4.4. Пример расчета форсуночного скруббера

Задание 4.1. Определить 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_г=3700 м³/мин, барометрическое давление Р_бар = 101,3 кПа, начальная температура газа Т₁=300 С, начальное влагосодержание газа d₁ = 50 г/м³, скорость газа в скруббере w_г =1,5 м/с, давление воды перед форсуночным скруббером Р_в= 590 кПа, коэффициент испарения воды  = 0,5, гидравлическое сопротивление скруббера по газу р=150 Па.

Решение

1. Объемный расход сухих газов в скруббере при нормальных условиях:

;

м³/с;

2. Температура мокрого термометра, до которой можно охладить газ в скруббере, определяется по таблице Приложения 3:

Т_м = 60С.

3. Начальное и конечное значение энтальпии водяных паров, содержащихся в газах:

i₁ = 2480 + 1,96T₁ = 2480 + 1,96300 = 3070 кДж/кг;

i₂ = 2480 + 1,96T₁ = 2480 + 1,9660 = 2600 кДж/кг.

4. Количество тепла. теряемое газами в скруббере:

Q = V_oc[c_г (Т₁-Т₂) + d₁(i₁-i₂)] ,

Q = 29,3[1,3(300-60) + 0,05(3070-2600)] = 9830 кВт,

где c_г = 1,3 кДж/м³ – теплоемкость сухого газа.

5. Средняя разность температур газа и воды в скруббере:

;

=113 С,

где Т_н = 20 С – начальная температура воды; Т_к = 55 С – конечная температура воды ( принимается н а 5- 10 градусов ниже температуры мокрого термометра).

6. Расход воды на скруббер:

,

=6,4 кг/с,

где i_п = 2778 кДж/кг – энтальпия насыщенного пара при средней температуре газа в скруббере Т_ср = 180 С; i_н = 84 кДж/кг – энтальпия воды при Т = 20 С; i_к = 230 кДж/кг – энтальпия воды при Т = 55 С.

7. Влагосодержание газа на выходе из скруббера:

;

=0,159 кг/м³.

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

;

= 43,1 м³/с.

9. Плотность газа на выходе из скруббера:

;

=0,997 кг/м³.

10. Объемный коэффициент теплоотдачи в скруббере:

;

=216,7 Вт/м³К,

11. Необходимый рабочий объем скруббера:

;

=401 м³.

12. Необходимый диаметр скруббера:

;

= 6,05 м.

13. Необходимая активная высота скруббера:

;

= 13,96 м.

14. Соотношение высоты и диаметра скруббера:

H/D = 13,96/6,05 = 2,31;

полученное значение близко к рекомендуемому равному H/D=2,5.

15. Главный энергетический параметр скруббера:

К_ч =р_ап + Р_вV_в/V_г;

К_ч =150 + 59010³0,006/43,1=232 кДж/1000 м³ газа

16. Число единиц переноса:

;

= 1,61,

где В и  - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава доменной пыли (выбираются согласно данным таблицы Приложения 3).

В = 6,6110^-3; ^ = 0,891.

17. Степень очистки газа в скруббере:

;

= 0,74.

4.5. Пример выбора и расчета скруббера Вентури

Задание 4.2. Выбрать и рассчитать скруббер Вентури для очистки отходящих газов закрытой ферросплавной печи, выплавляющей силикомарганец, определить размеры скруббера, эффективность его работы и гидравлическое сопротивление при следующих данных: расход газа при нормальных условиях V_о=2000 м³/ч, коэффициент сопротивления циклона-каплеуловителя  =32, температура газа Т_г = 60 С, разрежение перед трубой Вентури Р_г =1,2 кПа, плотность газа при нормальных условиях _о = 1,26 кг/м³, концентрация пыли в газе z’ = 1 г/м³, температура воды, поступающей на орошение по напором Р_в = 300 кДж, составляет Т_н = 20 С, необходимая концентрация пыли на выходе из аппарата z’’ = 20 мг/м³, удельный расход воды на орошение m = 1,2 дм³/м³.

Решение

1. Необходимая степень очистки газа:

;

= 0,98.

2. Число единиц переноса:

;

= 3,91.

Удельную энергию, К_ч, кДж/1000 м³ газа, затрачиваемую на пылеулавливание, определяют из уравнения , подставив численное значение и взяв значения коэффициентов В и  из таблицы Приложения 5. Получим выражение: , откуда кДж/1000 м³ газа.

4. Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури:

=12540 Па,

где m = 0,0012 м³/м³ – удельный расход воды на орошение.

5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях:

;

=1,02 кг/м³.

6. Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях:

;

= 0,69 м³/с.

7. Расход орошающей воды:

М_в = V₁ m = 0,691,2 = 0,83 дм³/с.

8. Температура газов на выходе из трубы Вентури:

Т₂ = (0,133-0,041 m)Т_г+35 = (0,133-0,0411,2) 60+35 = 40 С.

9. Плотность газов на выходе из трубы Вентури (считаем, что газы насыщены влагой (d = 0,063 кг/м³) :

;

= 0,93 кг/м³,

где р_m – сопротивление трубы Вентури, предварительно принимаемое равным 12 кПа (на основании работы аналогов).

10. Объемный расход газа на выходе из трубы Вентури:

;

= 0,75 м³/с.

11. Диаметр циклона-каплеуловителя:

;

= 0,62 м.

где w_ц – скорость газа в циклоне-каплеуловителе (для прямоточных циклонов принимаем w_ц = 2,5 м/с).

12. Высота циклона-каплеуловителя:

H =2,5D = 2,50,62 = 1,55 м.

13. Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя:

;

= 93 Па.

14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури:

р_m = р -р_ц = 13260-93 = 13167 Па.

15. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури:

_ж =0,63_с m^-0,3 = 0,630,1450,0012^-0,3 = 0,69,

где _с=0,145 – коэффициент сопротивления сухой нормализованной трубы Вентури.

16. Необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури:

;

=160,8 м/с.

17. Диаметр горловины трубы Вентури:

;

= 0,077 м.

18. По полученному диаметру горловины, используя данные Приложения 8, находим все остальные размеры нормализованной трубы Вентури.