Реферат по «Оборудованию для очистки газов промышленных печей»

 

 

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

                                        Кафедра теплофизики 
 
                                            Домашнее задание

     по курсу «Оборудование  для очистки газов промышленных  печей»

                                                Вариант № 4

 
 
 

 

 

 

 

 

                                                Липецк 2013

 

                                     Введение.

Промышленное производство часто сопровождается выделением в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную  среду.  В  воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а  также микроорганизмы и радиоактивные вещества. 

На современном этапе для большинства промышленных предприятий  очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из  основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха. Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение.    

Летучие промышленные выбросы (пары, газы, аэрозоли), попав в атмосферу, разносятся с воздушными течениями на сотни и тысячи километров, создавая в континентальном и глобальном масштабе ситуацию, которую крайне трудно оценить и еще труднее прогнозировать.

В связи с этим необходимо своевременное строительство очистных сооружений, разработка и внедрение соответствующего газоочистного и пылеулавливающего оборудования на предприятиях.

Кроме этого, очистка промышленных газов необходима также для извлечения из газов ценных продуктов и примесей.

Газоочистное и пылеулавливающее оборудование подбирается с учетом особенностей данного вида производства. Надежность и эффективность работы такого оборудования зависят от физико-химических свойств частиц, подлежащих улавливанию, и от основных параметров пылегазовых потоков.

Целью данного задания является расчет и подбор газоочистных аппаратов для двухступенчатой газоочистной установки с требуемой эффективностью, а также составление паспорта газоочистной установки (в соответствии с ПЭУ-99) с указанием всех рассчитанных параметров работы и эскизом ГОУ.

Исходные данные.

Дано:

Вариант: N = 4

Мощность ИЗА:

M = 10 + N = 10 + 4 = 14 г/с.

Загрязняющее вещество – пыль неорганическая (SiO2 < 20%);

ПДКmр = 0,5 мг/м3.

Состав пыли:

d, мкм	, %	dср, мкм
< 5	5	2,5
5-10	20	7,5
10-20	60	15
20-50	10	35
50 <	5	50

 

Количество аспирационного воздуха:

V = 1000 + 500*N = 1000 + 500*4 = 3000 м3/ч = 0,83 м3/c.

Расстояние от укрытия до места установки газоочистной установки:

L0 = 15 + 4 = 19 м.

Оптимальная скорость транспортирования пыли:

w = 10 – 12 м/c.

Диаметр вентиляционной трубы:

D = 750 мм = 0,75 м.

Высота вентиляционной трубы:

H = 10 + 0,5*N = 10 + 0,5*4 = 12 м.

Температура аспирационного воздуха на выходе из устья ИЗА:

= 40 + N°C = 40 + 4 = 44°C.

Требуется спроектировать газоочистную установку для работы в составе данного ИЗА.

 

Определить:

1. Величину предельно допустимого выброса для данного ИЗА (считая параметры местности A = 160, = 25,9°C, η = 1).

Расчет проводим согласно методике ОНД-86.

Величина ПДВ рассчитывается по формуле:

                                   ПДВ = ,

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы A = 160;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F = 1 для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей;

η – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

m,n,p – коэффициенты, учитывающие условия выхода аспирационного воздуха из устья источника выброса;

V (м3/с) – количество аспирационного воздуха.

  Значения коэффициентов m и n определим в зависимости от параметров и f:

                             f = = 28,77 < 100,

где D (м) – диаметр устья источника выброса;

H (м) – высота источника выброса над уровнем земли;

w (м/с) – оптимальная скорость транспортирования пыли;

 ΔT (°C) – разность между температурой аспирационного воздуха на выходе из устья ИЗА и температурой окружающего атмосферного воздуха ; ΔT = = 44 – 25,9 = 18,1°C.

= = = 0,7 < 2.

 m = = = 0,445.

По значению рассчитываем коэффициент n:

n = 3 – = 3 – = 1,8.

Рассчитываем значение коэффициента p:

p = = = 355,32.

Величина предельно допустимого выброса данного ИЗА:

ПДВ = = 0,5* = 1,67 г/м3.

Концентрация пыли на входе в вентиляционный короб:

                                  Z1 = = = 16,86 г/м3.

 

2. Требуемую степень очистки ГОУ  обеспечивающую исполнение ПДВ (с учетом оседания части пыли в вентиляционном коробе).

Определим сечение вентиляционного короба:

= = = 0,083 .

Рассчитаем высоту вентиляционного короба:

Hв.к. = = = 0,288 м.

Определение коэффициента динамической вязкости:

μ = * = 17,3*** = 19,49* Па*с,

где = 17,3* Па*с,

C = 124;

T = 44 + 273 = 317K.

Определим время релаксации частиц пыли:

= ,

где d – средний диаметр частиц пыли, мкм;

ρ = 2900 кг/м3 – плотность пыли;

μ – коэффициент динамической вязкости, Па*с.

τр1 = = = 0,0516*10-3 с;

τр2 = = = 0,465*10-3 с;

τр3 = = = 1,86*10-3 с;

τр4 = = = 10,1*10-3 с;

τр5 = = = 20,6*10-3 с.

Определим скорость осаждения частиц пыли:

                                        ws = τр*g,

где g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения.

ws1 = τр1*g = 0,0516*10-3*9,8 = 0,000506 м/с;

ws2 = τр2*g = 0,465*10-3*9,8 = 0,00456 м/с;

ws3 = τр3*g = 1,86*10-3*9,8 = 0,0182 м/с;

ws4 = τр4*g = 10,1*10-3*9,8 = 0,099 м/с;

ws5 = τр5*g = 20,6*10-3*9,8 = 0,2 м/с.

Определяем время осаждения частиц пыли:

                                         τос = ,

где Hв.к. = 0,288 м – высота вентиляционного короба.

τос1 = = = 569 с;

τос2 = = = 63,2 с;

τос3 = = = 15,8 с;

τос4 = = = 2,9 с;

τос5 = = = 1,42 с.

Определяем время прибытия:

τприб = =  = 1,9 с,

где L = L0 = 19 м;

w = 10 м/с.

Условие осаждения пыли:

                                              τприб > τос.

1) Для частиц с диаметром d1 = 2,5 мкм.

  τприб > τос – данное условие не выполняется т.к. 1,9 < 569;

Делаем расчет эффективности осаждения для частиц данного диаметра:

h1 = ws1* = 0,000506* = 0,000962 м.

η1 = = = 0,00334.

2) Для частиц с диаметром d2 = 7,5 мкм.

  τприб > τос – данное условие не выполняется т.к. 1,9 < 63,2;

Делаем расчет эффективности осаждения для частиц данного диаметра:

h2 = ws2* = 0,00456* = 0,008658 м.

η2 = = = 0,03.

3) Для частиц  с диаметром d3 = 15 мкм.

  τприб > τос – данное условие не выполняется т.к. 1,9 < 15,9;

Делаем расчет эффективности осаждения для частиц данного диаметра:

h3 = ws3* = 0,0182* = 0,0346 м.

η3 = = = 0,12.

4) Для частиц  с диаметром d4 = 35 мкм.

  τприб > τос – данное условие не выполняется т.к. 1,9 < 2,9;

Делаем расчет эффективности осаждения для частиц данного диаметра:

h4 = ws4* = 0,099* = 0,1885 м.

η4 = = = 0,6544.

5) Для частиц с диаметром d5 = 50 мкм.

  τприб > τос – данное условие выполняется т.к. 1,9 > 1,45;

Частицы пыли данного диаметра полностью осядут.

η5 = 1.

Определяем степень очистки ГОУ с учетом оседания пыли:

ηв.к. = = (0,00334*0,05) + (0,03*0,2) + (0,12*0,6) + (0,6544*0,1) =  0,1437 = 14,37 %.

Содержание данной фракции на выходе рассчитывается по формуле:

= .

= = 0,05* = 0,058 = 5,8 %;

 

= = 0,2* = 0,226 = 22,6 %;

 

= = 0,6 * = 0,616 = 61,6 %;

 

= = 0,1 * = 0,0403 = 4,03 %.

Полученные результаты представим в таблице № 1.

dср, мкм	2,5	7,5	15	35
, %	5,8	22,6	61,6	4,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Подобрать газоочистные аппараты  для двухступенчатой газоочистной  установки с требуемой эффективностью.

Первая ступень – грубая очистка – центробежный аппарат.

Широкое распространение получили обеспыливающие устройства, в которых для осаждения частиц используется центробежная сила. Улавливание пыли в циклонах основано на использовании инерции частиц.

Общая схема циклона представлена на рис. 1.

                            

                            Рис. 1. Общий вид циклона НИИОгаз.

Циклон состоит из конической части 1, цилиндрической части 2, выхлопной трубы 3, винтообразной крышки 4, газохода очищенных газов 5, улитки для вывода газа 6, входного патрубка 7, пылевыпускного отверстия 8, бункера 9, пылевого затвора 10.

Газовый поток с взвешенными в нем твердыми частицами вводится с большой скоростью по касательной к стенке цилиндрической части циклона, где делает несколько спиральных витков в сторону пылевыпускного отверстия, а затем по внутренней спирали движется к выхлопной трубе. При входе в циклон взвешенные в потоке частицы по инерции движутся по своим первоначальным траекториям, а затем под воздействием аэродинамических сил их траектории искривляются. Те из частиц, масса которых достаточно велика, успевают достичь стенок циклона, т.е. отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия осевого движения, отделившиеся частицы опускаются и через пылевыпускное отверстие поступают в бункер, где они оседают.

Определим геометрические размеры циклона:

1) Площадь сечения.

F = = = 0,237 м2,

где принимаем 3,5 м/c.

2) Диаметр циклона.

D = = = 0,55 м,

где принимаем n = 1. Полученное значение 0,55 < 1, так как условие выполняется, то устанавливаем на грубую очистку только один циклон.

Согласно ряду диаметров по ГОСТ 9617-67 выбираем подходящий нам циклон типа ЦН-11 с диаметром 600 мм.

Действительная скорость газа в циклоне:

= = ≈ 3 м/с.

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.

Δw = |= = 14,2 %.

                       14,2 % < 15 % скорость соответствует.

Для циклонов НИИОГаз (одиночных или групп) вводят уточняющие поправки по формуле:

ζц = K1* K2*ζ500 + Kгр ,

где K1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона, K1 = 1,0;

K2 – поправочный коэффициент на запыленность газа, т.к. запыленность (концентрация) газа на входе в циклон равна Z2 = =                    =  *(1 0,1437) = 14,4 г/м3, то по данному значению для циклона типа ЦН-11 выбираем K2 = 0,94;

ζ500 = 245 для циклона типа ЦН-11.

Kгр = 0, т.к. только один циклон типа ЦН-11.

ζц = K1* K2*ζ500 + Kгр  = 1,0*0,94*245 + 0 = 230,3.

Определение гидравлического сопротивления циклона:

Δp = ζц* = 230,3*1,113 = 1570 Па = 1,57 кПа,

где – плотность аспирационного воздуха при рабочих условиях, кг/м3.

Перерасчет плотности аспирационного воздуха на рабочие условия:

= = 1,293* = 1,113 кг/м3,

Параметры, определяющие эффективность циклона представлены в виде таблицы № 2.

Тип циклона	ЦН-11
	3,65
	0,352

 

 Dт = 0,6 м; wт = 3,5 м/c; μт = 22,2*10-6 Па*с; ρт = 1930 кг/м3.

Размер частиц d50, улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %, определим по следующей формуле:

= = 3,65* = 2,673 мкм,

где ρп = 2900 кг/м3 – плотность пыли.

В вероятностно-логарифмических координатах дисперсный состав пыли аппроксимируется прямой линией и характеризуется двумя параметрами: среднемедианным диаметром dm и среднеквадратическим отклонением функции распределения.

Рассчитаем среднемедианный диаметр dm по формуле:

dm = = = 13,3 мкм.

Среднеквадратическое отклонение находят из следующего соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:

  = = = 0,331;

где – абсцисса точки, ордината которой имеет значение 15,9 % и определяется по заданному распределению пыли по размерам (рис. 2).

                    Рис. 2. График распределения частиц пыли по размерам.

 

Определим параметр x по следующей формуле:

    x = = = 1,44.

Определим численное значение функции Ф(x), полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях:

η1 = Ф(x) = Ф(1,44) = 0,9251.

Концентрация пыли на выходе из циклона:

Z3 = Zвх*(1– η1) = 14,4*(1– 0,9251) = 1,08 г/м3.

 

Вторая ступень – тонкая очистка – тканевый фильтр.

Различают матерчатые фильтры (рис. 3) рамного или рукавного типов.  В рамных фильтрах ткань натягивается на рамки. Рукавные фильтры более совершенны  по конструкции и надежности в работе.

                   

                                         Рис. 3. Схема рукавного фильтра.

1 – металлический корпус; 2 – матерчатые рукава; 3 – трубопровод; 4 – нижняя часть фильтра; 5 – труба; 6 – общий трубопровод; 7 – винтовой транспортер; 8 – планка; 9 – встряхивающий механизм; 10 – заслонка.

 

В закрытом металлическом корпусе 1 фильтра подвешиваются матерчатые рукава 2 цилиндрической формы. Рукава собраны в секции по 8…12 штук.  Секции разделены перегородками на отдельные камеры. Нижние концы рукавов открыты для входа газов. Запыленный газ по трубопроводу 3 подводится в  нижнюю часть 4 фильтра, откуда направляется в нижние открытые отверстия  рукавов. Проходя через поры ткани, газ очищается, оставляя пыль на внутренних стенках рукавов. Очищенный газ собирается в верхней части металлического кожуха, затем отводится через трубу 5 в общий трубопровод 6. Через матерчатые фильтры газ просасывается с помощью вентиляторов, которые могут  нагнетать их в фильтр или отсасывать.  В первом случае установка работает под давлением, во втором – под разрежением. Фильтр на нашем рисунке работает под разрежением.  Для того чтобы частицы пыли, оседающие на внутренней поверхности  рукавов,  не  загрязняли  ткани,  рукава  периодически  встряхивают.  Пыль  при  этом падает в нижнюю часть кожуха, из которого отводится винтовым транспортером 7. Рукава каждой секции подвешены к планке 8, которая соединена со  встряхивающим  механизмом 9, работающим  от  электродвигателя.  В момент  встряхивания  рукавов  камера отсоединяется от  сборного  трубопровода 6 заслонкой 10 (иногда применяют клапан), действующей от механизма встряхивания. Для лучшей очистки ткань продувают воздухом в направлении, противоположном основному движению газов. Рукава каждой секции встряхивают  в  течение 18…20 с, затем клапаны продувочного воздуха закрывают, а заслонку  10 открывают, и секция вновь включается в работу.  Диаметр рукавов обычно  равен 180…210 мм, длина 2…3,5 м. Степень  очистки газа 97…99 %. Сопротивление рукавного фильтра в среднем составляет 250…350 Па, но при увеличении остаточной запыленности ткани может возрасти в 2…3 раза.  

Удельная газовая нагрузка:

q = qн*C1*C2*C3*C4*C5 = 2,0*1*0,98*1,0*0,90*0,95 = 1,676 ,

где qн – нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации, принимаем qн = 2,0 ;

C1 – коэффициент, учитывающий способ регенерации фильтра, C1 = 1;

C2  – коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку, C2  = 0,98 ( по графику);

C3 – коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе,

С3 = 1,0 при dm = 10…50 мкм;

C4 – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа, C4 = 0,90;

C5 – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки C5 = 0,95.

Площадь фильтрования:

F = = = 29,8 м2.

Выбираем фильтр, соответствующий данному значению площади фильтрования – ФРКИ-30, с площадью фильтрующей поверхности 30 м2.

Данный тип фильтра обеспечивает высокоэффективную очистку запыленных газов с температурой до 130°C, со степенью очистки η2 = 99,9 %.

Скорость газа через фильтровальную поверхность:

w = = = 0,028 м/c.

Определяем гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, предварительно оценивая длительность цикла фильтрования   τ = 600 c:

ΔPп = Kп*μ*w + K1*μ*τ*Zвх*w2,

где Kп – коэффициент, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки, м-1, для dm = 13,3 мкм Kп = (1100 – 1500)*106 м-1;

τ = 600 c – принятая длительность цикла фильтрования;

μ = 19,49* Па*с – коэффициент динамической вязкости;

Z3 = 1,08*10-3 кг/м3 – концентрация на входе в рукавный фильтр;

K1 – параметр сопротивления слоя пыли, м/кг;

для dm = 13,3 мкм K1 = (6,5 – 16)*109 м/кг.

ΔPп = 1400*106*19,49*10-6*0,028 + 12*109*19,49*10-6*600*1,08*10-3*0,0282 = 882,83 Па.

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата ΔPп определяем задаваясь коэффициентом гидравлического сопротивления корпуса, приведенного к скорости во входном патрубке ξк = 2. Скорость во входном патрубке определяем из соотношения:

wвх = = = 12,63 м/с,

где Sвх = = = 0,066 м – площадь входного патрубка,

D = 290 мм = 0,29 м – диаметр входного патрубка фильтра.

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата, Па:

ΔPк = = = 177,54 Па.

Полное гидравлическое сопротивление фильтра в целом:

ΔPф = ΔPп + ΔPк = 882,83 + 177,54 = 1060 Па.

  Техническая характеристика фильтра ФРКИ-30

                 

Полное гидравлическое сопротивление циклона и фильтра равно:

ΔP∑ = 1570 + 1060 = 2630 Па.

Концентрация пыли на выходе из фильтра:

 Z4 = Z3*(1 – η2) = 1,08*(1 – 0,99) = 0,0108 гр = 10,8 мг.

В нормально работающих рукавных фильтрах концентрация пыли на выходе из аппарата обычно не превышает 20 мг/м3. Полученное значение концентрации равное 10,8 мг/м3 соответствует нормальной работе фильтра.

 

4. По рассчитанному гидравлическому  сопротивлению системы аспирации  и расходу удаляемого воздуха  подобрать тягодутьевое устройство  для ГОУ.

Подберем тягодутьевое устройство для ГОУ:

Гидравлическое сопротивление системы аспирации:

ΔP∑ = 2630 Па;

Расход удаляемого воздуха:

V = 3000 м3/ч = 0,83 м3/c.

Выбираем вентилятор типа ВВД-11у;

ηв = 0,45;

n = 1450 об/мин;

Определим мощность электродвигателя вентилятора:

N = = = 5,3 кВт,

где ηв – КПД подобранного вентилятора;

ηм – КПД передачи (для клиноременной передачи принимается 0,92…0,95).

Принимаем электродвигатель типа 4А112М4У3 мощностью 5,5 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Составить паспорт газоочистной  установки ( в соответствии с     ПЭУ-99) с указанием все рассчитанных параметров работы и эскизом ГОУ.

          ПАСПОРТ

                                     установки очистки газа

1. Основные  данные оборудования ГОУ:

2. Аппарат очистки газа 

Грубая очистка:

а) Наименование, тип аппарата Центробежный аппарат циклон типа ЦН-11

Изготовитель аппарата НИИОГаз

б) Назначение аппарата и улавливаемые загрязняющие вещества _________

Предназначен для очистки воздуха (газов) от сухой неслипающейся неволокнистой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках при транспортировании сыпучих материалов (глинозем, известняк, пыль горных пород).

в) Основные технические параметры (показатели) работ аппарата (паспортные данные)

№ п/п	Наименование аппарата	Технические параметры (показатели)	Параметры	Допустимые отклонения
1	2	3	4	5
1	ЦН-11	Производительность  (по  воздуху), м3/час	3000
		Гидравлическое сопротивление, Па	1570
		Степень очистки газа, %	92,51

 

Тонкая очистка:

а) Наименование, тип аппарата Фильтр общего назначения ФРКИ-30, фильтрующий материал лавсан или войлоки из синтетических волокон.

Изготовитель аппарата НИИОГаз

б) Назначение аппарата и улавливаемые загрязняющие вещества _________

Предназначен для улавливания пылей средним диаметром частиц 2 мкм и более, не являющихся токсичными, пожаро- или взрывоопасными (глинозем, известняк, пыль горных пород).

в) Основные технические параметры (показатели) работ аппарата (паспортные данные)

№ п/п	Наименование аппарата	Технические параметры (показатели)	Параметры	Допустимые отклонения
1	2	3	4	5
1	ФРКИ-30	Производительность  (по  воздуху), м3/час	3000
		Гидравлическое сопротивление, Па	1060
		Степень очистки газа, %	99,9

 

3. Тягодутьевые  агрегаты, вентиляционные аппараты:

а) Тип, марка вентилятор типа ВВД-11у n = 1450 об/мин, электродвигатель типа 4А112М4У3 мощностью 5,5 кВт.

 

 

4. Показатели работы установки.

№ п/п	Наименование регламентируемого показателя3		Единица измерения	Регламентируемые показатели работы установки
				Проектные	Допустимые отклонения	Дата, факт. замеры
1	2		3	4	5	6	7	8
1.	Производительность  по воздуху		м3/ч	3000
2.	Температура газа        (воздуха)	На входе в ГОУ	о С	0
		На выходе	о С	44
3.	Давление газа (воздуха)	На входе в ГОУ	Па	101325
4.	Гидравлическое сопротивление		Па	2630
5.	Скорость входа воздуха в аппарат		м/сек	10
6.	Концентрация загрязняющих веществ в газе (воздухе)	На входе в ГОУ	г/м3	16,86
		На выходе	г/м3	0,0108
7.	Подсос (утечка) воздуха		%	–
8.	Допустимое содержание загрязняющих веществ в выбросах (ПДВ)		г/м3	1,67
9.	Коэффициент (степень) очистки газа		%	0,99