10160

Так как значение нижнего предела воспламенения зависит от метода его определения, всегда указывается, каким способом оно определялось.

Нижний предел распространения пламени чаще определяют с помощью специальной установки ВНИИПО. НКПРП, найденный таким способом, отно-

сится к условиям практически неподвижного воздуха. При движении воздуха,

содержащего пыль, со скоростью 5 м/с нижний предел повышается в 2 ÷ 3 раза.

Под минимальной энергией зажигания взвеси пыль в воздухе прини-

мают наименьшую энергию конденсатора, при разряде которого через воздуш-

ный промежуток возникает искра, зажигающая с вероятностью 0,01 наиболее легко воспламеняемую смесь данного вещества с воздухом. Минимальная энергия зажигания позволяет сравнивать чувствительность различных пылей к воспламенению от вешних источников зажигания, а также непосредственно рассчитывать допустимую энергию электрических разрядах во взрывоопасной среде и разрабатывать эффективные противопожарные меры.

Предельно допустимая энергия электрического разряда не должна пре-

вышать 40 % значения минимальная энергия зажигания. Эту величину учиты-

вают правила изготовления взрывозащищенного электрооборудования.

Минимальная энергия зажигания аэровзвесей твердых веществ определя-

ется на установке ВНИИПО по методике, описанной в инструкции ВНИИПО.

Максимальное давление взрыва – это наибольшее давление, которое воз-

никает при взрыве наиболее пожаровзрывоопасной смеси в замкнутом сосуде.

Максимальное давление взрыва учитывают в расчетах аппаратуры на взрыво-

устойчивость, в расчетах предохранительных клапанов и взрывных мембран, а

также оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.

1.2.4. Физико-химические свойства золы

Золой при определении характеристик топлива считается остаток, полу-

чающийся при прокаливании до постоянной массы навески топлива в присут-

ствии кислорода при 800°С. Фазово-минералогические исследования состава золы различных видов топлива показывают, что основной фазой всех видов зо-

19

лы является стекло. Кристаллическая фаза представлена различными количест-

вами кварца, гематика, магнетита и различными силикатами кальция.

Характеристики золы, полученной в результате озоления проб угля в ла-

бораторных условиях, несколько отличаются по физико-химическим свойствам и химическому составу от летучей золы и шкалы, образующихся в котлах. Та-

кое отличие в первую очередь определяется температурными условиями. В то-

почной камере температура продуктов сгорания значительно выше, чем при озолении топлива в лабораторных условиях (около 800 °С). Поэтому, например,

сульфат кальция в топочной камере может практически полностью разлагаться,

тогда как в лабораторных условиях может дополнительно образовываться из окиси кальция и двуокиси серы. Кроме того, озоление топлива в лабораторных условиях скорее аналогично слоевому процессу сжигания топлива, а не камер-

ному, преобладающему в энергетике. В первом случае частицы угля и золы со-

прикасаются друг с другом и вероятность химического взаимодействия частиц различного состава и их спекания значительно больше, чем в камерных топках,

где эти частицы разделены друг от друга газовой средой.

Одной из причин, определяющих различие состава и свойств летучей зо-

лы по сравнению с лабораторной пробой, является разделение минеральной части топлива в топке на шлак и летучую золу. При этом шлак, как правило,

переходят более легкоплавкие компоненты минеральной части топлива, а лету-

чая зола соответственно объединяется ими. При небольших количествах обра-

зующегося шлака, например в топках с твердым шлакоудалением, отличие хи-

мического состава летучей золы от лабораторной и от шлака невелико, а в топ-

ках с жидким шлакоудалением может быть существенным.

Дисперсный состав золы зависит как от природы топлива, та и от техно-

логических процессов пылеприготовления и пылесжигания. Топлива, содержа-

щие примеси трудноразмалываемой породы, образуют в результате размола и сжигания более крупнодисперсную летучую золу, чем топлива, месторождени-

ям которых сопутствуют глинистые породы. Малозольные топлива, как прави-

ло, имеют более мелкодисперсную золу, чем многозольные.

20

Дисперсный состав летучей золы зависит от степени измельчения топли-

ва в мельничных устройствах, являясь более мелким при размол топлива в ша-

ровых барабанных мельницах. Наконец, дисперсный состав золы сильно зави-

сит от степени осаждения минеральной части топлива в шлак. При увеличении выхода жидкого шлака повышается дисперсность золы как за счет осаждения более крупных частиц в шлак, так и в результате возгона в топочной камере при высоких температурах некоторых соединений минеральной части топлива с последующей конденсацией их при охлаждении дымовых газов. Наличие в не-

которых случаях трудности очистки дымовых газов.

Процентное содержание золы в топливе обозначаются Ар, %, если за ис-

ходную массу навески принимается масса рабочего топлива, и Ас, %, если золь-

ность относят к сухой массе топлива. Связь между этими величинами устанав-

ливается следующим соотношением:

нии различных видов топлива с целью получения одного и того же количества теплоты, пользуются приведенной зольностью Апр, % ∙кг/МДж:

где Qнр – низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг.

В зависимости от содержания летучих веществ в топливе, тонкости его размола и режима горения вместе с летучей золой из топки уносится различное количество не полностью сгоревших частиц топлива, изменивших состав и форму под действием высокой литературы.

При неудовлетворительном режиме горения, что наиболее часто проис-

ходит на установках небольшой мощности, из топки выносятся частицы сажи,

окрашивающие дымовые газы в темный цвет.

21

Частицы, состоящие из летучей золы и недогоревшего топлива, выноси-

мые дымовыми газами из топок котлов, называются уносом. Как правило, при сжигании топлива с выходом летучих веществ до 15 % в уносе содержится зна-

чительное количество недогоревших частиц, достигающее при неудовлетвори-

тельной эксплуатации 40% и более общей массы уноса.

При сжигании топлива с высоким содержанием летучих веществ в уносе обычно имеется лишь небольшое количество несгоревшего углерода. Частицы золы, содержащие недогоревшее топливо, обладая относительно крупными размерами, улучшают «отряхиваемость». Благодаря избирательному извлече-

нию из почвы тех или иных веществ корнями растений – углеобразователей в золе содержится повышенное по сравнению с земной корой количество некото-

рых микропримесей. При этом распределение содержания некоторых элемен-

тов в различных по размерам частиц фракциях летучей золы неравномерно и обычно увеличивается с уменьшением размера частиц.

1.3. Оценка эффективности пылеуловителей

Осаждение частиц пыли под действием центробежной силы является раз-

новидностью инерционного механизма осаждения, благодаря которому при криволинейном движении аэродинамического потока взвешенные частицы от-

рабатываются на поверхность осаждения. Эффективность осаждения взвешен-

ных частиц под действием центробежной силы в общем виде описывается критериальной зависимостью [2]:

где Reг – критерий Рейнольдса; Stkω – критерий Стокса; Fr – критерий Фруда.

Практически всегда для процесса пылеулавливания в циклоне характерен автомодельный режим движения газового потока, т.е. режим вырождения кри-

терия Reг. Исключение составляет работа аппарата с малыми скоростями газов или чрезмерное уменьшение диаметра циклона при сохранении пространства всех прочих параметров. Имеющееся данные по влиянию параметров D и с на

величину ζц приведены в аэродинамических характеристиках конкретных моде-

22

лей циклонов. Поэтому принимается, что коэффициент гидравлического сопро-

тивления ζц не зависит от критерия Reг и считается величиной постоянной для данной конструкции аппарата. Это позволяет выразить критериальную зависи-

мость, характеризующую эффективность пылеулавливания циклона, в виде:

Эффективность пылеулавливания показатель, характеризующий работу

пылеулавливающих аппаратов в тех или иных случаях их применения, % [10]:

Если Lн = Lк, что имеет место при отсутствии ввода дополнительных по-

токов газа, подсосов или утечки газа из аппарата, а также при отсутствии силь-

ного увлажнения газа, то справедливо соотношение о=(1-ск/сн)100, %.

В тех случаях, когда необходимо оценить конечную запыленность или сравнить относительную запыленность газов на выходе из различных аппара-

тов, удобно пользоваться коэффициентом проскока, %: ε =100 – о. Степень со-

вершенства того или иного пылеуловителя характеризуют достигаемые с его помощью фракционная или парциальная эффективности очистки при опти-

мальных по технико-экономическим соображениям условия эксплуатации.

Фракционная эффективность – это величина, которая равна отношению количества пыли данной фракции, уловленной в аппарате, к количеству входя-

щей пыли той же фракции:

Парциальная эффективность равна отношению количества частиц дан-

ного размера, уловленных в аппарате, к количеству частиц этого размер на вхо-

де в аппарат:

23

Обычно фракционные и парциальные эффективности очистки для раз-

личных пылеуловителей определяются экспериментально, путем проведения соответствующих испытаний аппаратов. Общая эффективность очистки может быть подсчитана по фракционному (или парциальному) составу улавливаемой пыли и фракционным (или парциальным) эффективностям очистки:

Необходимо, чтобы интервал размеров частиц для фракционного состава пыли и для фракционных эффективностей очистки при подстановке в формулу совпадали. Формула может быть записана более точно:

В некоторых случаях графическая зависимость п = ƒ(δ), постоянная в ве-

роятносто-логарифмической системе координат, приобретает вид прямой ли-

нии, свидетельствующей о том, что она может быть записана в виде:

где lg( / -50) – логарифм отношения текущего размера частиц к размеру час-

тиц -50, осуждаемых в пылеуловителе с эффективностью 50 %; lg – стан-

дартное отклонение в функции распределения парциальной эффективности очистки. Значения =50 находят как точку пересечения графика п =ƒ( ) с осью абсцисс, а lg из соотношения lg ≈ lg =84.1 ‒ lg =50; =84,1 ‒ размер частиц,

улавливаемых в пылеуловителе на 84,1 %.

Если распределение подлежащих улавливанию частиц по размерам яв-

ляется логарифмически-нормальным, а зависимость п =ƒ( ) может быть запи-

сана в виде интеграла вероятности, то значение общей эффективности очистки можно найти по формуле:

24

Значения функции Ф(х) приведены в таблице 5.

Вместо вычислений по формуле (35) можно пользоваться номограммой,

приведенной на рисунке 3. Сплошные линии соответствуют постоянным значе-

ниям n 0 для различных значений lgσgσ/ln и lg(δ 50/δ50)/lgσ, отложенным по осям координат. Пунктирные линии соответствуют постоянным значениям о

для второго аппарата в случае последовательной установки двух одинаковых аппаратов. Для возможности применения формул (31)-(35), а также номограм-

мы (рис. 3) необходимо, чтобы основные условия, для которых найдены значе-

ния фракционной (или парциальной) эффективности очистки, совпадали с ус-

ловиями эксплуатации аппарата, для которых определяется значение общей эффективности очистки.

Рис. 3. Номограмма общей эффективности очистки

25

Для сухих центробежных пылеуловителей и значений 8,5 ≤ ζц ≤ 289 [12]:

При получение формулы (36) обработаны данные, относящиеся как к обычным циклонам, так и к элементам батарейных циклонов, вихревым аппа-

ратам, дымососам – пылеуловителям, что говорит о её универсальности.

Таблица 5

Значения нормальной функции распределения

1.4. Расчет циклонов и вихревых пылеуловителей

Для расчетов циклонов необходимы следующие исходные данные [2]:

1)количество очищаемых газов при рабочих условий L, м3/ч;

2)плотность газа при рабочих условиях ρг, кг/м3;

3)динамическая вязкость газа при рабочей температуре µ, Па∙с;

4)дисперсный состав пыли, задаваемый двумя основными параметрами

δ50, мкм, и lg или ;

5)начальная запыленность газа сн, г/ м3;

6)плотность частиц ρм, кг/м3;

7)требуемая общая эффективность очистки газа ηо.

Расчеты могут показать, что при заданных условиях невозможно обеспе-

чить требуемую эффективность пылеулавливания или для этого необходимы чрезмерные потери давления (т.е. энергетические затраты). В последнем случае только экономический расчет различных схем пылеулавливания может опреде-

лить оптимальные аппараты.

Расчет циклонов проводится методом последовательных приближений в

Диаметр циклона округляют до ближайшего значения из типоразмерного ряда принятого типа циклона.

4.Вычисляют действительную скоростьгаза в циклоне Vц= 353,86 L/nD2. Ско-

ростьгазавциклоненедолжнаотклонятьсяотоптимальнойболеечемна15%.

27

5. По характеристике циклона принимают коэффициент гидравлического сопротивления, соответствующий заданному типу и исполнению циклона– ц .

6. Определяют потери давления в циклоне р = ц ρг Vц2/2. Если потери давления оказались приемлемыми, переходят к расчету общей эффективности очистке газа в циклоне. При этом принимают, что эффективность очистки в оди-

ночном циклоне и в группе циклонов одинакова.

7. Приняв по характеристике выбранного типа циклона параметры δ* =50 и lg , характеризующие его эффективность, определяю значение параметра δ =50

при рабочих условиях:

где δ =50 – размер частиц,улавливаемых на 50% мкм; D* – диаметр циклона, мм, D* = 600 мм; Vц* – скорость газа, Vц*= 3,5 м/с; µ*1 – вязкость газа, µ*=22,2∙10‒6

Па∙с; ρм* – плотность частиц, ρм* = 1930 кг/м3 (приняты при стандартных усло-

виях работы циклона); δn-50, D, Vц, µ, и ρм – тоже, при рабочих, отличных от стандартных условиях работы циклона.

8. Определяют параметр х по формуле:

9. Определяют по таблице 5 значение Ф(х), представляющее собой об-

щую эффективность очистки газа, выраженную в долях единицы.

По окончанию расчета полученное значение 0 сопоставляют с требуе-

мым. Если о оказывается меньше требуемого, необходимо выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивлении.

Для ориентировочных расчетов необходимого значения ƒп рекомендуется сле-

дующая зависимость: