Расчетно-графическая работа № 3: Расчет струйного газопромывателя

Расчет струйного газопромывателя

Для очистки дымовых газов используется струйный газопромыватель. Объемный расход газов – L. Температура дымовых газов на входе в аппарат – Tг, а объемное влагосодержание – Хг. Сухая часть дымовых газов содержит СО2 % кислорода, ССО2 % углекислого газа, СSО2 % сернистого ангидрида, СN2 % азота. Скорость дымовых газов на входе в конфузор трубы-смесителя – Vг. Требуемая степень очистки газов – η. Давление, под которым вода подается в аппарат – Р. Коэффициент расхода распылителя – φ. Гидравлическое сопротивление системы – ΔР.

Перечень необходимых расчетов

При проведении расчетов необходимо определить:

1. массовый расход дымовых газов Мдг;
2. массовый поток дымовых газов Wдг;
3. массовый расход воды Мв;
4. объемный расход воды Vв;
5. суммарную площадь сечений выходных отверстий распылителей F;
6. диметр выходного отверстия распылителя dр;
7. площадь сужения трубы-смесителя Fс;
8. диаметр сужения трубы-смесителя dс;
9. линейную скорость истечения воды из распылителя Vв;
10. массовый поток воды Wв.

Данные для выполнения задания в соответствии с номером варианта выбрать из табл. 6.

Порядок выполнения задания

Струйный газопромыватель является модификацией скруббера Вентури. По конструкции и принципу осаждению частиц пыли он относится к высокоскоростным турбулентным аппаратам мокрой очистки. Как видно из рис. 10 (смотри конспект лекций), он состоит из трубы Вентури (смесителя) и каплеуловителя. Конструктивно труба Вентури представляет из себя сочетание конфузора и диффузора, между которыми установлена камера смешения. Орошающая жидкость под высоким давлением поступает через распылитель, с помощью которого она дробится на капли, в объем трубы и смешивается с газами. В каплеуловителе происходит разделение жидкости и газов. Подробное описание конструкции и методики расчета струйного газопромывателя приведено в учебных пособиях [1, 4].

Таблица 6. Исходные данные для выполнения задания 3

№ вар.	L, м³/c	Tг, °С	Xг, кг/м³	СО2, %	ССО2, %	СSО2, %	СN2, %	P, кПа	ΔР, Па	Vг, м/с	η, %	φ, %
1	5,0	125	0,30	3,6	17,5	0,01	78,89	600	200	7,5	88	0,75
2	5,2	130	0,29	3,7	17,3	0,02	78,98	610	195	7,6	89	0,88
3	5,4	135	0,28	3,8	17,1	0,01	79,09	620	190	7,7	90	0,76
4	5,6	140	0,27	3,9	16,9	0,02	79,18	630	185	7,8	91	0,87
5	5,8	145	0,26	4,0	16,7	0,01	79,29	640	180	7,9	92	0,77
6	6,0	150	0,25	4,1	16,5	0,02	79,38	650	175	8,0	93	0,86
7	6,2	155	0,24	4,2	16,3	0,01	79,49	660	170	8,1	94	0,78
8	6,4	160	0,23	3,6	16,1	0,02	80,28	670	165	8,2	95	0,85
9	6,6	165	0,22	3,7	15,9	0,01	80,39	680	160	8,3	96	0,79
10	6,8	170	0,21	3,8	15,7	0,02	80,48	690	155	8,4	97	0,84
11	7,0	125	0,20	3,9	15,5	0,01	80,59	700	150	8,5	98	0,80
12	7,2	130	0,19	4,0	15,3	0,02	80,68	710	145	8,6	88	0,83
13	7,4	135	0,20	4,1	15,1	0,01	80,79	720	140	8,7	89	0,81
14	7,6	140	0,21	4,2	15,3	0,02	80,48	730	135	8,8	90	0,80
15	7,8	145	0,22	3,6	15,5	0,01	80,89	740	130	8,9	91	0,82
16	8,0	150	0,23	3,7	15,7	0,02	80,58	750	125	9,0	92	0,79
17	8,2	155	0,24	3,8	15,9	0,01	80,29	760	120	9,1	93	0,83
18	8,4	160	0,25	3,9	16,1	0,02	79,98	770	115	9,2	94	0,78
19	8,6	165	0,26	4,0	16,3	0,01	79,69	780	110	9,3	95	0,84
20	8,8	170	0,27	4,1	16,5	0,02	79,38	790	105	9,4	96	0,77
21	9,0	125	0,28	4,2	16,7	0,01	79,09	800	100	9,5	97	0,85
22	9,2	130	0,29	3,6	16,9	0,02	79,48	810	200	9,6	98	0,76
23	9,4	135	0,30	3,7	17,1	0,01	79,19	820	195	9,7	88	0,86
24	9,6	140	0,31	3,8	17,3	0,02	78,88	830	190	9,8	89	0,75
25	9,8	145	0,32	3,9	17,5	0,01	78,59	840	185	9,9	90	0,87

Расчет плотности и расходов газов

Плотность сухих дымовых газов, поступающих для очистки в струйный газопромыватель, ρ0, кг/м3, определяется по закону аддитивности:

ρ0 = (ρN2·СN2 + ρСО2·ССО2 + ρО2·СО2 + ρSО2·СSО2) / 100, (41)

где ρО2, ρСО2, ρSО2, ρN2 – плотности азота, углекислого газа, кислорода и сернистого ангидрида при нормальных условиях соответственно, кг/м3; их можно рассчитать по формуле Менделеева: ρi = Mi/22,4, где Mi – молярная масса i-го газа.

СО2, ССО2, СSО2, СN2 – процентное содержание азота, углекислого газа, кислорода и сернистого ангидрида соответственно в дымовых газах, %.

Плотность влажных газов

Плотность влажных дымовых газов ρг, кг/м3, определяется как:

ρг = ρ0·(1 + Xг/22,4)·(Рг/Р0)·(Т0/Тг), (42)

где Tг – температура дымовых газов на входе в аппарат, К; Pг – давление дымовых газов на входе в аппарат, Па (Pг = 2·Р0); М – мольная масса воды, кг/кмоль (М = 18); Xг – влагосодержание дымовых газов, кг/м3; Т0 = 273 К и Р0 = 1,013·105 Па – нормальные температура и давление соответственно.

Количество влажных газов и массовый расход

Количество влажных дымовых газов:

Lг = L·(1 + Xг/22,4)·(ρ0/ρг), (43)

где L – количество выбрасываемых дымовых газов, м3/с.

По величинам ρг и Lг определяем массовый расход дымовых газов Mг, кг/с:

Mг = Lг·ρг. (44)

Массовый поток газов на входе в аппарат Wг, кг/(м2·с):

Wг = Vг·ρг. (45)

Расчет расходов воды

Теоретические значения массового Mвт, кг/с, и объемного Lвт, м3/с, расходов воды рассчитываются:

Мвт = Mг / φ; (46)

Lвт = Мвт / ρв, (47)

где ρв – плотность воды, кг/м3 (ρв =1000 кг/м3); φ – коэффициент расхода распылителя.

Геометрические параметры распылителей

Суммарная площадь выходных отверстий распылителей F, м2, и диаметр выходного отверстия каждого распылителя dр, м:

F = (4·Lвт) / (20·g·P), (48)

dр = sqrt(4·F / (π·n)), (49)

где: g – ускорение свободного падения, м/c2 (g = 9,81); Р – давление, под которым вода подается в агрегат, бар; n – количество распылителей, принимаемое обычно в диапазоне от 3 до 8.

Эффективность улавливания

Определяем эффективность улавливания частиц в аппарате Ку:

Ку = 100 — η, (50)

где η – требуемая степень очистки, %.

Критериальные зависимости

Критериальная зависимость Ку = f(Re, Eu, Wг, n) имеет следующий вид:

Ку = 2,387·10^10·Re^0,485·Wг^0,75·Eu^0,57·n^0,745, (51)

где Re – число Рейнольдса, характеризующее турбулентность, создаваемую каплями воды в объеме факела капель; Eu = ΔР / (ρг·Vг^2) – число Эйлера, характеризующее гидравлическое сопротивление системы.

Из критериальной зависимости (51), зная величину Ку и рассчитав величину числа Еu, определяется значение числа Re.

Коэффициент расхода и напор

Критериальные зависимости для коэффициента расхода распылителя φ и относительного напора ΔP/P имеют вид:

φ = 1,701·10^-5·Re^0,35·m^0,65·Eu^0,34·A^1,2·n^0,4; (52)

ΔP/P = 3,768·10^-3·Re^0,35·m^0,65·Eu^0,34·A^0,6·n^0,4, (53)

где m = Fс / F – отношение площади сечения Fс, м2, камеры смешения к суммарной F, м2, выходных отверстий распылителей; A = 290 / Тг – температурный фактор.

Итоговый расчет параметров

Из формулы (53), зная из исходных данных величину ΔP/P, определим величину m, после этого по формуле (52) рассчитаем истинное значение коэффициента расхода распылителя φ, а по нему – истинный массовый Мв и объемный Lв расход воды:

Мв = Mг / φ; (54)

Lв = Мв / ρв. (55)

Пересчет площади и диаметров

По формулам (48, 49) пересчитаем истинную суммарную площадь F и диаметр выходного отверстия dр каждого распылителя.

Площадь сужения Fс, м2, и диаметр сужения dс, м, смесителя-трубы:

Fс = m·F; (56)

dс = sqrt(4·Fс / π). (57)

Скорость и поток воды

Рассчитаем линейную скорость истечения воды из распылителя Vв, м/с, и массовый поток воды Wв, кг/(м2·с), из распылителя:

Vв = Lв / F; (58)

Wв = Vв·ρв. (59)