1. Расчет пылеосадительной (гравитационной) камеры

В

основе работы пылеосадительных камер (рис. 1) лежит гравитационное осаждение частиц пыли.

Рис. 1. Промышленная многосекционная пылеосадительная камера:

1 – выходной канал, 2 –сборный канал, 3 – шиберы, 4 – горизонтальные полки, 5 – люки с дверцами для удаления пыли, 6 – всасывающий канал

Время прохождения  (в с) газами осадительной камеры рассчитывается по формуле:

 = V/V_г = (L∙B_к∙Н) / V_г, (1.1)

где V – объем камеры, м³;

V_г – объемный расход газов, м³/с;

L – длина камеры, м;

B_к – ширина камеры, м;

Н – высота камеры, м.

За это же время под действием силы тяжести частица пройдет путь h (в м), равный:

h = w_ср∙, (1.2)

где w_ср – средняя скорость падения частицы, м/с.

Фракционная эффективность пылеосадительных камер определяется отношением h/H. Если h  H , то все частицы этого размера (и более крупные) улавливаются камерой. Маленькие частицы практически мгновенно достигают конечной скорости, и в этом случае значение w_ср = w_ч.

Если частицы достаточно крупные, то расчет их пути осаждения проводится в две стадии:

1. В начале определяется путь l^ (в м), который должна пройти частица до достижения скорости, равной 0,99 w_ч по формуле (1.3):

, (1.3)

где время достижения шаровой частицей конечной скорости _к (в с) находится из соотношения (1.4):

, (1.4)

где  _ч^* – модифицированный коэффициент сопротивления шаровой частицы, учитывающий неравномерное ее движение, находится из формулы:

, (1.5)

где F_вн – внешняя сила, действующая на частицу, Н;

m_ч – масса частицы, кг;

а_ч – ускорение частицы, м/с²;

_г – плотность газов, кг/м³;

_ч – плотность частицы, кг/м³;

d_ч – диаметр частицы, м.

2. Затем определяется расстояние l_к, проходимое в оставшееся время со скоростью w_ч:

l_к = w_ч∙. (1.6)

Для частиц, размер которых меньше 70 мкм, значение w_ч рассчитывается по формуле:

, (1.7)

где g – ускорение силы тяжести (м/с²);

_г – динамическая вязкость газов (Н∙с/м²).

Для расчета коэффициента сопротивления частицы _ч в интервале значений числа Рейнольдса Re_ч от 0 до 10⁴ с относительной погрешностью не более 5 % можно воспользоваться эмпирической формулой:

lg _ч=0,113 (lg Re_ч)² – 0,911lgRe_ч +1,4, (1.8)

где Re = (w_ч∙d_ч∙_г) / _г.

Для частиц, размер которых больше 70 мкм, значение w_ч рассчитывается по формуле:

. (1.9)

Закон Стокса для скорости осаждения частиц плотностью примерно 1000 кг/м³ при атмосферном давлении и температуре 20 ºС подтверждается экспериментально до диаметра частиц порядка 100 мкм.

При применимости закона Стокса минимальный размер частиц d_min (в м), которые будут полностью осаждены в камере, рассчитывается по формуле (1.10):

. (1.10)

Однако следует иметь в виду, что в формуле (1.10) не учитываются такие факторы, как нешарообразность частиц пыли и их концентрация в газовом потоке. Поэтому при расчете могут быть получены заниженные результаты.

При проектировании осадительных камер необходимо также иметь в виду возможность вторичного уноса. Необходимо, чтобы скорость газового потока была не выше 3 м/с, хотя, например, для сажи эта скорость тоже высокая.

Для представленной на рис. 1 конструкции пылеосадительной камеры небольшая высота между полками, образующими каждую секцию, через которые проходит запыленный газовый поток, обусловливает эффективное пылеулавливание. В этом случае частице для осаждения необходимо пройти путь, равный Н/N (где N – число секций в камере). Фракционная эффективность камеры такого типа составляет h∙N / H.

Задача 1

Для отчистки газового потока предполагается использовать пылеосадочную камеру.

Рассчитать площадь отстаивания, определить минимальный размер частиц, которые будут полностью осаждены в камере и фракционную эффективность.

Исходные данные.

Наименьший размер частиц d, мкм	Массовый расход воздуха Gг, кг/ч	Вязкость газа µ∙ , Па∙с	Плотность газа ρг, кг/м3	Плотность частиц пыли ρч, кг/м3
160	2070	0,031	0,77	770

Решение:

Определяем критерий Архимеда:

Определим критерий Рейнольдса:

Вычисляем скорость отстаивания:

Вычислим скорость стесненного отстаивания:

Находим требуемую площадь отстаивания:

С другой стороны имеем:

Найдем объемный расход:

С учетом данного условия находим минимальный диаметр частиц, которые будут осаждаться:

Найдем коэффициент сопротивления частицы:

Найдем скорость частиц:

Найдем фракционную эффективность: