Расчет и выбор циклона для улавливания пыли отходящих газов

      Наиболее  удобным из графических представлений распределения частиц по размерам является – в виде интегральных функций распределения или , каждая точка которых показывает относительное содержание частиц с размерами больше или меньше заданного (рис. 4).

      

      

 

Рис. 4. Графическое изображение  дисперсного состава  пыли в линейном масштабе

координат 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Определение медианного  диаметра 

     Для определения медианного диаметра необходимо построить интегральную функцию распределения частиц по размерам в ВЛСК по данным дисперсного состава пыли, приведенным ниже (рис. 5). 

Рис. 5. Интегральная функция  распределения частиц по размерам в ВЛСК

     Построив  по результатам дисперсного анализа  интегральную функцию распределения  частиц по размерам в ВЛСК, можно (если получившийся график имеет вид прямой линии, свидетельствующей о логарифмически нормальном характере изучаемого распределения), выразить это распределение через медианный диаметр d_m  и среднее квадратичное отклонение в функции данного распределения lg s_ч.

     Медианный диаметр d_m определяется из условия, что масса частиц более крупных и более мелких, чем d_m, составляет по 50%, т.е. искомое значение в ВЛСК определяется пересечением построенного графика с осью абсцисс D = 50%, что соответствует d_m =  36 мкм.

      Среднее квадратичное отклонение характеризует диапазон размеров частиц (чем меньше s_ч, тем однороднее пыль по дисперсному составу) и определяется по формуле

, 

      где , – диаметры частиц, найденные из условия, что масса всех частиц, соответственно меньших , составляет 50; 15,9% от общей массы пыли.

     В правом верхнем углу рис. 5 нанесена номограмма для графического определения значения lgs_ч, который определяется по соответствию наклона интегральной функции распределения частиц по размерам наклону линий на номограмме. В данном случае  lgs_ч = 0,43.

      Определенный  по номограмме d_15,9 = 13,5, таким образом, s_ч = 36/13,5 = 2,67, соответственно lg s_ч = lg2,67 = 0,43. 
 
 
 
 

3. Требования к очистке  воздуха, выбрасываемого в атмосферу 

     С целью защиты атмосферы выбросы вентиляционных систем должны очищаться с максимально возможной по технико-экономическим условиям эффективностью улавливания, т.е. концентрация аэрозолей (С_к) в воздухе, прошедшем очистку, не должна превышать величины  

,мг/м³, 

где – объем выброса, тыс. м³/ч;

        – коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК аэрозолей в воздухе рабочей зоны производственных помещений согласно табл. 4.

     Эффективность улавливания – это значение степени  очистки, которая определяется по следующим  формулам:

     

, %

     или

     

, %

     где G₁ – масса, задержанной в пылеулавливателе пыли;

     G₂ – масса пыли в воздухе, поступающем в пылеуловитель для очистки;

     С_н – концентрация пыли в воздухе, поступающем на очистку, мг/м³;

     С_к – конечная концентрация пыли в воздухе прошедшем очистку.

     На  практике под эффективным улавливанием понимается такое улавливание, при  котором эффективность > 95% (т.е. близка к 100 %), а конечная концентрация С_к не превышает ПДК. 
 
 
 

Таблица 4 

Значения  коэффициента k в зависимости от величины ПДК

 

k_сажа = 0,8

L = 17,64 м³/ч

Определим допустимую концентрацию пыли в воздухе:  

С_сажа = (160 – 4 ∙ 17,64) ∙ 0,8 = 71,55 мг/м³ 

Определим эффективность улавливания:

, %

        = 3000 мг/м³

        = 71,55 мг/м³

     Указанные значения были получены в курсовой работе по дисциплине «Промышленная экология» на тему «Инвентаризация источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельной». 

Е = (3000 – 71,55)/3000 ∙ 100% = 97,6% 
 
 
 
 
 
 

 

4. Выбор и расчет  пылеуловителей 

     Основной  задачей проектирования является удовлетворение требований по эффективности очистки  выбросов по остаточной концентрации (С_к) с наименьшими затратами, обеспечение надежности работы пылеуловителей и удобство их эксплуатации.

     Определив группу пыли по её дисперсности, выбираем класс пылеуловителя, необходимый  для достижения требуемой эффективности  пылеулавливания.

     Для очистки от выбросов от выбросов III группы по второй ступени выбираем одиночный циклон типа СКЦН-34. Для первой ступени – ЦН-11.

     Эффективность улавливания пыли в циклонах повышается с уменьшением диаметра корпуса, но при этом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею.

     Коэффициент пылеулавливания батареи циклонов составляет 0,76-0,85 и несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с).

     При выборе типа пылеуловителя учитывают следующие показатели:

     - степень пылеулавливания, равную  отношению количества пыли, задержанной пылеуловителем, к количеству пыли, содержащейся в воздухе при его поступлении в пылеуловитель;

     - сопротивление пылеуловителя, от  которого зависит экономичность процесса пылеулавливания;

     - габаритные размеры и масса  пылеуловителя, надежность и простота  его обслуживания.

     Циклоны рекомендуется использовать для  предварительной очистки газов  и устанавливать перед высокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами) очистки.

     

     

     Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и

бункер. Газ поступает в верхнюю часть  корпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу.

     В зависимости от производительности циклоны можно устанавливать  по одному (одиночные циклоны) или объединять в группы из двух, четырех, шести или восьми циклонов (групповые циклоны).

     Существуют  батарейные циклоны. Конструктивной особенностью последних является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.1 Расчет диаметра циклона ЦН-11

 

 Диаметр  циклона рассчитывается по формуле 

                                                 ;                                                где D – внутренний диаметр циклона, мм;

         Q – количество очищаемого газа при рабочих условиях, м³/с;

          W_опт – оптимальная скорость очищаемого газа, м/с. 

Q = 4,9 м³/с; W_опт = 3,5 м/с.

D = (4 ∙ 4,9/(3,14 ∙ 3,5))^0,5 = 1,335 м = 1335 мм.

     Полученное  значение диаметра округляем до ближайшего к расчетному значению внутреннего диаметра циклона согласно параметрического ряда внутренних диаметров циклонов, принятого в России.

     Таким образом, получаем D = 1400 мм. 

Расчет  конструктивных данных циклона ЦН-11

  

     По  диаметру циклона рассчитываем значения всех конструктивных параметров выбранного циклона.

     Действительную  скорость движения очищаемого газа в  циклоне в соответствии с выбранным его диаметром находим по формуле

                                                   ,                                                                                                         

     где n – число параллельно подключенных циклонов;

            D – внутренний диаметр циклона, мм;

                Q – количество очищаемого газа при рабочих условиях, м³/с;

                W – действительная скорость очищаемого газа, м/с.

     Действительная  скорость не должна отличаться от оптимальной  более чем на 15%.

W = 4 ∙ 4,9/(3,14 ∙ 1 ∙ 1,4 ²) = 3,18 м/с.

     По  рассчитанным данным определяем величину потерь давления в циклоне:

                                                     ,

где – потери давления в циклоне, Па;

К₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона;

К₂ – поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 7);

 – коэффициент сопротивления  одиночного циклона  мм,