Расчет параметров гравитационного пылеуловителя. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Инженерная экология»

Но определенная часть этих частиц, первоначально находящихся, напри-

мер, на меньшей высоте Н1 или ниже, сможет выделиться из газового потока и осесть на длине Lакт. В этом случае долю уловленных частиц рассматриваемой крупности (%) принято оценивать по соотношению:

определяя возможную высоту Н1 на основе уравнения (8). Очевидно, более мелкие частицы пыли (при той же плотности), имеющие скорость витания меньше скорости газа (wв < wГ), не могут быть задержаны в пылеосадительном пространстве при любых значениях Lакт и будут вынесены в отводящий трубо-

провод.

2.Конструкция гравитационных пылеуловителей

Впромышленности используют ряд конструкций гравитационных пыле-

уловителей. Наиболее простую конструкцию имеют пылеосадительные камеры прямоугольной формы (рис. 4), изготовляемые из листовой стали. Корпус ка-

меры соединяют с подающим и отводящим трубопроводами переходными участками, что обеспечивает равномерное распределение газового потока по проходному (поперечному) сечению камеры. Размеры этого проходного сече-

ния камеры принимают, исходя из обеспечения скорости движения газового потока в диапазоне wГ=0,5-1 м/с (иногда даже 0,25 м/с). Скорость газа в подво-

дящем и отводящем трубопроводах поддерживают в пределах 5-10 м/с. Более высокие скорости пылегазовых потоков могут вызывать ускоренный абразив-

ный износ стен трубопроводов.

Возможную высоту и требуемую длину пылеосадительной камеры выяс-

няют на основе учета задаваемой фракционной эффективности улавливания пыли (см. с. 9).

При очистке горячих газовых потоков пылеосадительные камеры могут иметь внутреннюю футеровку (tг > 300-400°С) или наружную теплоизоляцию (tг > 150-200°С). Толщину футеровки принимают такой, чтобы исключить как пе-

11

регрев корпуса камеры, так и существенные потери тепла потоком газа. Тол-

щина теплоизоляции должна исключать возможность охлаждения газа ниже температуры точки росы. Осажденная пыль непрерывно накапливается в бун-

керных элементах пылеосадительных камер (в пылесборниках, рис. 4). Удале-

ние накопленной пыли из этих бункерных элементов производят периодически.

Возможно также непрерывное удаление пыли из бункеров с использованием системы гидротранспорта. В этих случаях пыль транспортируется на перера-

ботку во влажном состоянии (в виде шлама).

Более сложные конструкции пылеосадительных камер горизонтального типа с полками (рис.5, а) [6, с.445; 4, с.188] позволяют увеличить эффектив-

ность улавливания мелких фракций пыли. Используются также пылеосадитель-

ные камеры вертикального типа (рис.5, б) [6, с.444; 5, с.139], позволяющие обеспечить удобную компоновку пылеуловителей в цехах. Также вариантом конструкции пылеосадительных камер являются шлаковики газопламенных плавильных печей (мартеновские и двухванные сталеплавильные печи, отража-

тельные печи для плавки медных концентратов на штейн. [7, с. 587, 603, 632]).

Во многих случаях в металлургическом производстве гравитационный метод осаждения часто сочетают с инерционным улавливанием пыли (инерци-

онные пылеуловители [2, с. 25]). Также гравитационный метод реализуют при улавливании жидких частиц (капель воды) в каплеуловительных элементах си-

стем мокрой пылеочистки газовых потоков.

Характерными конструкционными параметрами пылеосадительных ка-

мер являются активная длина камеры Lакт, ее высота Н и ширина S (рис. 4).

Эксплуатационные (режимные) параметры пылеосадительных камер – расход очищаемого газа через камеру ВГ, входная Z1 и выходная Z2 концентрация пыли в очищаемом потоке газа (г/м3). Для проектируемых пылеуловителей полноту улавливания оценивают, рассчитывая как фракционную эффектив-

ность φδ улавливания заданных фракций пыли, так и суммарную (общую) эф-

фективность пылеулавливания. Эффективность действующих промышленных

12

пылеуловителей выясняют опытным путем, определяя Z1 и Z2 при изокинети-

ческих условиях отбора проб пыли [8, с. 49, 62].

Рис. 4 Схема типовой конструкции пыле-

осадительной камеры горизонтального типа:

1 – корпус, 2 – подводящий и отводящий трубопроводы, 3 – бункеры для накопления задержанной пыли

Рис. 5. Конструкции пылеосадительных камер, обеспечивающие повы-

шенную эффективность улавливания мелких фракций пыли:

а– пылеосадительная камера горизонтального типа с наклонными полками;

б– пылеосадительная камера вертикального типа

13

3. Расчетное определение скорости витания

Скорость витания wв является важнейшей аэродинамической характери-

стикой частиц пыли. Принято расчетную величину скорости витания опреде-

лять по уравнению (7) учитывая ламинарный или турбулентный режим обтека-

ния неподвижной частицы вертикально движущимся потоком газа (рис.1, а).

Считают, что ламинарный режим реализуется при числах Рейнольдса Re ≤0,5.

Принято в случае обтекании частицы пыли потоком газа при расчете числа Re

учитывать в качестве характерного размера крупность частицы δ:

принимают соответственно температуре и давлению (см. приложение П.3).

При расчетах скорости витания для ламинарного режима значение коэф-

фициента аэродинамического сопротивления СД рекомендуют определять по

Принято называть это равенство законом Стокса. Примеры результатов расчетов wв по уравнению (12) для ряда м и δ (газовая среда – воздух, 20°С)

представлены на рис. 6.

Для турбулентного режима (Re>0,5) аэродинамический коэффициент со-

противления СД принято определять по эмпирической зависимости [3 , c .451;

9, с.82]:

14

Рис. 6. Взаимосвязь скорости витания wв и крупности частиц пыли δ для трех значений плотности материала частиц ρм

В связи с нелинейностью этой зависимости коэффициента СД от числа

Re расчет скорости витания для турбулентного режима по уравнению (6) может быть выполнен только методом последовательных приближений (методом ите-

раций). При первом (нулевом) приближении скорость витания вычисляют по закону Стокса (уравнение (12)). При последующих приближениях скорость ви-

тания рассчитывают по уравнению (7), учитывая значения числа Re и коэффи-

циента СД (уравнение (13)) , определяемые по предыдущим значениям скоро-

сти витания. Результаты подобных расчетов представлены на рис. 7. Плотность материала частиц м=2500 кг/м3, газовая среда по составу схожая с воздухом при температуре 20°С.

15

Рис. 7. Сопоставление расчетных скоростей витания: 1 – ламинарный режим; 2 – турбулентный режим

На рис.7 представлено сопоставление результатов расчетов скорости ви-

тания по формулам для ламинарного и турбулентного режимов. Очевидно, ин-

женерный расчет скорости витания по формулам для ламинарного режима до-

16

пустим для частиц пыли крупностью до 50 мкм. При выполнении собственных расчетов целесообразно выполнить определение скорости витания по уравне-

нию (12) для частиц крупностью до 50 мкм. Для более крупных частиц необхо-

димо для каждого характерного δ выполнить расчет числа Re, коэффициента СД

и скорости витания wв для пяти последовательных приближений. Достовер-

ность результатов собственных расчетов скорости витания при турбулентном режиме рекомендуется оценить, используя справочную номограмму (рис. 8) (Справочные данные [1, c.187, рис. 5.6] для сферических частиц, атмосферный воздух, 20°С)

.

Рис. 8. Номограмма определения скорости витания по крупности частиц пыли и плотности материала частиц м для турбулентного режима (Re>0,5)

17

4. Порядок выполнения расчетного задания

При выполнении задания рекомендуется расчеты выполнять в следующей последовательности.

4.1. Расчет скорости витания

Расчет скорости витания wв следует выполнить для 7-8 фракций пыли,

учитывая при этом верхнюю границу каждой фракции δ. Для ламинарного ре-

жима расчеты wв по формуле Стокса (уравнение (12)) рекомендуется выпол-

нить на калькуляторе для всех фракций δ<50 мкм. Для частиц из фракций δ>50

мкм (для турбулентного режима) расчеты следует выполнить по уравнениям

(7), (10) и (13) последовательными приближениями. Окончательные результаты расчетов wв, Re, и СД для ламинарного режима (по формуле Стокса) и турбу-

лентного режима (последнее приближение) необходимо внести в сводную таб-

лицу (см. приложение П.1). Результаты расчетов скорости витания wв необхо-

димо также внести в обобщающую таблицу (см. приложение П.2).

4.2. Расчет требуемой длины осаждения и степени пылеулавливания

Этот расчет выполняют для фракций частиц, скорость витания которых больше скорости газа в камере wв>wГ. Частицы пыли, для которых wв<wГ, будут вынесены потоком газа из камеры при любых значениях Lакт.

Предельная длительность пребывания частиц пыли в камере, с:

нию (9). Полученные значения φδ следует внести в сводную таблицу (см. при-

ложение П.2).

4.3. Расчет содержания пыли на выходе из осадительной камеры

Учитывая исходное содержание пыли определенных фракций Z1(δ) и со-

ответствующую эффективность пылеулавливания φδ, следует выполнить расче-

ты пылесодержания в газовом потоке на выходе из камеры для частиц опреде-

ленных фракций Z2(δ), массовых долей этих фракций (%) и параметра Д2 (%).

Результаты этих расчетов следует внести в обобщающую таблицу (приложе-

ние П.2).

4.4. Выводы

После выполнения расчетов следует проанализировать полученные ре-

зультаты по эффективности пылеулавливания определенных фракций пыли и сделать выводы. Выводы должны включать собственное мнение о возможной эффективности пылеосадительных камер, о преимуществах и недостатках гра-

витационного метода пылеулавливания. Также следует отметить максимально допустимый (предельно возможный) уровень входной запыленности Z1 газо-

вого потока и необходимость использования пылеосадительных камер в каче-

стве первой ступени пылеочистки.

5. Содержание отчета по выполнению расчетного задания

Отчет по выполненному заданию должен быть оформлен на листах фор-

мата А4 и содержать следующее:

– название расчетного задания;

19

– цель расчетов (расчет фракционной и суммарной эффективности улав-

ливания пыли заданного гранулометрического состава в пылеосадительной ка-

мере при заданных конструкционных и режимных параметрах);

–краткое описание принципа действия гравитационных пылеосадителей;

–исходные данные (вар._____) :

Гранулометрический состав пыли на входе в камеру

–формулы по расчету параметров пылеулавливания (с пояснениями):

–скорость витания (формулы (12) и (7));

–число Рейнольдса (формула (10));

–коэффициент аэродинамического сопротивления СД для ламинарного и турбулентного режимов обтекания частицы пыли газовым потоком

(формулы (11) и (13));

20