Расчет потерь тепла через стенки газохода

Таблица 3.1

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V0 Температура tг Запыленность z Плотность пыли ρп		3500	м3/ч
		560	о С
		140	г/м3
		3500	кг/м3
Состав газа:	SO2	3	%
	O2	14,5	%
	N2	80	%
	CO2	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d; мкм:	<5	20	%
	5-10	22	%
	10-20	24	%
	20-40	16	%
	>40	18	%

 

При движении газов по газоходному тракту происходит снижение температуры в результате потерь тепла в окружающую среду через стенки газохода.

1. Задаем температура на внешней стороне стенки газохода

2.  Средняя температура стенки в поперечном сечении

 

где  – температура на внутренней стороне стенки газохода, с небольшой погрешностью можно принять равной температуре отходящих газов, .

3. Определяем коэффициент теплопроводности стенки газохода

где  – коэффициент, зависящий от марки стали, т.к. материалом для изготовления газоходных трактов в основном является сталь марки “Ст3", то .

4. Плотность теплового потока теплопроводности

 

где – толщина стенки газохода, м (обычно составляет 0,5 1,5 см).

5. Плотность теплового потока конвекции от газохода в окружающую среду

где  – коэффициент теплоотдачи (для газоходного тракта круглого сечения можно принять 2,5-2,7 ).

6. Плотность теплового потока излучения от газохода в окружающую среду

где  – степень черноты материала, принимается 0,78  0,82;  – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67 ;  – наружная температура стенки, К;  – температура окружающего воздуха, К.

7. Суммарная плотность теплового потока конвекции и излучения

 

8. При правильно заданной температуре на внешней стороне газохода плотность теплового потока теплопроводности и плотность теплового потока конвекции и излучения должны быть равны. Однако точного совпадения заданной и реальной температуры стенки на внешней стороне газохода добиться сложно при проведении расчета без ЭВМ. Для получения более точного значения температуры на внешней стороне стенки газохода необходимо соблюдение условия

 

1'. Температура на внешней стороне стенки газохода во втором приближении .

2'. Средняя температура стенки

 

3'. Коэффициент теплопроводности стенки газохода

4'. Плотность теплового потока теплопроводности

 

5'. Плотность теплового потока конвекции

 

6'. Плотность теплового потока излучения

 

7'. Суммарная плотность теплового потока конвекции и излучения

 

8'. Погрешность расчета

 

9. Расход газа (р.у.)

где  – расход отходящих газов (н.у.), ;  – температура газа в газоходном тракте, ;  – коэффициент объемного расширения, равный .

10. Сечение газохода

где  – скорость движения газа в газоходе (во избежание осаждения пыли в газоходе скорость принимается 18 – 20 м/с).

11. Диаметр газохода

12. Площадь поверхности газохода длиной 1 м

13. Линейная плотность теплового потока

14. Теплоемкость отходящих газов

15. Температура, до которой охладится газ через 1 м длины газохода

16. Снижение температуры газов на 1 м длины газохода в результате потерь тепла в окружающую среду

Расчет циклона

Таблица 3.2

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V0 Температура tг Запыленность z Плотность пыли ρп		3500	м3/ч
		565,8	о С
		140	г/м3
		3500	кг/м3
Состав газа:	SO2	3	%
	O2	14,5	%
	N2	80	%
	CO2	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d; мкм:	<5	20	%
	5-10	22	%
	10-20	24	%
	20-40	16	%
	>40	18	%

 

1. Плотность сухих газов (н.у.) определяется по формуле:

 

где – содержание компонентов в смеси, доли ед;

 – молекулярные массы отдельных компонентов газа, ^кг/_кмоль.

2. Плотность газа (р.у.)

где – давление атмосферного воздуха (на уровне г. Владикавказа ); х – влагосодержание газа, ;  – избыточное давление газа при входе в пылевую камеру, обычно принимают 1 кПа.

3. Объем газа (р.у.)

4. Выбираем оптимальную скорость в циклоне , в зависимости от циклона (ЦН-15) .

5. Необходимая площадь сечения циклона

 

6. Выбираем стандартный диаметр циклона D_ц = 600 мм, тогда количество циклонов

округляем до целого числа

7. При полученном количестве циклонов необходимо пересчитать диаметр

 

и принять ближайшее стандартное значение , тогда

8. Определяем реальную скорость движения газа в циклоне

9. Определяем погрешность между действительной и оптимальной скоростью движения газа в циклоне

 

10. Производительность одного циклона

11. Определяем конструктивные параметры циклона

           

           

12. Коэффициент сопротивления циклона зависит от диаметра циклона, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода газа и некоторых других факторов и вычисляется по формуле:

где  – коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм;

 – поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона;

 – поправочный коэффициент на влияние запыленности газа;

 – поправочный коэффициент на влияние групповой компановки циклонов, равный 60 при круговой компановке.

13. Гидравлическое сопротивление циклона можно определить по формуле Ньютона:

14. Динамический коэффициент вязкости для каждого компонента отходящего газа:

 

где  – вязкость для каждого компонента, ;  – константа;  – температура отходящих газов, К.

 

15. Динамическая вязкость смеси газов

 

16. Средний диаметр частиц каждой фракции

17. Для определения эффективности циклонов широко используют графические методы с использованием элементов теории вероятности.

Массовый состав пыли по фракциям:

где  – содержание данной фракции в пыли, %.

 

 

Таблица 2.3

Средний размер пыли, мкм	Массовый состав пыли по фракциям, %	Интегральная функция вероятности, F(t)	t	g d
3,97	0,05	99,95	- 2,516	- 0,102
8,2	0,5	99,45	- 2,395	0,599
16,5	4,49	94,96	- 1,79	0,916
33	23,98	70,98	- 0,788	1,22
45,55	70,98	0	2,326	1,414

 

По полученным данным строим график в вероятностно-логарифмических координатах:

 

 

По графику определяются значения: d₅₀ = 27 мкм; lg d₅₀ = 1,43; d_84,1 = 13 мкм.

18. Среднеквадратичное отклонение  находится из соотношения:

следовательно, .

19. Медианный размер определяется по формуле

отсюда

20. Размер частиц d’₅₀, улавливаемых выбранным циклоном с эффективностью 50%

где – величины, соответствующие условиям, при которых получена величина d’₅₀.

21. Приведенные данные соответствуют следующим условиям работы циклонов: .

22. Фракционная степень очистки в одиночных циклонах:

 

где  – функция распределения от величины .

Величина  рассчитывается по формуле

     

       

            

          

23. Общая эффективность очистки газа в одиночном циклоне равна:

При групповой компоновке циклонов коэффициент очистки газов:

 

24. Запыленность газов после очистки в циклоне

25. Общая масса пыли, поступающей в циклон

26. Масса пыли, поступившей в циклон по фракциям

27. Масса пыли по фракциям после очистки

где – фракционная степень очистки, доли. ед.

28. Общая масса пыли после очистки

29. Массовое содержание каждой фракции

30. Температура газов в циклонах данного типа снижается . Температура газов после прохождения через циклон составит 540 .

31. Объемный состав пыли по фракциям:

Суммарный объемный состав пыли

— — 100%

Так как пыль частично оседает в циклоне, то необходимо пересчитать фракционный состав пыли на выходе из циклона, составив пропорцию.

 

 

Отсюда

Электрофильтр

Таблица 3.4

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V0 Температура tг Запыленность z Плотность пыли ρп		3500	м3/ч
		358,8	о С
		16,62	г/м3
		3500	кг/м3
Состав газа:	SO2	3	%
	O2	14,5	%
	N2	80	%
	CO2	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d; мкм:	<5	58,179	%
	5-10	31,057	%
	10-20	9,45	%
	20-40	0,954	%
	>40	0,36	%

 

1. Плотность газов (н.у.), т.е. ,

 

где – содержание компонентов в смеси, доли ед;

 – молекулярные массы отдельных компонентов газа, ^кг/_кмоль

2. Плотность газа (р.у.)

где – давление атмосферного воздуха (на уровне г. Владикавказа ); f – влагосодержание газа, ;  – избыточное давление газа при входе в пылевую камеру, обычно принимают 1 кПа.

3. Объем газа (р.у.)

4. Необходимая площадь поперечного сечения активной зоны электрофильтра

где  – скорость газа в аппарате, принимается в пределах 0,8 – 1,2 .

5. Выбираем тип электрофильтра ЭГА 1-10-6-4-2.

;

расстояние между электродами .

6. Фактическая скорость газа в активном поле аппарата

7. Отношение плотности газа (р.у.) к плотности при стандартных условиях .

 

где  – избыточное давление газа в электрофильтре (для электрофильтров серии ЭГА обычно 4 кПа).

8. Критическая напряженность электрического поля, при которой возникает коронный разряд в электрофильтре

 

где  – радиус коронирующего электрода,  м.

9. Критическое напряжение короны для пластинчатого электрофильтра

 

где  – шаг между коронирующими электродами равен 0,18 м;  – расстояние между плоскостями коронирующих и осадительных электродов, м. так как расстояние между одноименными электродами равно  то .

10. Линейная плотность тока короны

где  – коэффициент, зависящий от отношения ; К – подвижность ионов в газе, , для сухого воздуха ; U – рабочее напряжение в электрофильтре, В (обычно составляет 50 – 100 кВ).

11. Напряженность электрического поля

где  – диэлектрическая проницаемость вакуума, равная

12. Динамическая вязкость компонентов отходящего газа (р.у.)

 

где  – вязкость для каждого компонента, ;  – константа;  – температура отходящих газов, К.

13. Динамическая вязкость смеси газов

 

14. Средний диаметр частиц каждой фракции

                             

                 

                 

15. Удельная поверхность осаждения

 

16. Скорость дрейфа частиц каждой фракции

17. Фракционный коэффициент очистки

18. Общий коэффициент очистки газа от пыли в электрофильтре

19. Запыленность газа после очистки

20. Объемный состав пыли по фракциям

21. Суммарный объемный состав пыли

22.

Так как пыль не полностью оседает в электрофильтре и отходящие газы могут направляться на вторую ступень тонкой очистки, то необходимо пересчитать фракционный состав пыли на выходе из электрофильтра. Составим пропорцию:

23. Температура газов в аппарате в среднем снижается до 338,8 .

Скруббер Вентури

Таблица 3.4

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V0 Температура tг Запыленность z Плотность пыли ρп		3500	м3/ч
		315	о С
		7,9	г/м3
		3500	кг/м3
Состав газа:	SO2	3	%
	O2	14,5	%
	N2	80	%
	CO2	2,5	%
Состав пыли по фракциям d; мкм:	<5	72,65	%
	5-10	24,401	%
	10-20	2,9	%
	20-40	0,045	%
	>40	0,004	%

 

1. Количество газов на входе в скруббер (р.у.). Разряжение перед скруббером составляет .

2. Общий расход воды в скруббере

где  – удельный расход воды, приблизительно

3. Влагосодержание отходящих газов

4. Содержание других компонентов в 1  отходящих газов

 

5. Плотность компонентов сухого газа (н.у.)

 

6. Процентный состав компонентов отходящих газов в пересчете на сухой газ

 

 

Проверка:

7. Плотность газов (н.у.)

8. Плотность влажных газов (р.у.) на входе в скруббер

9. Температура газов на выходе из скруббера

10. Гидравлическое сопротивление сухой трубы (без орошения)

где  – коэффициент сопротивления сухой трубы, принимается в пределах 0,12–0,15; – скорость газа в горловине трубы, принимается 90–200 .

11. Гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости

где  – плотность жидкости, (например, плотность воды при температуре 4  равна 1000 );  – коэффициент сопротивления, обусловленный введением жидкости

 

где  и  – эмпирические коэффициенты (для скруббера Вентури оптимальной конфигурации с центральным подводом жидкости равны: =0,63 и ).

12. Потеря давления в трубе Вентури

 

13. Диаметр циклона каплеуловителя

где  – скорость движения газа в каплеуловителе, . В качестве каплеуловителя часто используют прямоточные циклоны, оптимальная скорость движения газа в которых составляет 2,5–4,5 .

14. Выбираем циклон-каплеуловитель КЦТ-1000, высота которого составляет .

15. Гидравлическое сопротивление каплеуловителя

где  – коэффициент сопротивления для прямоточных циклонов, обычно 30–33.

16. Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури

17. Начальное влагосодержание газа

18. Плотность газа (р.у.) на выходе из скруббера

19. Количество газа на выходе из трубы Вентури

20. Скорость газа в горловине трубы Вентури

21. Диаметр горловины трубы Вентури

22. Диаметр входного сечения конфузора

где  – скорость газа во входном сечении конфузора, принимается 20 .

23. Диаметр выходного сечения диффузора

где  – скорость газа во входном сечении конфузора, принимается 20 .

24. Длина конфузора

где  – обычно .

25. Длина горловины

26. Длина диффузора

где  – угол расширения диффузора, принимается равным 6 .

27. Полная длина каждой трубы Вентури

28. Кинематическая вязкость компонентов газа

 

29. Кинематическая вязкость компонентов смеси газов

30. Средний размер капель

где  – удельный расход воды, .

31. Средний фракционный размер частиц

                         

             

             

32. Критерий Стокса для частиц различных размеров

33. Фракционная эффективность

34. Общий коэффициент очистки газа в скруббере

35. Запыленность газов после очистки

36. Фракционный состав пыли после скруббера Вентури

Суммарный объемный состав пыли

37. Расход газа (н.у.) на выходе из скруббера Вентури

Так как в скруббер подается известковое молоко для улавливания SO₂, то состав газа на выходе из скруббера изменится с учетом того, что SO₂ по экспериментальным данным уловится на 90%, тогда

3 · 0,9 = 2,73%

SO₂ = 3 – 2,7 = 0,3%

В соответствии с этим состав газа будет:

SO₂ = 0,3%

O₂ =  = 14,9%;

N₂ =  = 82,23%;

СО₂ =  = 2,57%

В результате на выходе из системы пылеулавливания запыленность газов составляет 0,006 и степень очистки системы пылеулавливания:

На Рис. 3 представлена технологическая схема процесса обжига молиб-деновых концентратов в печи КС.

В процессе обжига образуются запыленные газы в результате продувки воздухом слоя шихты. Воздух, при прохождении через слой, захватывает частицы шихты мелких фракций и выносит из печи. Запыленность газов на выходе из печи составляет .