Глава 3 выбор и рассчет пылеуовителя

3.1 Выбор и обоснование

Циклоны ЦН-15 являются наиболее универсальными и распространёнными аппаратами газоочистки, широко применяемыми для отделения пыли от газов и воздуха (в том числе и аспирационного) в самых различных отраслях промышленности; в чёрной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике, деревообработке.

Циклоны ЦН-15 применяются при следующих технологических процессах: сушка, обжиг, агломерация, сжигании топлива и т.д. Циклонные аппараты вследствие дешевизны и простоты устройства и эксплуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производительности являются наиболее распространенным типом механического пылеуловителя.

Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами:

• отсутствие движущихся частей;

• надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных изменений;

• пыль улавливается в сухом виде;

• возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами;

• возможность работы циклонов при высоких давлениях;

• стабильная величина гидравлического сопротивления;

• простота изготовления и возможность ремонта;

• повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, достигающее 1250—1500 Па, и низкую эффективность при улавливании частиц размером <5 мкм.

При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны обеспечивают очистку газов эффективностью 85-98 % от частиц пыли размером более 10 мкм. Циклоны рекомендуется использовать перед высокоэффективными аппаратами газоочистки (фильтры, электрофильтры). В ряде случаев достигаемая эффективность циклонов оказывается достаточной для выброса газов или воздуха в атмосферу. Для увеличения срока службы циклонов, подвергающихся абразивному износу, в местах наибольшего износа (в нижней части конуса, во входной части улитки) рекомендуется наносить специальное антиабразивное покрытие.

Исходя из компоновочных соображений, групповые циклоны изготовляют с камерой очищенного газа в виде улитки (вентилятор устанавливается после циклона), или в виде сборника (вентилятор устанавливается перед циклоном).

При работе циклонов должна быть обеспечена непрерывная выгрузка пыли. Уровень пыли в бункере не должен подыматься выше 0,5 диаметра циклона от крышки бункера.

Для надёжной работы циклонных аппаратов температура газов должна быть выше точки росы на 20-25 ⁰С при негигроскопичной пыли и газах с большой влажностью.

При выборе допускаемой запылённости газов рекомендуется учитывать склонность прилипания пыли к стенкам циклона, зависящую от физико-химических свойств, дисперсного состава пыли, влажности газов, материала и состояния поверхности стенок.

В качестве общего правила следует иметь в виду, что, чем тоньше пыль, тем легче она прилипает. Пыль, у которой 60-70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя, как липкие, хотя та же пыль крупнее 10 мкм обладает хорошей сыпучестью. Для обеспечения надёжной работы циклонов при работе очистке газов от средне слипающихся пылей допустимая запылённость газов должна быть уменьшена в 4 раза, а для сильно слипающихся в 8-10 раз.

Длительная надёжная работа циклонов ЦН-15 в значительной степени зависит от интенсивности абразивного износа. При улавливании крупной абразивной пыли, концентрацию её надо снизить в 2-3 раза против допустимой с помощью предварительной очистки газов в пылеотстойниках, разгрузителях и других простейших пылеуловителях.

Уменьшению степени абразивного износа также способствует снижение скоростей газового потока на входе в циклон, хотя и будет иметь место и некоторое уменьшение эффективности очистки.

На эффективность работы ЦН-15 существенное влияние оказывает режим работы аппарата. Для обеспечения наиболее высоких показателей очистки газов режим работы ЦН должен быть стабильным. Изменение в расходе газов не должно превышать 10-12 %.

3.2 Расчет циклона

Постановка задачи: Необходимо очистить газы в объеме =11,2 м³/с, температурой t_г=170 ⁰С. Начальная концентрация пыли С_Н=140 г/м³, плотность частиц ρ_ч=2720 г/м³. Продукты сгорания содержат О₂=4,7 % об., N₂=77,1 % об., CO₂=11,4 % об., H₂O=6,8 % об. Желаемая степень очистки не ниже 92 %.

В таблице 1 приведены исходные данные. И указаны данные для расчета характеристик гранулометрического состава.

Таблица 1 – Исходные данные по варианту

Вариант	Содержание фракций по «частным остаткам» R(d), % по массе частиц размером, мкм							Qр		СН		ρч		ηц		tг		Продукты сгорания содержат, % об.
	<5	5÷10	10÷20	20÷40	40÷60	>60
																	O2		N2	CO2	H2O
16	14	19	38	14	9	6	11,2		140		2720		92		170		4,7		77,1	11,4	6,8

Для того чтобы определить характеристики гранулометрического состава, заполним таблицу 2 – содержание пыли по фракциям, и по вероятностно-логарифмической системе координат (ВЛСК) определим медианный диаметр (d_m) и среднеквадратичное отклонение в функции данного распределения (lgσ_ч).

Таблица 2 - Содержание пыли по фракциям

Наименование показателей	Фракционный состав, %
	Размеры частиц, мкм
	<5	5÷10	10÷20	20÷40	40÷60	>60
Содержание фракций по «частным остаткам» R(d), % от общей массы	14	19	38	14	9	6
Размер частиц, мкм	<5	<10	<20	<40	<60	>60
Содержание фракций по «полным проходам» D(dч), % от общей массы	14	33	71	85	94	6
Разность граничных размеров данной фракции,	5	5	10	20	20	30
	2,8	3,8	3,8	0,7	0,45	0,2

Построив по результатам дисперсионного анализа интегральную функцию распределения частиц по размерам в ВЛСК, можно выразить это распределение через медианный диаметр (d_m) и среднеквадратичное отклонение в функции данного распределения (lgσ_ч).

1. Значению d_m отвечает точка пресечения построенного графика с осью абсцисс (d_m=13мкм), а lgσ_ч находят из соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:

(1)

2. По номограмме находим принадлежность данной пыли к определенному классу слипаемости. Данная пыль принадлежит к III классу слипаемости.

3. Расчет ведем для циклона ЦН-15, так как d_m<2d₅₀. (d₅₀-ориентировочный размер улавливаемых циклоном частиц.) Для ЦН-15 d₅₀=4,5 мкм.

4. Находим по таблицам оптимальную скорость газопылевого потока (W_опт) и определим необходимую площадь сечения циклона (F):

(2)

Где, -объемный расход газов, подлежащих обеспыливанию при рабочих условиях, м³/с

5. Определяем диаметр циклона:

(3)

Где, n- число циклонов.

Предварительно выбираем 2 циклона ЦН-15 диаметром 1400 мм.

6. Находим действительную скорость газопылевого потока W_д:

(4)

7. Найдем отклонение действительной скорости от оптимальной:

(5)

8. Так как в циклонах формируются сложные потоки, аэродинамические параметры которых (скорость, давление, концентрация и фракционный состав) непрерывно меняются, то гидравлическое сопротивление циклонов определяют по парциальным коэффициентам очистки:

(6)

Где, k₁-поправочный коэффициент на диаметр циклона, k₂-поправочный коэффициент на запыленность потока, k₃-коэффициент учитывающий дополнительные потери давления вследствие групповой компоновки циклонов, -коэффициент сопротивления одиночного циклона с диаметром равным 500 мм.

(7)

Где, С_Н-фактическая концентрация частиц, С_Н(0)-ближайшее меньшее значение концентрации, С_Н(1)-ближайшее большее значение концентрации, k₂₍₀₎-значение поправочного коэффициента для ближайшего меньшего значения концентрации, k₂₍₁₎-значение поправочного коэффициента для ближайшего большего значения концентрации.

9. Определяем плотность дымовых газов в нормальном состоянии:

(8)

Где, -мольные доли отдельных компонентов в газовой смеси,-плотности отдельных компонентов в газовой смеси при нормальных условиях.

10. Вычисляем плотность дымовых газов при рабочих условиях (t_г=170 ⁰С):

(9)

Где, Т₀-стандартное значение температуры равное 273,15 ⁰К, t-температура очищаемых газов.

11. Определяем величину потерь давления в циклоне:

(10)

Для расчета принимаем ΔР=900 Па. Величина потерь давления в циклоне приемлема для тягодутьевых устройств котельных.

12. Учитывая, что гидравлическое сопротивление группы циклонов всегда в 1,1 раза выше сопротивления одиночного циклона, определим допустимое сопротивление последнего:

(11)

Для расчета принимаем ΔН=800 Па

13. Определим из соотношения массу влаги, которая содержится в газе:

ρ_г = 0,757 кг/м³ =100 %

f = x = 6,8 %

(12)

14. Так как пылегазовый поток содержит влагу, определяем вес газов при рабочих условиях:

(13)

Где, f-влагосодержание газа носителя при нормальных условиях, -барометрическое давление (,-давление в циклоне соответственно при установке вентилятора после циклона (,-плотность пара при нормальных условиях, К-переводной коэффициент, есливыражено в паскалях (К=133,4).

15. Определяем среднюю скорость газов в циклоне:

(14)

Где, g-ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²)

16. Рассчитаем расход газа при рабочих условиях:

(15)

17. Найдем скорость газа в циклоне:

(16)

18. Произведем перерасчет диаметра циклона:

(17)

Полученное значение округляем до ближайшего к расчетному значению внутреннего диаметра циклонов (в соответствии с параметрическим рядом внутренних диаметров циклонов принятого в России)..

19. Проверяем действительную скорость движения газов в циклоне:

(18)

20. Проверим отклонение действительной скорости от оптимальной:

(19)

21. Определяем динамическую вязкость газа носителя при рабочих условиях:

(20)

Где, -вязкость газа носителя при температуре 0⁰К (,-постоянная Сатерленда (для воздуха).

22. Определяем значение параметра d₅₀ при рабочих условиях:

(21)

Где, индекс Т означает, что данные берутся для типового циклона, а его отсутствие – что данные для конкретных условий.

23. Для данной пыли с гравиметрическими параметрами d_m=13 мкм и lgσ_ч=0.378 находим параметр χ:

(22)

24. Находим по справочным таблицам значение интеграла вероятности Ф(χ)=0,8508; представляющий собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях, определим эффективность очистки газов в циклоне:

(23)

25. Определим конечную концентрацию пыли после очистки:

(24)

Вывод: циклон соответствует требуемой степени очистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассмотрены основные виды аппаратов очистки (фильтры и пылеуловители). Произведены выбор, обоснование и расчет циклона, который удовлетворяет требуемой степени очистки.

Эффективная работа пылеулавливающего оборудования зависит от физико-химических свойств газопылевого потока. При расчете свойств аппаратов и систем пылеулавливания учитывают ряд свойств:

1. Дисперсный состав,

2. Плотность пыли,

3. Слипаемость частиц,

4. Абразивные свойства пыли.

Так же были рассмотрены положительные и отрицательные свойства аэрозолей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.

2. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справочник. - М.: Металлургия, 1986. - 554 с.

3. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. - Калуга: Изд- во Н. Бочкаревой, 2000. - 800 с.

4. Тимонин А.С, Инженерно-экологический справочник. Т. 1. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. - 917 с.

5. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды : Учеб. пособие / А.Г. Ветошкин. - М.: Высш. шк., 2008. - 397 с.

6. Вальдберг А.Ю. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Защита атмосферы : учеб. пособие для вузов / А.Ю. Вальдберг, Н.Е. Николайкина. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Дрофа. 2008. - 239 с.

7. Райст П. Аэрозоли. - М.: Мир, 1987. - 278 с.

8. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справ, изд. Алиев Г. М.-А. М: Металлургия, 1986. - 544 с

9. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3-х томах. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003.

10. http://works.tarefer.ru/98/100246/index.html#_Toc9509484

11. http://www.spishy.ru/download/t2/f16233

12. http://www.bestreferat.ru/referat-61878.html

32