Принципы расчета установок термообезвреживания

Полнота термоокисления органических загрязнителей зависит от тем­пературы процесса, времени пребывания частиц загрязнителя и кислорода в зоне высоких температур, теплонапряжения топочного объема, физико-химических свойств загрязнителей, параметров состояния и состава от­бросных газов, а также множества других факторов.

Предлагаемая методика расчета позволяет получить ориентировочные значения параметров процесса.

Расчет состоит из следующих стадий: определение состава продуктов сгорания, коэффициента избытка воздуха и температуры горения, времени пребывания и размеров топочного устройства; подбор типоразмеров горелочных устройств; расчет газопроводов, воздуховодов, дымоходов, подбор газооборудования и тягодутьевых устройств.

Исходные данные для расчета - расход отбросных газов W_з, м³/с, и их состав, выраженный объемными долями компонентов .

Расход топливного газа W_т определяется из соотношения:

W_т= , м/с, (1)

где N - количество загрязнителей; α_в - коэффициент избытка воздуха по отношению к топливу; V_в - теоретически необходимое количество воздуха, рассчитанное по составу топлива, .

При обработке газов с низким содержанием кислорода величину ко­эффициента избытка воздуха по топливу принимают в пределах α_в = 1,05...1,2. Если отбросные газы используются в качестве воздуха для горе­ния, то для уменьшения потребления топлива следует принимать по воз­можности больший коэффициент избытка воздуха (ориентировочно )

Объем топки подсчитывают по выражению:

(2)

а ее тепловую нагрузку – как

(3)

где W_i, Qi - соответственно расход, м³/с, и теплота сгорания, кДж/м³, топ­ливного газа или (и) отбросных газов, содержащих горючие вещества;

[q_v] - допустимое тепловое напряжение топочного объема, кВт/м ;

N - количе­ство видов горючих газов.

При содержании горючих токсичных загрязнителей в отбросных газах менее 50...100 мг/м величину Q можно рассчитывать по обычным соот­ношениям для топливного газа

Значения [q_v] для прямоточных конструкций топок рекомендуется принимать не более 200 кВт/м . Для циклонных топок эта величина может быть увеличена в 4...5 раз.

Необходимое время пребывания τ_пр органических токсичных соедине­ний в зоне реакции при температуре горения t_гор = 700...1000 оС ориентиро­вочно определяется по эмпирической формуле:

τ_пр = 25(1 - t_гор/1060), с. (4)

При отсутствии опытных данных о температуре горения ее можно оценить по соотношению:

t_гор = ηt_кал, ^оС, (5)

где η – пирометрический коэффициент, значение которого принимают для неэкранированных неизолированных топок в пределах 0,75…0,85, для эк­ранированных – в пределах 0,5…0,8, для неэкранированных изолирован­ных – в пределах 0,8…0,09; t_кал – калориметрическая температура горения.

При содержании горючих загрязнителей более 100…150 мг/м³ необ­ходимо учитывать их влияние на процесс горения.

По найденной величине τ_пр производят поверку достаточности приня­того ранее объема топки:

V_т ≥ τ_пр W_д.г(273 + t_гор)/(273^.K_т), м³, (6)

где K_т – коэффициент заполнения топки продуктами сгорания, значение которого можно принимать от 0,7 для вертикальных прямоугольных до 0,95 для циклонных топок; W_д.г – расход дымовых газов, м³/с.

При содержании загрязнителей менее 200 мг/м³ величину W_д.г подсчи­тывают по выражению:

, м /с, (7)

где V_CO2 ,V_{H 2O},V_N2 ,V_O2 - объемы соответствующих компонентов продуктов сгорания, отнесенные к 1 м³ топливного газа и определяемые по его соста­ву.

При значительных концентрациях горючих загрязнителей расход ды­мовых газов рассчитывают по выражению:

(8)

где V_CO2 ,V_H2O,V_N2 ,V_O2 - объемы соответствующих компонентов продуктов сгорания, отнесенные к 1 м³ горючей смеси топлива и загрязнителей; R_т -доля топлива в горючей смеси.

Находят эквивалентный диаметр d_э и длину l (высоту h) топочного устройства:

d_э = 0,8 V_т^1/3, м, (9) l = (2,0…2,3)d_э, м, (10) h = (1,7…2,0) d_э, м. (11)

По расходу газового топлива подбирают размер горелочного устрой­ства, необходимое газооборудование и рассчитывают диаметры газопро­водов, а по расходу дымовых газов находят размеры дымоходов, дымовой трубы и при необходимости - дымососа.