Пример расчета пылеосадочной камеры

Исходные данные

Рассчитать размеры пылеосадочной камеры для очистки 4500 м³ воздуха, загрязненного пылью, плотность частиц которой 700 кг/м³, а средний диаметр 2·10^-5 м. Температура уда­ляемого воздуха 20 °С.

Решение

По номограмме (см. рисунок 3) находим скорость вита­ния частиц пыли - v₄ = 0,8 м/с.

Приняв скорость движения воздуха в пылеосадочной камере v_B = 0,5 м/с, определяем площадь ее поперечного сечения

Задавая высоту камеры h = 2,5 м, найдем ее ширину

Минимальная длина камеры

 

Приняв l = 1,6 м, проверяем выполнение условия

Условие выполняется, следовательно, размеры пылеосадочной камеры определены правильно.

 

Расчет циклонов

Циклоны применяют в основном для улавливания из воздуха пылевых частиц II, III и IV групп дисперсности. Частицы пыли V группы в таких устройствах эффективно не улавливаются.

Циклон представляет собой полый цилиндр с конусной ниж­ней частью, внутри которого расположена выпускная труба. Запы­ленный воздух подается через входной патрубок, установленный тангенциально в верхней части циклона (рисунок 4).

Рисунок 4 - Циклон:

а-общий вид; б - схема работы; 1 – входной патрубок;

2 – конусная часть; 3 – выпускная труба

 

В циклонах отделение взвешенных частиц от воздуха происхо­дит за счет центробежной силы, действующей на частицы очищае­мого воздуха при его вращении и одновременном движении вниз, поэтому циклоны часто называют центробежными пылеотделителями.

Энергетические потери в циклоне характеризует коэффици­ент сопротивления ζ,представляющий собой отношение полных потерь давления в циклоне р_Цк динамическому давлению р_Дв ка­ком-либо его сечении (во входном патрубке или поперечном сече­нии корпуса)

Значение коэффициента ζ зависит от формы циклона.

Обычно в качестве объекта сравнения используют циклон серии ЦН-15, разработанный научно-исследовательским институтом очистки газа (НИИОГАЗ).

В этом циклоне угол наклона входного патрубка α =15°, коэффициент сопротивле­ния движению воздуха в поперечном сечении ζ _ПЛ = 160, коэффициент сопро­тивления движению на вхо­де ζ _ВХ = 7,6.

При наличии габаритных ограничений по высоте используют укоро­ченный циклон ЦН-15У с несколько меньшим коэф­фициентом очистки воз­духа.

Конструктивные разме­ры циклонов НИИОГАЗ серии ЦН-15 приведены на рисунке 5, а их значе­ния - в таблице 2.

Рисунок 5 - Конструктивные размеры циклонов НИИОГАЗ серии ЦН-15:

1 - циклон; 2-бункер; тип I - выпуск воздуха через улитку;

тип II -тоже, через трубу вверх; тип III – то же, отвод вбок

 

Таблица 2 - Конструктивные размеры циклонов НИИОГАЗ серии ЦН-15, мм

D

А

d

d1

d2

H

h1

h2

h3

h4

h5

a

b

b1

l

δ

Примечание: для D, d и d₁даны внутренние размеры.

 

Высокопроизводительный циклон ЦН-24 с углом наклона входного патрубка α = 24° применяют в качестве первой ступени очистки при значительной концентрации крупнодисперсной пыли в воздухе. Для улавливания мелких частиц диаметром (5...10)∙10 ^-6 м разработан циклон повышенной эффективности ЦН-11 с углом α = 11°.

Характеристики циклонов различных типов при одинаковой пропускной способности и сопротивлении 1000 Па даны в табли­це 3.

 

Таблица 3 - Основные характеристики циклонов НИИОГАЗ

Марка циклона	Коэффициент гидравлического сопротивления	Высота
ζПЛ	ζВХ	входного патрубка	выхлоп­ной трубы	цилинд­рической части	коничес­кой части	внешней части выхлоп­ной трубы	общая
ЦН-11		6,1	0,48D	1,56	2,06		0,3	4,36
ЦН-15у		8,2	0,66D	1,5	1,51	1,5	0,3	3,31
ЦН-24		10,9	1,11D	2,11	2,11	1,75	0,4	4,26

Примечание. Для всех циклонов внутренний диаметр выпускной трубы d = 0,590.

 

Внутренний диаметр D, на основе которого определяют другие конструктивные размеры циклонов, может быть выбран как по таблице 2, так и из следующего ряда значений, мм: 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

Методика расчета и подбора циклонов заключается в следую­щем.

Зная производительность циклона Q, м³/ч, и оптимальную скорость движения воздуха в поперечном сечении корпуса цикло­на W_C.ОПТ, м/с (таблица 4), вычисляют диаметр циклона

Таблица 4 - Расчетные параметры циклонов

Параметр	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-15у	ЦН-24	СКД-ЦН-33	СКД-ЦН-34
К	41,4	41,4	41,4	46,9	34,97	34,97
D50Ц, мкм	2,47	3,06	3,48	4,71	1,428	1,297
σц	0,3979	0,3979	0,3979	0,3979	0,4281	0,4155
σц2	0,158	0,158	0,158	0,158	0,183	0,1732
WЦ.ОПТ, м/с	3,5	3,5	3,5	4,5	2,5	2,5

 

Полученное значение D_Рокругляют до ближайшего из стандар­тного ряда.

Затем на основе принятого значения диаметра циклона Dнаходят его другие конструктивные параметры (см. таблицы 2 и 3) и рассчитывают действительную скорость движения запылен­ного воздуха в циклоне, м/с

Далее определяют фракционный коэффициент очистки цикло­нов, %

где Ф(х) - логарифмическая функция вероятностного распределения, определяе­мая в зависимости от параметра распределения хпо таблице 5.

Таблица 5 - Логарифмическая функция вероятностного распределения

х, х’	Ф(х) Ф(х’)	х, х’	Ф(х) Ф(х’)	х, х’	Ф(х) Ф(х’)	х, х’	Ф(х) Ф(х’)	х, х’	Ф(х) Ф(х’)
0,01	0,0080	0,44	0,3401	0,87	0,6157	1,30	0,8064	1,73	0,9164
0,02	0,0160	0,45	0,3473	0,88	0,6211	1,31	0,8098	1,74	0,9181
0,03	0,0239	0,46	0,3545	0,89	0,6265	1,32	0,8132	1,75	0,9199
0,04	0,0319	0,47	0,3616	0,90	0,6319	1,33	0,8163	1,76	0,9216
0,05	0,0399	0,48	0,3688	0,91	0,6372	1,34	0,8198	1,77	0,9233
0,06	0,0478	0,49	0,3759	0,92	0,6424	1,35	0,8230	1,78	0,9246
0,07	0,0558	0,50	0,3829	0,93	0,6475	1,36	0,8262	1,79	0,9263
0,08	0,0638	0,51	0,3899	0,94	0,6528	1,37	0,8293	1,80	0,9281
0,09	0,0717	0,52	0,3969	0,95	0,6579	1,38	0,8324	1,81	0,9297
0,10	0,0797	0,53	0,4039	0,96	0,6629	1,39	0,8355	1,82	0,9312
0,11	0,0876	0,54	0,4108	0,97	0,6680	1,40	0,8385	1,83	0,9328
0,12	0,0955	0,55	0,4177	0,98	0,6729	1,41	0,8415	1,84	0,9342
0,13	0,1034	0,56	0,4245	0,99	0,6778	1,42	0,8444	1,85	0,9357
0,14	0,1113	0,57	0,4313	1,00	0,6827	1,43	0,8475	1,86	0,9371
0,15	0,1192	0,58	0,4381	1,01	0,6875	1,44	0,8501	1,87	0,9385
0,16	0,1271	0,59	0,4448	1,02	0,6923	1,45	0,8529	1,88	0,9399
0,17	0,1350	0,60	0,4515	1,03	0,6970	1,46	0,8557	1,89	0,9412
0,18	0,1428	0,61	0,4581	1,04	0,7017	1,47	0,8584	1,90	0,9426
0,19	0,1507	0,62	0,4647	1,05	0,7063	1,48	0,8611	1,91	0,9439
0,20	0,1585	0,63	0,4713	1,06	0,7109	1,49	0,8638	1,92	0,9451
0,21	0,1663	0,64	0,4778	1,07	0,7154	1,50	0,8664	1,93	0,9464
0,22	0,1741	0,65	0,4843	1,08	0,7199	1,51	0,8690	1,94	0,9476
0,23	0,1819	0,66	0,4907	1,09	0,7243	1,52	0,8715	1,95	0,9488
0,24	0,1897	0,67	0,4971	1,10	0,7287	1,53	0,8740	1,96	0,9500
0,25	0,1974	0,68	0,5035	1,11	0,7330	1,54	0,8764	1,97	0,9512
0,26	0,2051	0,69	0,5098	1,12	0,7373	1,55	0,8789	1,98	0,9523
0,27	0,2128	0,70	0,5161	1,13	0,7415	1,56	0,8812	1,99	0,9534
0,28	0,2205	0,71	0,5223	1,14	0,7457	1,57	0,8836	2,00	0,9545
0,29	0,2282	0,72	0,5285	1,15	0,7499	1,58	0,8859	2,05	0,9596
0,30	0,2358	0,73	0,5346	1,16	0,7540	1,59	0,8882	2,10	0,9643
0,31	0,2434	0,74	0,5407	1,17	0,7580	1,60	0,8904	2,15	0,9684
0,32	0,2510	0,75	0,5467	1,18	0,7620	1,61	0,8926	2,20	0,9722
0,33	0,2586	0,76	0,5527	1,19	0,7660	1,62	0,8948	2,25	0,9756
0,34	0,2661	0,77	0,5587	1,20	0,7699	1,63	0,8969	2,30	0,9786
0,35	0,2737	0,78	0,5646	1,21	0,7737	1,64	0,8990	2,35	0,9812
0,36	0,2812	0,79	0,5705	1,22	0,7775	1,65	0,9011	2,40	0,9836
0,37	0,2886	0,80	0,5763	1,23	0,7813	1,66	0,9031	2,45	0,9857
0,38	0,2961	0,81	0,5821	1,24	0,7850	1,67	0,9051	2,50	0,9876
0,39	0,3035	0,82	0,5878	1,25	0,7887	1,68	0,9070	2,55	0,9892
0,40	0,3108	0,83	0,5935	1,26	0,7923	1,69	0,9090	2,60	0,9907
0,41	0,3182	0,84	0,5991	1,27	0,7959	1,70	0,9109	2,65	0,9920
0,42	0,3255	0,85	0,6047	1,28	0,7995	1,71	0,9127	2,70	0,9931
0,43	0,3328	0,86	0,6102	1,29	0,8029	1,72	0,9146

Величину хвычисляют по формуле

где d'-наибольший размер частиц фракций пыли, для которой определяют ко­эффициент очистки, мкм (таблица 6);

d_50u - диаметр частиц, которые в условном циклоне улавливаются на 50 %, мкм (см. таблицу 4);

К - коэффициент, значения которого зависят от типа циклона (см. таблица 4);

µ - динамическая вязкость воз­духа, Па∙с;

ρ_п - плотность частиц пыли, кг/м³ (см. таблицу 6);

σ_ЦП - характеристи­ка полидисперсности пыли или дисперсия.

 

Таблица 6 - Характеристика некоторых видов пыли

Наименование пыли, место ее образования	Плот­ность частиц пыли, кг/м3	Пара­метр d50,мкм	Дис­пер­сия σЦП	Размер частиц, мкм Суммарная масса частиц, %
Известняк: помол в шахт­ной мельнице				2,5 1,5	4,0 3,0	6,3 7,0	10	16	25	40
обжиг в известковой печи			-	4,0 1,5	6,3 3,1	10 7,5	16	25	40	-
сушка в сушильном ба­рабане		2,9	2,07	1,0 8,0	1,6	2,5	4,0	6,3	10	-
Смесь известняка, шлака и колошниковой пыли		4,5	-	1,6 6,0	2,5 17,5	4,0	6,3	10	-	-
Доломит, обжиг во вращающей­ся печи			-	2,5 5,0	4,0 8,0	6,3	10	16	25	40
Клинкер, обжиг во вращающейся печи		2,8	2,3	1,0	1,6	2,5	4,0	6,3	10	-
Пыль асфальтобетонного завода, сушка продукта в барабане			-	1,6 2,3	2,5 4,0	4,0 7,5	6,3 12,4	10	16	25
Доменный шлак, сушка в бараба­не цементного цеха		17,5	3,5	1,6 4,0	2,5 8,0	4,0	6,3	10	16	25

 

Общая эффективность пылеулавливания, %

Значения функции Ф(х) определяют по таблице 5.

Величину х'находят по формуле

где d₅₀ - медиана распределения (диаметр частиц, при котором суммарная масса всех частиц, имеющих размер менее d₅₀, составляет 50 % массы всей пыли);

d₁₆ -диаметр частиц улавливаемой пыли, при котором суммарная масса всех частиц диаметром менее d₁₆составляет 16 % массы всей пыли.

Параметры d₅₀и d₁₆ принимают по таблице 6.

Если очистка воздуха от пыли производится в нескольких пос­ледовательно установленных циклонах, то процесс очистки дол­жен начинаться в циклоне большего диаметра, так как с уменьше­нием диаметра коэффициент очистки циклонов возрастает. При этом общий коэффициент очистки

где η₁…η_n - коэффициенты очистки соответственно первого, второго и n-го циклонов в процентах.

Сопротивление циклона, Па

где ρ_t - плотность очищаемого воздуха при конкретной заданной температуре t, которую можно определить по формуле: ρ_t = 353/(273 + t).

Сопротивление циклона можно также рассчитать по формуле

где q_c- секундный расход воздуха через циклон, м³/с;

D -диаметр корпуса цик­лона, м.

 

Пример расчета циклона

Исходные данные

Система аспирации шахтной мельницы удаляет 2450 м³/ч воздуха, имеющего температуру 20°С и загрязненного пылью известняка. Рассчитать параметры циклона серии ЦН-15, обеспечивающего очистку воздуха от пыли.

Решение

Зная производительность циклона Q, м³/ч,и опти­мальную скорость движения воздуха в поперечном сечении цик­лона Wц.опт = 3,5 м/с (см. таблицу 4), вычисляем диаметр циклона

Принимаем диаметр циклона D = 500мм (см. таблицу 2). Тогда действительная скорость движения воздуха в циклоне

Вычисляем величину х по формуле

где d'= 40 мкм - наибольший диаметр частиц фракций пыли известняка (см. таблицу 6);

d_50Ц = 3,06мкм и К=41,4 - приняты по таблице 4;

μ = 1,81·10^-5 Па·с - динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С;

ρ_п = 2706 кг/м³ и σ_ЦП= 2 по таблице 6.

Фракционный коэффициент очистки выбранного циклона

где Ф(х) = 0,3829 при х = 0,5 (см. таблицу 5).

Рассчитываем величину х'

где d₅₀ = 25 мкм, d₁₆ = 10,86 мкм.

Общая эффективность пылеулавливания

где Ф(х') =0,6875 при х' = 1,01 (см. таблицу 5).

Сопротивление циклона

где ζ_ПЛ = 160 - коэффициент сопротивления циклона серии ЦН-15;

ρ₂₀ - плот­ность очищаемого воздуха при температуре 20°С: ρ_t = 353/(273 +t) = 353/(273 + 20) = 1,205 кг/м³.

 

Расчет рукавных фильтров

В рукавных фильтрах очистка воздуха от пыли происходит в процессе его фильтрации через ткань, сшитую в виде отдельных рукавов и встроенную в герметичный корпус фильтра (рисунок 6, а ).

Рисунок 6 - Фильтры:

а- рукавный самовстряхиваюшийся: 1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – фильтрующий рукав; 4 – клапанная коробка; 5 – пылесборник; 6 – выпускной клапан; 7 – встряхивающее устройство; 8 – клапан; 9 – шнек;

б – ячейковый масляный фильтр ФяР системы «Река»:

1 - коробка; 2 - гофрированная сетка

 

Рукавные фильтры любой конструкции представляют собой разборный шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции. В каждой секции размещены фильтрующие рукава ци­линдрической формы, выполненные в виде обтянутого специ­альной тканью металлического каркаса. Рукава периодически очищаются от осаждающейся на них пыли в результате встряхи­вания их с помощью специального механизма и обратной про­дувки воздуха, которая осуществляется после перестановки кла­пана в коробке.

Рукавные фильтры бывают всасывающего и напорного типов. Рукава изготавливают из плотных тканей (хлопчатобумажных, капрона, лавсана и др.), чаще всего с начесом. Накапливающаяся на них пыль повышает эффективность очистки, являясь дополни­тельным фильтрующим слоем.

Эффективность очистки воздуха от пыли у рукавных фильтров составляет 98% и выше, однако они очень громоздки и создают довольно большое сопротивление проходу воздуха - до 1000 Па.

Основные параметры рукавных фильтров, выпускаемых про­мышленностью, указаны в таблице 7.

Таблица 7 - Технические характеристики рукавных фильтров

Марка фильтра	Площадь поверхности фильтрации, м2	Число элементов	Диаметр рукава, мм	Длина рукава, мм	Масса фильтра, кг
общая	рабочая	секций	рукавов в секции	рукавов в фильтре
ФВК-30
ФВК-60
ФВК-90
ФРМ1-6
ФРМ1-8
ФРМ1-9
ФВВ-45
ФВВ-60
ФВВ-90
ФТНС-4
ФТНС-8
ФТНС-12

 

При невысоких концентрациях пыли (200...5000 мг/м³) в очи­щаемом воздухе рукавные фильтры - единственная ступень очис­тки, а при высоких концентрациях (более 5000 мг/м³) перед ними устанавливают циклоны.

Рукавные фильтры рассчитывают в следующем порядке.

Сна­чала вычисляют необходимую площадь фильтрации, м²

где Q -расход очищаемого воздуха, м³/ч;

q_В - удельная воздушная нагрузка, м³/(м²·ч), при отсутствии данных можно принять q_B= 50 м³/(м²·ч).

Затем определяют требуемое число рукавных фильтров

где S₁ -суммарная площадь ткани рукавов в одном фильтре, м²(см. таблицу 7).

Фактическую воздушную нагрузку на ткань, м³/(м²·ч), рассчи­тывают по формуле

Рукавный фильтр с определенными расчетом параметрами дол­жен обеспечить эффективность очистки воздуха от пыли не ниже 98%.

Расчет ячейковых фильтров

Унифицированные ячейковые фильтры конструктивно выпол­нены в виде металлического коробчатого корпуса (см. рисунок 6.б), в который вставляют 12 гофрированных сеток, выполненных из различных фильтрующих материалов: металла (фильтры ФяР), винипласта (фильтры ФяВ), ультратонкого стекловолокна (фильт­ры ФяУ) или модифицированного пенополиуретана (фильтры ФяП). Перед установкой сетки смачивают маслом.

Ячейковые фильтры всех видов изготавливают прямоугольной формы с размерами сторон, кратными 250 мм. Глубина ячеек определяется требованиями к эффективности очистки и сопротивле­нию устройства. Ячейковые фильтры обычно собирают в панель, через которую пропускают запыленный воздух. При загрязнении фильтров до предельной величины фильтрующий материал либо заменяют новым (в фильтрах ФяУ), либо регенерируют, промы­вая их горячей водой, горячим содовым раствором, продувая па­ром и т. п.

Ячейковые фильтры обладают небольшой пылеемкостью, по­этому их применяют для очистки при невысокой концентрации пыли (до 10мг/м³) обычно в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Эффективность пылеулавливания фильтров на атмосферной пыли достигает 80%, а сопротивление составляет 40...60 Па, хотя по мере накопления пыли в фильтре оно может возрастать до 300 Па.

Основные параметры ячейковых фильтров указаны в таблице 8.

Таблица 8 - Технические данные ячейковых фильтров

Марка фильтра	Заполнитель	Начальное/конеч-ное сопротив­ление, Па	Удельная пылеемкость, г/м2	Масса, кг
ФяР	Гофрированные металлические сетки	40/300		7,9
ФяВ	Гофрированные винипластовые сетки	50/300
ФяУ	Ультратонкое стекловолокно	40/300
ФяП	Модифицированный пенополиуретан	60/300		3,3

Примечание.

Для всех фильтров:

- размеры 514 х 514 х 55 мм;

- площадь ра­бочего сечения 0,22 м²;

- пропускная способность 1540 м³/ч при удельной воздуш­ной нагрузке 7000 м³/(м²·ч); эффективность очистки до 80 %.

 

В начале расчета ячейковых фильтров определяют допустимую концентрацию пыли в приточном воздухе, мг/м³

где с_ПДК - предельно допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны, мг/м³.

Далее рассчитывают требуемую эффективность очистки возду­ха от пыли, %, по формуле

где с₀ - концентрация пыли в очищаемом воздухе, мг/м³.

Затем подбирают по каталогу ячейковый фильтр, обеспечиваю­щий требуемую степень очистки воздуха.

Зная пропускную спо­собность одного фильтра, подсчитывают необходимое число фильтров

где Q -расход очищаемого воздуха, м³/ч;

q - пропускная способность (воздуш­ная загрузка) одного ячейкового фильтра, м³/ч.

Суммарная площадь фильтрующей поверхности, м²

где а, b -размеры поперечного сечения фильтра, м.

Суммарная пылеемкость фильтров, г

где р - удельная пылеемкость фильтра, г/м².

Продолжительность эксплуатации фильтров без замены или регенерации фильтрующего материала, ч

Если продолжительность эксплуатации фильтров оказывается неудовлетворительной, то ее увеличивают, устанавливая большее число ячейковых фильтров.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: