Основные характеристики пылеуловителей

К основным характеристикам пылеуловителей, как, впрочем, и других газоочистных устройств, относятся: эффективность очистки газа, производительность устройства, гидравлическое сопротивление, расход электрической энергии, стоимость очистки.

Рис. 5.2. Схема классификации пылеулавливающих аппаратов

Эффективность очистки газов. Эффективность очистки газов h (степень очистки, коэффициент полезного действия) обычно выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступающего в газоочистной аппарат с пылегазовым потоком, за определенный период времени. Суммарную степень очистки газов h, достигаемую в нескольких последовательно установленных аппаратах, определяют по формуле: h = 1 – (1 – h₁)×(1 – h₂)×…×(1 – h_n), где h₁, h₂, ... h_n — степень очистки газов соответственно в первом, втором и n-ном газоочистителе.

Эффективность улавливания пыли может быть выражена в виде коэффициента проскока частиц, который представляет собой отношение количества вредных веществ за газоочистителем к количеству вредных веществ поступающих в газоочистной аппарат. Коэффициент проскока e рассчитывается по формуле: e = 100 – h.

Эффективность очистки может быть определены различными методами.

1. Метод, основанный на использовании экспериментальных данных. В данном случае эффективность очистки определяется по содержанию вредных веществ в газах до поступления в газоочистной аппарат и на выходе из него:

, (5.1)

где М_ул — масса вредных веществ, уловленных в единицу времени, г/с; М_вх, М_вых — массовый расход вредных веществ в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, г/с; Q_вх, Q_вых — объемный расход газов, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, м³/c; С_вх, С_вых — концентрация частиц в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, г/м³.

Если объемный расход газов, проходящих через газоочистной аппарат, изменяется за счет подсоса воздуха, эффективность аппарата определяют в соответствии с объемным расходом воздуха при подсосе, исходя из концентрации какого-либо газового компонента, не вступающего в аппарате в реакции (обычно SO₂ или CO₂):

, (5.2)

где K_п — коэффициент подсоса, равный отношению концентраций анализируемого газового компонента в газах, % (объемная), после и до аппарата.

Если имеются экспериментальные данные по фракционным степеням очистки h_ф (для взвешенных частиц) то может использоваться формула

, (5.3)

где Ф₁,Ф₂,...Ф_n — содержание данной фракции на входе в фильтр, %.

Фракционная эффективность очистки h_ф выражается формулой

Рис. 5.3. Фракционная эффективность пенных пылеуловителей для различных плотностей пыли

, (5.4)

где Ф_вх, Ф_вых — содержание данной фракции в газах соответственно на входе и на выходе из фильтра, %.

Для расчета по формуле (5.3) могут быть использованы кривые фракционных эффективностей (степени очистки) h_ф= f(d_ч), полученные экспериментальным путем для некоторых типов пылеуловителей (рис. 5.3). К кривым фракционной эффективности даются условия, при которых они были получены (по плотности пыли, диаметру аппарата и т. д.), а также поправочные формулы для пересчета на конкретные условия очистки выбросов. Для сокращения расчетов могут быть использованы номограммы.

2. Метод расчета, основанный на вероятностном подходе к процессу пылеулавливания. В некоторых случаях кривая фракционной эффективности аппарата h_ф=¦(d_ч) при построении в вероятностно — логарифмической системе координат, приобретает вид прямой линии, свидетельствующей о том, что она подчиняется логарифмически нормальному закону распределения и может быть записана в виде интеграла вероятности :

, (5.5)

где lg(d_ч /d₅₀) — логарифм отношения текущего размера частиц d_ч к диаметру частиц d₅₀, осаждаемых в аппарате при данном режиме его работы на 50%; lg s_h — стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.

Значение d₅₀ соответствует ординате графика h_ф = ¦(d_ч), равной 0,5 (50%), а lgs_h находится из соотношения

lg s_h = lg d₅₀ – lg d_15,97 = lg d_84,13 – lg d₅₀ ,

где d_15,97 — значение абсциссы, ордината которой равна 0,1597 (15,97%); d_84,13 — значение абсциссы, ордината которой равна 0,8413 (84,03%).

Если распределение подлежащих улавливанию частиц пыли на входе в аппарат является нормально-логарифмическим, то зависимость полного коэффициента очистки можно найти по формуле

, (5.6)

где .

Значения нормальной функции распределения Ф(x) в зависимости от величины x приведены в табл. 5.2.

Таким образом, зная d_m и s_ч (характеристика улавливаемой пыли) и d₅₀ и s_h (характеристики пылеулавливающего аппарата) можно определить эффективность очистки проектируемого аппарата.

Необходимо иметь в виду, что расчет эффективности по формуле (5.6) возможен только для пылеуловителей, работающих в тех режимах, при которых были найдены значения d₅₀ и s_h. Если условия работы отличаются от экспериментальных, то необходимо скорректировать величину d₅₀.

3. Энергетический метод расчета эффективности мокрых пылеуловителей. Практика показывает, что эффективность мокрых механических пылеуловителей определяется главным образом затратами энергии на осуществление процесса очистки.

Энергия контакта между газом и жидкостью в мокрых пылеуловителях К_ч, в общем случае, может включать три составляющие: энергию газового потока, характеризующую степень турбулизации газового потока в аппарате; энергию жидкостного потока, характеризующую степень диспергирования жидкости, и механическую энергию вращающих элементов конструкции аппарата. Контактная энергия обычно меньше общего расхода энергии в мокрых пылеуловителях, так как не включает в себя потери на трение в аппарате, в отводящих и подводящих патрубках и т. д. В связи с этим, точное определение энергии соприкосновения в целом ряде мокрых пылеуловителей представляет определенные трудности.

Величину энергии газового потока обычно принимают равной гидравлическому сопротивлению аппарата Dр (Па), хотя в действительности, если учитывать потери на трение в «сухом» аппарате, она должна быть несколько меньше. Величина К_ч (кДж/1000 м³ газов) обычно рассчитывается по приближенной формуле, которая в общем случае имеет вид

, (5.7)

где р_ж — давление распыливаемой жидкости, Па; Q_г и Q_ж — объемный расход соответственно газов, жидкости, м³/с; N_м — мощность вращающегося механизма, расходуемая на контактирование газов с жидкостью, Вт.

Влияние каждого слагаемого зависит от типа аппарата.

Зависимость между степенью очистки и затратами энергии выражается формулой

, (5.8)

где В и c — константы, определяемые дисперсным составом пыли.

Величина h мало характеризует качество очистки в интервале высоких значений степени пылеулавливания, поэтому в этом случае часто используют понятие числа единиц переноса N_ч, аналогично применяемому в технологических процессах, связанных с массопереносом. Число единиц переноса находится по формуле

,

Тогда .

Величины В и c определяются экспериментально. Например, по некоторым данным зола дымовых газов ТЭЦ (при сжигании высокозольных топлив) имеет следующие значения коэффициентов: В = 4,34×10^–3 и c = 0,3.

Применимость энергетического метода расчета для различных типов мокрых пылеуловителей объясняется тем, что в основе улавливания взвешенных частиц лежит главным образом один и тот же механизм — инерционное осаждение. Поэтому если на улавливание пыли в мокрых аппаратах начинают оказывать влияние другие силы (например, диффузионные) — наблюдаются значительные отклонения от энергетической зависимости (5.8).

Производительность газоочистного устройства. Производительность характеризуется количеством воздуха, которое очищается за 1 час. Аппараты, в которых воздух очищается при прохождении через фильтрующий слой, характеризуются удельной воздушной нагрузкой, т. е. количеством воздуха, которое проходит через 1 м² фильтрующей поверхности за 1 час.

Гидравлическое сопротивление.От величины гидравлического сопротивления зависит требуемое давление вентилятора, а, следовательно, и расход электроэнергии. Для определения гидравлического сопротивления могут использоваться следующие формулы:

(5.9)

где x— коэффициент местного сопротивления газоочистного устройства (безразмерная величина); v_г — скорость движения воздуха через аппарат, м/с.

(5.10)

где А, n — коэффициенты, определяемые экспериментальным путем и зависящие от конструкции аппарата.

Коэффициент местного сопротивления x зависит от типа газоочистного аппарата, а также от его конструктивных особенностей.

Расход электрической энергии.В значительной мере эта характеристика зависит от гидравлического сопротивления аппарата. Исключение составляют аппараты, в которых используются электрические методы осаждения частиц, а также механическая энергия вращающих элементов конструкции аппарата. Расход электроэнергии при одноступенчатой очистке находится в пределах от 0,035 до 1,0 кВт×ч на 1000 м³ воздуха.

Стоимость очистки.Зависит от многих факторов: капитальных затрат на оборудование, эксплуатационных расходов, требуемой эффективности очистки и др. Стоимость очистки воздуха в различных аппаратах значительно отличается. Если стоимость очистки определенного количества воздуха в циклоне большой производительности принять за 100% , то стоимость такого же количества воздуха в батарейном циклоне составит 120%, в циклоне с водяной пленкой 130%, в электрофильтре 220%, в тканевых фильтрах — 280%. Двухступенчатая очистка по схеме батарейный циклон-электрофильтр стоит 330%.