Dissert-UsmanovaПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗООЧИСТКИ ГИДРОДИНАМИК. Исследование влияния основных факторов на гидравлическое сопротивление аппарата Исследование влияния жидкой фазы Исследование влияния вращения ротора Выбор оптимального
 Скачать 5.14 Mb.
|
|
Система оборотного водоснабжения Технологические схемы оборотного водоснабжения настолько же разнообразны, насколько разнообразны задачи, решаемые мокрой газоочисткой. Осложняет процесс селективность орошения (по режимами химическому составу орошающих жидкостей, как по отдельным аппаратам, таки внутри одного аппарата по разным узлам орошения. Орошение без рециркуляции раствора на сегодняшний день применяется редко, поскольку приводит к неоправданно большому расходу жидкости и содержащихся в ней реагентов. В проектах обычно предусматривается цикличность орошения, те. кратное использование одного итого же раствора с постепенным частичным выведением его из цикла и добавкой свежего раствора. При очистке горячего газа и нагреве циркулирующего раствора в цикл включается теплообменник-холодильник. При использовании рециркуляции раствора важную роль имеет его предельное состояние. Если производить орошение без отвода раствора и добавки свежего, то через определенное время состояние раствора не позволит производить дальнейшее его использование. Предельное состояние раствора определятся факторами: 1. При улавливании дисперсной фазы твердого аэрозоля, его концентрация не должна превышать значения, при котором нарушается работа оросителей. Другим критерием предельногο состояния является вынос улавливаемого продукта с брызгами концентрирοванной взвеси, что приводит к недопустимοму снижению степени улавливания. Предельное состояние раствора также характеризуется началом кристаллизации некоторых компонентов на внутренней поверхности патрубков аппарата, причем она сопровождается также осаждением инертных взвешенных веществ. Дальнейшее использование раствора ведет к быстрому забиванию элементов системы орошения. При абсорбции газов наступает такое насыщение раствора, при котором его дальнейшее использование теряет смысл. Наступает предельное состояние, когда между раствором и абсорбируемым компонентом устанавливается равновесие, при этом процесс абсорбции прекращается. Существует обстоятельство, специфическое именно для мокрой газоочистки. Уынос в атмосферу улавливаемого компонента (те. вторичный унос) происходит по двум причинам во-первых, некоторое количество компонента не захватывается жидкостью во-вторых, захваченный жидкостью компонент частично выносится из аппарата с брызгоуносом. 6.4 Рекомендации по проектированию, расчету и промышленному использованию динамического газопромывателя Выполнена систематизация, и уточнение рекомендаций по проектированию геометрических пропорций проточной части газопромывателя, а также сточки зрения оптимизации гидродинамических условий его работы. С единых методологических позиций обосновывается комплекс рекомендаций по выбору конструктивных параметров газоочистных аппаратов различных принципов действия ротационного, ударно-инерционного и центробежного Выбор пропорций проточной части Проблема поиска наилучших пропорций проточной части газопромывателя формулируется следующим образом необходимо определить такие безразмерные геометрические соотношения, которые обеспечивали бы проведение процесса газоочистки с минимальными энергозатратами. Такая постановка задачи обуславливает целесообразность введения критерия, характеризующего эффективность энергозатрат на газоочистку. Как известно, для технико-экономической оценки эффективности процессов сепарации широко используется критерий, характеризующий удельные затраты энергии на единицу перенoса массы [21, 129, 139, Основываясь на теории диффузионного переноса вещества, запишем подобный критерий для оценки совершенства геометрических пропорций газопромывателя. Из дифференциального уравнения материального баланса дисперсной фазы: dF с Qdc отн (6.1) где Q – oбъемный расхοд газа; с – oбъемная кοнцентрация дисперсной фазы; υ отн – oтносительная скорοсть дисперснοй фазы в радиальной проекции. В результате интегрирования (6.1) по поверхности получим Q F c dc отн c x x (6.2) По аналогии с теорией диффузионного переноса вещества, интеграл (можно представить как числ единиц переноса дисперсной фазы при центробежной сепарации. Скорость частиц, отсепарированных на 100 запишем в (6.2) как R d ср отн 18 ) ( 2 Введем число Стокса 231 R d S ср tk 18 ) ( 2 и безразмерный параметр закрутки: r r K Тогда число единиц переноса представим как r tk отн K S Q F N (6.3) Введем в качестве критерия эффективности энергозатрат на сепарацию параметр Е, тогда с учетом (6.3) можно записать r tk K S E (6.4) Полученный критерий характеризует полезные энергозатраты на единицу переноса дисперсной фазы и позволяет оценить экономичность конструкции газопромывателя при заданной эффективности центробежной сепарации. В условиях автомодельности по числу Рейнольдса параметр Е обусловливает геометрические пропорции газопромывателя и может выступать в качестве критерия его совершенства. Установим связь параметра Е с критериями, отвечающими за гидродинамическое подобие в газопромывателях, которые в разделе 2.4 второй главы подробно рассмотрены. Для определения наилучших геометрических пропорций газопромывателя необходимо определить взаимосвязь критериев Е и. Как было установлено, профили тангенциальных и радиальных составляющих скорости газа, а также давления и турбулентности в газопромывателе определяются относительным радиусом вихревого ядра r я Поэтому, для поиска оптимальных геометрических пропорций газопромывателя необходимо установлить взаимосвязь критериев Е и r я. Из анализа выражения (6.4), можно отметить, что критерий Стокса характеризуется соотношением двух величин масштаба времени релаксации частицы и времени крутки потока а комплекс ξ/К г определяется исключительно пропорциями сепарационной части газопромывателя и не зависит от масштаба. Представим в виде комплексного критерия оптимальных геометрических пропорций газопромывателя параметр Е* r K E * (6.5) Выражая Κ Г через коэффициент гидравлического сопротивления сепарационной части ξ, и учитывая введенные соотношения (2.32) приведем) к виду: x я я я dx x r r x r E 0 Все параметры справа от (6.6) характеризуются лишь относительным радиусом вихревого ядра r я, а самовыражение) устанавливает искомую взаимосвязь критериев Е и r я Рисунок 6.1 – Расчетная зависимость параметра Е * от относительного радиуса вихревого ядра Согласно рисунку 6.1, наименьшее значение Ε*=10 соответствует относительному радиусу, в интервале 0<r 0 <0,2 значение Ε практически не меняется по сравнению с наименьшим значением, т.е. Ε≈const, и лишь при r ο >0,4 начинает существенно возрастать. Из анализа расчетной зависимости можно заключить, что более экономичное приращение числа единиц переноса в газопромывателе осуществляется при относительном радиусе вихревого ядра, не превышающем 20% от радиуса аппарата, те. при условии r ο <0,2. Указанный интервал необходимо учитывать при выборе оптимальных размеров проточной части газопромывателя, ас учетом того, что гидравлическое сопротивление ξ возрастает при r ο ≈0, можно рекомендовать выбор значения я вблизи правой границы этого интервала как предпочтительный. Выбор размеров выхлопных патрубков Экспериментальные исследования (глава 3), показали, что при любой форме проточной части газопромывателя существует такое соотношение проходных сечений 0 S S S вых пр для которого коэффициент ξ, записанный через среднерасходную скорость несущей среды по сечению аппарата, будет минимальным 2 ) ( 2 вых вх (6.7) Минимум функции ξ 0 S S S вых вх (6.8) соответствует значению 0 S S S вых пр Для поддержания стабильного вихря необходимо, чтобы кинетическая энергия потока была больше суммы энергии, расходуемой на трение, и потенциальной энергии. Размеры входного патрубка определяются в зависимости от размеров газопромывателя и его отводных патрубков. Данный вывод хорошо согласуется с результатами экспериментов и рекомендациями других авторов. Диаметр выходного патрубка в центробежных газопромывателях авторы [146, предлагают изготавливать несколько большим, чем эквивалентный диаметр входного отверстия. Таким образом, для реализации наилучших пропорций газопромывателя примем соотношение 234 0 S S S вых (6.9) или 2 0 2 2 r r r вых вх (6.10) Выбор размеров конической части корпуса При рассмотрении движения частиц в газопромывателе было принято допущение о том, что траектории частиц размером от 0,5 до 1,0 мкм совпадают с линиями тока несущей среды. Такое допущение практически не влияет на форму кривой (рисунок 2.29) и лишь незначительно повышает расчетное значение эф при приемлемой сходимости с экспериментом по интегральным значениям эффективности сепарации. Запишем условие равновесия частиц 4 Re 24 6 2 2 2 3 r d a r v d (6.11) 057 , 0 lg 848 , 0 где α – коэффициент формы частицы [81]: p d v Re Re – числ Рейнοльдса частицы – эквивалентный диаметр частицы. Запишем условие (6.11) в следующем виде: ч г r ra d 18 Введем две масштабные величины радиус я, в качестве масштаба длины и масштаб скорости г. Из (6.12) получим 2 2 г Левая часть уравнения) представляет собой число Стокса, сомножителем которого является параметр закрутки, зависящий в условиях автомодельности скорости только от относительных размеров аппарата. Правая часть уравнения (6.13) зависит от относительного радиуса вихревого ядра и от относительной радиальной координаты мВ результате проведенного анализа можно сделать следующие выводы- с увеличением радиуса осевой зоны и доли цилиндрической части в общих пропорциях аппарата происходит увеличение эффективности очистки- с ростом эффективность улавливания мелкодисперсных частиц снижается, что особенно это заметно при r 0 > 0,2; - с удлинением конической части аппарата при постоянной высоте проточной его части, эффективность очистки возрастает. Следовательно, для достижения максимальной эффективности улавливания мелкодисперсных частиц, доля цилиндрической части в общей длине газопромывателя должна быть наименьшей, а доля конической части наибольшей. Угол конуса рекомендуется принимать в пределах 15÷20°, так как его дальнейшее уменьшение приводит к существенному увеличению высоты газопромывателя. Прочие геометрические соотношения рекомендуется выбирать из условия r 0 < Выбор размеров лопастного завихрителя Одной из задач конструирования газопромывателей является согласование их геометрических и режимных параметров. Из анализа графиков полей скорости в аппарате, (п второй главы), следует, что при необоснованном выборе параметров завихрителя на пересечении осевой и периферийной зон возникает скачкообразная трансформация осредненных компонент скорости. Такие скачки приводят к возникновению вторичных вихрей близ стенок аппарата, вызывающих дополнительную диссипацию энергии и понижение общей эффективности газоочистки. С учетом указанных явлений, оптимальных гидродинамических условий в газопромывателе можно достигнуть при условии плавного сопряжения профилей скорости на границах осевой и периферийной сепарационных зон. Для плавного сопряжения скорости в завихрителе, необходимо выполнение равенства Для лопастного завихрителя можно записать: вh a a h в Q a в в в в в (6.15) Вводя параметр закрутки К K Q Q Q в в 0 (6.16) преобразуем (6.15) к безразмерному виду K K вh h в a a в в в в 1 (6.17) Согласование геометрических и режимных параметров завихрителя определяется выражением (6.17). Итак, для лопастного завихрителя алгоритм выбора его параметров заключается в следующем- с учетом рекомендаций (6.7) и (6.8) производится выбор размеров выхлопных патрубков- из условия r ο вх выбираются геометрические пропорции завихрителя; - из конструктивных соображений подбирается относительная длина лопастей. По разработанным соотношениям был рассчитан промышленный аппарат "Динамический газопромыватель". Близость рекомендуемых значений к номинальным параметрам, известным из литературных источников, свидетельствует о правомерности изложенных соображений и рекомендаций. Рекомендации по конструктивному оформлению 1.Диаметр аппарата рассчитывается исходя из производительности по газу W Q D 26 , 1 (6.18) 2.Наружный диаметр завихрителя принимается равным D`=(0,75÷0,85) D 3. Число лопастей вычисляется исходя из диаметра завихрителя z = (10 ÷ 25)D` и округляется до числа, удобного для разбивки окружности на равные части. Длина лопаток рассчитывается по соотношению ) 360 sin( 360 sin 5 , 0 i y i i z z D l (6.19) Угол установки лопаток у рекомендуется принимать от 35° до 45°. 5. Для заданного размера частиц определяем критическую угловую скорость вращения завихрителя 2 6 05 1 31 0 31 0 6 65 1 cos 18 , 2 cos ) 034 , 0 06 , 1 ( 10 018 0 exp ) 10 ( 38 397 w d z D m w p oпп (6.20) Направление вращения завихрителя рекомендуется такое, при котором α >90°. 7. Гидравлическое сопротивление завихрителя определяется по формуле 5 , 1 1 ) cos 5 , 0 ( 5 , 0 2 1 1 1 1 0 d z W D D (6.21) Эксплуатационные расходы при работе газопромывателя сводятся главным образом на затраты энергии и обслуживание. Расход энергии при работе газопромывателя может изменяться в широких пределах в зависимости от давления питания и схемы компоновки установки. Энергия, потребляемая газопромывателем, представляет собой электроэнергию, расходуемую на работу привода для вращения завихрителя. Проведенные испытания показали, что при оптимальном режиме работы газопромывателя средний удельный расход электроэнергии составляет 0,475 квт∙ч на очистку 1 000 м 3 газа. 8. Мощность привода ориентировочно оценивается по зависимости Q P (6.22) 6.5 Очистка газов от пыли в промышленности Полученные результаты были практически реализованы в производстве обжига известняка при проведении реконструкции системы аспирации дымовых газов печей обжига. Для очистки дымовых газов печей обжига известняка применяется разработанный газопромыватель в качестве второй ступени очистки. Температура газов печей обжига вперед боровом котла-утилизатора от до С, после котла-утилизатора 250 С. Средний химический состав дымовых газов (по объему С 2 ; 16%N 2 ; 67 % СО. Кроме того, в газе содержится до 70 мг/м 3 S0 2 ; 30 мг/м 3 H 2 S; 200 мг/м 3 F и 20 мг/м 3 CI. Запыленность газа на выходе из конвертора доходит догм. Пыль, как и при отводе газа с дожиганием окиси углерода, состоит из одних и тех же компонентов, но имеет разное содержание высших окислов железа. В ней содержится несколько меньше, чем в запыленном газе, образовавшемся при дожигании окиси углерода, частиц размером менее 1 мкм, так как при дожигании СО повышается температурах газа и происходит дополнительное превышение в пар окислов. Перед поступлением газа на очистку, окись углерода дожигают в специальной камере. Запыленность очищенного доменного газа должна быть не более 4 мг/м 3 . Для очистки доменного газа от пыли применяется следующая схема (рисунок 6.2). Газ из колошника печи обжига по газоходам 3 и 4 отводится в систему газоочистки. В подъемном и опускном газоходах газ охлаждается, из него сепарируются наиболее крупные частицы пыли, которые в виде шлама отводятся в инерционный шламосборник. В центробежном скруббере 5 доменный газ подвергается очистке до конечного пылесодержания от 5 догм. Пыль периодически удаляется из бункера пылеуловителя и из системы подачи воды или пара для увлажнения пыли. Окончательная очистка доменного газа осуществляется в динамическом газопромывателе, где происходит коагуляция мелкодисперсной пыли. Наиболее крупная пыль и капли жидкости отводятся из газа посредством инерционного брызгоуловителя. Рисунок 6.2 |