Аспирация и очистка газовых потоков гидромеханическими методами

Содержание

Введение

1. Определение необходимой эффективности пылеулавливающей установки

2. Подбор аппарата первой ступени на ЭВМ

3. Определение необходимой эффективности второй ступени очистки

4. Выбор и расчет аппарата второй ступени очистки

Список литературы

Введение

В системах воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для очистки от пыли применяются устройства, называемые пылеуловителями. В данной работе используются инерционные пылеуловители, они основаны на принципе выделения пыли из воздушного потока под действием центробежной силы. И используются для очистки воздуха от пыли 2-ой группы дисперсности с размером эффективно улавливаемых частиц более 7 мкм.

По сравнению с другими сухими пылеуловителями преимущество данного типа состоит в том, что они имеют более простую конструкцию, обладая большой пропускной способностью, просты в эксплуатации.

Для обеспечения нормальной работы циклона применяют герметичные бункера. В работе рассчитана пылеулавливающая установка двухступенчатой очистки. При расчете циклона 1-ой ступени очистки - ЦН-15 определяем его диаметр, гидравлическое сопротивление, коэффициент очистки и общие размеры. Аппаратом 2-ой ступени очистки является мокрый инерционный пылеуловитель - скруббер Вентури. В зависимости от гидравлического сопротивления скруббера Вентури подразделяется на низконапорные с Р<5кПа и высоконапорные с Р>5кПа.

Работа скруббера Вентури основана на дробление воды турбулентным газовым потоком, в захвате частиц пыли каплями воды с последующей их коагуляцией и осаждением в каплеуловителе инерционного действия. В данной работе в качестве каплеуловителя принят прямоточный циклон ЦН-15.

аспирация очистка газовый поток

1. Определение необходимой эффективности пылеулавливающей установки

Исходные данные:

·   начальная запыленность воздуха С_Н=70 г/м³.

·   допустимая конечная концентрация пыли в выбрасываемом воздухе С_К=90 мг/м³.

Расчет:

·   необходимая эффективность:

·   предварительный выбор производится исходя из необходимой эффективности пылеуловителя.

В качестве аппарата 1-ой ступени очистки применяют пылеуловитель 3-го класса - циклон ЦН-11, улавливающий пыль 2-го класса дисперсности с эффективностью 99,9% - пыль размером более 4 мкм.

В качестве аппарата 2-ой ступени очистки применяют мокрый пылеуловитель типа скруббера Вентури.

1.      Выбор циклона ЦН-11. Определение его гидравлического сопротивления и эффективности.

Исходные данные:

·   расход газа при н. у. L₀=6600 м³/ч;

·   плотность газа при температуре t=50⁰C, r₀=1,29кг/м³;

·   барометрическое давление P_Б=101,3 кПа;

·   средний размер пыли d=7мкм;

·   плотность пыли r_n=2500кг/м³;

·   разряжение в циклоне P_Ц=800Па;

начальная концентрация пыли Сн=70г/м3;

Расчет:

1. Определить плотность газа при нормальных условиях:

1. Расход газа при рабочих условиях:

1. Определить диаметр циклона при оптимальной скорости для ЦН-11, n_ОПТ=3,5м/с:

Принимаем ближайший стандартный диаметр Д=900 мм.

1. Определяем действительную скорость:

Действительная скорость должна отличаться от оптимальной скорости не более 15%.  отличается от n_ОПТ=3,5м/с на 1,2%.

1. Коэффициент местного сопротивления циклона:

x=К₁*К₂*x₅₀₀+К₃, где

К₁-поправочный коэффициент на диаметр циклона, К₁=1.

К₂-коэффициент на влияние запылённости, К₂=0,915.

К₃-коэффициент учитывающий количество циклонов, К₃=28.

x₅₀₀ - коэффициент сопротивления стандартного циклона с диаметром 900 мм., x₅₀₀=235 (для ЦН-11).

x=1*0,915*235+28=243,03

2. Определить гидравлическое сопротивление циклона:

Размер частиц d₅₀, улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50%:

n_Т=3,5 м/с; d₅₀^Т=3,65мкм; m_Т=22,2*10-⁶ нс/м²; Д_Т=600мм; r_П^Т=1930 кг/м³.

;

1. Среднеквадратичное отклонение:

 где

d_84,1-абсцисса точек, ордината которых имеет значение 84,1%, определяются по распределению пыли по размерам: d_84,1=17мкм.

1. Определить функцию нормального распределения:

1. По значению c=0,3 определить значение нормальной функции Ф (х) =0,6331

2. Находим эффективность циклона:

Е₁=50 [1+Ф (х)] =50 [1+0,6331] = 79,23 %.

Расчёт графаналитическим методом:

КПД очистки аппарата:

Пользуясь рисунком методички определяем КПД циклона, ή=0,82.

С2=90-90*0,82= 16,2 г/м³.

2. Подбор аппарата первой ступени на ЭВМ

Исходные данные:

         Расход очищаемого газа или воздуха, 6600 м³/ч;

-        Количество циклонов в группе, 1 шт;

         Плотность газов при нормальных условиях, 1,29кг/м³;

         Температура газового потока перед очисткой, 50°С;

         Концентрация пыли или летучей золы на входе, 70 г/м³;

         Средний (медианный) размер частиц пыли, 7 мкм;

         Степень полидисперсности частиц пыли 0,35;

         Плотность частиц пыли или золы, 2500 кг/м³;

         Динамическая вязкость газового потока, 1,96*10^-6 Па*с;

         Коэффициент увеличения цен на промышленную продукцию по отношению к 1989 г., (98);

         Стоимость электроэнергии, 2,5руб. / (кВт*ч);

         Период работы пылеуловителя, 4320 ч/г.

Полученные характеристики циклонов и газового потока:

         Число циклонов в группе, 1 шт;

-        Диаметр циклонов, 0,6 м;

         Степень очистки, 84,2 %;

         Остаточная концентрация пыли или золы в газовом потоке, 11,06 г/м³;

         Скорость газового потока в циклоне, % 3,54 м/с;

         Коэффициент местного сопротивления газоочистной установки 228,45;

         Потери давления в газоочистной установке, % 1207,62 Па;

         Стоимость газоочистной установки, 32,78 тыс. руб.;

         Стоимость затрат на электроэнергию, % 12,28 тыс. руб. /г.;

         Приведенные затраты на газоочистку,% 18,83 тыс. руб. /г.;

         Установочная электромощность газоочистной установки, % 1,42 кВт;

         Годовой расход электроэнергии на газоочистку, % 6137, 56 кВт/г.;

Габаритные характеристики одного циклона:

         Высота цилиндрической части циклона 1,24 м;

-        Высота конической части циклона 1,2 м;

         Высота выхлопной трубы циклона 0,94 м;

         Внутренний диаметр выхлопной трубы 0,35 м;

         Диаметр бункера для сбора пыли 0,9 м;

         Высота цилиндрической части бункера, 0,48 м.

. Определение необходимой эффективности второй ступени очистки

·   необходимая эффективность Е _1,2=99,1 %.

·   эффективность 1-ой ступени Е ₁=84,2 %.

4. Выбор и расчет аппарата второй ступени очистки

Рассчитать скруббер Вентури для очистки отходящих газов электропечи:

Исходные данные:

расход газа L₀=6600 м³/ч

·   температура газа t₁=50⁰C

·   барометрическое давление P_б=101,3 кПа

·   разряжение в циклоне P_ц=800 Па

·   плотность газа r₀=1,29 кг/м³

·   напор воды на орошение P_ж=300 кПа

·   необходимая концентрация пыли на выходе С_к=90 мг/м³

·   t_ж=20⁰C

Расчет:

Простейший скруббер Вентури состоит из трубы Вентури и каплеуловителя - прямоточного циклона ЦН-11.

Труба включает: конфузор, горловину и диффузор.

1. Расчет проводится по энергетическому методу, т.е. эффективность работы пылеуловителя определяется затратами энергии на процесс очистки:

1. Удельная энергия, затрачиваемая на процесс пылеуловителя:

,

где

В и c - константы зависящие от физико-химических свойств пыли и дисперсного состава пыли, пыль при выплавки силикомарганца В=6,9×10^-3, c=0,67;

К_Т - удельная энергия.

кДж/1000м³

1. Определяем общее гидравлическое сопротивление скруббера:

, где

m - удельный расход воды на орошение для трубы с центральным орошением 0,0004¸0,0017, m=0,0017кг/м³

.

1. Плотность газов на входе в трубу Вентури при рабочих условиях:

1. Объемный расход газа в трубе при рабочих условиях:

1. Расход орошаемой воды:

1. Температура газа на выходе из скруббера:

1. Объемный расход газов на выходе из трубы:

1. Размеры циклона - каплеуловителя:

W_ц - скорость воздуха в циклоне от 2,5¸4,5 м/с

1. Гидравлическое сопротивление циклона:

1. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури:

1. Коэффициент сопротивления, обуславливается вводом орошающей жидкости. Для трубы с центральным орошением:

 где

x_с - К. М.С. сухой трубы 0,12¸0,15

М_r - расход газа:

r_ж - плотность воды, 1000 кг/м³

1. Определить необходимую скорость газа в горловине:

1. Определить геометрические размеры трубы Вентури:

-        диаметр горловины:

-        длина горловины:

-        угол сужения горловины:

a₁ - угол сужения конфузора, 15⁰¸28⁰

-        диаметр входного отверстия конфузора:

-        длина конфузора:

v_{вх -} скорость воздуха во входном патрубке, 15-20м/с

-        диаметр входного отверстия диффузора:

v_{вых -} скорость выхода воздуха из диффузора, 16-18 м/с

-        Угол расширения диффузора:

a₂=6⁰¸8⁰

         длина диффузора:

Список литературы

1. Биргер М.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков; под общ. ред.А. А. Русланова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.

. Старк С.Б. "Пылеулавливание и очистка газов в металлургии". М.: Стройиздат, 1977-328 с.

. Справочник проектировщика "Вентиляция и кондиционирование воздуха". Издание 3, часть 2. Стороверов и т.д. - М.: Стройиздат, 1978 - 512 с.