Содержание к диссертации
Введение
2. Состояние вопроса.
2.1. Сравнительный анализ работы обычных и эжекционных скрубберов Вентури 9
2.2. Анализ закономврностей работы водо-воздушных эжекторов 12
2.3. Выводы по разделу и постановка задач исследований 15)
3. Теоретическое исследование некоторых вопросов транс портировки и очистки газов в разрабатываемом аппара
те.
3.1. Вывод основных расчетных зависимостей 17
3.1.1. Определение оптимальной скорости движения газа в горловине аппарата 17
3.1.2. Определение оптимального значения геометрической характеристики центробежной форсунки и необходимой длины горловины аппарата 23
3.1.3. Оптимальный перепад давлений, развиваемый эжекционной трубой 31
3.1.4. Влияние температуры орошающей жидкости на основные расчетные зависимости 33
3.2. Математическая модель степени пылеулавливания в аппарате 42
3.3. Аналитическое исследование влияния влажности газа на коагуляцию частиц пыли с каплями 46
3.4. Выводы по разделу 51
4. Лабораторные исследования эжекционного скруббера как тягодутьевого аппарата.
4.1. Исследование эжекционных свойств аппарата в диапазоне давлений 2-Ю МПа 54
4.2. Влияние температуры орошающей жидкости на энергетические показатели эжектора 67
4.3. Выводы по разделу 7І
5. Опытно-промышленные исследования аппарата.
5.1. Уточнение основных зависимостей, определяющих эжекционные свойства аппарата 15;
5.2. Экспериментальное исследование степени пылеулавливания в эжекционном скруббере 81
5.2.1. Исследование дисперсного состава распылив аемой орошающей жидкости 81
5.2.2. Экспериментальная проверка степени пылеулавливания и затрат энергии на очистку
газа в эжекционном скруббере 88
5.2.3. Очистка газов мартеновских печей с использованием орошающей жидкости при температуре 188 С 102
5.3. Выводы по разделу 1М
6. Реализация результатов работы в промышленности 105
Общие выводы по диссертации
Литература
Приложения 118
- Сравнительный анализ работы обычных и эжекционных скрубберов Вентури
- Определение оптимальной скорости движения газа в горловине аппарата
- Исследование эжекционных свойств аппарата в диапазоне давлений 2-Ю МПа
- Уточнение основных зависимостей, определяющих эжекционные свойства аппарата
class1 Состояние вопроса class1 .
Сравнительный анализ работы обычных и эжекционных скрубберов Вентури
Одним из наиболее распространенных и эффективных аппаратов мокрой очистки газов в металлургической промышленности является скруббер Вентури. Однако опыт эксплуатации этих аппаратов показал, что в ряде случаев их использование затрудняется сложностями эксплуатации тягодутьевых агрегатов. Роторы дымососов, установленных перед газоочисткой, подвержены износу крупными частицами пыли. Если дымососы установлены после скрубберов Вентури, то пылевые выбросы постепенно образуют отложения на поверхности роторов дымососов. Например, на Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК) для предупреждения конденсации водяных паров и борьбы с указанным явлением после скрубберов Вентури, эксплуатируемых за мартеновскими печами, очищенный газ подогревается до ПОС за счет сжигания природного газа. Без подогрева очищенного газа ротор дымососа покрывается отложениями и становится невозможной его дальнейшая эксплуатация через 4-5 часов работы. С целью защиты от образования отложений на заводе "Запорожсталъ" роторы дымососов изготавливают из титана. Интенсивное покрытие отложениями роторов имеет место и на Днепровском алюминиевом заводе им.Кирова, где для очистки запыленных газов, отходящих от электротермических печей выплавки силумина, используются рассматриваемые скрубберы [і] , на заводе "Днепроспецсталь" и многих других предприятиях.
При использовании обычных скрубберов Вентури, кроме указанных выше затруднений в эксплуатации побудителей отсоса, сложным является и вопрос размещения дымососов (особенно на предприятиях с ограниченными площадями), которые необходимо располагать в непосредственной близости от существующих газовых трактов. Часто представляет определенные затруднения даже подвод и отвод газов от дымососов. При применении эжекционных труб газовые тракты существенно упрощаются - здесь нет дымососов, а следовательно и всех, связанных с их использованием сложностей. Насосы же нет необходимости располагать в непосредственной близости от газоходов. Поэтому и размещать их на территории цехов значительно проще.
Водогазовые эжекторы (к которым относятся и рассматриваемые эжекционные трубы) применяются в основном в теплоэнергетической и химической промышленности. Эксплуатируются они при давлениях орошающей жидкости до 2 МПа и удельных расходах до 10 дм3/м3 газа [2, 3, 4, б] . Такие удельные расходы неприемлемы для газоочисток металлургических предприятий, водообороты которых эксплуатируются при расходах воды до 1-2 дм3/ м3 очищаемых газов.
Указанные обстоятельства обусловливают необходимость проведения специальных исследований эжекционных труб Вентури применительно к металлургическому производству, т.е. когда удельный расход воды снижается до 1-2 дм3/ м3 очищаемого газа, а давление ее повышается до нескольких МПа. Эжекционные аппараты с такими параметрами до настоящего времени не изучались [б] .
Определение оптимальной скорости движения газа в горловине аппарата
Некоторые наиболее общие зависимости, характеризующие работу эжектора, можно представить в виде кривых, приведенных на рис. 3.1. Из анализа этих зависимостей можно сделать следующие выводы:
1. Увеличение производительности эжектора, а следовательно, и скорости движения газа в горловине, при фиксированных расходе и скорости истечения воды из сопла, сопровождается уменьшением общего перепада давления Ро , создаваемого эжектором. Давле ние Ро состоит из давления Рт , расходуемого на преодо ление гидравлического сопротивления самого аппарата, и давления Рн , затрачиваемого на преодоление внешнего сопротивления, то есть сопротивления газового тракта, на который работает эжектор. При этом энергия эжектируемого газового потока определяется, как известно, произведением производительности аппарата и создаваемого им перепада давлений газа. Er=QrP0- (s-x) 2. Существует экстремальная точка А с оптимальными значе ниями производительности аппарата (скорости эжектируемого газо вого потока в камере смешения) и перепада давлений, при которых энергия газового потока максимальна. Эти оптимальные параметры, как будет показано ниже, изменяются - при прочих равных условиях - с изменением параметров рабочего потока. В первом приближении оптимальная форма эжекционной трубы Вентури может быть разработана на основе определения оптимальной длины горловины и скорости движения газов в ней. Угол сужения конфузора может быть принят согласно существующим рекомендациям, например, равным 25, так как условия входа газа в обычные и эжекционные трубы Вентури не отличаются. Угол раскрытия диффузора эжекционных труб также предварительно может быть принят равным 7.
Оптимальную скорость движения газов в горловине эжекцион ной трубы определим на основе уравнения импульсов, в соответст вии с которыми изменение секундного количества движения эжектриру ющей жидкости в аппарате равно сумме секундного количества движе ния эжектируемого газового потока и создаваемого в аппарате избы точного статического давления. Запишем указанное уравнение им пульсов для потоков между сечениями 1-І и 2-2 (рис. 3.2). В от личие от других авторов предполагаем, что в сечении 2-2 профиль скоростей газожидкостного потока выровнялся, вход в сечение 1-І выполнен в виде плавного коллектора, онерченного, например, по лемнискате и потерями на входе можно пренебречь.
Исследование эжекционных свойств аппарата в диапазоне давлений 2-Ю МПа
Оптимальный профиль лабораторной эжекционной трубы Вентури был определен исходя из скорости движения газов в горловине, обеспечивающей минимальные потери энергии в аппарате, формула З.І0. Углы сужения конфузора и раскрытия диффузора, как и в обычных трубах Вентури, были принята соответственно равными В5 и 7.
Исследования по определению оптимальных параметров эксплуатации эжекционной трубы первоначально были проведены в лабораторных условиях на установке, изображенной на рис. 4.1. Установка работает следующим образом. Из водонапорного бака 3 вода поступает в плунжерный насос ГБ-354. Из насоса под определенным давлением вода подается на форсунку (сопло) 9. Часть воды посредством вентиля 5 снова сбрасывается в бак. Этим же вентилем регулируется и давление воды, поступающей на форсунку. Компенсатор 6 служит для ослабления пульсаций давления в машстрали. Трансформаторы І7 и змеевик І8 использовались в исследованиях с перегревом воды.
Перед исследованиями были предварительно определены зависимости расходов и скоростей истечения воды из распылителей от давления воды в диапазоне -10 МПа.
Уточнение основных зависимостей, определяющих эжекционные свойства аппарата
Кроме лабораторных исследований, проверка и уточнение выведенных выше зависимостей (ЗЛО) и (3.29) выполнялась и на опытно-промышленной установке, смонтированной на заводе "Запо-рожсталь". Экспериментальная эжекционная установка была рассчитана на отсос и транспортировку газов с расходом до 20 тыс.м3/ч. Схема установки представлена на рис. 5.1. Расстояние от форсунки до конца диффузора (путь смешения) равнялось 5,22 м. Углы сужения конфузора и раскрытия диффузора составляли соответственно 25 и 8. Диаметр подводящего газохода 630 мм. В качестве кап-леуловителя использовался циклон ЛИОТ с диаметром цилиндрической части 890 мм. Для изменения гидравлического сопротивления тракта, на который работал эжекционный аппарат, использовалось дроссельное устройство.
Опытная эжекционная труба была установлена за 500-тонной мартеновской печью № 7. Запыленный газ отбирался за котлом-утилизатором. Очищенный газ либо выбрасывался в атмосферу, либо возвращался в газоход запыленного газа.
Для подачи воды в эжекционную трубу использовался насос ГА-347 производительностью 12 м3/ч и давлением до 10,5 МПа. Для отсоса газов применялась техническая оборотная вода, предварительно использованная для охлаждения энергетических установок.
Методики заводских и лабораторных исследований аналогичны. Исследования выполнялись в следующем порядке. При определенной насадке и каком-либо неизменном давлении жидкости с помощью дросселя изменялся расход эжектируемого газа и перепад давлений, создаваемый исследуемым аппаратом. Для каждого из режимов рассчитывался к.п.д. аппарата, равный отношению энергии газового потока к кинетической энергии струи жидкости. Наиболее высокий к.п.д. соответствовал искомому оптимальному режиму эксплуатации аппарата, Эти оптимальные режимы для различных удельных расходов и скоростей истечения воды из форсунок приведены в графическом виде на рис. 5.2. Ось ординат графика представляет оптимальную скорость газового потока в горловине трубы. Кривая 7 получена как разность энергий ии ит или С к (1 — /У) и показывает перепад давлений, создаваемый аппаратом. На рис. 5.2 пунктирной линией 8 показаны также расчетные данные, полученные с использованием формулы (3.47).
