокрых пылеуловителях, как правило, не одинаковы, одновременно с пылеулавливанием идут тепло- и массообменные процессы.
Основным расчетным уравнением для определения количества тепла Q 1, Вт, передаваемого прямым теплообменом, является общеизвестное уравнение теплопередачи:
, (7.17)
где Кт —коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); F — поверхность, через которую происходит теплообмен, м2; D Т —средняя разность температур, К; Q пот — потеря тепла в окружающую среду.
Уравнение массообмена имеет вид
, (7.18)
где βм — коэффициент массообмена, кг/(м2·с·Па).
Процессы массообмена сопровождаются выделением (при конденсации) или поглощением (при испарении) тепла Q 2, величину которого можно найти, зная теплоту парообразования:
(7.19)
В приведенных уравнениях (7.17) и (7.18)знак «плюс» ставится в случаях перехода тепла и массы от газа к жидкости (Т г> Т ж и p г> p ж), а знак «минус» в случаях перехода тепла и массы от жидкости к газу (Т г< Т ж и р г< р ж). Так как отходящие газы металлургических агрегатов, подлежащие очистке, как правило, имеют высокие температуры, то в мокрых пылеуловителях обычно протекают процессы охлаждения газа. Эти процессы могут проходить как с испарением воды, так и с конденсацией водяных паров, содержащихся в газе. В первом случае охлаждение называют испарительным, во втором — конденсационным.
Конденсационное охлаждение происходит, если горячий газ, насыщенный водяными парами, встречается с холодной водой (Т г> Т ж, р г> р ж). При этом конденсируется часть водяного пара в газе, в результате чего газ подсушивается. Вода при этом нагревается, получая тепло в количестве Q 1 + Q 2.
Испарительное охлаждение происходит при взаимодействии горячего не насыщенного влагой газа с подогретой водой (Т г> Т ж и p г> p ж), При охлаждении газа одновременно увеличивается его влагосодержание за счет испаряющейся воды, т. е. количество тепла, передаваемое от газа к воде, составляет Q 1 — Q 2. По мере нагревания воды возрастает давление пара над ней р ж и уменьшается разность температур Т г> Т ж. При этом Q 1 снижается, a Q 2 возрастает до тех пор, пока они не станут равными. После этого вода, достигнув так называемой температуры мокрого термометра Т м, перестает нагреваться и будет только испаряться при постоянной температуре, а все тепло, передаваемое газом воде, будет возвращаться к нему с образовавшимся паром, подмешивающимся к газу, т.е. процесс охлаждения пойдет при постоянной энтальпии газа.
Тепловой баланс процесса охлаждения составляют исходя из того, что сумма энтальпий (теплосодержаний) входящих потоков равна сумме энтальпий выходящих потоков:
, (7.20)
где М г и М ж — количество сухого газа и жидкости, кг/с; Т 1 и Т 2 — соответственно начальная и конечная температуры газа, 0С; Т н и Т к — начальная и конечная температуры жидкости, °С; с г и с ж— теплоемкости газа и воды, кДж/(кг·К); х 1 и х 2 — начальное и конечное влагосодержания газа, кг/кг; i 1 и i 2 — начальная и конечная энтальпии водяных паров, кДж/кг.
Если пренебречь потерями тепла в окружающую среду Q пот и не учитывать изменения количества воды вследствие ее испарения, то из уравнения (7.20) можно записать:
(7.21)
Как видно, чем меньше подача жидкости, тем выше ее конечная температура.
В процессе охлаждения отдаваемое газом тепло тратится на нагрев жидкости и частичное превращение ее в пар, поэтому тепловой баланс может быть описан и следующим выражением:
, (7.22)
где i п — энтальпия пара, кДж/кг; φ — коэффициент испарения, т. е. доля жидкости, испарившейся в процессе охлаждения газа.
Однако, как было сказано выше, пределом конечной температуры воды является температура мокрого термометра Т м, выше которой вода не может нагреться, так как все полученное ею тепло затрачивается на ее испарение.
Таким образом, для процесса испарительного охлаждения можно написать, что конечная энтальпия газа, соответствующая температуре мокрого термометра, равна начальной энтальпии плюс количество тепла, переданное газу жидкостью, которая испарилась и присоединилась к газу в виде водяных паров:
М г(c г T м + х м i м) = М 2(с 1 Т 1+ х 1 i 1) + M 2(x н- х 1) с ж Т м (7.23)
или с учетом, что i =2480+1,96 Т
с 2 Т м+ х м(2480+1,96 Т н) = с 2 Т м + х 1(2480 + 1,96 Т 1) +(х м- х 1) с ж Т м (7.24)
Из этого уравнения подбором можно определить температуру Т м, предварительно задаваясь ею, находя соответствующее ей влагосодержание по формуле:
(7.25)
где р н — парциальное давление насыщенного пара при данной температуре, Па, и проверяя затем сходимость теплового баланса по формуле (7.24). Как следует из формулы (7.24), температура мокрого термометра зависит от начального состояния газа (его температуры Т 1 и влагосодержания i 1) и может приниматься по данным табл. 7.2.
Таблица 7.2. Температура мокрого термометра дымовых газов
| Начальная влажность газов, г/м3 | Температура мокрого термометра при начальной температуре горячих газов. °С | ||||||
| 38,5 44,0 52.5 61.0 68,0 | 49,5 53,5 59,0 66,5 71,5 | 57,0 59.5 63,5 70,0 74,0 | 62,0 64,0 68,0 72.5 78,5 | 65,5 67,5 70.5 75,5 - | 72.5 74,0 76,5 79,5 - | 77,5 78,5 80,5 - - |
Температуру мокрого термометра можно определить приближенно и по i — х -диаграмме, считая, что процесс испарительного охлаждения газа идет по линии i = const до линии насыщения (φ=100%); выходящая из точки их пересечения изотерма и соответствует температуре мокрого термометра (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Графический метод определения температуры мокрого термометра Т м и точки росы дымовых газов Т р с помощью диаграммы i - х
В отличие от температуры мокрого термометра температуру точки росы газа находят, считая, что процесс охлаждения идет при постоянной влажности газа, как это происходит в поверхностных теплообменниках.
Изотерма, выходящая из точки пересечения вертикальной линии х = const с кривой насыщения (φ= 100%), показывает температуру точки росы газа.
Присутствие в газах SO3 сильно повышает точку росы. Например, при концентрации водяных паров 5% (объемн.) и содержании SO3, равном 1,1 г/м3, температура точки росы составляет 161 °С.
Контрольные вопросы
Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 226 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Захват частиц пыли жидкостью | | | Форсуночные скрубберы |