5.2.2 Система двохетапного очищення газових пилових викидів

В даний час розробляються нові високоефективні і економічні апарати

сухого сепарації з можливістю повернення уловленного пилу в технологічний процес. Однією з таких розробок є пиловловлююча установка ДЕКО-2ПУ (див. рис. 5.14), призначена для очищення газових (повітряних) потоків від промислового пилу.

Рисунок 5.14 - Установка ДЕКО-2ПУ

Установка має низьку енергоємність і металоємність, характеризується максимальною надійністю, а технічні характеристики залишаються постійними протягом усього періоду експлуатації. Таких результатів досягають за рахунок того, що вхідний патрубок підключений до пилевипускному патрубку першого апарату, в результаті чого відбувається вивільнення чистого повітря з запиленого потоку з метою створення оптимальної запиленості потоку.

Перший пилоуловлюючий апарат складається з циліндричного корпусу, тангенціального вхідного 2, вихідного 3 та пилевипускного 4 патрубків і конусоподібної обичайки 5, розташованої концентрично всередині нижньої конічної частини корпуса 1, в результаті чого утворюється

кільцевий зазор. Вхідний патрубок 7 другого пиловловлюючого апарату 6 приєднаний до пилевипускному патрубку 4 першого пиловловлюючого апарату, а вихідний патрубок 8 - до вхідного патрубка 2 першого апарату. Пилевипускной патрубок 9 другого апарату приєднаний до пиленакопичувального бункеру 10 з патрубком 11 вивантаження пилу.

Між вхідним патрубком 8 другого пиловловлюючого апарату 6 і вхідним патрубком 2 першого пиловловлюючого апарату розташовується основний тягодутьєвий пристрій 12 (вентилятор або димосос).

Запилений газовий потік надходить через тангенціальний вхідний патрубок 2 всередину циліндричного корпусу 1, де набуває гвинтоподібного руху і направляється в нижню частину корпусу. Під дією відцентрових сил частинки пилу переміщуються до стінки корпусу. Пристінковий шар газового потоку, що має максимальну концентрацію пилу, потрапляє в кільцевий зазор між конусоподібною обесчаткою 5 і конічної частиною корпусу 1. Звідси частинки пилу з частиною газового потоку видаляються через пилевипускний патрубок 4. Далі запилена частина газового потоку з першого апарату надходить під другий пилеуловлюючий апарат 6, де знепилюється і прямує в газовий потік, який переміщається тягодутьєвим пристроєм. Виділений з газового потоку пил збирається в пиленакоплюючому бункері.

Установка ДЕКО-2ПУ забезпечує високий ступінь сепарації пилу незалежно від фракційного складу і маси, відрізняється простотою конструкції, малими розмірами, мінімальними трудовитратами при обслуговуванні та спорожненні накопичувальних бункерів і високим ступенем очищення повітря [11].

5.2.3 Пиловловлювач для дрібнодисперсного пилу на основі відцентрової і інерційної сепарації

Поєднання відцентрових та інерційних процесів, на основі яких працює пиловловлювач (див. рис. 5.15), дозволяє значно підвищити ступінь уловлювання дрібнодисперсних частинок з газового потоку за рахунок

зниження вторинного виносу пилу.

Запилений газ через вхідний патрубок 6 надходить у завихрювальний пристрій 2, в якому розташовані певного профілю лопатки 5, що сприяють закручуванню газопилового потоку. Особливе розташування вхідного патрубка забезпечує збереження високої швидкості газу (до 20 м/с) у верхній частині апарата на відміну від звичайних циклонів.

Рисунок 5.15 - Пиловловлювач для дрібнодисперсного пилу

Відділення частинок пилу в закрученому потоці відбувається під дією відцентрових сил в просторі між корпусом 1 і екраном 8, встановленим під завихрювачем 2. Очищений газ двічі змінивши свій напрямок, надходить у патрубок виведення 7. Встановлення екрану відповідної геометрії підвищує ефективність пиловловлення за рахунок кращої аеродинаміки потоку у верхній частині апарата і знижує вторинне винесення, запобігаючи потраплянню частинок, які відскочили від корпусу, в потік очищеного газу. Пил, що відокремився, по стінці корпусу під дією сили тяжіння надходить у нижню частину корпусу і збирається в бункер 9.

Проведені випробування показали, що при використанні описаного вище пиловловлювача вторинне винесення пилу в порівнянні з існуючою системою пилеочистки (циклон ЦН-15) знизилося в 1,5 рази, а загальна

ступінь очищення склала 98,5 % [13].

5.3 Розрахунок рукавного фільтру

5.3.1. Теоретичні передумови

Технологічний розрахунок рукавних фільтрів зводиться до визначення площі матеріалу фільтрувальної перегородки, потужності електродвигуна вентилятора для транспортування запиленого повітря через фільтр, фільтрувального опору перегородки, частоти й тривалості циклів регенерації фільтрувальних елементів.

Площу фільтрувальної поверхні рукавного фільтра визначають за формулою:

(5.1)

де - об'єм повітряної суміші, що поступає на очищення, м³/год;

- об'єм повітряної суміші або повітря, що витрачається на зворотнє

обдування, м³/год;

q - питоме пилоповітряне навантаження під час фільтрування, м³/(м²·хв);

- фільтрувальна поверхня (м²), що не приймає участі в фільтруванні

протягом 1 год, м², визначається за формулою:

(5.2)

де - число секцій;

- фільтрувальна поверхня секції, м²;

- час вимкнення секції на регенерацію, с;

- число регенерацій протягом 1 години.

Для фільтрів з імпульсивним продуванням у зв'язку з надто малим

часом процесу регенерації та об'єму пилоповітряної суміші, що витрачається на зворотне продування, можна знехтувати. З урахуванням даних зауважень формула (8) приймає простіший вигляд:

(5.3)

Питоме пилоповітряне навантаження на фільтрувальну перегородку

рукавного фільтра, величина якого може знаходитися у межах від 0,3 до 6 м³/(м²·хв). Для практичних розрахунків достатньою точністю пилоповітряне навантаження в рукавних фільтрах розраховується за формулою:

(5.4)

де - нормативне питоме пилоповітряне навантаження, що залежить від виду пилу та схильності його до агломерації;

- коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації фільтрувальних елементів (= 0,55...0,70);

- коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме повітряне навантаження;

- коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в повітрі;

- коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря;

- коефіцієнт, що враховує якісні вимоги до очищення повітря від пилу (для умов справних фільтрів приймають =1,0...0,95).

При виборі рукавних фільтрів важливим є оцінка очікуваного гідравлічного опору, що визначає енергетичні затрати на фільтрування, і гідравлічний опір рукавного фільтра (Па) складається із опору корпусу фільтра та опору фільтрувальної перегородки , може бути визначена за формулою:

(5.5)

Гідравлічний опір корпусу фільтра (Па) визначається величиною місцевих опорів, що виникають на вході і виході із фільтра та при розподілу потоку щодо фільтрувальних елементів. В загальному вигляді гідравлічний опір корпуса фільтра може бути оцінено коефіцієнтом опору корпусу, віднесеному до швидкості пилоповітряного потоку у вхідному патрубку, визначається за формулою:

(5.6)

де - коефіцієнт гідравлічного опору корпусу фільтра;

- питома густина пилоповітряної суміші.

Коефіцієнт гідравлічного опору корпусу фільтра визначають за формулою:

(5.7)

де - швидкість пилоповітряної суміші у вхідному патрубку, м/с, що визначають:

(5.8)

де - площа поперечного перетину вхідного патрубка: - висота, м;

в - ширина патрубка, м.

Гідравлічний опір перегородки значною мірою залежить від маси та

властивостей осілого на ній пилу. Цей опір складеться із постійної

величини і змінної величини :

(5.9)

Постійна складова гідравлічного опору створюється самою фільтрувальною перегородкою й пилом, що осів на ній.

Постійну складову гідравлічного опору перегородки визначають за формулою:

(5.10)

де - коефіцієнт, який залежить від товщини фільтрувального матеріалу, ступеня проникності матеріалу; приймають =(110...1500)·10⁶, м^-1 - для фільтрувальних тканин лавсану, що вловлює цементний, кварцевий пил з медіанним діаметром у межах 10...20 мкм; =(2300...2400)·10⁶, м^-1 - для лавсану під

час уловлювання пилу від сталеплавних дугових печей, під час електро- газозварювальних робіт тощо. Для більш щільних тканин (лавсан, склотканина) коефіцієнт опору фільтрувальної перегородки збільшується в 1,2...1,3 рази. При уловлюванні пилу з невеликим медіанним діаметром (<1мкм) коефіцієнт опору фільтрувальної перегородки (рукавів) збільшується у декілька разів (2...3 рази), а при вловлюванні кремнієвого пилу з медіанним діаметром частинок 0,6 мкм цей коефіцієнт складає К_п=(13 00...1500)·10⁵ м^-1 (наведені значення коефіцієнтів можуть використовуватися під час проведення розрахунків гідравлічного опору фільтрів з імпульсним продуванням. В рукавних фільтрах із зворотним продуванням після регенерації значення збільшується на 15...25 %).

µ - коефіцієнт в'язкості запиленого повітря, в середньому приймають 20·10^-6 Па·с;

τ - тривалість циклу, орієнтовно приймають: τ=600...900 с;

- швидкість фільтрування, м/с (у вхідному патрубку =1,3·10^-2 м/с);

п - показник ступеня, що залежить від режиму течії потоку (для розрахунків приймають n =1; при турбулентній течії n>1).

Змінну складову гідравлічного опору перегородки визначають за формулою:

(5.11)

де - коефіцієнт в'язкості запиленого повітря, в середньому приймають 20·10^-6 Па·с;

- тривалість циклу, орієнтовно приймають: =600 с;

Z_вх - змінна величина гідравлічного опору фільтрувальної перегородки:

приймають для дрібного пилу (d_м<20 мкм) Z_вх=600...800 Па, для крупного

пилу з медіанним діаметром d_м>20 мкм - 250...350 Па; для вловлювання

волокнистого пилу Z_вх=200...250 Па;

- швидкість фільтрування 1,3-10^-2 м/с; =0,016 м/с;

К₁ - параметр опору шару пилу: приймають для цементного пилу з медіанним діаметром частинок 12...20 мкм К₁=(6,5... 16)·10⁹ м/кг, для очищення повітря від пилу сталеплавильної дугової печі з d_м=3мкм К₁=80·10⁹ м/кг; для руднотермічних печей плавки кремнію (d_м=0,7 мкм) К₁=330·10⁹ м/кг.

Потужність електродвигуна вентилятора для транспортування пилоповітряної суміші через фільтр, визначають за формулою:

(5.12)

де Q_п - кількість пилоповітряної суміші, що подасться у фільтр для

очищення, м³/год;

- загальний гідравлічний опір фільтра, Па;

η_в - коефіцієнт корисної дії вентилятора (η_в=0,75);

η_п - коефіцієнт корисної дії передачі, (η_п=0,92) . [8]

Порядок виконання розрахунку наступний:

1) За формулою (5.3) визначають площу фільтрувальної поверхні рукавного фільтра;

2) Визначають за формулою (5.4) пилоповітряне навантаження на перегородку рукавного фільтра;

3) За формулами (5.8) і (5.9) визначають швидкість пилоповітряної суміші у вхідному патрубку та опір корпусу фільтра;

4) За формулою (5.10) визначають постійну складову гідравлічного опору перегородки фільтра ;

5) За формулою (5.11) визначають змінну складову гідравлічного опору перегородки ;

6) Визначають гідравлічний опір перегородки фільтра ;

7) Визначають за формулою (5.5) гідравлічний опір всього фільтра ;

8) За формулою (5.12) визначають потужність електродвигуна венти­лятора для транспортування пилоповітряної суміші через фільтр [ ].

5.3.2. Порядок розрахунку

Розрахуємо технічні параметри рукавного фільтра з імпульсним

продуванням, якщо відомі наступні дані: витрата пилоповітряної суміші 1500 м³/год; температура пилоповітряної суміші 60°С; концентрація пилу в очищеному повітрі 1,0 г/м³; густина пилу 2,6·10³ кг/м³; медіанний діаметр частинок пилу 10 мкм; фільтрувальний матеріал – лавсан арт. 86033.

Вимоги до повітря, що очищається, – вміст пилу не повинен перевищувати 0,5 мг/м³; ККД вентилятора 0,75; передача до вентилятора – клинопасова.

Розв’язок наступний.

1) За формулою (5.4) визначаємо пило повітряне навантаження на перегородку рукавного фільтра:

q=3,5·0,7·1,1·0,9·0,84·0,95=1,94 м³/(м²·хв)

де - нормативне питоме навантаження пилоповітряної суміші для деревного пилу - 3,5 м³/(м²·хв);

- коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації фільтрувальних елементів (приймаємо рівним 0,7);

- коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме повітряне навантаження (приймаємо рівним 1,1);

- коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в повітрі для частинок пилу в 10мкм (приймаємо рівним 0,9);

- коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря (для 60°С приймаємо рівним 0,84);

- коефіцієнт, що враховує якісні вимоги до очищення повітря від пилу (приймаємо 0,95).

2) Визначаємо за формулою (5.5) площу фільтрувальної поверхні перегородки фільтра:

3) Обираємо за обчисленою площею фільтрувальної перегородки тип пилового фільтра ФРКИ-15-130 (де 15 - площа фільтрувальної перегородки).

4) За формулою (5.7) визначаємо гідравлічний опір корпусу фільтра. Орієнтовано задаємося коефіцієнтом гідравлічного опору корпусу фільтра: ξ=2,5, а потім визначаємо швидкість пило повітряної суміші через вхідний патрубок за формулою (5.8):

де - площа поперечного перетину вхідного патрубка h_в=0,40·0,33=1,32 м².

Отже гідравлічний опір корпуса становить:

де ρ_п – густина повітря, що приймають 1,15 кг/м³.

5) За формулою (5.10) визначаємо постійну складову гідравлічного опору перегородки фільтра, прийнявши коефіцієнт К_п=2300·10⁶ м^-1 і коефіцієнт в’язкості µ=20·10^-6 Па·с, швидкість фільтрування _ф=0,016 м/с і показник ступеня n=1.

6) За формулою (5.11) визначаємо зміну складову гідравлічного опору перегородки, орієнтовно прийнявши Z_вх=600 Па, параметр опору шару К₁=6,5·10⁹ м/кг, µ=20·10^-6 Па·с, _ф=0,016 м/с.

7) Визначаємо гідравлічний опір перегородки, як суму постійної й змінної його складових:

8) Визначаємо гідравлічний опір всього фільтра:

9) За формулою (5.12) визначаємо потужність електродвигуна пилоповітряної суміші через фільтр:

В результаті проведених розрахунків ми зробили висновок про те, що такий тип газоочисного обладнання відповідає нашим вимогам. У якості апарату, що можна було б безпосередньо порекомендувати для впровадження на теплоелектростанціях, нами пропонується універсальний рукавний фільтр РФУ 3.5 з регенерацією рукавів віброструшуванням, що відрізняється простотою конструкції, призначений для очищення повітря від будь-якого дрібнодисперсного і середньодисперсного сухого пилу, що не злипається. Елементами, що фільтрують, є рукави круглої форми.

Фільтр дозволяє очищати запилене повітря до концентрації домішок 15-20 мг/м³. Фільтр має вбудований механізм регенерації рукавів періодичною вібрацією.

Його зовнішній вигляд та технічні характеристики наведенні на рис. 5.16 та у таблиці 5.1.

Рисунок 5.16 – Універсальний рукавний фільтр РФУ 3.5

Таблиця 5.1 - Технічні характеристики фільтру РФУ 3.5

Показники	РФУ 3.5
Максимальна продуктивність по повітрю, м3/год.	3500
Максимальна концентрація на вході у фільтр, г/м3	500
Концентрація пилу на виході з фільтру, не більше, мг/м3	20
Висота фільтру з бункером H, мм	3900
Висота фільтрувальної частини Hф, мм	2000
Висота бункера Hб, мм	1900
Довжина L, мм	1300
Ширина B, мм	1300