Технические средства и технология очистки газов

Работа из раздела: «Экология и охрана природы»

/

27

Технические средства и технология очистки газов

Содержание

• Задание на курсовой проект
• Введение
• 1. Расчет параметров дымового газа
• 2. Расчёт скруббера Вентури
• 3. Расчёт конструктивных параметров скруббера Вентури
• 4. Определение конструктивных параметров каплеуловителя
• 5. Расчет орошающей форсунки
• 6. Расчет регулировочных характеристик трубы Вентури и орошающей форсунки
• Список литературы

Задание на курсовой проект

1. параметры дымового газа:

· расход = 30+0,5*N= 41,5 (кг/с);

· температура = 295 +N = 318 C;

· химический состав: С_N2 = 76%, С _O2= 17%, С_CO2 = 7%;

· запыленность неочищенного газа = 5 + 0,1* N= 7.3 (г/куб. м);

· требуемая запыленность очищенного газа = 0,1 г/куб. м.

2. параметры воды, используемой в системе очистки газа:

· температура = 30 +N =53 C

· давление = 0,5 МПа

3. среднее значение атмосферного давления в районе источника выбросов: Р = 10⁵ Па.

4. характеристика источника выбросов (вид пыли или тумана) - пыль мартеновской печи, работающей на кислородном дутье.

Введение

Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха городов вносят выбросы от стационарных источников промышленных предприятий, таких как котельные установки тепловых электростанций, печные агрегаты металлургических предприятий, литейных цехов, агрегаты химической промышленности, машиностроения и других видов производств.

Основным мероприятием по защите атмосферы от этих выбросов является применение технических средств очистки дымовых газов.

Цель курсового проекта - освоить современные методики разработки технических средств и технологических процессов очистки газов в скруббере Вентури.

Опросный лист

№	Вопросы	Ответы
1	Характеристика источников выбросов	Пыль мартеновской печи, работающей на кислородном дутье
2	Среднее значение барометрического давления	105 Па
3	Массовый расход дымового газа на входе в систему газоочистки	41.5 кг/с
4	Температура газа на входе в систему газоочистки	3180С
5	Химический состав на входе в систему очистки
6	Запыленность неочищенного газа	7.3 г/м3
7	Требуемая запыленность очищенного газа	0,1 г/м3
8	Давление воды на уровне земли, используемой в системе очистки газов	0,5 мПа
9	Температура воды	530С

1. Расчет параметров дымового газа

· Определим плотность газа, состоящего из азота, кислорода и углекислого газа при нормальных условиях:

кг/куб. м.

Где С_N, С_O, С_CO - объемная концентрация в долях единицы,

с_N с_O с_{CO -} плотности компонентов при нормальных условиях, кг/куб. м.

плотности находим из уравнения Менделеева - Клапейрона:

· Рассчитаем плотность газа на входе в скруббер:

Где Р_б - барометрическое давление, Па

t _г1 - температура газа перед трубой Вентури,

Р_г1 - разрежение в газоходе перед трубой Вентури, Па. Задается предварительно 10⁴ Па.

· Зная плотность и массовый расход газа на входе в трубу Вентури - G, кг/с, найдем объемный расход газа на входе в трубу Вентури:

· Руководствуясь законом сохранения энергии ведем дальнейший расчет, причем потерями тепла в окружающую среду через стенки оборудования можно пренебречь.

q₁=q_2,где q₁ - количество тепла, вносимое сухим газом и орошающей водой на входе в труб Вентури, кДж/с;

q₂ - количество тепла, выносимое сухим газом, водой и водяными парами, содержащимися в газе из скруббера Вентури, кДж/с.

Найдем количество тепла на входе:

Количество тепла, вносимое сухим газом в скруббер

Где С_рг - теплоемкость дымового газа, кДж/кг*град. Для газа близкого по составу к воздуху С_рг=1 кДж/кг*град;

очистка газ скруббер вентури

G_г - массовый расход дымового газа (сухого) на входе в систему очистки, кг/с;

t_г1 - температура газа на входе в трубе Вентури, ?С.

(кДж/с).

Где С_в1 - теплоемкость воды, подаваемой на орошение в трубу Вентури, кДж/кг*град. С_в1=4,19 кДж/кг*град.

G_в1 - расход воды, подаваемой на орошение в трубу Вентури, кг/с. Принимаем G_в1=G_г.

t_{в1 -} температура орошающей воды, ?С.

(кДж/с)

(кДж/с).

Расчет количества тепла на выходе - q₂ ведется методом последовательного приближения. Задаем значение температуры газа на выходе из скруббера t_г2, считая, что парогазожидкостная смесь на выходе из трубы Вентури находится в состоянии термодинамического равновесия. Считаем, что t_в2 = t_г2. парциальное давление водяных паров определяем из таблицы в зависимости от заданного значения температуры. Так задаемся t_г2 =49?С, которой соответствует Р_парц=13.2 кПа.

Для дальнейших расчетов необходимо найти влажность газов (кг водяных паров/кг сухого газа):

м

Расход водяных паров, содержащихся в газе на выходе из скруббера:

, кг/с

Расход воды на выходе из скруббера определяется из уравнения материального баланса:

, кг/с.

Определяем количество тепла, выносимое из скруббера сухим газом:

кДж/с

Количество тепла, выносимое из скруббера вытекающей водой:

кДж/с

Где G_в2 - расход воды, выходящей из скруббера, кг/с. t_в2 - температура воды, выходящей из скруббера. Количество тепла, выносимое из скруббера водяным паром, содержащимся в газе:

кДжс

Где i - энтальпия водяных паров, содержащихся в газе на выходе из скруббера:

кДж/кг

кДж/с

, кДж/с

Сравним количество тепла на входе и на выходе. Они не должны отличаться более чем на 5 %.

· Определим фактическую плотность влажного газа на выходе из скруббера:

кг/куб. м.

Где Р_г2 - избыточное давление (разрежение) в газоходе на выходе из скруббера Вентури, Па. Из-за незначительного аэродинамического сопротивления участка газохода от скруббера до выхода из дымовой трубы можно пренебречь: Р_г2=0.

· Объемный расход газа на выходе из скруббера:

куб. м. /с.

2. Расчёт скруббера Вентури

Задачей расчёта скруббера Вентури является определение основных конструктивных размеров трубы Вентури и каплеуловителя.

· Необходимая степень очистки запыленного газа:

,

Где - запыленность неочищенного газа, (г/м³);

- запыленность очищенного газа (при н. у.), (г/м³);

Воспользуемся энергетическим методом расчёта пылеуловителей. Зависимость между степенью очистки газа и затратами энергии выражается формулой:

,

Где X, B - безразмерные параметры;

- суммарная энергия контакта фаз, Дж/м³.

Подбираем параметры X, B для заданного вида пыли, являющейся функцией дисперсного состава, плотности, формы частиц и других свойств пыли. В нашем случае (пыль мартеновской печи, работающей на кислородном дутье) B= 1,565*10^-6, X= 1,619.

· Суммарная энергия контакта, необходимая для достижения заданной степени очистки газа определяется из уравнения , и равняется (Дж/м³):

;

. Дж/м³

· В скруббере Вентури суммарная энергия контакта расходуется на преодоление гидравлического сопротивления аппарата и распыление орошающей воды:

,

Где - гидравлическое сопротивление скруббера, включающее в себя гидравлическое сопротивление трубы Вентури и каплеуловителя, Па;

, - объёмные расходы воды и газа на входе в скруббер, м³/с;

- давление распыляемой жидкости, Па.

,

Где - высота расположения орошающей форсунки над уровнем земли. Принимаем равной 10 м.

Па

· Решая уравнение для расчёта , рассчитываем гидравлическое сопротивление скруббера (Па):

.

Объёмный расход воды определяется по формуле (м³/с)

;

м³/с

Учитываем, что

Где - гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па;

- гидравлическое сопротивление каплеуловителя, Па.

· Гидравлическое сопротивление трубы Вентури равно:

Где - коэффициент гидравлического сопротивления каплеуловителя (для каплеуловителя малогабаритного прямоточного циклона принимаем равным 18);

- скорость газа в аппарате (принимаем равным 5 м/с).

Па

Отсюда следует:

Па

· Находим скорость газа в горловине трубы Вентури, обеспечивающую её гидравлическое сопротивление . В результате подбора принимаем значение скорости газа равным 170 м/с. Рассчитываем гидравлическое сопротивление трубы Вентури при заданной скорости (Па):

,

Где - доля гидравлического сопротивления, обусловленная движением газов, Па;

- доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением орошающей жидкости, Па.

,

Где - коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы Вентури.

Доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением орошающей жидкости, равна:

,

Где - отношение длины к диаметру горловины трубы Вентури, принимаем равным 2.

- число Маха

,

Где - скорость звука в газе, м/с

,

Где - коэффициент адиабаты для воздуха (Па), =1,4.

;

,

Где - удельный расход орошающей жидкости, который равен =;

- плотность орошающей жидкости, кг/м³;

- коэффициент гидравлического сопротивления, обусловленного введением орошающей жидкости:

;

у=2,28 %

3. Расчёт конструктивных параметров скруббера Вентури

Конструктивные параметры трубы Вентури можно определить, пользуясь расчетной схемой и следующими рекомендуемыми соотношениями:

Скорость газа на входе в конфузор 15 м/с.

Угол сужения конфузора 25^о.

Скорость газа на выходе диффузора 15 м/с.

Угол раскрытия диффузора 6^о.

Диаметр горловины трубы определяется по формуле (м):

м

где F_г - площадь сечения горловины трубы Вентури, м²

м²

· Определим диаметр конфузора:

м²

м

· Диаметр диффузора:

м²

м

· Длина конфузора определяется по формуле (м):

м

· Длина диффузора определяется по формуле (м):

м

· Длина горловины определяется из соотношения l_г/d_г=2; l_г=2·d_г=2·0,57= 1,14 м

· Длина трубы Вентури определяется как сумма длина конфузора, диффузора и горловины.

L=l_К+l_Г+l_Д=4,49+1,14+12,98= 18,61 м

Рис.1 - Расчетная схема трубы Вентури: 1 - конфузор; 2 - горловина; 3 - диффузор; l_к, l_г, l_д - длина, соответственно, конфузора, горловины, диффузора; d_к, d_г, d_д - диаметр, соответственно, конфузора, горловины, диффузора; /2, /2 - половина угла раскрытия, соответственно, конфузора и диффузора.

4. Определение конструктивных параметров каплеуловителя

Конструктивные параметры каплеуловителя можно определить, пользуясь расчетной схемой и следующими соотношениями.

Диаметр каплеуловителя (м):

м

где F_капл - площадь сечения каплеуловителя, м².

м²

Высота каплеуловителя определяется по формуле (м):

h_капл=1,5·d_капл=1,5·3,34= 5.01 м

Скорость газа во входном патрубке .

Отношение высоты к ширине входного патрубка а/b = 3.

Соотношение площадей входного и выходного патрубков F_вых/F_вх = 1,7

м²

F_вх= а·b,

b= м

а=3·b=3·0,76=2,28 м

F_вых=F_вх*1,7=1,76*1,7=2,99 м²

Площадь выходящего патрубка определяется из вышеприведенного соотношения площадей патрубков.

Диаметр выходящего патрубка определяется по формуле (м):

м

Расстояние между выходным патрубком и верхней крышкой каплеуловителя

С=0,1·d_капл=0,1·3,34= 0,334 м

Расчетная схема каплеуловителя

1. Входной патрубок

2. Выходной патрубок

h_{к -} высота каплеуловителя

а, b - габариты входного патрубка

с - расстояние от входного патрубка до крышки каплеуловителя

5. Расчет орошающей форсунки

В качестве устройства орошения в аппаратах мокрой очистки газов наиболее часто применяется тангенциальная форсунка, отличающаяся простотой и надежностью работы.

Задаем угол раскрытия факела в интервале 60-90⁰ (=65⁰).

При помощи графика определяем геометрическую характеристику форсунки А=1 коэффициент расхода =0,575 и коэффициент заполнения сопла =0,7.

Диаметр сопла определяется по формуле (м):

м

где Q_в1 - объемный расход воды;

Р_в1 - давление воды;

- плотность воды.

Скорость истечения воды из форсунки определяется по формуле (м/с):

м/с

Задаем из конструктивных соображений диаметр входного патрубка d_вх. При этом скорость воды в нем 1,5 м/с.

Площадь сечения входного патрубка определяется по формуле (м²):

м²

Диаметр входного патрубка определяется по формуле (м):

м

Эксцентриситет форсунки определяется по формуле (м):

м

Внутренний диаметр камеры закручивания определяют по формуле (м):

D=2·R+d_вх=2·0,30+0,18= 0,78 м

Высота камеры закручивания определяется по формуле (м):

Н=1,2·d_вх=1,2·0,18= 0,216 м

Длина входного патрубка определяется по формуле (м):

l_вх=2,5·d_вх=2,5·0,18= 0,45 м

Длина сопла (м):

l_с=0,2·d_с=0,2·0,057= 0,0114 м

Угол конусности на входе в сопло =90⁰.

Расчетная схема форсунки:

d_c - диаметр сопла

d_вх - диаметр входного патрубка

R - эксцентриситет форсунки

D - внутренний диаметр камеры закручивания

H - высота камеры закручивания

l_вх - длина входного патрубка

l_с - длина сопла

б_кон - угол конусности на входе в сопло

6. Расчет регулировочных характеристик трубы Вентури и орошающей форсунки

Характеристика трубы Вентури представляет собой зависимость гидравлического сопротивления трубы Вентури и степени очистки газов от расхода газа.

Задается ряд значений расхода газов в пределах (0,5 - 2) Q_г1. Примем следующие значения: 0,5Q_г1, 1Q_г1, 1,5Q_г1. Соответственно принимаем значения скорости газа: 0,5w_г, 1w_г и 1,5w_г

Для каждого расхода определяется значения гидравлического сопротивления и степени очистки газов в трубе Вентури.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури определяется по формуле:

Р_тв=Р_г + Р_в

Доля гидравлического сопротивления, обусловлена движением газов, определяется следующим образом:

Доля гидравлического сопротивления, обусловленная введением орошающей жидкости, определяется по формуле:

Сделаем следующую замену:

Тогда имеем:

Рассчитываем гидравлическое сопротивление в трех точках.

При 0,5Q_г1; 0,5:

Па

При Q_г1, :

Па

При 1,5Q_г1; 1,5:

Па

Имея эти данные, можно построить первую часть графика - зависимость гидравлического сопротивления трубы Вентури от расхода газа.

Чтобы построить вторую зависимость, определяем степень очистки в трех точках, используются значения 0,5, 1, 1,5 и соответствующие значения Р_тв.

При 0,5Q_г1; 0,5:

Па

При 1Q_г1; 1:

Па

При 1,5·Q_г1; 1,5·: Па

Характеристика строится графически в следующих графиках: ось абсцисс - объемный расход газа, ось ординат - значение гидравлического сопротивления трубы Вентури и степени очистки газа.

Характеристика орошающей форсунки представляет собой зависимость расхода орошающей воды от перепада давления.

Задается ряд значений давления воды в пределах от 0 до Р_в1. Для каждого значения давления определяется расход Q_в1.

При Р_в1=Р_в=402000

Q_в1=0,042 м³/с

При Р_в2=201000 м³/с

При Р_в3=100500 м³/с

Список литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта 'Технические средства и технология очистки газов';

2. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под общ. ред. А.А. Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1983. - 312 стр.

3. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. - М.: Металлургия, 1977. - 358 стр.

4. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. - М.: Химия, 1981. - 392 стр.