Проектирование системы очистки газов за закрытой ферросплавной печью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Системы очистки газов промышленных печей»

Тема: Рассчитать и спроектировать систему очистки газов за Закрытой ферросплавной печью

Выполнила: ст. гр. ММ-132 Мешавкина К.В.

Проверил: к.т.н., доцент Коротков С.Г.

Новокузнецк 2015



Содержание

Введение

Теоретические сведения

1. Расчет системы газоочистки

2. Определение параметров газов при расчете мокрых аппаратов

3. Расчет наклонного орошаемого газохода

4. Выбор форсунок для наклонного орошаемого газохода

5. Расчет полого форсуночного скруббера

6. Выбор форсунок для полого форсуночного скруббера

7. Расчет скруббера Вентури

8. Выбор форсунок для трубы Вентури

9. Аэродинамический расчет

10. Выбор вентилятора или дымососа

Список литературы

скруббер газ газоход форсунка



Введение

Современное металлургическое предприятие по производству черных материалов имеет следующие основные переделы: производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производства. В состав предприятий входят также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства. Все они являются источниками загрязнений атмосферы и водоемов. Кроме того, металлургические предприятия занимают большие производственные площади и отвалы, что предполагает отчуждение земель. Концетрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышают нормы. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается в таких металлургических городах России, как Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Челябинск, Череповец и др. Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы. В черной металлургии в техническом отношении вопросы очистки газов и аспирационного воздуха от пыли решены, при этом возможно добиться любых требуемых остаточных концентраций пыли независимо от величины начальной концентрации. Имеется достаточное количество промышленных примеров, когда фактически достигается концентрация пыли 3--10 г/ при начальной 25--50г/. Для различных видов производства разработаны принципиально новые пылеулавливающие аппараты или разработаны технологические регламенты на использование серийно выпускаемого в странах СНГ газоочистного оборудования. В настоящее время разработаны и прошли промышленную проверку процесса аппараты по очистке газов и сточных вод от твердых веществ и различных химических примесей, которые при их промышленной реализации могут обеспечить полное оздоровление атмосферы и водоемов от вредных выбросов черной металлургии. Предпочтение необходимо отдавать технологическим мероприятиям по сокращению выбросов.

Теоретические сведения

Металлургия занимает одно из ведущих мест в Кузбасском территориально-промышленном комплексе, предприятия этой отрасли характеризуются как градообразующие, т.к. они влияют на развитие экономики региона, определяют его социальную структуру, от них во многом зависит будущее области. В то же время предприятия черной и цветной металлургии оказывают значительное воздействие на состояние атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы, а следовательно, на здоровье людей.

При производстве ферросплавов основным типом ферросплавных печей являются рудовосстановительные, в которых выплавляют ферросплавы массового применения. Выделяющийся из печи газ отводится на газоочистку, а затем используется как топливо. Запыленность сжигаемого газа должна быть не выше 10-20 _мг/м^3.

Под сводом закрытой печи поддерживают избыточное давление 5-10 Па, часть газа (15-20%) всё же выбивается через места загрузки и различные не плотности, сгорая в атмосфере цеха. Количество газа, образующегося на 1 МВА затрачиваемой мощности, составляет 130-260 _м³_/ч. в зависимости от вида сплава и мощности печи. Выход газа приблизительно равномерный.

При работе закрытых печей на газоочистку поступает газ с содержанием %: 70-90 СО; 2-10 Н₂; 2-20 СО₄; 0,5-5 СН₄; 2-4 N₂; 0,1-2 О₂; а так же небольшое количество SO₂ (0,2-0,5 _мг/м³), который выделяется из коксика входящего в состав шихты.

С технологическими газами выносится и пыль (3-30 _кг/m), содержащая SiO₂; CaO; MgO; Al₂O₃; MnO и оксиды железа. Химический состав пыли изменяется в широких пределах в зависимости от вида сплава.

Теплота сгорания ферросплавного газа в зависимости от содержания в нем горючих компонентов составляет 8500-10500 _кДж/м³, а температура от 400 до 1100 ⁰C. Максимальную запылённость и большое содержание CO имеют газы, образующиеся при выплавке кремнистых сплавов, наименьшее значение этих величин наблюдается при выплавке углеродистого феррохрома. Плотность пыли от 2300 до 4300 _кг/м³ в зависимости от вида сплава. Запылённость газа, поступающего на газоочистку, обычно в пределах 15-30 _г/м³. Фракционный состав пыли зависит от вида выплавляемого сплава и режима работы печи, однако во всех случаях он характеризуется значительным содержанием мелкодисперсной пыли, образующейся в результате возгонки металлов и окисления паров.

Дисперсный состав пыли закрытых печей % (по массе) представлен ниже:

Виды выплавляемого сплава	Содержание частиц размером мкм
		1-5
Ферросилиций	10	55	35
Углеродистый феррохром	34	56	10
Углеродистый ферромарганец	24	20	56
Силикомарганец	24	20	56

Ввиду большой запыленности газа мелкодисперсной пылью и высоких требований к очистке, связанных с последующим использованием газа как топлива, наибольшее распространение получила мокрая двухступенчатая очистка газа.

Первой ступенью служит полый скруббер в комплексе с наклонным орошаемым газоходом, в качестве второй применяют высоконапорный скруббер Вентури. Наклонный газоход соединяет газоотсосный стакан, расположенный на своде печи, с полым скруббером. Проходящий по нему газ со скоростью до 4,0 _м/с обильно орошается водой через близко расположенные друг к другу форсунки. В наклонном газоходе газ охлаждается до 120+80 ⁰С, насыщается парами воды и осуществляется первичная очистка его от пыли (на 30-50%). Уловленная водой пыль в виде пульпы стекает в скруббер, куда поступает и насыщенный водой газ; в наклонном газоходе расходуют 50% всей воды потребляемой установкой газоочистки.

В скруббере газ поднимается со скоростью 0,71,2 _м/с, орошается охлажденной водой из оборотного цикла, в результате чего его температура снижается до 3060 ⁰С. При этом за счёт конденсационного эффекта и коагуляции содержание пыли в газе снижается до 2-4 _г/м³ в основном вследствие улавливания крупнодисперсной пыли.

Во вторую ступень очистки (трубу Вентури) поступает газ содержащий практически только мелкодисперсную пыль, для улавливания которой труба Вентури должна работать с очень высокой скоростью (120-150 _м/с и выше) и перепадом давления 15-20 кПа. Для обеспечения стабильности режима применяют трубы Вентури с регулируемой горловиной или с рециркуляцией части газа после дымососа снова в трубу распылитель. Установка должна быть снабжена автоматикой, поддерживающей на трубе Вентури заданный перепад давления. Во избежание отложений шлака на лопатках дымососа, к каплеуловителю, находящегося за трубой Вентури, предъявляют высокие требования. Практика показывает, что наилучшие результаты получают при использовании каплеуловителя с завихрителем или прямоточного циклона. Из каплеуловителя шлам необходимо сливать через гидрозатворы с достаточной высотой запирающего столба (3-4 м) в баки ящичного типа, что определяет размещение газоочистки выше рабочей площадки печи.

На некоторых предприятиях вместо дымососов с успехом эксплуатируют водокольцевые вакуумные насосы типа ВВН-50 со следующими характеристиками.

§ Производительность при вакууме 70%, _м³_/мин - 50

§ Предельно возможный вакуум, % - 95

§ Скорость вращения ротора, _об/мин - 590

§ Расход воды с температурой 15⁰С, _дм³_/мин - 100

§ Мощность электродвигателя, кВт - 125

В этом случае от скруббера отказываются полностью; за вакуумными насосами предусматривают простейшие инерционные водоотделители. Установка проста и надёжна в эксплуатации.

Рассмотрим отдельно аппараты и устройства газоочистной системы закрытой ферросплавной печи. В полых газопромывателях газ пропускается через завесу распыленной жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями жидкости и осаждаются вместе с ними, а очищенный газ удаляется из аппарата. Орошаемые газоходы наиболее простые полые газопромыватели, ряд форсунок устанавливают в газоходе для создания водяных завес на пути запыленного газового потока. Во избежании значительного брызгоуноса скорость газов в орошаемой газоходе принимают не более 4 м/с. Расход воды в пределах от 0,1 до 0,3 л/м³.

В основном орошаемые газоходы работают в связке с полым форсуночным скруббером, представляющем собой колонку круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между орошаемыми газами и каплями жидкости. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Обычно применяются аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости и реже с поперечным орошением.

В противоточном скруббере капли из форсунок движутся навстречу запылённому потоку и должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газом. В последнее время применяются скоростные скрубберы с линейной скоростью газов 5-8 м/с. Форсунки устанавливаются в аппарате в одном или нескольких сечениях (до 14-16 штук в сечении), иногда только по оси аппарата. При расположении форсунок в несколько ярусов возможна комбинированная установка распылителей, часть направлена по ходу газов, другая часть - наоборот. Для равномерного распределения газов по сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливается газораспределительная решетка.

В полых газопромывателях обычно устанавливают центробежные форсунки грубого распыла, работающие под давлением от 0,3 до 0,4 Мпа и создающие капли требуемого размера. Применение таких форсунок позволяет работать на воде, содержащей взвеси. Форсунки просты в изготовлении и мало подвержены износу.

Полые форсуночные скрубберы обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц d_ч10 мкм и малоэффективны при улавливании d_ч мкм. Для улавливания мелких частиц применяют скрубберы Вентури. Работа скруббера Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Труба Вентури состоит из служащего для увеличения скорости газа конфузора, в котором размещается оросительное устройство; горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды; и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции, а так же за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине. В каплеуловителе создаётся вращение газового потока вследствие чего смоченные, и укрупнённые частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.

Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью: на пылях со средним размером частиц 1-2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли в широком диапазоне начальной концентрации её в газе - от 0,05 до 100 г/м³. При работе в режиме тонкой очистки от высокодисперсной пылей скорость в горловине должна поддерживаться не менее 150 м/с, а удельный расход воды - в пределах 0,5-1,2 дм³/м³. Это обуславливает необходимость большого перепада давления и, следовательно, значительные затраты энергии на очистку газа.

При подаче орошающей жидкости в трубу Вентури её начальная скорость незначительна. За счёт силы динамического давления газового потока капли одновременно с дроблением получают значительное ускорение и в конце горловины приобретают скорость, близкую к скорости газового потока. В диффузоре скорости газового потока и капель падают, причём вследствие силы инерции скорость капли превышает скорость газового потока. Поэтому захват частиц каплями эффективно идёт в конце конфузора и в горловине, где скорость газа относительно капли особенно значительна.

По способу подачи жидкости трубы Вентури, применяемые в металлургии, делятся на три группы: а) с форсуночным орошением; б) с пчелинным орошением; в) с переферийным орошением.

Периферийный подвод жидкости применяют в трубах Вентури как круглых, так и прямоугольного сечения. Это позволяет организовать более равномерное орошение в трубах больших размеров, особенно прямоугольных.

Вода чаще всего попадается в начальный участок горловины. Периферийная подача допускает чистку отверстий без прекращения работы аппарата, значительно снижает абразивный износ и замедляет рост отложений. При плёночном орошении подаваемая вода непрерывно стекает по стенка конфузора. Дробление плёнки на капли происходит за счёт энёргии высокоскоростного потока газа. Основным преимуществом плёночного орошения является отсутствие мелких отверстий, склонных к зарастанию и засорению, а так же возможности подачи на орошение воды пониженного качества, что очень важно в условиях оборотного водоснабжения газоочистки. Плёночное орошение полностью устраняет отложения пыли, образующиеся на границе между сухой и смоченной поверхностями конфузора. В некоторых конструкциях применяют комбинированные способы орошения, например, центральную подачу совмещают с плёночной.

Газовые тракты являются неотъемлемой и очень важной частью газоочистной системы. Основное назначение газоходов - подвод запылённого газа от металлургического агрегата к газоочистному аппарату и отвод газа от последнего в дымовую трубу или к потребителю. Металлические газоходы делают сварными. Скорость газа в газоходе 18-20 м/с задают исходя из двух противоположных требований. Низкие скорости обуславливают неоправданное увеличение размеров газоходов, и осаждение в них пыли, что способствует постепенному их засорению. Высокие скорости влекут за собой большие потери давления, а следовательно и перерасход электроэнергии. При указанных выше скоростях не происходит отложений пыли на стенках.

1. Задание на расчет системы газоочистки

Рассчитать систему мокрой очистки газов за закрытой ферросплавной печью, выплавляющей ферросилиций. Расход отходящих дымовых газов при н.у. 1250 _м³_/ч; температура газов на выходе из печи 1150 ⁰С; влажность газов 13 _г/м³; запыленность 20_г/м³; состав дымовых газов, %: СО - 90, СО₂ - 7, Н₂ - 1, N₂ - 1, О₂ - 1; дисперсный состав пыли:

мкм	014	1430	3055	5586
	7	23	30	30	10

где d_ч - диаметр частиц пыли, мкм;

_i- - состав соответствующей фракции, %.

2. Определение параметров газов при расчете мокрых аппаратов

Рассчитывается молекулярная масса смеси газов

М_см

где М_см - молекулярная масса смеси газов, кг/кмоль;

б_i - содержание компонента в газовой смеси,%;

М_i - молекулярная масса i-го компонента, кг/кмоль.

Компонент	СО
Мi кг/кмоль	28,01	44,01	2,016	32,0	28,02

М_см = 0,01(9028,01+744,01+12,016+132,0+128,02) = 28,91 кг/кмоль.

Плотность газов при нормальных условиях составит

с₀ = М_см /22,4 = 28,91/22,4 = 1,29 кг/м³,

где с₀ - плотность газов при нормальных условиях, кг/м³;

М_см - молекулярная масса смеси газов, кг/кмоль.

Удельная теплоёмкость компонентов газа равна

= ,

где - удельная объемная теплоёмкость i-го компонента, кДж/(К);

- плотность i-го компонента, кг/м³;

- удельная массовая теплоёмкость i-го компонента, кДж/(К).

Рассчитанные значения объемных удельных теплоёмкости:

Компонент	CO
	1,05	0,836	1,42	0,911	1,04
	1,25	1,976	0,0989	1,429	1,251
	1,313	1,652	0,128	1,302	1,301

Рассчитывается теплоемкость смеси газов

С_см = 0,01_iC_i = 0,01(901,313 + 7 1,652+10,128 + 11,302 + 1,301) = 1,32 кДж/(м³К)

3. Расчет наклонного орошаемого газохода

Принимая температуру газов на выходе из наклонного орошаемого газохода равной 100 ⁰С, определяем объёмный расход сухих газов на выходе в газоход при нормальных условиях (н.у.)

V_oc = V_o= 1250=1230,11 м³/ч > 0,341 м³/с,

где V_o - расход газов при н.у., м³/ч;

y₁ - начальное влагосодержание газа, кг/м³.

Рассчитываем начальную и конечную энтальпию водяных паров [1]

i_н = 2480 + 1,96t_н = 2480 + 1,961150 = 4734 кДж/кг;

i_к = 2480 + 1,96t_к = 2480 + 1,96100 = 2676 кДж/кг,

где i_н и i_к соответственно температура газа на входе и выходе из газохода.

Определяем количество теплоты, отнимаемое водой у газа в орошаемом газоходе

Q= V_oc[C_cм(t_н - t_к)+ y₁(i_н - i_к)] = 0,341[1,32(1150 - 100)+0,013(4734 - 2676)] = 481,74 кДж

Определяем температуру мокрого термометра для условий наклонного орошаемого газохода по i-d диаграмме, t_м = 73 ⁰С

Определяем среднюю логарифмическую разность температур между газом и водой в орошаемом газоходе

?t_ср = == 385,9 ⁰С,

где - начальная и конечная температура воды, ⁰С, принимается на 10 ⁰С ниже температуры мокрого термометра.

Определяем расход воды, подаваемой на орошение газохода:

M_в = = 0,263 кг/с

где - коэффициент испарения (принимаем 0,7);

- энтальпия насыщенного пара при температуре мокрого термометра, кДж/кг;

= 2620 кДж/кг;

- энтальпия воды при = 20 ⁰С, кДж/кг; = 84 кДж/кг;

- энтальпия воды при = 61 ⁰С, кДж/кг; = 269,5 кДж/кг.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи в газоходе

К₀ = 1,5,

где К₀ - коэффициент теплопередачи в газоходе, Дж/(м³К);

- расход воды, подаваемой на орошение газохода, кг/с;

- расход газа, кг/с;

- средняя температура газа в газоходе, ⁰С.

= = = 625 ⁰С;

= V_occм = 0,3410,39 = 0,132 кг/с;

_cм = = = 0,393 кг/м³;

К₀ = 1,5= 2833,64 Дж/(м³К).

Рассчитываем необходимый рабочий объём газохода

V_н.r = = = 0,44 м³,

где Q - количество теплоты, отнимаемое водой у газа в газоходе, Дж;

- коэффициент теплопередачи в газоходе, Дж/(м³К);

- средняя температура газа в газоходе, ⁰С.

Влагосодержание газа на выходе из газохода

y₂ = y₁ + = 0,013 = 0,552 кг/м³,

где y₂ - влагосодержание газа на выходе из газохода, кг/м³;

y₁ - начальное влагосодержание газа, кг/м³;

- коэффициент испарения воды;

- расход воды, подаваемой на орошение газохода, кг/с;

- объёмный расход сухих газов на выходе в газоход, м³/с.

Определяем объёмный расход газа на выходе из газохода

= = 0,341 = 0,779 м³/с

Определяем диаметр газохода, принимая скорость в нём щ_г = 1,5 м/с

D_н.r = == 0,406 м

Рассчитываем длину газохода

L_н.r = = = 3,503 м

Определяем отношение длины газохода к его диаметру

= = 8,628.

Так как полученное значение лежит в рекомендуемых пределах от 3,520, оставляем полученное значение.

Определяем эффективность пылеулавливателя наклонного газохода, по фракциям

?_i = 1 - exp,

где - диаметр капли жидкости, = 0,3 м;

- объёмный расход жидкости, /с;

- коэффициент захвата пыли i-го фракции каплям жидкости.

M_в /с_в = 0,263/1000 = 2,6310^-3 м³/с.

Коэффициент захвата зависит от отношения _ч/d_к, где _ч - средний диаметр частиц соответствующей фракции гранулометрического состава пыли (смотреть рис. 1)

Рисунок 1 Зависимость коэффициента захвата от параметра

_ч /d_к

_ч /d_к(1)= 710^-6/0,310^-3= 0,023;

_ч /d_к(2)= 2210^-6/0,310^-3= 0,073;

_ч /d_к(3)= 42,510^-6/0,310^-3= 0,142;

_ч /d_к(4)= 70,510^-6/0,3 10^-3= 0,235;

_ч /d_к(5)= 8610^-6/0,310^-3= 0,287;

?_з(1)=0,09;

?_з(2)=0,21;

?_з(3)=0,45;

?_з(4)=0,60;

?_з(5)=0,88;

?₍₁₎ = 1 - exp = 0,357;

?₍₂₎ = 1 - exp = 0,644;

?₍₃₎ = 1 - exp = 0,890;

?₍₄₎ = 1 - exp = 0,947;

?₍₅₎ = 1 - exp = 0,986.

Полная эффективность улавливания пыли в наклонном газоходе

?_н.r == 0,822

Новый фракционный состав пыли после очистки, рассчитанный по формуле

Ф_iввы = Ф_iвх

Ф_(1)вых = 10 = 25,286 %;

Ф_(2)вых = 30 = 46 %;

Ф_(3)вых = 30 = 18,539 %;

Ф_(4)вых = 20 = 8,932 %;

Ф_(5)вых = 10 = 0,786 %.

Вычисленные параметры эффективности орошаемого газохода приведены ниже:

ч, мкм	7	22	42,5	70,5	86
Фвх, %	7	23	30	30	10
ч/	0,023	0,073	0,142	0,235	0,287
	0,09	0,21	0,45	0,60	0,88
	0,357	0,644	0,890	0,947	0,986
Фвых, %	25,286	46	18,539	8,932	0,786

Определяем запылённость газа на выходе из наклонного газохода

z_к = z_н (1- ?_н.г) = 20 (1- 0,822) = 3,86 г/м³

где z_н - запылённость газа на входе в орошаемый газоход, г/м³.

4. Выбор форсунок для наклонного орошаемого газохода

В орошаемом газоходе устанавливаем центробежные форсунки грубого распыла (работающие под давлением от 310⁵ до 410⁵ Па) в количестве 6 штук. Объёмный расход жидкости V_ж = 0,26310^-3 м³/с.

Принимаем к установке 6 форсунок и определяем производительность по жидкости

= = = 4,38310^-6 м³/с

Рассчитываем диаметр выходного отверстия форсунки

d_c = = = 0,003 = 3 мм,

где - коэффициент расхода жидкости (для центробежных форсунок 0,20,3);

- давление жидкости перед форсункой, Па.

5. Расчет полого-форсуночного скруббера

Принимаем температуру газа на выходе из скруббера равной температуре мокрого термометра t₂ = t_м = 73 ⁰C и определяем энтальпию водяных паров на выходе и входе газа из скруббера

i₁ = 2480+1,96t₁ = 2480+1,96 100 = 2676 кДж/кг;

i₂ = 2480+1,96t₂ = 2480+1,96 73 = 2623,08 кДж/кг.

Объёмный расход сухих газов на входе в скруббер при нормальных условиях составляет V_0с = 0,341 м³/с

Количество теплоты, отнимаемое водой от газов в скруббере составит

Q = V_0с [C_см(t₁ - t₂)+у₂(i₁ - i₂)],

где V_0с - объёмный расход сухих газов на входе в скруббер при нормальных условиях, м³/с;

C_см - теплоёмкость смеси газов, кдж/(м³К);

t₁, t₂ - температура газа на входе и выходе из скруббера, ⁰С;

у₂ - влагосодержание газа на выходе из газохода, кг/м³;

i₁, i₂ - энтальпия водяных паров на входе и выходе газа из скруббера, кДж/кг.

Q = 0,341 [1,32(100-73)+0,552(2676- 2623,08)]= 22,114 кДж

Рассчитываем среднелогарифмическую разность температур в скруббере между газом и водой

?t_cp = == =44,521 ⁰С,

где - начальная и конечная температура воды, ⁰С.

Определяем расход воды, подаваемой на орошение

М_в = = = 12,07 10^-3 кг/с

Определяем влагосодержание газа на выходе из скруббера

у₃ = у₂ + = 0,552 + 0,7 = 0,576 кг/м³

Находим расход газа при рабочих условиях на выходе из скруббера

V₃ = V_ос = 0,341 = 0,741 м³/с

Определяем диаметр скруббера, принимая скорость в нём 1 м/с

D_c = = = 0,9 м,

где D_c - диаметр скруббера, м;

- расход газа на выходе из скруббера, м³/с;

- скорость газа в скруббере, м/с.

Определяем высоту скруббера из соотношения

2,5= 2,5= 2,50,9=2,25 м

Определяем вязкость газа

=,

где - динамический коэффициент вязкости при нормальных условиях, Па

- константа соответствующего компонента;

- средняя температура газа в скруббере.

= = 86,5 ⁰С

Вязкость при 0 ⁰С и давлении 0,101 МПА

СО: = 16,6 Пас, С = 100;

СО₂: = 13,7 Пас, С = 254;

N₂: = 17 Пас, С = 114;

H₂: = 8,42 Пас, С = 73;

О₂: = 20,3 Пас, С = 131;

= 16,6= 5,960 Па

= 13,7= 3,811 Па

= 17= 5,892 Па

= 8,42= 3,277 Па

= 20,3= 6,772 Па

Определяем вязкость смеси газов при рабочих условиях

= 0,01 = 0,01 = 5139029,

где - молекулярная масса i-го компонента в смеси газов, кг/кмоль;

- вязкость i-го компонента в смеси газов, Па;

- содержание i-го компонента в смеси газов, %.

= = = 5,63Па

где - вязкость смеси газов при рабочих условиях, Па;

- молекулярная масса смеси газов, кг/кмоль.

Скорость падения капли в скруббере

= = = 8,703 м/с,

где- скорость падения капли в скруббере, м/с;

- диаметр капли, м;

- плотность жидкости, кг/м³;

- ускорение свободного падения, м/с².

Определяем объёмный расход жидкости

м³/с,

где- объёмный расход жидкости, м³/с;

- расход воды, подаваемой на орошение, кг/с;

- плотность жидкости, кг/м³.

Рассчитаем фракционную эффективность пылеулавливания в скруббере

где- объёмный расходы жидкости и газа, м³/с;

- скорость газа в скруббере, м/с;

- скорость падения капли в скруббере, м/с;

- высота скруббере, м;

- коэффициент захвата пыли i-той фракции каплями жидкости

Рассчитываем полную эффективность улавливания пыли в скруббере

=

где- полная эффективность улавливания пыли в скруббере;

- фракционная эффективность пылеулавливания в скруббере;

- фракционный состав пыли на входе в скруббер, %.

Определяем конечную запылённость газов после скруббера

z_к = z_н3,068г/м³,

где- начальная и конечная запыленность газа, г/м³;

- полная эффективность улавливания пыли в скруббере.

6. Выбор форсунок для полого-форсуночного скруббера

В форсуночном скруббере устанавливаем одну центробежную форсунку грубого распыла (работающие под давлением (2 Па). Объёмный расход жидкости составит

м³/с,

где- расход воды, подаваемой на орошение, кг/с;

- плотность жидкости, кг/м³.

Рассчитываем диаметр выходного отверстия форсунки (диаметр сопла)

,

где- коэффициент расхода жидкости (для центробежных форсунок 0,2;

- давление воды перед форсункой, Па.

7. Расчет скруббера Вентури

Определяем необходимую эффективность работы аппарата

? = 1-= 1-= 0,994.

где- начальная и конечная запылённость газа, г/, задаётся равной 0,02 г/, т.к. газ является топливом.

Число единиц переноса

= ln= ln = 5,115.

Удельная энергия, затрачиваемая на пылеулавливание К_Т составит

где - константы, зависящие от физико-химических свойств и дисперсного состава пыли, для ферросилиция, выплавляемого в закрытых электропечах = 2,42 = 1,26.

Находим общее гидравлическое сопротивление скруббера

?

где - давление жидкости перед аппаратом, Па; (принимаем равное 300000 Па);

- удельный расход воды на орошение, принимают в пределах 0,00050,005 м³/м³.

Определяем плотность газов на входе в трубу Вентури при рабочих условиях

где - плотность газа или смеси газов при нормальных условиях, кг/м³;

- избыточное давление или разрежение перед аппаратом, кПа,

- начальная температура газа, ⁰С.

Объёмный расход газа, поступающего в трубу при рабочих условиях

Находим расход орошающей воды

где - удельный расход жидкости, кг/м³,

Температура газов на выходе из скруббера Вентури

⁰С.

Плотность газов выходе из скруббера Вентури

где - предварительно принятое гидравлическое сопротивление трубы Вентури, 15 кПа.

Определяем диаметр циклона-каплеуловителя

где - скорость газа в циклоне каплеуловителе, м/с, (принимаем

Высота циклона-каплеуловителя

Определяем гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя

где - коэффициент гидравлического сопротивления циклона, (принимаем

Рассчитываем гидравлическое сопротивление трубы Вентури

Рассчитываем коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости для нормализованной трубы Вентури

где - коэффициент сопротивления циклона трубы Вентури,

- массовые расходы воды и газа, кг/с.

Определяем необходимую скорость газов в горловине трубы Вентури

Рассчитываем диаметр горловины трубы Вентури

Задаёмся скоростью газа на входе в конфузор равной 20 м/с и определяем диаметр конфузора

Определяем диаметр диффузора, приняв скорость на выходе из него 15 м/с

Длина горловины трубы Вентури

Длина конфузора

где - угол сужения конфузора, .

Длина диффузора

где - угол раскрытия диффузора, .

Находим полную длину трубы Вентури

8. Выбор форсунок для трубы Вентури

В трубе Вентури устанавливаем одну форсунку, объёмный расход жидкости который составит

м³/с.

Рассчитываем диаметр выходного отверстия форсунки

где - коэффициент расхода воды, приближенно равен 0,73;

- давление воды перед форсункой (не менее 150 кПа);

- плотность воды, кг/м³.

Форсунку устанавливаем на расстоянии 1,25 перед конфузором



9. Аэродинамический расчет

В данном расчёте определяются суммарные потери давления на пути движения газов от рабочего пространства печи до дымососа (рисунок 2)

Рисунок 2 Аэродинамическая схема мокрой газоочистки за закрытой ферросплавной печью

Участок 1-2. Гидравлические потери на этом участке (наклонный орошаемый газоход) будут складываться из местных потерь и потерь на трение

где

- сопротивление сухого газохода,

- сопротивление газохода, обусловленное вводом орошаемой жидкости.

,

где - коэффициент гидравлического сопротивления сухого газохода (

и - скорость и плотность газа на участке 1-2:

().

Сопротивление, обусловленное вводом орошающей жидкости

Па;

где - коэффициент гидравлического сопротивления на трение (0,04);

Суммарные потери в наклонном газоходе составляют

.

Участок 2-3. Гидравлические потери в этом участке будут складываться из местных потерь в скруббере и потерь на сопротивление, обусловленное вводом орошаемой жидкости

,

где - коэффициенты гидравлических сопротивлений на внезапное расширение и плавное сужение потока (

и - скорости газа на входе и выходе из скруббера соответственно;

и - плотности газа на входе и выходе из скруббера соответственно, кг/м³.

Плотности газа на входе и выходе равны

Средняя плотность газа в скруббере при рабочих условиях равна

Общие потери в скруббере составят

Участок 3-6. Рассчитаем гидравлическое сопротивление соединительного газохода, которое складывается из геометрических, местных и потерь на трение

Определяем диаметр соединительного газохода

Геометрические потери определяем по формуле

где - разность уровней потока газа,

- плотность воздуха (1,29 кг/м³)

- плотность газа.

Местные потери при двух поворотах на 90 градусов составят

Рассчитаем потери на трение

где

Участок 6-9. Потери энергии на этом участке полностью определяются гидравлическим сопротивлением скруббера Вентури и составляют

Участок 9-12. Потери на этом участке будут складываться из местных, геометрических и потерь на трение

Определяем диаметр соединительного газохода

где V - расход газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури.

Местные потери при двух поворотах составят

Геометрические потери определяются по формуле

где

Рассчитаем потери на трение

где

Суммарные потери на участке составят

.

Общие потери системы газоочистки равны

.

10. Выбор вентилятора или дымососа

При выборе вентилятора при дымососа исходят из требуемой производительности V и давления P для рабочих реальных условий. Данные каталогов обычно относят к стандартным условиям ( Рабочие данные пересчитывают на стандартные условия по соотношениям

где , - параметры по каталогу при стандартных условиях.

По полученным данным выбирается два последовательно установленных мельничных вентилятора типа ВМ18А.

Его характеристики:

· Производительность, тыс.,: 108

· Полный напор, Па, при t = 70: 10650

· Потребляемая мощность, кВт (при t = 70 и частоте вращения 1500 : 370

· Максимально допустимая температура газа, : 200

· Максимальное значение КПД, %: 0,81

· Масса без электродвигателя, кг: 4290

· Маховой момент, кг: 1032

· Габариты, мм:

Ш Длина 2,420

Ш Ширина 3,115

Ш Высота 3,002

Размещено на Allbest.ru

...