Расчет пылевой камерой

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Уральский  федеральный университет имени  первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал) 
 

Факультет металлургических и строительных технологий 
 

Кафедра металлургических технологий 
 
 
 
 
 

Расчетная работа  
 
 
 
 
 
 

Руководитель        Н.М. Казанцева

Студентка         А.С. Захарова

Группа         МС-56103-МЧМ 
 
 
 
 
 
 
 
 

2010

Содержание

ВВЕДЕНИЕ______________________________________________________3

   Дисперсный  состав пыли________________________________________4

   Пылевая камера________________________________________________7

   Расчет  эффективности очистки газа пылевой  камерой________________8

   Циклон_______________________________________________________12

   Расчет  эффективности очистки газа циклоном______________________14

   Рукавный  фильтр______________________________________________16

   Расчет  эффективности очистки газа рукавным фильтром_____________18

   Скруббер  Вентури_____________________________________________21

   Расчет  эффективности очистки газа скруббером Вентури____________23

   Электрофильтр________________________________________________26

   Расчет  эффективности очистки газа электрофильтром_______________28

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК________________________________32

ВВЕДЕНИЕ

     Практически во всех металлургических процессах  происходит вынос мелких частиц материала  из реакционной зоны установки. Такие запыленные газы (содержащие до 100-200 г/м³ пыли) требуют очистки для того, чтобы, во-первых, не загрязнять окружающую среду; во-вторых, без затруднений использовать газ в дальнейшем процессе, например, при сжигании в горелках печей: в-третьих, утилизировать уносимые газом полезные вещества.

     Применяемые в настоящее время способы  очистки газов от пыли основаны на следующих принципах:

     а) использование силы тяжести и  инерции (осадительные камеры);

     б) использование центробежной силы (циклоны, мультициклоны);

     в) мокрая очистка (скрубберы, трубы Вентури, пенные фильтры);

     г) электростатическая очистка (электрофильтры);

     д) фильтрация газа через ткань (рукавные фильтры).

     В данной расчетной работе рассчитана эффективность газоочистки от пыле в аппаратах различного принципа действия. 
 
 
 

Дисперсный состав пыли 

   Одной из важнейших характеристик, во многом определяющих физико-химические свойства аэрозолей и имеющих решающее значение при выборе пылеуловителя  и оценке эффективности его работы, является их дисперсный состав.

   Дисперсный  состав пыли (ДСП) – это характеристика состава дисперсной фазы, показывающая, какую долю по массе, объему или числу частиц составляют частицы в любом диапазоне размеров или скоростей оседания.

   Фракцией  называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений. При определении ДСП необходимо установить характерный размер и долю различных фракций в системе.

   Пыль  представляет собой генеральную  совокупность случайных частиц разного размера. В качестве характерного размера пыли могут быть использованы средние диаметры: арифметический, кубический, среднемедианный (d₅₀ или d_м).

   Среднемедианный диаметр - это такой размер, который делит пыль на две равные части таким образом, что содержание частиц, имеющих размеры мельче или крупнее среднемедианного, составляет 50 %.

   ДСП может быть выражен в виде таблицы, графика или формулы распределения частиц пыли.

   Таблицы бывают двух видов. В первом случае (табл.1) фракции выражены в процентах  от общего массы частиц.

   Во  втором случае (табл.2) результаты записываются с указанием процента массы или числа частиц, имеющих размер больше или меньше указанного.[5]

Таблица 1

Фракции пыли

Таблица 2

Фракции пыли с частицами меньше или больше заданного диаметра

   Графическое изображение дисперсного состава  может быть в виде вероятностно логарифмической  системе координат (рис.) 
 

Пылевая камера

     В пылеосадительных камерах выпадение частиц пыли из газового потока происходит под действием сил гравитации. Конструкция и геометрические размеры камеры выбираются так, чтобы создать условия, при которых вследствие резкого снижения скорости газа в сечении пылеосадительной камеры сила тяжести частицы пыли будет преобладать над силой ее взаимодействия с потоком газа, что и обеспечит ее выпадение из потока. Эффективность осаждения в значительной мере определяется временем пребывания частиц в камере, что вызывает необходимость увеличения размеров камеры. В самых неблагоприятных условиях находятся частицы под потолком камеры; им для осаждения нужно пройти наибольший путь, равный высоте камеры H (см. рис.).

     При приближенном расчёте пылеосадительных камер принимают, что частицы  движутся вдоль камеры со скоростью  , равной скорости газового потока , и одновременно опускаются вниз со скоростью, равной скорости витания . Для осаждения частица должна достичь дна раньше, чем газовый поток вынесет ее из камеры, поэтому время осаждения частицы   не должно превышать времени ее пребывания в камере  . В связи с этим пылеосадительные камеры, рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц, являются громоздкими сооружениями.

     Материалом  для постройки камер могут  служить кирпич или сборный железобетон, реже – сталь и дерево (для холодных газов).

     Решающую  роль при осаждении играет площадь  дна камеры, увеличение которой существенно  улучшает условия осаждения. Уменьшение высоты камеры без увеличения площади  дна её ничего не даёт, так как  одновременно уменьшается площадь поперечного сечения камеры, а следовательно, растёт скорость газа и сокращается время пребывания частицы в камере. Это справедливо при условии ламинарного режима движения в осадительных камерах. Вследствие низкой эффективности и больших размеров эти камеры в настоящее время почти не применяются.

     Процессы  осаждения, происходящие в пылевых  камерах, наблюдаются и в горизонтальных газоходах. Однако в этих условиях осаждение  пыли в большинстве случаев нежелательно, поэтому скорости в газоходах  принимают значительно более высокими (18-20 м/с), чтобы обеспечивались турбулентный режим движения и унос даже крупных частиц, а также экономию металла при изготовлении газоходов.

     Благодаря простоте изготовления и эксплуатации, а также отсуствия ограничений  по запыленности пылегазового потока, поступающего на очистку, они широко применяются в промышленности, однако эффективность улавливания пыли в них недостаточна, поэтому, как правило, пылеосадительные камеры выполняют роль аппаратов предварительной очистки.

     Показатели  работы:

     Расчет  эффективности очистки  газа  пылевой  камерой

      Решение:

1. Скорость потока в сечении камеры

2. Находим относительную  скорость витания частиц, улавливаемых в камере с эффективностью 50%:

 

м/с

При скорости в пылеосадительной камере 0,5 м/с имеем и по номограмме (из [1] стр. 23) получаем при плотности частиц   3800   кг/м³  d₅₀=  82  мкм.

3. Для определения зависимости выбираем дополнительные значения

Этим  значениям относительных скоростей витания отвечают диаметры частиц 70 мкм   и 86 мкм.

4. Среднюю концентрацию частиц на выходе из камеры можно определить как среднюю из концентраций в 5 точках сечения. Задаемся пятью значениями h/H: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1

      Значения  х₁ и х₂ в свою очередь определяются из выражений

      Где h – расстояние от потолка камеры,

      D_t – коэффициент турбулентной диффузии частиц,

 – скорость  витания частиц  того размера, для которого  находят значение 

      Коэффициент турбулентной диффузии частиц совпадает  с коэффициентом турбулентной диффузии потока и может определяться по формуле  Шервуда и Вертца:

         где l=0,03 – коэффициент трения потока.

Результаты  расчетов удобно представить в следующем  виде:

      n_ср = 0,74

      Для пылеосадительных камер с     значения парциальных коэффициентов очистки, %, можно найти достаточно точно на основании расчетов средней концентрации частиц соответствующего размера в выходном сечении пылеосадительной камеры по формуле:

      Парциальный коэффициент очистки газа для  частиц с размером

      d_ч= 70 мкм             η_п = 100∙(1–0,74)=26% 

      n_ср = 0,26

      Парциальный коэффициент очистки газа для частиц с размером

      d_ч=86 мкм               η_п = 100∙(1–0,26) = 74% 

        Таким образом, в результате  расчета получены три значения  парциальных коэффициентов очистки  газа (26, 50, 74%) при трех значениях  0,4; 0,5; 0,6. Задаваясь другими значениями , необходимо построить кривую . 
 
 

5. Общая степень  очистки

, где

_{Фi – % содержание фракции от общей массы частиц} 
 
 

η_об = (26∙21+50∙19+74∙17)/100 = 27,5%

      Данная  пылевая камера удовлетворяет требованиям, т.к. ее КПД находится в пределах 20-60%, что соответствует удовлетворительной степени пылеулавливания. Для увеличения эффективности газоочистки пылевой  камеры необходимо изменить её габаритные размеры, т.е. можно уменьшить высоту камеры до 2 м и увеличить ширину до 6 м. 

Циклон

     Принцип их работы основан на использовании центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газового потока в корпусе циклона, которое обеспечивается при тангенциальном вводе очищаемого газа в циклон. Конструктивно всякий циклонный аппарат должен состоять из трех частей: циклона, бункера и газосборника, как показано на рисунке.

     Запыленный  газовый поток подается во входной  патрубок, расположенный по касательной  к корпусу циклона или в  виде улитки. Частицы пыли под действием  центробежных сил отбрасываются  к стенкам корпуса и опускаются вместе с частью газа в бункер, где происходит отделение пыли от газа, который затем через центральный газоотводящий патрубок выходит с основной массой очищенного газа в газосборник. Пыль из бункера выводится через затворный аппарат, в качестве которого может быть использован клапан-мигалка.

     В настоящее время разработано  большое количество различных конструкций  циклонных аппаратов, один из них  – вид ЦН.

       ЦН - циклоны конструкции НИИОГАЗ типа ЦН-15, ЦН-15 У, ЦН -11, ЦН-24, отличающиеся винтообразной крышкой и наклонным входным патрубком. Угол наклона входного патрубка к горизонтальной линии составляет 11, 15 или 24 градуса в соответствии с указанным типом циклона.

     Конические  циклоны типа СКЦН, СДКЦН имеют  удлиненную коническую форму и малое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона. Они отличаются повышенным гидравлическим сопротивлением и большей эффективностью очистки. Недостатком конических циклонов являются большие габариты, из-за которых их не рекомендуется применять в групповых установках.

     Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов  пылеулавливающей аппаратуры и применяются  во всех отраслях промышленности.

     Степень очистки в циклоне сильно зависит  от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). Для распространённых циклонов типа ЦН степень очистки может достигать:

     - для частиц с условным диаметром  20 микрон 99,5%

     - для частиц с условным диаметром  10 микрон 95%

     - для частиц с условным диаметром  5 микрон 83% 

     C уменьшением диаметра степень  очистки возрастает, но увеличивается  металлоёмкость и затраты на  очистку. При больших объёмах  газа и высоких требованиях  к очистке газовый поток пропускает  параллельно через несколько циклонов малого диаметра (100—300 мм.). Такую конструкцию называют мультициклоном или батарейным циклоном.

     Показатели работы:

     Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, имеют  довольно низкое гидравлическое сопротивление, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются невозможность улавливания пылей с малыми размерами частиц и малая долговечность (особенно при очистке газов от пылей с высокими абразивными свойствами). 

Расчет  эффективности очистки  газа циклоном

ВАРИАНТ №11

      Выбрать циклон типа ЦН-24, определить его гидравлическое сопротивление, эффективность и  конечную запыленность газа при следующих  исходных данных: расход газа при н.у.V₀=6500м³/час, плотность газа при н.у., , температура газа, Т=250°С, барометрическое давление, Р_бар=101,3 кПа., разрежение в циклоне, Р_ц=8 кПа, начальная концентрация пыли в газе, Z₀=29 г/м³, средний размер частиц пыли , плотность пыли, . Циклон должен работать без раскручивателя.

      Нормальные  условия – Т=273°К, Р=101,3кПа 

      Решение:

1. Плотность газа при рабочих условиях,

2. Расход газа при рабочих условиях,

3. Диаметр циклона при оптимальной скорости =4,5 м/с,

      Принимаем ближайший стандартный диаметр, 1000 мм, и находим действительную скорость газа в циклоне, м/с

      Действительная  скорость должна отличаться от оптимальной  менее чем на 15%.

4. Коэффициент сопротивления циклона (коэффициенты принимаем из [1] стр. 34-36)

5. Гидравлическое  сопротивление циклона, Па

6. Размер частиц , улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50%, мкм

       - величины, соответствующие определенным  условиям,