Реферат Расчет пылевой камерой
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Факультет металлургических и строительных технологий
Кафедра металлургических технологий
Расчетная работа
Руководитель Н.М. Казанцева
Студентка А.С. Захарова
Группа МС-56103-МЧМ
2010
Содержание
ВВЕДЕНИЕ______________________________________________________3
Дисперсный состав пыли________________________________________4
Пылевая камера________________________________________________7
Расчет эффективности очистки газа пылевой камерой________________8
Циклон_______________________________________________________12
Расчет эффективности очистки газа циклоном______________________14
Рукавный фильтр______________________________________________16
Расчет эффективности очистки газа рукавным фильтром_____________18
Скруббер Вентури_____________________________________________21
Расчет эффективности очистки газа скруббером Вентури____________23
Электрофильтр________________________________________________26
Расчет эффективности очистки газа электрофильтром_______________28
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК________________________________32
ВВЕДЕНИЕ
Практически во всех металлургических процессах происходит вынос мелких частиц материала из реакционной зоны установки. Такие запыленные газы (содержащие до 100-200 г/м3 пыли) требуют очистки для того, чтобы, во-первых, не загрязнять окружающую среду; во-вторых, без затруднений использовать газ в дальнейшем процессе, например, при сжигании в горелках печей: в-третьих, утилизировать уносимые газом полезные вещества.
Применяемые в настоящее время способы очистки газов от пыли основаны на следующих принципах:
а) использование силы тяжести и инерции (осадительные камеры);
б) использование центробежной силы (циклоны, мультициклоны);
в) мокрая очистка (скрубберы, трубы Вентури, пенные фильтры);
г) электростатическая очистка (электрофильтры);
д) фильтрация газа через ткань (рукавные фильтры).
В данной расчетной работе рассчитана эффективность газоочистки от пыле в аппаратах различного принципа действия.
Дисперсный состав пыли
Одной из важнейших характеристик, во многом определяющих физико-химические свойства аэрозолей и имеющих решающее значение при выборе пылеуловителя и оценке эффективности его работы, является их дисперсный состав.
Дисперсный состав пыли (ДСП) – это характеристика состава дисперсной фазы, показывающая, какую долю по массе, объему или числу частиц составляют частицы в любом диапазоне размеров или скоростей оседания.
Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений. При определении ДСП необходимо установить характерный размер и долю различных фракций в системе.
Пыль представляет собой генеральную совокупность случайных частиц разного размера. В качестве характерного размера пыли могут быть использованы средние диаметры: арифметический, кубический, среднемедианный (d50 или dм).
Среднемедианный диаметр - это такой размер, который делит пыль на две равные части таким образом, что содержание частиц, имеющих размеры мельче или крупнее среднемедианного, составляет 50 %.
ДСП может быть выражен в виде таблицы, графика или формулы распределения частиц пыли.
Таблицы бывают двух видов. В первом случае (табл.1) фракции выражены в процентах от общего массы частиц.
Во втором случае (табл.2) результаты записываются с указанием процента массы или числа частиц, имеющих размер больше или меньше указанного.[5]
Таблица 1
Фракции пыли
| Размеры частиц, мкм | Средний размер частиц, мкм | Фракции, % от общей массы частиц |
| <1 | <1 | 0,05 |
| 1-10 | 5,5 | 1,65 |
| 10-20 | 15 | 7,5 |
| 20-60 | 40 | 25,0 |
| 60-100 | 80 | 19,0 |
| 100-200 | 150 | 12,3 |
| >200 | >200 | 34,5 |
Таблица 2
Фракции пыли с частицами меньше или больше заданного диаметра
| Размер частиц, мкм | Общая масса частиц мельче заданного размера, % | Общая масса частиц крупнее заданного размера, % |
| min | 0,00 | 100,00 |
| 1 | 0,05 | 99,95 |
| 10 | 1,7 | 98,3 |
| 20 | 9,2 | 90,8 |
| 60 | 34,2 | 65,8 |
| 100 | 53,2 | 46,8 |
| 200 | 65,5 | 34,5 |
| max | 100,00 | 0,00 |
Графическое изображение дисперсного состава может быть в виде вероятностно логарифмической системе координат (рис.)
| |
Пылевая камера
В пылеосадительных камерах выпадение частиц пыли из газового потока происходит под действием сил гравитации. Конструкция и геометрические размеры камеры выбираются так, чтобы создать условия, при которых вследствие резкого снижения скорости газа в сечении пылеосадительной камеры сила тяжести частицы пыли будет преобладать над силой ее взаимодействия с потоком газа, что и обеспечит ее выпадение из потока. Эффективность осаждения в значительной мере определяется временем пребывания частиц в камере, что вызывает необходимость увеличения размеров камеры. В самых неблагоприятных условиях находятся частицы под потолком камеры; им для осаждения нужно пройти наибольший путь, равный высоте камеры H (см. рис.).
При приближенном расчёте пылеосадительных камер принимают, что частицы движутся вдоль камеры со скоростью
Материалом для постройки камер могут служить кирпич или сборный железобетон, реже – сталь и дерево (для холодных газов).
Решающую роль при осаждении играет площадь дна камеры, увеличение которой существенно улучшает условия осаждения. Уменьшение высоты камеры без увеличения площади дна её ничего не даёт, так как одновременно уменьшается площадь поперечного сечения камеры, а следовательно, растёт скорость газа и сокращается время пребывания частицы в камере. Это справедливо при условии ламинарного режима движения в осадительных камерах. Вследствие низкой эффективности и больших размеров эти камеры в настоящее время почти не применяются.
Процессы осаждения, происходящие в пылевых камерах, наблюдаются и в горизонтальных газоходах. Однако в этих условиях осаждение пыли в большинстве случаев нежелательно, поэтому скорости в газоходах принимают значительно более высокими (18-20 м/с), чтобы обеспечивались турбулентный режим движения и унос даже крупных частиц, а также экономию металла при изготовлении газоходов.
Благодаря простоте изготовления и эксплуатации, а также отсуствия ограничений по запыленности пылегазового потока, поступающего на очистку, они широко применяются в промышленности, однако эффективность улавливания пыли в них недостаточна, поэтому, как правило, пылеосадительные камеры выполняют роль аппаратов предварительной очистки.
Показатели работы:
| 1 | Скорость газов, м/с | 0,3-1,0 |
| 2 | Начальная запыленность потока, г/м3 | неогр. |
| 3 | Допустимая температура газа на входе, оС | 1000 |
| 4 | Размер частиц пыли, d m , мkм | >40 |
| 5 | Гидравлическое сопротивление, DP, Па | 30-60 |
| 6 | Эффективность очистки от пыли, h, % | 20-60 |
Расчет эффективности очистки газа пылевой камерой
| Ширина камеры B, м | 4 |
| Высота камеры H, м | 3 |
| Длина камеры L, м | 9 |
| Расход газа Q, | 45000 |
| Температура газа t, °С | 150 |
| Плотность пыли rч, | 3,8 |
Решение:
1. Скорость потока в сечении камеры
2. Находим относительную скорость витания частиц, улавливаемых в камере с эффективностью 50%:
При скорости в пылеосадительной камере 0,5 м/с имеем
3. Для определения зависимости
Этим значениям относительных скоростей витания отвечают диаметры частиц
4. Среднюю концентрацию частиц на выходе из камеры можно определить как среднюю из концентраций в 5 точках сечения. Задаемся пятью значениями h/H: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1
| | |
Значения х1 и х2 в свою очередь определяются из выражений
| | | |
Где h – расстояние от потолка камеры,
Dt – коэффициент турбулентной диффузии частиц,
Коэффициент турбулентной диффузии частиц совпадает с коэффициентом турбулентной диффузии потока и может определяться по формуле Шервуда и Вертца:
Результаты расчетов удобно представить в следующем виде:
| | h/H | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 |
| х1 | -1,39535 | 0,348837 | 2,093023 | 3,837209 | 5,581395 | |
| х2 | 15,34884 | 13,60465 | 11,86047 | 10,11628 | 8,372093 | |
| Ф(х1) | 0,0823 | 0,6365 | 0,9815 | 1 | 1 | |
| Ф(х2) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| n | 0,0823 | 0,6365 | 0,9815 | 1 | 1 |
nср = 0,74
Для пылеосадительных камер с
| | |
| Где i – число точек, для которых рассчитывается концентрация частиц, N – отношение концентрации частиц данного размера в расчетной точке выходного сечения камеры к их концентрации во входном сечении. Концентрация этих частиц во входном сечении принимается равномерно распределенной по сечению. | |
Парциальный коэффициент очистки газа для частиц с размером
dч= 70 мкм ηп = 100∙(1–0,74)=26%
| | h/H | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 |
| х1 | -5,5814 | -3,83721 | -2,09302 | -0,34884 | 1,395349 | |
| х2 | 19,53488 | 17,7907 | 16,04651 | 14,30233 | 12,55814 | |
| Ф(х1) | 0 | 0 | 0,0185 | 0,36 | 0,919 | |
| Ф(х2) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| n | 0 | 0 | 0,0185 | 0,36 | 0,919 |
nср = 0,26
Парциальный коэффициент очистки газа для частиц с размером
dч=86 мкм ηп = 100∙(1–0,26) = 74%
Таким образом, в результате расчета получены три значения парциальных коэффициентов очистки газа (26, 50, 74%) при трех значениях
5. Общая степень очистки
Фi – % содержание фракции от общей массы частиц
ηоб = (26∙21+50∙19+74∙17)/100 = 27,5%
Данная пылевая камера удовлетворяет требованиям, т.к. ее КПД находится в пределах 20-60%, что соответствует удовлетворительной степени пылеулавливания. Для увеличения эффективности газоочистки пылевой камеры необходимо изменить её габаритные размеры, т.е. можно уменьшить высоту камеры до 2 м и увеличить ширину до 6 м.
Циклон
Принцип их работы основан на использовании центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газового потока в корпусе циклона, которое обеспечивается при тангенциальном вводе очищаемого газа в циклон. Конструктивно всякий циклонный аппарат должен состоять из трех частей: циклона, бункера и газосборника, как показано на рисунке.
Запыленный газовый поток подается во входной патрубок, расположенный по касательной к корпусу циклона или в виде улитки. Частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса и опускаются вместе с частью газа в бункер, где происходит отделение пыли от газа, который затем через центральный газоотводящий патрубок выходит с основной массой очищенного газа в газосборник. Пыль из бункера выводится через затворный аппарат, в качестве которого может быть использован клапан-мигалка.
В настоящее время разработано большое количество различных конструкций циклонных аппаратов, один из них – вид ЦН.
ЦН - циклоны конструкции НИИОГАЗ типа ЦН-15, ЦН-15 У, ЦН -11, ЦН-24, отличающиеся винтообразной крышкой и наклонным входным патрубком. Угол наклона входного патрубка к горизонтальной линии составляет 11, 15 или 24 градуса в соответствии с указанным типом циклона.
Конические циклоны типа СКЦН, СДКЦН имеют удлиненную коническую форму и малое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона. Они отличаются повышенным гидравлическим сопротивлением и большей эффективностью очистки. Недостатком конических циклонов являются большие габариты, из-за которых их не рекомендуется применять в групповых установках.
Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности.
Степень очистки в циклоне сильно зависит от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). Для распространённых циклонов типа ЦН степень очистки может достигать:
- для частиц с условным диаметром 20 микрон 99,5%
- для частиц с условным диаметром 10 микрон 95%
- для частиц с условным диаметром 5 микрон 83%
C уменьшением диаметра степень очистки возрастает, но увеличивается металлоёмкость и затраты на очистку. При больших объёмах газа и высоких требованиях к очистке газовый поток пропускает параллельно через несколько циклонов малого диаметра (100—300 мм.). Такую конструкцию называют мультициклоном или батарейным циклоном.
Показатели работы:
| 1 | Скорость газов, м/с | 2 - 4 |
| 2 | Начальная запыленность потока, г/м3 | до 500 |
| 3 | Допустимая температура газа на входе, оС | 400 |
| 4 | Размер частиц пыли, d m , мkм | >10 |
| 5 | Гидравлическое сопротивление, DP, Па | 500 - 1500 |
| 6 | Эффективность очистки от пыли, h, % | 50 - 90 |
Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, имеют довольно низкое гидравлическое сопротивление, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются невозможность улавливания пылей с малыми размерами частиц и малая долговечность (особенно при очистке газов от пылей с высокими абразивными свойствами).
Расчет эффективности очистки газа циклоном
ВАРИАНТ №11
Выбрать циклон типа ЦН-24, определить его гидравлическое сопротивление, эффективность и конечную запыленность газа при следующих исходных данных: расход газа при н.у.V0=6500м3/час, плотность газа при н.у.,
Нормальные условия – Т=273°К, Р=101,3кПа
Решение:
1. Плотность газа при рабочих условиях,
2. Расход газа при рабочих условиях,
3. Диаметр циклона при оптимальной скорости
Принимаем ближайший стандартный диаметр,
Действительная скорость должна отличаться от оптимальной менее чем на 15%.
4. Коэффициент сопротивления циклона (коэффициенты принимаем из [1] стр. 34-36)
5. Гидравлическое сопротивление циклона, Па
6. Размер частиц
7. Среднее квадратичное отклонение
Х= (lg(5/2,02))/(0,5312 +0,3082 )=0,641
8. По таблице (из [1] стр. 39) для величины Х находим значение Ф(Х)=0,864.
9. Эффективность циклона, %
10. Конечная запыленность газа,
Z2 = (1 – 0,863)∙29= 3,973 г/м3
Рукавный фильтр
Пылеулавливание – процесс разделения фаз «твердые частицы- газ». Он осуществляется в фильтре, разделенном пористой перегородкой на две камеры – запыленного и очищенного газа. В качестве пористых перегородок могут быть использованы волокнистые тканые и нетканые материалы, насыпной слой и жесткие пористые материалы.
Эффективность осаждения частиц в начальный период работы фильтра (когда ткань или зернистый слой еще чистые) – невелика из-за относительно крупных пор в фильтрующей перегородке. Осаждение происходит за счет непосредственного касания частиц пыли волокон (нитей) или зерен фильтрующей перегородки, действия сил инерции, диффузии и электростатического притяжения. В этот период на лобовой поверхности пористого слоя образуются островки пыли, которые в волокнистых фильтрах постепенно смыкаются в сплошной, но еще тонкий слой. В принципе такой слой становится непроницаемым для вновь набегающих на пористую перегородку частиц, и теоретически эффективность фильтра должна быть равной 100%. Однако абсолютная эффективность работы в рукавных фильтрах не достигается по двум основным причинам: вследствие микровибрации фильтрующего материала и вследствие образования трещин и пустот в пылевом слое при регенерации. Эти причины обуславливают проникновение пыли в зону очищенного газа в режиме фильтрования.
1 - входной патрубок; 2 - корпус фильтра,; 3 - рукав; 4 - продувочный клапан; 5 - выпускной клапан; 6 - коллектор очищенного газа; 7 - вал механизма встряхивания; 8 - пылевыгрузное устройство.
Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по несколько рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый выпускной клапан поступает в газопровод чистого газа. Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается. Когда оно достигнет некоторого предельного (по условиям тяги) значения, фильтр переводится на режим регенерации, т. е. рукава освобождаются от осевшей на них пыли.
Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Продувочный воздух от специального вентилятора направляют внутрь камеры через открытый продувочный клапан (выпускной клапан закрыт). Фильтруясь через рукав в обратном направлении, воздух разрушает образовавшийся на внутренней поверхности рукава слой пыли, которая падает в бункер, откуда удаляется при помощи шнека или другого устройства. Отработавший продувочный воздух через подводящий газ патрубок поступает в газопровод неочищенного газа. В целях повышения эффективности регенерации одновременно с обратной продувкой осуществляется встряхивание рукавов, для этого используется специальный встряхивающий механизм, перемещающий вверх и вниз крышку, к которой крепится рукав.
Камеры фильтра переводят на регенерацию по очереди, и, следовательно, фильтр в составе n - 1 камера все время находится в работе.
Способы регенерации
Наиболее распространенными способами регенерации фильтров являются:
1) обратная продувка с встряхиванием;
2) обратная продувка без встряхивания;
3) импульсная продувка;
4) обратная струйная продувка.
Иногда применяют регенерацию кручением рукава и вибровстряхивание.
Производственная деятельность многих отраслей промышленности связана с выделением аэрозолей и последующим улавливанием тонких частиц. Такие процессы имеют место, например, при производстве наполнителей и полимеров, порошкообразных пигментов и химикатов, технического углерода, химических средств защиты растений, извести и цемента, пылевидного кварца и асбеста, при плавке цветных и редких металлов.
Значительные количества пыли образуются при сжигании твердых топлив, обработке металлов, дерева, пластических масс, в процессе плавки черных металлов, в производстве текстильных материалов и в других технологических процессах. Во всех этих случаях пыль должна улавливаться с максимальной эффективностью.
В связи с повышением требований к качеству очистки газов быстро расширяется применение фильтровальных аппаратов, в которых пыль отделяется путем пропускания газа (воздуха) через пористые перегородки. Фильтры используют чаще, чем другие устройства, в случаях, когда концентрация пыли на выходе из аппарата не должна превышать 50 мг/м3, либо если требуется улавливать ценные порошкообразные продукты.
Как показывают технико-экономические расчеты, стоимость очистки в рукавных фильтрах газов, поступающих от дуговых, мартеновских и ферросплавных печей, ниже стоимости очистки газов в мокрых пылеуловителях. На тепловых электростанциях, работающих на твердом топливе, когда остаточная запыленность не должна превышать 80 мг/м3, а также если зола обладает повышенным электрическим сопротивлением и плохо улавливается в электрическом поле, экономически оправдано использование рукавных фильтров взамен традиционно применяемых электрофильтров. В алюминиевом производстве применение фильтров позволяет уловить одновременно как пыль, так и фтористые газы.
Показатели работы:
| 1 | Скорость газов, м/с | до 2,5 |
| 2 | Начальная запыленность потока, г/м3 | <50 |
| 3 | Допустимая температура газа на входе, оС | 40 - 250 |
| 4 | Размер частиц пыли, d m , мkм | <10 |
| 5 | Гидравлическое сопротивление, DP, Па | до 2500 |
| 6 | Эффективность очистки от пыли, h, % | до 99,9 |
Расчет эффективности очистки газа рукавным фильтром
ВАРИАНТ №10
Рассчитать рукавный фильтр из ткани лавсан, приняв следующие исходные данные: расход газа при н.у. V0=140000 м3/ч, температура газа, ТГ=140°С, температура воздуха, Тв=25°С, барометрическое давление, Рбар=101,3 кПа, разрежение перед фильтром, Рг=150 Па, динамический коэффициент вязкости газа при н.у., m0=13,6 Нс/м2, концентрация пыли в газе перед фильтром, ZП=7,3 г/м3, средний размер частиц , d50=5 мкм, плотность пыли Z1=2600 кг/м3, пористость пыли eП=0,761, пористость ткани, eт=0,75. Максимально допустимый перепад давления на фильтре 2 кПа.
Решение:
1. примем допустимую температуру газа для ткани лавсан Ттк=130°С (Старк, с.64), определим необходимое добавочное количество воздуха Vв перед фильтром, необходимое для охлаждения газа с Тг до Ттк:
2. полный расход газа, идущего на фильтрацию, при нормальных условиях с учетом дополнительного воздуха в фильтре и воздуха обратной продувки, поступающего в газопровод грязного газа, равного 25 % от газа, подводимого к фильтру, составит, м3/с
3. Объёмный расход газа, идущего на фильтрацию, при р.у., м3/с
4. Необходимая активная фильтрующая поверхность при газовой нагрузке 0,015 м3/м2.с составит, м2
Fг =
=78,32/0,015=5221,6
5. Выбираем для установки двенадцати секционный фильтр ФРО-6000-2 с площадью фильтрации
6. Фактическая газовая нагрузка фильтра, м3/м2.с равна
7. Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях, Н×с/м2
8. Полное сопротивление фильтра равно:
DР = DР1 + DР2
9. Коэффициент фильтрации А:
10. Гидравлическое сопротивление ткани, Па
11. Коэффициент фильтрации
12. Время межрегенерационного периода при DР = 1 кПа
13. Масса пыли, задерживаемая
14. Гидравлическое сопротивление слоя пыли, Па
15. Суммарное сопротивление ткани и слоя пыли, Па
DР = DР1 + DР2 = 106,59+892,19=998,78
16. Эту задачу можно решить при помощи номограмм. Находим на номограмме (стр.186 [4]) величину сопротивления ткани, Па (при eг = 0,75; eп =0,761; Wф= 0,015; m = 18,70∙10-6 Нс/м2) DР1 = 300 Па
17. Задаваясь предельным значением общего сопротивления DР =1 кПа, находим сопротивления пылевого слоя, Па:
DР2 = DР - DР1 = 1000 – 300 = 700 Па
18. По номограмме (стр.187 [4]) находим необходимую при заданных условиях продолжительность межрегенеративного периода
(при m = 18,70∙10-6 Нс/м2; rп = 2600 кг/м3; Wф= 0,015; eп =0,761; Z = =7,3∙10-3 кг/м3; DР2 =700 Па) t = 20 мин
Точность расчета по номограммам значительно ниже, чем при аналитическом методе.
Скруббер Вентури
Работа скрубберов Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.
Простейший скруббер Вентури включает в себя трубу Вентури и прямоточный циклон. Труба Вентури состоит из конфузора 1, служащего для увеличения скорости газа, в котором размещают оросительное устройство 4, горловины 2, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора 3, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине.
В каплеуловителе 5 благодаря тангенциальному вводу газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.
Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью
η = 96-98% на пылях со средним размером частиц 1-2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе - от 0,05 до 100 г/м3.
При работе в режиме тонкой очистки на высокодисперсных пылях скорость газов в горловине должна поддерживаться в пределах
100-150 м/с, а удельный расход воды - в пределах 0,5-1,2 дм/м3. Это обусловливает необходимость большого перепада давления
(Δр=10-20 кПа) и , следовательно, значительных затрат энергии на очистку газа.
В ряде случаев, когда труба Вентури работает только как коагулятор перед последующей очисткой (например, в электрофильтрах) или на крупной пыли размером частиц более 5-10 мкм, скорости в горловине могут быть снижены до 50-100 м/с, что значительно снижает энергозатраты.
Труба Вентури. Аэродинамически оптимальными являются следующие соотношения размеров труб Вентури круглого сечения, в соответствии с которыми эти трубы нормализованы.
Нормализованная труба Вентури
| длина горловины | l 2 = 0,15 d2 |
| диаметр горловины | d2 |
| угол сужения конфузора | α 1 = 15 - 28° |
| длина конфузора | l 1 = ( d1 - d2) / 2 tg (α 1/ 2) |
| угол расширения диффузора | α 2 = б - 8° |
| длина диффузора | l 3 = ( d3 - d2) / 2 tg ( α 2 / 2) |
Диаметры входного и выходного отверстий конфузора и диффузора d1 и d3 принимают равными диаметрам подводящего и отводящего трубопроводов.
Однако в промышленности при малых скоростях газа и мелкодисперсной пыли иногда применяют трубы Вентури с удлиненной горловиной l 2= (3-5) d2, дающие в этом случае повышенную эффективность.
При расходах газа до 3 м3/с обычно применяют трубы Вентури круглого сечения. При больших расходах газа и увеличении диаметра трубы возможности равномерного распределения орошения по сечению круглой трубы резко ухудшаются. Поэтому применяют несколько параллельно работающих труб, а при расходах газа более 10 м3/с рекомендуется придавать сечению трубы прямоугольную (щелевую) форму, при которой условия организации равномерного орошения значительно облегчаются.
Скрубберы Вентури рекомендуются для охлаждения газа и улавливания растворимых пылей, например, после охладителей, сушильных барабанов, аппаратов кипящего слоя, печей кальцинации производства минудобрений и пр. продуктов. В этом случае орошающий оборотный раствор упаривается за счет охлаждения сушильного агента, улавливает уносимый продукт. Упаренный оборотный раствор при определенной концентрации возвращается в голову процесса, например на выпарку.
Показатели работы:
| 1 | Скорость газов, м/с | до 200 |
| 2 | Начальная запыленность потока, г/м3 | 0,05 - 100 |
| 3 | Допустимая температура газа на входе, оС | < 250 |
| 4 | Размер частиц пыли, d m , мkм | 1 - 2 |
| 5 | Гидравлическое сопротивление, DP, Па | 3000 - 30000 |
| 6 | Эффективность очистки от пыли, h, % | 96 - 98 |
Расчет эффективности очистки газа скруббером Вентури
Произвести расчет скруббера Вентури для очистки доменных газов, определить его размеры, эффективность и гидравлическое сопротивление при следующих условиях: расход влажного газа V0=3600 м3/час, температура газа Тг=90°С, разрежение перед трубой Вентури Рг=1,1 кПа, плотность при н.у. r0=1,27 кг/м3, концентрация пыли в газе Z1=2,3 г/м3, температура воды, поступающей на орошение под напором Р2=250кН/м2, Тн равна 21°С. Необходимая концентрация пыли на выходе из аппарата Z2=15 мг/м3. Удельный расход воды m=2,0л3/м3.
Решение:
1. Необходимая эффективность работы аппарата
2. Число единиц переноса
3. Удельную энергию, затрачиваемую на пылеулавливание, определяют из уравнения, кДж/1000м3 газа
В и
4. Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па
5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях, кг/м3
6. Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях
7. Расход орошаемой воды, дм/с
8. Температура газов на выходе из трубы Вентури, °С
9. Плотность газов на выходе из трубы Вентури, кг/м3
где
10. Объемный расход газа на выходе из трубы Вентури, м3/с
11. Диаметр циклона - каплеуловителя, м
где Wц – скорость газа в циклоне – каплеуловителе (принимаем равной 2,5 м/с)
12. Высота циклона - каплеуловителя, м
13. Гидравлическое сопротивление циклона – каплеуловителя, Па
14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па
15. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей жидкости, для нормализованной трубы Вентури
где
16. Необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури, м/с
17. Диаметр горловины трубы Вентури, м
18. По полученному диаметру нетрудно найти все остальные параметры нормализованной трубы Вентури:
Угол сужения конфузора и расширения диффузора принимаем
Нормализованная труба Вентури
Электрофильтр
При пропускании запыленного газового потока через сильное электрическое поле частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, заставляющее их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах.
Вследствие того, что силы, вызывающие осаждение частиц пыли, приложены в этом случае только к этим частицам, а не ко всему потоку газа, расход энергии при электрической очистке значительно ниже, чем для большинства других пылеулавливающих аппаратов.
В большинстве случаев электрофильтр состоит из двух частей: собственно электрофильтра – осадительной камеры с коронирующими и осадительными электродами – и источника напряжения. В электрофильтре зоны ионизации и осаждения могут быть совмещены или отделены одна от другой. Работают электрофильтры только на постоянном электрическом токе высокого напряжения (60-80 кВ); коронирующие электроды всегда подключены к отрицательному полюсу источника тока.
Горизонтальный однозонный пластинчатый электрофильтр.
Электрофильтры классифицируются по нескольким признакам:
1. По расположению зон зарядки и осаждения электрофильтры делят на однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зоны зарядки и осаждения совмещены, а в двухзонных коронирующие и осадительные электроды разделены и размещены в разных конструктивных зонах.
2. В соответствии с направлением движения газового потока фильтры разделяют на горизонтальные и вертикальные.
3. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые и трубчатые (здесь: 1 - коронирующие электроды; 2 -осадительные электроды).
4. По числу последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольными и многопольными.
5. По числу параллельно работающих секций - односекционными и многосекционными.
6. Вывод уловленной пыли из электрофильтра может осуществляться в сухом виде посредством встряхивания электродов и в мокром виде смывом водой. В соответствии с этим различают сухие и мокрые электрофильтры.
В зависимости от условий эксплуатации, состава, температуры, давления и влажности газов, физико-химических свойств пыли, требуемой степени очистки и т. д. создано много различных конструкций электрофильтров. Эти конструкции, часто значительно отличающиеся друг от друга, включают в себя следующие основные элементы:
а) корпус электрофильтра;б) узлы подвода, распределения и отвода очищаемых газов;
в) электроды, коронирующие и осадительные;
г) устройства для удаления условленной пыли с электродов;
д) изоляторные коробки - узлы для подачи на электроды высокого напряжения;
е) устройства для сбора и вывода уловленной пыли из аппарата.
Основным технологическим элементом, решающим образом, влияющим на работу электрофильтра, являются электроды - коронирующие и осадительные. Коронирующие электроды могут быть гладкими или иметь фиксированные точки разряда. Гладкие электроды могут быть круглого, квадратного, звездообразного или ленточного сечений.
1 - круглого сечения; 2 - штыкового сечения; 3 – звездообразный;
4 – ленточный; 5 - колючая проволока; 6 – пилообразный; 7 – игольчатый;
Электрофильтры широко применяются для тонкой очистки дымовых газов тепловых электростанций, в чёрной и цветной металлургии и т.д.
Показатели работы:
| 1 | Скорость газов, м/с | 1,5 - 2 |
| 2 | Начальная запыленность потока, г/м3 | до 100 |
| 3 | Допустимая температура газа на входе, оС | <450 |
| 4 | Размер частиц пыли, d m , мkм | любой |
| 5 | Гидравлическое сопротивление, DP, Па | 500 - 1000 |
| 6 | Эффективность очистки от пыли, h, % | до 99,9 |
Расчет эффективности очистки газа электрофильтром
Произвести выбор и расчет электрофильтра серии УГ для очистки газов при следующих исходных данных:
Расход влажного газа при н.у. V0=140 тыс. м3/ч, плотность газов при н.у. r0=1,3 кг/м3, температура газов Т=190°С, барометрическое давление Рбар=101,3 кПа, разрежение в газоходе Рг=9кПа, рабочее напряжение U=75 кв, состав дымовых газов:
| Компонент | CO2 | H2O | O2 | N2 |
| Содержание, %(по объему) | 13,2 | 18,7 | 3,8 | 64,3 |
Концентрация пыли перед электрофильтром 4,2 г/м3, дисперсный состав пыли:
| Размер, мкм | <1 | 1-2 | 2-5 | >5 |
| Содержание, %(по объему) | 55 | 19 | 15 | 11 |
Решение:
1. Плотность газов при рабочих условиях, кг/м3
2. Расход газов при рабочих условиях, м3/с
3. Задаваясь скоростью газа в электрофильтре
4. Вследствие высокой дисперсности пыли, выбираем электрофильтр типа ЭГА2-76-12-6-3. Тогда фактическая скорость газа в электрофильтре, м/с
5. Относительная плотность газов при стандартных условиях (Р=101,3 кПа, Т=20°С)
6. Критическая напряженность электрического поля, В/м
где R1 – эквивалентный радиус игольчатого коронирующего электрода (принимаем равным
7. Критическое напряжение короны для пластинчатого электрофильтра типа УГ, В
где
S=0,180 – шаг коронирующих электродов в ряду, м
8. Подвижность ионов газа при нормальных (К0) и рабочих (К) условиях, м2/Вс
9. Линейная плотность тока короны, А/м
10. Напряженность электрического поля, В/м
11. Вязкость компонентов, входящих в состав дымовых газов при рабочих условиях
подставляя различные значения m0 и С находим, Нс/м2
12. Относительная молекулярная масса газов,
13. Вязкость дымовых газов, Нс/м2
14. Скорость дрейфа частиц размером свыше 1 мкм, м/с
15. Скорость дрейфа частиц размером менее 1 мкм (принимаем А=1, l=10-7 м/с)
16. Удельная поверхность осаждения, м2с/м3
17. Фракционный коэффициент очистки определяется
18. Для частиц отдельных размеров действительная скорость дрейфа и фракционные коэффициенты равны:
| Размер частицы, мкм | <1 | 1-2 | 2-5 | >5 |
| Средний радиус, мкм | 0,25 | 0,75 | 1,75 | 5 |
| Скорость дрейфа, м/с | 2,55∙10-5 | 2,55∙10-5 | 2,55∙10-5 | 2,55∙10-5 |
| Коэффициент очистки | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 0,99 |
19. Общий коэффициент очистки без учета уноса при встряхивании электродов
20. Общий коэффициент очистки с учетом уноса при встряхивании электродов (Кун=0,9)
21. Запыленность газа после электрофильтра, мг/м3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Старк. С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. −М.: Металлургия, 1990. – 400 с.
2. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И. Промышленность и окружающая среда. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 469 с.
3. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
4. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. – М.: Металлургия, 1984. – 320 с.
5. Аэрозоли. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «Охрана окружающей среды в металлургии»/ Сост. Н.М. Казанцева. – Нижний Тагил: НТИ(ф) ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. – 22 с.
6. Старк С. Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. М.: Металлургия, 1977. 328 с.
