Страус В. - Промышленная очистка газов, страница 7

Концентрации примесей на уровне почвы зависят от природы выбрасываемого вещества, температуры и скорости выброса газов, реальной высоты трубы, скорости ветра и температурных условий в атмосфере. Установлено, что при малых скоростях ветра подъемная сила, обусловленная более высокой температурой газа, будет способствовать выносу отходящих газов па значителнную высоту, а при больших скоростях ветра турбулентность обеспечит быстрое рассеивание газов. При умеренных же скоростях ветра (6 — 9 м/с) на уровне почвы отмечаются наибольшие концентрации газовых выбросов. Проблема определения концентраций на уровне почвы может включать две задачи: расчет размеров дымового облака и его мансималнной высоты (эффективная высота трубы Н), а также определение диффузии газов на этой точке.

В первом приближении эффективная высота трубы может быть определена как сумма истинной высоты трубы Нв высоты подъема облака, обусловленного скоростью выбрасываемых газов, Н,, и высоты подъема Нг, вследствие раз~ницы температур отходящих газов и окружающего воздуха: о = па+ $$и+ нг (1. 1) Для того, чтобы скорость отводимых газов была достаточна и обеспечивала увеличение высоты облака, необходимо исключить возможность «скольжения» дыма вдоль кромки дымовой трубы. Для этого скорость выброса должна быть выше некоторой критической величины, являющейся, по экспериментальным данным, функцией скорости ветра 17661 (рис. 1-1). Рекомендации по выбору подходящих скоростей выброса при~велена в Британском меморандуме о высоте дымовых труб (1963 г., 1967 г.) [8761, в котором для небольших котельных (производительностью до 13600 кг/ч пара) предлагается установить окорость выброса не менее 6 м/с при пол- Рлс.

рк Зависимость скорости дымовых тээби на выходе иа трубы от скорости н,тра при условии предотвращения «скольжения» дыма (тбб)г у гона иулгаого скольжении и скольжение не гас«гон«не менее одного диаметра трубы ниже ее аеркиед кромки, П вЂ” эона максимального слолгженин на раестонние, раннее одному диаметру трубы; ПУ вЂ” та же, иа расс«олине более одного диаметра. "т 9 % х ног1 загрузке (когда котельная оборудована дутьевым. вентилятором) и пе менее 7,6 м/с — для котельных с вытяжным вентилятором.

Эта скорость возрастает по пару максимально до 16,2 м/с зля котельных производительностью 2,04.10' кг/ч при полной нагрузке. Для достижения такой сиадкритпческой» скорости выброса газов из дымовой трубы и устранения возможности скольжения дыма может оказаться необходимым изменить конфигурацию выходного отверстия трубы; наиболее эффективной конфигурацией с точки зрения достижения минимальных потерь напора оказались сопла Вентури.

Было предположено, что клубы дыма смогут легче входить в инверсионный слой, чем обычный «хвост», поэтому влияние ветра на клубы будет не столь значительным [262]. Эффект подъемной силы Нт зависит от атмосферных условий, и при:выполнении расчетов, приведенных ниже, принимают, что атмосферные условия стабильны вплоть до больших высот и на болыпих расстояниях, хотя такое прндположение редко находит подтверждение на практике.

Когда градиент снижения температуры по высоте больше, чем при адиабатическом попижеггии температуры (т. е. когда температура атмосферы снижается более чем па ! С на каждые 100 м высоты), то горячее облако дыма, выб~рошеняое из дымовой трубы, поднимется на большую высоту и загрязнений у поверхности земли не будет отмечаться. Однако при мягком понижении температуры (когда градиент атмосферной температуры меньше, чем 1'С на 100 м) или в случае температу~риой инверсии величина Нт стремится к минимальному значению.

Подъем дымового облака |может быть рассчитан разнообразными методами с различной степенью точности. Эти методы были детально описаны Штромом 18371 и Самерсом 17841. Ниже будут приведены лишь некоторые из них. Известный метод Бозенквета, Карса н Хзмитона 11021 позволяет дать весьма осторожную оценку подъема дымового облака с помощью величин Нт и Н. Молифккация метода Пристли $6601 позволяет определить подъемную силу Нг, совпадающую с экспернмеиталыиыми данными с точностью до 3$. Бозепквет, Карей н Хэлтоп предложили следующие уравнения: 1) для Н, зависящего от скорости выброса из дымовой трубы, при х>2Н шая.' 0,ВН н,=н, /() — - ' ) к (1.2) 4,77 ьг(Ф) (!.3) где Нь »,„ — максимальный подъем облака, м; к в расстояние по ветру, и; и — скорость ветра, фт/с, или и/с; и — скорость дымовых газов на выходе из трубы, фт/с, или м/с; !2 †газов поток из дымовой трубы, измеренный при температуре, при которой плотность дымовых газов равна плотности окружаюиьей атмосферы, фта/с, или мз/с.

2) для подъема, обусловленного подъемной силой Нт.. 6,37ОД / 2 Нг = аТ (Та — Тг) ~1п/а+ / — 2) 1 (1.4) где О~ — гравитационное ускорениц равное 9,81 м/сз; Т, — абсолютная темпера- тура, при которой плотность дымовых газов равна плотности атмосферы, К; Тв — температура дымовых газов на выходе из трубы, К; 1 = — 1 0,43 ~/ — — 0,23— +1 — ()о ~ * 7' О,б О, Т, Т,) (1. 6) Х- Я~ГЕ (1.6) Номографическое выражение уравнений (1.2) — (1.6), найденное Штраусом и Вудхаузам $8351, дает решение со степенью точности, достаточной для практических целей. Метод, предложенный Прист- 7 лн 1'6601„основан на предположе- О нии, что поднимающийся газ находится в турбулентном движении, вызванном самим облаком; сделаны допущения о захвате у воздуха дымовым облаком, о расг пространеиии облака и о потери количества движения и тепла из/ О /О 2Р ТР РО РР бР 7Р ОР РО /ОО Х Рис.

1-2. Подъемная сила облака дымя, как функция Х и 2. где о — потенциальный градиент атмосферной температуры, равный 0,3'с/м. расчеты могут быть упрощены при замене выражения (1и/х+ +2// — 2) на У в уравнении (1.4) и определении Я как фу/ткции от к из рнс. 1-2, т. е. за горизонтальной диффузии, а также о подъемной силе облака. Эта самогеиерируемая облаком турбулентность накладывается на турбулентность атмосферы, обусловленную ветром, и чаще всего является доминирующим фактором в начальном подъеме облака. Показано также (6601, что подъем, обусловленный подъемной силой, и подъем за счет скорости выброса не строго аддитивны, как это предполагалось ранее (стр. 36), и суммарный подъем меньше суммы отдельно взятых величи~н.

Хотя теория Пристли не дает одной формулы для всех условий, из иее могут быть получены подробные, приблизительные формулы для разнообразных условий. Так, для спокойной атмосферы подъем за счет подъемной силы описывается следующим уравнением: '( т ) '1спрт) исмв Н т— и (1.6) Это соотношение было экспериментально проверено на двух площадках, для которых значение а составляло 4900 и 6200 соответственно (532).

Для ровной поверхности и нейтральной атмосферы предлагается значение а=5700. Эти уравнения подчеркивают важность роли тепла отходящих газон в подъеме облака за счет подъемной силы. Формула, принятая Американским обществом инженеров-механиков (АЭМЕ) (7801, основана на тех же предположениях, использующих зависимость высоты от корня четвертой степени мощности источника тепла, но она учитывает реальную высоту дымовой трубы Нз; Нт = (б,б! + 0,0677НЭ) Еив/И (1.9) Мозес и Кэрсон 15831 опубликовали эмпирические уравнения, основанные иа исследованиях в Аргоннской напиональной лаборатории и на других опубликованных экспериментальных данных; форма этих уравнений основан!а иа уравнении Холланда.

Использ)потея тря состояния стабильности, основанные на изменении тем- где Š— мощность источника тепла по отношению к окружающей атмосфере (БТВ(с. или 1,066.!О' Вт); Сз — удельная теплоемкость газа ври постоянном давлении (БТЕ/фунт, 2,326 кдж/кг); р — плотность газа иа выходе из дымовой трубы, равная 0,09 кг/мз. Для сильной ииверснв! со слабым ветром (что приводит па практике к самым суровым атмосферным условиям) можно использовать эту же формулу, заменив значение с иа 0,265 и гз, т, е.

заменив (1,55 — Чв) на 0,414 и-згв [6611 При скоростиветра свыше 3 м/с и понижении температуры, близком к адиабатическому, та же зависимость от Е и от скорости ветра записывается в виде пературного потенциала с высотой (с(Я/йз) — от верхней кромки дымовой трубы до верхней Кромбги дымовой шапки: ЛаГло К иа!Оо и нт . й1енее — 0,22 (3,47оР+6,401'Е)/и .

От — 0.22 до 0,85 (0,35оР— 3,285хЕ)/и . ) 0,85 ( — 1,04оР+2,78тт Е)!и Нестабильное . Нейтральное Стабильное При меч авве. Π— диаметр дымовой трубы иа выходе, Иу и О— в ю и и и в м/с. ТАБЛИЦА 1-5 Обоби1енные коэффициенты турбулентноб диффуеии С„С 181!1 и число турбулентности Умереииая аыир- ЮЯ Нулевой или малый диапавои Высоте истоевиха иад аемлеа, и с, с, 021 021 0,33 0.25 0,20 40 Тщательное изучение дымовых шапок на крупных теплоэлектростннциях, работающих на твердом топливе, показало, что большинство уравнений дает завышенные значения для подъема дымовой шапки при низкой скорости ветра, тогда как при умпренио больших скоростях ветра (свыше 3 м/с) по уравнениям Карсена и Мозеса получают наиболее точные значения 11511 Оба метода расчета концентраций на уровне поверхности, возникающих при выбросе газов из точечного источника; — Бозанквета и Пирсона 174, 1031 и Саттона 18431 — дают примерно одинаковые решения, поэтому ниже приведено только чаще используемое уравнение Саттона.