Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Вентиляция.Часть 2. Учебно-методическое пособие для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Теплогазоснабжение и вентиляци.pdf
6 Определение запыленности воздуха
Цель работы: определение запыленности воздуха прямым методом.
Надежность и эффективность работы систем газоочистки в значительной
мере зависит от физико-химических свойств золы или пыли, от основных
параметров газовых потоков, которые должны быть хорошо изучены и учтены
при проектировании систем газоочистки, организации их эксплуатации.
Рассмотрим основные понятия и определения, которые являются
необходимыми для определения физико-химических свойств пыли или золы.
Пыль – это мельчайшие частицы твердого или жидкого вещества,
рассеянные в воздухе. Мельчайшие частицы твердого или жидкого
вещества, рассеянные в воздухе, также называют – дисперсной системой. При
этом воздух или газ называют дисперсной средой, а взвешенные частицы –
дисперсной фазой или аэрозолем.
Размеры частиц дисперсной фазы выражаются в микрометрах (микронах)
и обозначаются - мкм.
Дисперсный состав пыли характеризуется содержанием частиц различных
фракций.
Фракция – это доля частиц, размеры которых находятся в определенном
интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов
Частицу произвольной формы принято условно считать шарообразной,
размер ее определяют по эквивалентному диаметру. Аэрозоли, содержащие
мельчайшие частицы жидкости, называют туманами. Аэрозоли, содержащие
мельчайшие твердые частицы, называют дымом.
Плотность частиц. Различают истинную, насыпную и кажущуюся.
Насыпная плотность (в отличие от истинной) учитывает воздушную прослойку
между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность возрастает в 1,2 –
1,5 раза.
Кажущаяся плотность – отношение массы частиц к занимаемому ее
объему, включая поры, пустоты и неровности.
61
Дисперсность частиц. В пылеулавливании принято характеризовать
размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой
величиной служит седиментационный диаметр – диаметр шара, скорость
осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности
частицы. При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые
частицы различной формы при одной и той же массе оседают с различной
скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают.
Для характеристики пылей и сравнения их между собой одним из
определяющих параметров является d
50 – средний размер частиц. По
дисперсности пыли классифицируются на 5 групп:
I — очень крупнодисперсная пыль с d
II — крупнодисперсная пыль, d
III — среднедисперсная пыль, d
IV — мелкодисперсная пыль, d
50 =40…140 мкм;
50 = 10…40 мкм;
50 = l…10 мкм;
V — очень мелкодисперсная пыль, d
50 >140 мкм;
50< l мкм.
Адгезионные свойства частиц. Эти свойства определяют их склонность к
слипаемости. Чем меньше размер частиц пыли, тем легче они прилипают к
поверхности аппарата. Пыли, у которых 60 – 70% частиц имеют диаметр меньше
10 мкм, ведут себя как слипающиеся.
По слипаемости пыли делятся на 4 группы:
- неслипающаяся (сухая шлаковая, кварцевая; сухая глина);
- слабослипающаяся (коксовая, магнезитовая сухая, доменная,
колошниковая летучая зола);
- среднеслипающаяся (торфяная, влажная магнезитовая; летучая зола без
недожога, торфяная зола, сажа, сухое молоко, мука, опилки);
- сильнослипающаяся (цементная, гипсовая и алебастровая, волокнистая
(хлопок, шерсть)).
Абразивность частиц. Она характеризует интенсивность износа металла
при одинаковых скоростях газов и концентрациях пыли. Она зависит от
твердости, формы, размера и плотности частиц.
62
Смачиваемость частиц. По характеру смачивания все твердые тела делятся
на 3 группы:
- гидрофильные материалы – хорошо смачиваемые (кальций, кварц,
большинство силикатов и окисленных минералов);
- гидрофобные материалы – плохо смачиваемые (графит, уголь, сера);
- абсолютно гидрофобные: парафин, тефлон, битумы.
Гигроскопичность частиц – способность пыли впитывать влагу. Она
зависит от химического состава, размера, формы и степени шероховатости
поверхности частиц. Это свойство способствует их улавливанию в аппаратах
мокрого типа.
Электрическая проводимость слоя пыли. Этот показатель оценивается по
удельному электрическому сопротивлению слоя пыли. Оно оказывает
существенное влияние на работу электрофильтров.
Способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию
взрывоопасных смесей с воздухом. Горючая пыль вследствие сильно развитой
поверхности контакта частиц с кислородом воздуха способна к самовозгоранию
и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли
зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц,
их концентрации в воздухе. Способностью к воспламенению обладают
некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке
красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов: магния, алюминия и
цинка.
В технике пыле- и золоулавливания запыленность принято определять как
3
выраженную в граммах массу частиц, содержащихся в 1 м
газа, приведенного к
нормальным условиям. Счетная концентрация, т.е. число частиц, приходящихся
на единицу объёма газа, представляет интерес, главным образом, при оценке
биологической вредности аэрозолей, а также при изучении отдельных тепло- и
массообменных процессов, протекающих в потоках дисперсных сред.
Запыленность газа может быть определена прямым или косвенным
методом. Прямой метод заключается в отборе пробы запыленного газа и
63
взвешивании осаждённых из неё частиц с последующим отнесением их массы к
единице объёма газа. Для определения запыленности газов косвенными
методами используется зависимость физических свойств запыленного потока от
степени поглощения световых и тепловых лучей, цвета, способности
воспринимать электростатический заряд. При этом требуется произвести
предварительную тарировку используемого для определения запыленности
устройства по прямому методу.
При проведении испытаний пылеулавливающих установок для
определения запыленности газов всегда используется прямой метод, дающий
наиболее достоверные результаты. Косвенные методы могут быть использованы
для эксплуатационного контроля.
Запыленность газов может изменяться как во времени (из-за колебания
нагрузок и режимов технологического оборудования), так и по сечениям
газоходов. Неравномерность концентрации пыли в различных точках сечения
связана с расслоением пылегазового потока под действием инерционных сил,
возникающих при движении газов внутри колен, несимметричных участков и
других препятствий. Повышение скорости газов вызывает соответствующее
увеличение расслоения пылегазового потока, причём чем крупнее и тяжелее
частицы, тем в большей степени наблюдается их сегрегация на неровных
участках газового тракта.
В горизонтальных газоходах большой протяжённости может наблюдаться
повышенная концентрация крупной пыли в нижней части их сечений за счёт
гравитационных сил.
Из-за неравномерности концентрации пыли в разных точках сечения для
определения средней по сечению газохода запыленности замеры должны
производиться с разбивкой сечения на равновеликие площади так же, как при
определении динамических давлений.
Подсчёт средней по сечению запыленности газов производится по
формуле
=
ср
64
, (6.1)
где c1, c2, …, cn – значения запыленности газов в отдельных точках сечения
3
газохода, г/м
v
, v2, …, vn – скорости газа в отдельных точках сечения газохода, м/с.
1
;
Подобное определение запыленности газа весьма трудоёмко, так как
требует замеров во многих точках сечения. Поэтому в тех случаях, когда можно
предполагать постоянное распределение пыли по сечению газохода, средняя
запыленность газа при последующих замерах может быть определена замерами
в одной точке сечения газохода и умножением полученных значений
запыленности в этой точке на так называемый коэффициент поля запыленности.
Коэффициент поля запыленности К
находят по следующему соотношению
п
с
Кп=
ср
, (6.2)
с
где с0 – запыленность газов в выбранной основной точке (обычно в
3
геометрическом центре сечения), г/м
.
Это же соотношение используют в дальнейшем при повторных замерах
для нахождения средней запыленности по замеренной величине:
= К
с
ср
с
. (6.3)
п
Аппаратура для определения запыленности газов прямым методом должна
состоять из пылезаборной трубки, устройства для осаждения пыли, устройства
для измерения расхода отбираемых газов и средства для отсоса газов.
Заборные трубки, как правило, снабжаются электрическим (реже паровым)
обогревом. При температуре обогрева выше температуры отбираемого газа за
счет термофореза уменьшается осаждение пыли на её стенках, при высоком
влагосодержании газов обогрев необходим для предотвращения конденсации
водяных паров. Наиболее распространены заборные трубки, используемые
НИИОГазом и Гинцветметом. Применение заборных трубок с водяным
охлаждением позволяет использовать их при неограниченно высоких
температурах запыленного газа.
Устройства для осаждения пыли. При умеренной запыленности для
осаждения пыли служат различные фильтры. При большей запыленности
фильтры быстро забиваются. Для того, чтобы исключить влияние случайных,
65
кратковременных изменений запыленности, перед фильтром устанавливается
небольшой циклон, в котором происходит осаждение большей части пыли, а
фильтр служит лишь для учёта массы мелких частиц, проскочивших через
циклон.
При осаждении пыли вне газохода к заборным трубкам могут быть
присоединены заключённые в специальные патроны бумажные или тканевые
фильтры или цилиндрические стеклянные фильтровальные патроны (аллонжи)
соответствующих размеров, набитые стеклянной ватой и асбестовым волокном,
просушенным при 40°С.
Чаще всего для осаждения пыли используют аналитические аэрозольные
фильтры типа АФА, которые предназначены для контроля и анализа
загрязненности воздуха аэродисперсными примесями (мелкими, твёрдыми и
жидкими частицами при температуре до 60°С). Фильтры АФА изготавливаются
из фильтрующих материалов типа ФП (фильтр Петрянова). Эти фильтры имеют
высокую удерживающую способность, которая даёт возможность улавливать
практически все находящиеся в воздухе частицы независимо от их размеров;
фильтры не смачиваются водой, стойки к химически агрессивным газам.
Фильтры АФА представляют собой плоские диски из фильтрующего
2
материала типа ФП с рабочими поверхностями 3, 10, 18 и 20 см
. В бумажном
фильтре можно осадить от 1,5 до 7 г пыли.
Для фильтрации газов с температурой до 100°С применяются ворсистые
шерстяные ткани, а выше 100°С (до 350°С) – ткань из стекловолокна.
Порядок выполнения работы
1. Вынимают из кассеты за выступ комплект аналитического фильтра.
2. Вскрывают пакетик и разворачивают защитные кольца.
3. С помощью пинцета складывают фильтр вчетверо и кладут в центр
чашечки аналитических весов, следя за тем, чтобы он не свешивался через край
чашечки.
4. Взвешивают фильтр.
5. Взвешенный фильтр осторожно расправляют за спрессованные края
66
пинцетом и помещают снова в защитные кольца.
6. Укладывают комплект фильтра в пакетик и затем в кассету.
7. На месте отбора пробы вынимают комплект взвешенного фильтра из
кассеты и пакетика и вставляют в патрон установки для отбора пробы, плотно
закрепляя фильтр в нём.
8. Включают установку и производят отбор пробы аэрозолей в течение
определённого времени. С помощью расходомера определяют количество
3
воздуха, прошедшего через фильтр за это время L, м
.
9. После отбора пробы вынимают фильтр из патрона за выступы,
сворачивают вдвое осадком внутрь и помещают в пакетик.
10. Переносят фильтр к месту взвешивания.
11. Перед взвешиванием вынимают фильтр из пакетика и выдерживают 1015 минут в условиях первоначального взвешивания.
12. Освобождают фильтр от защитных колец, складывают вчетверо
пинцетом и помещают в центр чашечки весов.
13. Взвешивают фильтр.
14. По данным опыта и результатам взвешивания фильтра вычисляют
весовую концентрацию аэродисперсных примесей.
15. Результаты измерений повторяют 3 раза.
Обработка результатов
1. В результате взвешивания фильтров до и после замеров определяется
величина привеса:
∆G = G
- G1, (6.4)
2
где G
– масса фильтра после опыта, мг;
G
2
2. Определяют количество воздуха, просасываемого за время отбора L, м
3. Вычисляют концентрацию пыли в потоке:
где L0 – объём воздуха, просасываемого через фильтр при нормальных
условиях, м
– масса фильтра до опыта, мг;
1
с =
3
;
67
, (6.5)
3
.
опыта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
1
2 3 4
где t – температура воздуха, °С;
– барометрическое давление, кПа.
P
б
Результаты опытов и расчётов сводятся в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Результаты измерений и расчетов запыленности потока
3
L, м
№
t, °С
1. Свойства пыли.
Pб,
кПа
L0,
3
м
=
G1,
мг
G2,
мг
б
, (6.6)
,
∆G,
мг
Контрольные вопросы
c,
мг/м
Pд,
3
Па
v,
м/с
cср,
мг/м
Kп
3
2. Что такое дисперсный состав пыли.
3. Устройства для осаждения пыли.
4. Аппаратура для определения запыленности газов прямым методом.
5. Методы определения запыленности газа.
6. Определение средней запыленности.
7. Распределение концентрации пыли в различных точках сечения
воздуховода.
8. Как вычисляют концентрацию пыли в потоке.
9. Классификация пыли по размерам частиц.
10. Классификация пыли по слипаемости.
11. Классификация пыли по смачиваемости.
7 Определение эффективности циклона
Цель работы: испытание циклона с целью определения его эффективности.
Классификация пылеулавливающего оборудования основана на
принципиальных особенностях процесса отделения твердых частиц от газовой
фазы, это:
68
- оборудование для улавливания пыли сухим способом, к которому
относятся пылеосадочные камеры, циклоны, вихревые циклоны, жалюзийные и
ротационные пылеуловители, фильтры, электрофильтры;
- оборудование для улавливания пыли мокрым способом (скрубберы
Вентури, форсуночные скрубберы, пенные аппараты).
К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых
использованы различные механизмы осаждения: гравитационный
(пылеосадочные камеры), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых
происходит в результате изменения направления движения газового потока или
установления на его пути препятствия) и центробежной (одиночные, групповые
и центробежные циклоны). Эти аппараты отличаются простотой изготовления и
эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Однако
эффективность улавливания в них пыли не всегда оказывается достаточной, в
связи, с чем они часто выполняют роль аппаратов предварительной очистки
газов.
Наиболее ярким представителем данного типа пылеуловителей являются
циклоны. При работе циклона используется центробежная сила, которая
развивается при вращательно-поступательном движении газового потока. Под
действием центробежной силы частицы золы или пыли подводятся к стенке
циклона и вместе с частью газов попадают в бункер. Попавшая в бункер часть
газов, освободившись от пыли, возвращается в циклон через центральную часть
пылеотводящего отверстия, давая начало внутреннему вихрю очищенного газа,
покидающего аппарат. Отделение частиц от попавших в бункер газов
происходит под действием сил инерции при перемене направления движения
газов на 180º. Конструкция циклона представлена на рисунке 7.1.
69
Рисунок 7.1 - Конструкция циклона
Циклоны имеют следующие достоинства:
- отсутствие движущихся частей в аппарате;
- надежность работы при температурах газов вплоть до 500
- возможность улавливания абразивных материалов при защите
внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
- улавливание пыли в сухом виде;
- почти постоянное гидравлическое сопротивление;
- успешная работы при высоких давлениях газов;
- простота изготовления;
Недостатки:
- высокое гидравлическое сопротивление (1250 – 1500 Па);
0
С;
- плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;
- невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.
70