Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Сухая очистка газов от пыли. Примеры расчета аппаратов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

М.И. Клюшенкова, Л.В. Суркова,

Н.А. Кузнецова

СУХАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА АППАРАТОВ

Учебное пособие

Саратов

2016

УДК 504 ББК 20.18

Составители:

Клюшенкова М.И., Суркова Л.В., Кузнецова Н.А

Под общей редакцией

Беренгартена М.Г.

Сухая очистка газов от пыли. Примеры расчета аппаратов: учебное

пособие / сост. М.И. Клюшенкова, Л.В. Суркова, Н.А. Кузнецова; под ред. М.Г. Беренгартена. — Саратов: Издательство «Вузовское образование»,

2016. — (Высшее образование). — 38 с. — Док. опубл. не был. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.

Учебное пособие содержит примеры расчета трех основных аппаратов, используемых при сухой очистке газов от пыли. Раздел «Сухая очистка газов от пыли» входит в рабочие программы по изучению дисциплин «Инженерная защита компонентов окружающей среды» по направлению подготовки бакалав-

ров 20.03.01 «Техносферная безопасность» профилям – «Инженерная защита окружающей среды промышленных предприятий» и – «Инженерная защита окружающей среды населенных территорий».

В учебном пособии даются рекомендации по выбору аппаратов, широко выпускаемых отечественной промышленностью, использование которых поможет решить экологическую задачу по снижению выбросов твердых веществ

в атмосферу Земли.

Предназначено для аудиторной и самостоятельной работы студентов и

может использоваться при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5

1. Очистка газов от пыли в центробежных циклонных аппаратах ....................... 7

1.1. Достоинства циклонных аппаратов и их классификация ............................. 7

1.2. Условия работы циклонов................................................................................ 7

1.3. Эффективность улавливания ........................................................................... 8

1.4. Пример расчета и подбора стандартного батарейного циклона ................ 15

1.4.1. Исходные данные для расчета ................................................................ 15

1.4.2. Расчет батарейного циклона.................................................................... 16

2. Очистка газов в фильтрах ..................................................................................... 20

2.1. Основные механизмы улавливания твердых частиц при фильтрации

газа ........................................................................................................................... 20

2.1.1. Броуновская диффузия ............................................................................ 20

2.1.2. Эффект касания или зацепления ............................................................. 21

2.1.3. Инерционное осаждение .......................................................................... 22

2.2. Классификация тканевых рукавных фильтров и выбор фильтровальных

тканей ...................................................................................................................... 22

2.3. Аэродинамическое сопротивление тканевых фильтров ............................. 26

2.4. Пример расчета стандартного рукавного фильтра ...................................... 27

2.4.1. Исходные данные для расчета ................................................................ 27

2.4.2. Расчет рукавного фильтра ....................................................................... 27

3. Очистка газов в электрофильтре .......................................................................... 30

3.1. Принцип действия электрофильтров ............................................................ 30

3.2. Классификация электрофильтров ................................................................. 33

3.3. Эффективность очистки газа в электрофильтре .......................................... 34

3.4. Пример расчета электрофильтра ................................................................... 35

3.4.1. Исходные данные для расчета ................................................................ 35

3.4.2. Расчет электрофильтра ............................................................................ 35

Библиографический список ...................................................................................... 38

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

C – концентрация пыли в газовом потоке, г/м3;

Д – диаметр аппарата, мм;

D – коэффициент диффузии, м2/с;

d50 – диаметр частиц, осаждаемых в данном циклоне при заданном гидро- динамическом режиме на 50%, мкм;

dm – средний размер частиц данной фракции, мкм;

– диаметр волокна фильтровальной ткани, мкм;

вол

Fф – площадь фильтрующей поверхности, м2;

Gг – количество пыли в газовом потоке, г/сек;

Kпр – коэффициент проскока частиц пыли после очистки;

Kр – фактор разделения;

n – количество фракций пыли;

ΔР – гидравлическое сопротивление аппарата, Па;

T – температура газа, 0К;

Vг – объем отходящих газов, м3/ч;

Wг – скорость газового потока, м/с;

– фракционная степень очистки газового потока от пыли;

Ση – эффективность очистки газа от пыли в аппарате;

– динамическая вязкость газа, Па∙с;

ρ – плотность, кг/м3;

– доля i-й фракции пыли (i=1,n).

ВВЕДЕНИЕ

10005

51,0 

1,0001,0 

В XXI веке человечество подошло к такой «черте», когда почти каждый

житель планеты понимает необходимость охраны окружающей среды, где особое место занимает защита атмосферного воздуха от загрязнений, которые выбрасываются на промышленных предприятиях из стационарных источников (выхлопных труб, вентиляционных коробов, факелов и градирен). Загрязнение атмосферы осуществляется твердыми, жидкими и газообразными отходами. В данном учебном пособии рассматриваются выбросы с отходящими газами твердых веществ или пыли. Выбросы могут осуществляться непрерывно, периодически при сжигании отходов или залпом при авариях. Наибольшее количе-

ство пыли попадает в атмосферу через выхлопные трубы, перед которыми

необходимо устанавливать очистные сооружения. Степень очистки отходящих газов должна соответствовать ПДВ (предельно допустимый выброс), установленному экологическими службами данного региона для конкретного предпри-

ятия.

Отходящие газы могут быть холодными, когда их температура близка к температуре окружающей среды, это вентиляционные газы из промышленных

цехов, или нагретыми – это отходящие газы печей или сушильных аппаратов.

Холодные газы плохо рассеиваются в атмосфере, поэтому обычно их рекомен-

дуют подогревать.

Твердые частицы, находящиеся в отходящих газах, условно подразделя-

ются на:

- пыль

мкм

- дым

- аэрозоли

мкм

мкм.

Такое условное деление позволяет классифицировать методы и оборудо-

вание для улавливания твердых частиц. Улавливание частиц 20 – 1000 мкм -

грубая очистка газа от пыли, улавливание частиц менее 20 мкм до 1 мкм и ме-

нее - тонкая очистка газа, для улавливания аэрозольных частиц – существуют особые методы очистки.

Грубая очистка газа от пыли проводится механическими методами (сухая очистка), где улавливание частицы ведется за счет воздействия на нее гравита-

ционных, инерционных и центробежных сил.

Сухая тонкая очистка газа осуществляется за счет фильтрации газа через

пористые перегородки. Тонкая очистка позволяет очищать газ и от аэрозольных частиц, если фильтрация газа идет в фильтрах, выполненных из ультратонких

волокон.

Однако наиболее эффективно газ чистится от аэрозольных частиц в элек-

трическом поле - это электрофильтры.

Степень очистки регламентируется предельно допустимыми концентрациями конкретного вещества в атмосфере (ПДК). Для недифференцированной пыли ПДК=0,15 мг/м3, для пыли определенных веществ ПДК указанны в спра-

вочной литературе [1].

Для правильного проектирования аппаратов сухой очистки газов необходимо четко знать свойства твердых частиц, которые улавливаются. В первую очередь это дисперсный состав, который обычно представляется в виде интегральных кривых. Большинство промышленных пылей подчиняются нормаль-

но-логарифмическому закону распределения частиц по размеру. Следует отме-

тить, что это характерно только для пылегазового потока, поступающего на первую ступень очистки газа, и не может быть использовано для расчета после-

дующих аппаратов.

Важным параметром является плотность твердых частиц, чем она выше, тем эффективнее процесс улавливания. Необходимо учитывать адгезионные свойства частиц, т.е. склонность их к слипанию, что может привести к забиванию аппарата, абразивность частиц, их смачиваемость и гигроскопичность. Для электрофильтров важным параметром является удельное электрическое сопротивление слоя пыли, заряженность частиц и способность частиц пыли к само-

возгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

В учебном пособии представлены материалы по проектированию и подбору стандартного оборудования трех наиболее широко используемых в промышленности очистки газовых выбросов аппаратов. Для грубой очистки газа от

пыли используются одиночные или батарейные циклоны. [2-5] Для тонкой очистки газа – рукавные тканевые фильтры [2-7]. Для наиболее тонкой очистки

газа с возможностью улавливания аэрозольных частиц рекомендуются элек-

трофильтры [2,9].

1. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЦИКЛОННЫХ АППАРАТАХ

1.1. Достоинства циклонных аппаратов и их классификация

Циклонные аппараты благодаря простоте устройства и обслуживания, сравнительно небольшому сопротивлению и высокой производительности являются наиболее распространенным типом сухого механического пылеулови-

теля. Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества:

1) отсутствие движущихся частей в аппарате;

2) надежность функционирования при температурах газов вплоть до

500С;

3) возможность улавливания абразивных материалов при защите внут-

ренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;

4) улавливание пыли в сухом виде;

5) гидравлическое сопротивление аппаратов почти постоянно;

6) аппараты успешно работают при высоких давлениях газов и при раз-

ряжении в аппарате;

7) пылеуловители весьма просты в изготовлении;

8) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увели-

чении запыленности газов.

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спи-

ральным, тангенсальным, винтообразным и осевым подводом.

Наиболее предпочтительным по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали, однако на практике все способы подвода могут

применяться с равной эффективностью.

По конструкции корпуса циклоны подразделяются на цилиндрические и конические аппараты, последние предпочтительнее, т.к. скорость газа по мере

движения возрастает и эффективность очистки увеличивается.

Циклоны могут устанавливаться в технологическом цикле, например, после печей обжига или при очистке хвостовых газов перед выбросом их в вы-

хлопные трубы.

1.2. Условия работы циклонов

Принцип работы циклона. Газы, направляющиеся в аппарат, поступают в цилиндрическую часть циклона и совершают движение по спирали от периферии к центру, спускаются по наружной спирали, затем поднимаются по внутренней спирали. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке

циклона, а очищенный газы выходят через выхлопную трубу. Обычно в цикло-

нах центробежное ускорение в тысячу раз больше ускорения силы тяжести. Поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом

и под влиянием центробежной силы движутся к стенке аппарата.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне характеризуется

фактором разделения

grКр





, (1)



750500

ГP



P



''''''

'''

CVCV

гг















гг

,VV



СС



где

- окружная скорость движения частиц, м/с

- радиус вращения, м

g - ускорение свободного падения, м/с2

Процесс целесообразно вести при увеличенных скоростях газа и меньших радиусах вращения частиц, т.е. при небольших диаметрах циклона

. Однако

увеличение скорости газа может привести и к резкому увеличению гидравлического сопротивления, что для процессов очистки отходящих газов неприемле-

мо, т.к. при очистке хвостовых газов газ откачивается из циклона вентилятором и должно соблюдаться отношение

, (2)

где

- гидравлическое сопротивление циклона, Па

- плотность газового потока в реальных условиях, кг/м3

Увеличивать эффективность работы циклона целесообразно за счет уменьшения диаметра аппарата, что и привело к созданию батарейных циклонов. В промышленности принято разделять циклоны на высокопроизводительные и высокоэффективные. Высокоэффективные циклоны требуют больших затрат на осуществление процесса очистки. Высокопроизводительные циклоны имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие

частицы, т.к. работают при меньших скоростях газа..

Диаметр одиночных цилиндрических циклонов обычно не превышает

2000 мм, а конических – 3000 мм. Для батарейных циклонов диаметры изменяются от 400 – 1200 мм, а количество циклонов в батарее от 2 до 8.

1.3. Эффективность улавливания

Степень очистки газа  выражается отношением количества уловленной

пыли к количеству пыли, поступившей в газоочистительный аппарат с газовым

потоком за определенный период времени

, (3)

где

- эффективность очистки;

- массовый расход частиц пыли, содержащейся в газовом пото-

ке, соответственно в поступающем и выходящем потоках из аппарата, г/с;

щем и выходящем из аппарата при нормальных условиях, м

но, в поступающем в аппарат и выходящем, г/м

- объемный расход газового потока, соответственно в поступаю-

/с;

- концентрация твердых частиц в газовом потоке, соответствен-

Эффективность очистки для частиц пыли различных размеров неодинакова. Лучше улавливается крупная пыль. Поэтому первоначально степень

очистки газов определяют по фракциям.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую эф-

100100100



















...,





    

 

 



















Пηηηη



111111



 

ki 1



,,,



)1(



пр

Вход газа

Выход очищенного газа

Рис.1. Каскадный импактор

1- корпус, 2 – подложка, 3 – сопло, 4 – фильтр.

фективность очистки в аппарате:

, (4)

где

– доля определенной фракции пыли в газовом потоке в %;

n – количество фракций.

Суммарную степень очистки газов

, достигаемую в нескольких по-

следовательно установленных аппаратах (k), рассчитывают по формуле:

(5)

где

- степень очистки газов от пыли, соответственно, в первом,

втором и k аппарате.

Коэффициент проскока частиц пыли (степень неполноты улавливания

пыли), в долях можно определить:

, (6)

Для расчета фракционной эффективности улавливания необходимо четко

знать фракционный состав пыли, т.е. дисперсность частиц в газовом потоке.

Данные по дисперсному составу пыли в газовом потоке получают с помощью каскадных импакторов, принцип действия которых основан на инерционной сепарации частиц по размерам при пропускании пробы газа через ряд последовательно установленных сопл и подложек (см. рис.1). Размеры сопла уменьшаются по высоте аппарата. Определяются вес частиц в каждой подложке и отно-

сительная доля этих частиц в общем потоке.

Приведем пример замера фракционного состава пыли в газовом потоке.

0 10 20 30 40 50 60

Стоксовский

диаметр ча-

стиц

dч, мкм

Средний

размер

частицы

dm, мкм

Фракционный

состав

Ф, %

Дифференциальная

составляющая

N, %

Интегральная со-

ставляющая

R, %

1-5

2,5

(100-7)=93

5-10

7,5

4,0

(100-14)-10=76

10-20

3,0

(100-14-20)-

15=51

20-30

1,5

(100-14-20-30)-

7,5=28,5

30-40

1,1

(100-14-20-30-

15)-5,5=15,5

40-50

1,0

(100-14-20-30-15-

11)-5=5

Ф, %

dч, мкм

По результатам замера строим гистограмму (рис. 2.) и заносим значения в таблицу № 1.

Рис. 2. Гистограмма – распределение частиц по фракциям.

Таблица № 1

меров частиц, принятых в качестве граничных, величина N и построить график

Если процентное содержание каждой фракции разделить на разность раз-

N=f(dm), то получим дифференциальную кривую распределения частиц по раз- мерам.

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]