Введение
Местная вытяжная вентиляция играет наиболее активную роль в комплексеинженерных средств нормализации санитарно-гигиенических условий труда впроизводственных помещениях. На предприятиях, связанных с переработкой сыпучихматериалов, эту роль выполняют аспирационные системы (АС), обеспечивающиелокализацию пыли в местах её образования. Общеобменная вентиляция до настоящеговремени играла вспомогательную роль – обеспечивала компенсацию воздуха,удаляемого АС. Исследованиями кафедры МОПЭ БелГТАСМ показано, что общеобменнаявентиляция является составной частью комплекса систем обеспыливания (аспирация,системы борьбы с вторичным пылеобразованием – гидросмыв или сухая вакуумнаяпылеуборка, общеобменная вентиляция).
Несмотря на длительную историю развития, аспирация получилафундаментальную научно–техническую основу лишь в последние десятилетия. Этомуспособствовало развитие вентиляторостроения и совершенствование техники очисткивоздуха от пыли. Росла и потребность аспирации со стороны быстро развивающихсяотраслей металлургической строительной индустрии. Возник ряд научных школнаправленных на решение возникающих экологических проблем. В области аспирациистали известными уральская (Бутиков С.Е. [1], Гервасьев A.M. [2], Глушков Л.А.[3], Камышенко М.Т. [4], Олифер В.Д. [5] и др.), криворожская (Афанасьев И.И.[6], Бошняков Е.Н. [7], Нейков О.Д. [8…10], Логачев И.Н. [9…12], Минко В.А.[11, 13,…, 15], Серенко А.С. [16, 17], Шелекетин A.В. [17, 18] иамериканская (Хемеон В. [19], Принг Р. [20]) школы, создавшиесовременные основы конструирования и методики расчета локализаций пылевыделенийс помощью аспирации. Разработанные на их основе технические решения в областипроектирования систем аспирации закреплены в ряде нормативных [21…24] инаучно–методических материалов [25…28].
Настоящие методические материалы обобщают накопленные знания в областипроектирования аспирационных систем и систем централизованной вакуумнойпылеуборки (ЦПУ). Применение последних расширяется особенно в производстве, гдегидросмыв недопустим по технологическим и строительным соображениям.Предназначенные для подготовки инженеров–экологов методические материалы дополняюткурс «Промышленная вентиляция» и предусматривают развитие практических навыкову студентов старших курсов специальности 17.05.09. Эти материалы нацелены нато, чтобы студенты умели:
- определить необходимую производительность местных отсосовАС и насадков ЦПУ;
- выбрать рациональные и надёжные системы трубопроводов сминимальными потерями энергии;
- рассчитать пылевую нагрузку и выбрать эффективные системыочистки запыленного воздуха;
- определить необходимую мощность аспирационной установки ивыбрать соответствующие тягодутьевые средства
- и знали:
- физическую основу расчета производительности местныхотсосов АС;
- принципиальное отличие гидравлического расчета систем ЦПУ исети воздуховодов АС;
- конструктивное оформление укрытий перегрузочных узлов инасадков ЦПУ;
- принципы обеспечения надежности работы АС и ЦПУ;
- принципы подбора вентилятора и особенности его работы наконкретную систему трубопроводов.
Методические указания ориентированы на решение двух практических задач:«Расчет и выбор аспирационного оборудования (практическое задание №1), «Расчети выбор оборудования вакуумной системы уборки пыли и просыпи (практическоезадание №2)».
Апробация этих задач осуществлена в осеннем семестре 1994 года напрактических занятиях групп АГ-41 и АГ-42, студентам которых составителивыражают признательность за выявленные ими неточности и техническиепогрешности. Внимательное изучение материалов студентами Титовым В.А., Сероштаном Г.Н.,Ереминой Г.В. дали нам основание внести изменения в содержание и редакциюметодических указаний.
1. Расчет ивыбор аспирационного оборудования
Цель работы:определение необходимой производительности аспирационной установки,обслуживающей систему аспирационных укрытий мест загрузки ленточных конвейеров,выбор системы воздуховодов, пылеуловителя и вентилятора.
Заданиевключает:
А. Расчет производительности местных отсосов (объемов аспирации).
Б. Расчет дисперсного состава и концентрации пыли в аспирируемомвоздухе.
В. Выбор пылеуловителя.
Г. Гидравлический расчет аспирационной системы.
Д. Выбор вентилятора и электродвигателя к нему.
Исходныеданные
(Численные значения исходных величин определяются номером варианта N. Вскобках указаны значения для варианта N = 25).
1. Расход транспортируемого материала
Gм=143,5 – 4,3/>N, (Gм=36 кг/с)
2. Плотность частиц сыпучего материала
/>=2700+ 40/>N, (/>=3700 кг/м3).
3. Исходная влажность материала
/>= 4,5– 0,1/> N, (/>%)
4. Геометрические параметры перегрузочного желоба, (рис 1):
h1=0,5+0,02/>N, (/>)
h2=1+0,02/>N, />
h3=1–0,02/>N, />
5. Типы укрытий места загрузки ленточного конвейера:
0 – укрытия с одинарными стенками (для четных N),
Д – укрытия с двойными стенками (для нечетных N),
Ширина ленты конвейера B, мм;
1200 (для N=1…5); 1000 (для N= 6…10); 800 (для N= 11…15),
650 (для N = 16…20); 500 (для N= 21…26).
Sж – площадь поперечного сеченияжелоба.
/>
Рис. 1. Аспирация перегрузочного узла: 1 – верхний конвейер; 2 –верхнее укрытие; 3 – перегрузочный желоб; 4 – нижнее укрытие; 5 – аспирационнаяворонка; 6 – боковые наружные стенки; 7 – боковые внутренние стенки; 8 –жесткая внутренняя перегородка; 9 – лента конвейера; 10 – торцовые наружныестенки; 11 – торцовая внутренняя стенка; 12 – нижний конвейер
Таблица 1. Геометрические размеры нижнего укрытия, мШирина ленты конвейера В, м
L0 b H L c
b1 h 0,50 1,5 0,60 0,40 0,60 0,25 0,40 0,12 0,65 1,9 0,80 0,50 0,80 0,30 0,50 0,16 0,80 2,2 0,95 0,60 0,95 0,35 0,60 0,20 1,00 2,7 1,20 0,75 1,2 0,40 0,75 0,25 1,20 3,3 1,40 0,90 1,45 0,45 0,90 0,30
/>/>/>/>/>/>/>/>Таблица 2. Гранулометрическийсостав транспортируемого материалаНомер j фракции, j=1 j=2 j=3 j=4 j=5 j=6 j=7 j=8 j=9 Размер отверстий смежных сит, мм
20
10 10 5 5 2,5 2,5 1,25 ' 1,25 0,63 0,63 0,4
0,4
0,2
0,2
0,1 0,1 0
Средний диаметр фракции dj, мм 15 7,5 3,75 1,88. 0,99 0,515 0,3 0,15 0,05
* z =100/>(1 – 0,15 />).
При N =25
mj, % 2 31 25 24 8 2 3 3 2
mj dj ** 30 232,5 93,75 45,12. 7,92 1,03 0,9 0,45 0,1 Интегральная сумма mj 100 98 67 42 18 10 8 5 2
Таблица 3. Длина участков аспирационной сетиДлина участков аспирационной сети Схема 1 Схема 2 для нечетных N для N=25, м для четных N
l1
22,5–0,5/>N 10
19–0,4/>N
l2
17,5–0,5/>N 5
14–0,4/>N
l3
14–0,4/>N 4
13–0,4/>N
l4
18–0,4/>N 8
15–0,4/>N
l5
25–0,4/>N 15
20–0,4/>N
l6
18–0,4/>N 8
22–0,4/>N
l7
16–0,4/>N 6
16–0,4/>N
l8
25–0,4/>N 15
14–0,4/>N
l9
13–0,4/>N 3
17–0,4/>N
/>
Рис. 2. Аксонометрические схемы аспирационной системыперегрузочных узлов: 1 – перегрузочный узел; 2 – аспирационные патрубки(местные отсосы); 3 – пылеуловитель (циклон); 4 – вентилятор
/>2. Расчетпроизводительности местных отсосов
В основу расчета необходимого объема воздуха, удаляемого из укрытия,положено уравнение воздушного баланса:
/> (1)
Расход воздуха, поступающего в укрытие через неплотность (Qн;м3/с), зависит от площади неплотностей (Fн, м2)и оптимальной величины разрежения в укрытии (Ру, Па):
/> (2)
где /> – плотность окружающеговоздуха (при t0=20 °С; /> =1,213кг/м3).
Для укрытия места загрузки конвейера неплотности сосредоточены в зонеконтакта наружных стенок с движущейся лентой конвейера (см. рис. 1):
/> (3)
/>где: П – периметрукрытия в плане, м; L0– длина укрытия, м; b – ширина укрытия, м; />–высота условной щели в зоне контакта, м.
Таблица 4. Величина разрежения в укрытии (Ру) иширина щели (/>)Вид транспортируемого материала
Медианный диаметр />, мм Укрытие типа «0» Укрытие типа «Д»
Ру, Па
/>, м
Ру, Па
/>, м Кусковый
/> 11 0,03 7 0,03 Зернистый
/> 9 0,015 6 0,015 Порошкообразный
dм – – 5 0,015
Расход воздуха, поступающего в укрытие по желобу, м3/с [10,13, 25]
/> (4)
где S – площадь поперечного сечения желоба, м2; /> –скорость потока перегружаемого материала при выходе из желоба (конечнаяскорость падения частиц), определяется последовательно расчетом:
а) скорости в начале желоба, м/с (в конце первого участка, см. рис. 1)
/>, G=9,81 м/с2(5)
б) скорости в конце второго участка, м/с
/> (6)
в) скорости в конце третьего участка, м/с
/> (7)
/>–коэффициент скольжения компонентов («коэффициент эжекции») u – скорость воздуха в желобе, м/с.
Коэффициент скольжения компонентов зависит от числа Бутакова–Нейкова*
/> (8)
и критерия Эйлера
/> /> (9)
где d – средний диаметр частиц перегружаемого материала, мм,
/> (10)
(если окажется, что />, следует принимать вкачестве расчетного среднего диаметра />; /> –сумма коэффициентов местных сопротивлений (к.м.c.) желоба и укрытий
/> (11)
ζвх – к.м.с, входа воздуха в верхнее укрытие,отнесенный к динамическому напору воздуха в конце желоба />.
/>; (12)
Fв – площадь неплотностей верхнего укрытия, м2;
* Числа Бутакова–Нейкова и Эйлера являются сутью параметров М и N широко используемых в нормативных [21] и учебно-методическихматериалах [25, 28., 30].B, м 0,5 0,65 0,8 1,0 1,2
Fb, м2 0,2 0,25 0,3 0,45 0,6
/> –к.м.с. желоба (/>=1,5 для вертикальныхжелобов, />= 90°; />=2,5при наличии наклонного участка, т.е. />90°)[21, 22]; />–к.м.с. жесткой перегородки(для укрытия типа «Д»; в укрытии типа «0» жесткая перегородка отсутствует, вэтом случае />пер =0)[25];
Таблица 5. Значения/> дляукрытия типа «Д»
h/H /> 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 193 44,5 17,8 8,12 4,02 0,8 124 28,5 11,4 6,19 2,57 0,6 69,5 16,0 6,41 2,92 1,45 0,4 30,9 7,12 2,84 1,30 0,64 0,2 7,72 1,78 0,71 0,32 0,16 0,1 1,93 0,45 0,18 0,08 0,04
Ψ – коэффициент лобового сопротивления частицы [9]
/> (13)
β – объёмная концентрация частиц в желобе, м3/м3
/> (14)
/> –отношение скорости потока частиц в начале желоба к конечной скорости потока.
При найденных числах Bu и Eu коэффициент скольжения компонентовопределяется для равномерно ускоренного потока частиц по формуле:
/> (15)
Решение уравнения (15)* можно найти методом последовательныхприближений, полагая в качестве первого приближения
/> (16)
Если окажется, что φ1
/>, (17)
где
/> (18)
/> (19)
/> (20)
Порядок расчета рассмотрим на примере.
1. На основании заданного гранулометрического состава строим интегральныйграфик распределения частиц по крупности (воспользовавшись предварительнонайденной интегральной суммой mi) инаходим медианный диаметр (рис. 3) dм = 3,4 мм > 3 мм,т.е. имеем случай перегрузки кускового материала и, следовательно, />=0,03 м;Pу =7 Па (табл. 4). В соответствии с формулой (10) средний диаметрчастиц />.
2. По формуле (3) определяем площадь неплотностей нижнего укрытия (имеяв виду, что L0=1,5 м; b =0,6 м, при В =0,5 м (см. табл.1)
Fн =2 (1,5 + 0,6) 0,03 = 0,126 м2
3. По формуле (2) определяем расход воздуха, поступающего черезнеплотности укрытия
/>
Существуют другие формулы для определения коэффициента />/> вт.ч. для потока мелких частиц, на скорости движения которых сказываетсясопротивление воздуха [13, 14].
/>
Рис. 3. Интегральный график распределения частиц по крупности
4. По формулам (5)… (7) находим скорости потока частиц в желобе:
/> м/с
/> м/с
/> м/с
следовательно
n = 4,43 / 5,87 =0,754.
5. По формуле (11) определяем сумму к.м.с. желоба с учетомсопротивления укрытий. При Fв =0,2 м2 по формуле(12) имеем
/>
При h/H = 0,12/0,4 = 0,3, />
по табл. 5 находим ζnep =6,5;
6. По формуле (14) находим объемную концентрацию частиц в желобе
/>
7. По формуле (13) определяем коэффициент лобового сопротивления
частиц в желобе />
8. По формулам (8) и (9) находим соответственно число Бутакова–Нейковаи число Эйлера:
/>
/>
9. Определяем коэффициент «эжекции» в соответствии с формулой (16):
/>
И, следовательно, можно пользоваться формулой (17) с учетом (18)… (20):
/>
/>
10. По формуле (4) определяем расход воздуха, поступающего в нижнееукрытие первого перегрузочного узла:
/>
С целью сокращения вычислений положим для второго, третьего ичетвертого перегрузочных узлов расход
/> к2=0,9;к3=0,8; к4=0,7
Результата вычислений заносим в первую строку табл. 7, полагая, что всеперегрузочные узлы оборудованы одним и тем же укрытием, расход воздуха,поступающего через неплотности i – гоперегрузочного узла, Qнi = Qн=0,278 м3/с. Результат заносим во вторую строку табл. 7, асумму расходов Qжi + Qнi – в третью. Сумма расходов />, –представляет собой общую производительность аспирационной установки (расходвоздуха, поступающего в пылеуловитель – Qn) и заносится в восьмойстолбец этой строки.
Расчет дисперсного состава и концентрации пыли в аспирируемом воздухе
Плотность пыли />
Расход воздуха, поступающего в убытие по желобу – Qжi (черезнеплотности для укрытия типа «О» – Qнi = QH), удаляемогоиз укрытия – Qai (см. табл. 7).
Геометрические параметры укрытия (см. рис. 1), м:
длина – L0; ширина – b; высота – Н.
Площадь поперечного сечения, м:
а) аспирационного патрубка Fвх= bc.;
б) укрытия между наружными стенками (для убытия типа «О»)
F2=bH;
в) укрытия между внутренними стенками (для укрытия типа «Д»)
F1=b1H;
где b – расстояние между наружными стенками, м; b1 –расстояние между внутренними стенками, м; Н – высота укрытия, м; с – длинавходного сечения аспирационного патрубка, м.
В нашем случае, при В = 500 мм, для укрытия с двойными стенками(укрытие типа «Д») b =0,6 м; b1 =0,4 м; С =0,25 м; H=0,4 м;
Fвx =0,25 /> 0,6=0,15 м2; F1 =0,4 /> 0,4=0,16 м2.
Удаление аспирационной воронки от желоба: а) для укрытия типа «0» Lу=L; б) для укрытия типа «Д» Lу = L –0,2. В нашем случае Lу=0,6 – 0,2 =0,4 м.
Средняя скорость воздуха внутри укрытия, м/с:
а) для укрытия типа «Д»
/> (21)
б) для укрытия типа «0»
/>=(Qж+0,5QH)/F2. (22)
Скорость входа воздуха в аспирационную воронку, м/с:
/>= Qа/Fвх(23)
Диаметр наиболее крупной частицы в аспирируемом воздухе, мкм:
/> (24)
По формуле (21) или по формуле (22) определяем скорость воздуха вукрытии /> и результат заносим встроку 4 табл. 7.
По формуле (23) определяем скорость входа воздуха в аспирационнуюворонку /> и результат заносим встроку 5 табл. 7.
По формуле (24) определяем /> заносимрезультат в строку 6 табл. 7.
Таблица 6. Массовое содержание частиц пыли, зависящее от /> [25]Номер фракции j Размер фракции, мкм
Массовая доля частиц j-й фракции (/>, %) при />, мкм 80 100 125 160 200 250 315 I 0…5 18 16,5 15,5 14 11 9 7 2 5… 10 11 10 9,5 9 6 6 6 3 10… 20 16 15 14 14 13 9 7 4 20… 40 23 22 21 15 15 12 12 5 40…60 17 16,5 16 15 15 14 11 6 > 60 15 20 24 33 40 50 57
Значения />соответствующиерасчетной величине /> (или ближайшему значению)выписываем из столбца таблицы 6 и результаты (в долях) заносим в строки 11…16столбцов 4…7 табл. 7. Можно использовать и линейную интерполяцию значенийтаблицы, но следует иметь в виду, что в результате получим, как правило, />ипотому нужно скорректировать максимальное значение /> (чтобыобеспечить />).
Определение концентрации пыли
Расход материала – />, кг/с (36),
Плотность частиц материала – />, кг/м3(3700).
Исходная влажность материала –/>, %(2).
Процентное содержание в перегружаемом материале частиц мельче /> – />, % (при />=149…137мкм, />=2 + 1,5=3,5%. Расходпыли, перегружаемой с материалом – />, г/с (10/>3,5/>36=1260).
Объемы аспирации – />, м3/с (/>).Скорость входа в аспирационную воронку – />, м/с(/>).
Максимальная концентрация пыли в воздухе, удаляемом местным отсосом изi-го укрытия (/>, г/м3),
/>, (25)
Фактическая концентрация пыли в аспирируемом воздухе
/>, (26)
где />– поправочныйкоэффициент, определяемый по формуле
/>, (27)
в которой
/>, (28)
/>, (29)
/>дляукрытий типа «Д», /> для укрытий типа «О»;в нашем случае (при /> кг/м3)
/>,
/>,
Или при W=W0=2%
/>
/> (30)
1. В соответствии с формулой (25) вычисляем />.изаносим результаты в 7 строку сводной табл. 7 (заданный расход пыли /> делимна соответствующее числовое значение строки 3, а результаты заносим в 7 строку;для удобства в примечании, т.е. в столбце 8, проставляем значение />).
2. В соответствии с формулами (27…29) при установленной влажностистроим расчетное соотношение типа (30) для определения поправочногокоэффициента />, значения которогозаносим в строку 8 сводной табл. 7.
Пример. По формуле (27) найдем поправочный коэффициент пси /> и />м/с:
/>,
Тогда
/> г/м3
Если запыленность воздуха окажется значительной (/>> 6г/м3), необходимо предусмотреть инженерные способы по уменьшениюконцентрации пыли, например: гидроорошение перегружаемого материала, уменьшениескорости входа воздуха в аспирационную воронку, устройство осадительныхэлементов в укрытии [29, 30] или применение местных отсосов – сепараторов [31].Если путем гидроорошения удается увеличить влажность /> до 6%то будем иметь:
/>,
/> (31)
При />=3,007, />, />=2,931г./м3 и в качестве расчетного соотношения для />используемсоотношение (31).
3. По формуле (26) определяем фактическую концентрацию пыли в I-мместном отсосе и результат заносим в строку 9 табл. 7 (значения строки 7умножаются на соответствующие i-муотсосу – значения строки 8).
Определение концентрации и дисперсного состава пыли передпылеуловителем
Для выбора пылеулавливающей установки аспирационной системы,обслуживающей все местные отсосы, необходимо найти усредненные параметрывоздуха перед пылеуловителем. Для их определения используются очевидныебалансовые соотношения законов сохранения массы, транспортируемой повоздуховодам пыли (полагая, что осаждение пыли на стенках воздуховодовпренебрежимо мало):
/> (32)
Для концентрации пыли в воздухе, поступающем в пылеуловитель, имеемочевидное соотношение:
/>, /> (33)
Имея в виду, что расход пыли j-и фракции в i – м местном отсосе
/>, (34)
массовое содержание этой фракции перед пылеуловителем
/>, /> (35)
Очевидно, что
/> (36)
1. Перемножая в соответствии с формулой (32) значения строки 9 и строки3 табл. 7, находим расход пыли в i – м отсосе, а его значения заносим в строку10. Сумму этих расходов проставим в столбце 8.
/>
Рис. 4. Распределение частиц пыли по крупности перед входом впылеуловитель
Таблица 7. Результаты расчетов объемов аспирируемоговоздуха, дисперсного состава и концентрации пыли в местных отсосах и передпылеуловителемп/п Условные обозначения Размерность Для i-го отсоса Примечание i=1 i=2 i=З i=4 1 2 3 4 5 6 7 8 1
/>
м3/с 0,173 0,156 0,138 0,121 2
/>
м3/с 0,278 0,278 0,278 0,278 3
/>
м3/с 0,451 0,434 0,416 0,399
/>м3/с 4
/> м/с 1,081 0,975 0,863 0,756
/>м2 5
/> м/с 3,007 2,893 2,773 2,660
/>м2 6
/> мкм 149 145 141 137 L=0,4; H=0,4 7
/>
г/м3 2794 2903 3029 3158
/> г/с при W=6% 8
/> б/р 1,049 0,951 0,855 0,769 9
/>
г/м3 2,931 2.76 Г 2,590 2,429 10
/> г/с 1,322 1,198 1,077 0,969 11
/> б/р 0,14 0,14 0,155 0,155 12.
/> – «– 0,09 0,09 0,095 0,095 13
/> – «– 0,14 0,14 0,14 0,14 14
/> – «– 0,15 0,15 0,21 0,21 15
/> – «– 0,15 0,15 0,16 0,16 16
/> – «– 0,33 0,33 0,24 0,24
/> 17
/> г/с 0,185 0,168 0,167 0,150 0,670 0,147 18
/> – «– 0,119 0,108 0,102 0,092 0,421 0,092 19
/> – «– 0,185 0,168 0,151 0,136 0,640 0,140 20
/> – «– 0,198 0,180 0,226 0,203 0,607 0,177 21
/> – «– 0,198 0,180 0,172 0,155 0,705 0,154 22
/> – «– 0,436 0,395 0,25Ь 0,233
/>/>
2. Умножая значения строки 10 на соответствующие значения строк 11…16,получим в соответствии с формулой (34) величину расхода пыли j-ой фракции в i-мместном отсосе. Значения этих величин заносим на строках 17…22. Построчнаясумма этих величин, проставляемая в столбце 8, представляет расход j-ой фракцииперед пылеуловителем, а отношение этих сумм к общему расходу пыли всоответствии с формулой (35) является массовой долей j-ой фракции пыли,поступающей в пылеуловитель. Значения />проставляютсяв столбце 8 табл. 7.
3. На основании вычисленных />врезультате построения интегрального графика распределения пылевых частиц покрупности (рис. 4) находим размер пылевых частиц, мельче которых висходной пыли содержится 15,9% от общей массы частиц (/>мкм),медианный диаметр (/>мкм) и дисперсиюраспределения частиц по крупности: />.
Наиболее широкое распространение при очистке аспирационных выбросов отпыли получили инерционные сухие пылеуловители – циклоны типа ЦН; инерционныемокрые пылеуловители – циклоны – пробыватели СИОТ, коагуляционные мокрыепылеуловители КМП и КЦМП, ротоклоны; контактные фильтры – рукавные и зернистые.
Для перегрузок ненагретых сухих сыпучих материалов применяются какправило циклоны НИОГАЗ при концентрации пыли до 3 г/м3 и />мкмлибо рукавные фильтры при больших концентрациях пыли и меньшей её крупности. Напредприятиях с замкнутыми циклами водоснабжения используются инерционные мокрыепылеуловители.
Расход очищаемого воздуха – />, м3/с(1,7),
Концентрация пыли в воздухе перед пылеуловителем – />, г/м3(2,68).
Дисперсний состав пыли в воздухе перед пылеуловителем – /> (см. табл.7).
Медианный диаметр пылевых частиц – />, мкм(35,0).
Дисперсия распределения частиц по крупности – /> (0,64),
Плотность пылевых частиц – />, кг/м3(3700).
При выборе в качестве пылеуловителя циклонов типа ЦН используютсяследующие параметры (табл. 8).
аспирационный конвейер воздуховод гидравлический
Таблица 8. Гидравлическое сопротивление и эффективностьциклоновПараметр Щ-11 Щ-15 ЦН-15у ОД-24
/>, мкм – диаметр частиц, улавливаемых на 50% в циклоне с диаметром /> м при скорости воздуха />, динамической вязкости воздуха /> Па с и плотности частиц /> кг/м3 3,65 4,5 6,0 8,5
/>, м/с – оптимальная скорость воздуха в поперечном сечении циклона 3,5 3,5 3,5 4,5
Дисперсия парциальных коэффициентов очистки – /> 0,352 0,325 0,352 0,308
Коэффициент местных сопротивлений циклона, отнесенный к динамическому напору воздуха в поперечном сечении циклона, ζц: для одного циклона 245 155 165 75 для группы из 2-х циклонов 284 180 191 87 для группы из 4-х циклонов 304 192 205 93
Допустимая концентрация пыли в воздухе, выбрасывании в атмосферу, г/м3[32]
/> при/> м3/c (37)
/> при/> м3/c (38)
Где /> коэффициент,учитывающий фиброгенную активность пыли, определяется в зависимости от величиныпредельно допустимой концентрации (ПДК) пыли в воздухе рабочей зоны:
ПДК мг/ м3
/> 0,3 0,6 0,8 1,0
Требуемая степень очистки воздуха от пыли, %
/> (39)
Расчетная степень очистки воздуха от пыли, %
/> (40)
где /> – степень очисткивоздуха от пыли j-й фракции, % (пофракционная эффективность – принимается посправочным данным [15, 25]).
Дисперсный состав многих промышленных пыли (при 1
/>, (41)
в которой
/>, (42)
где />– диаметр частиц,улавливаемых на 50% в циклоне диаметром Дц при средней скоростивоздуха в его поперечном сечении />,
/>, (43)
/>– динамическийкоэффициент вязкости воздуха (при t=20 °С, />=18,09–10–6Па–с).
Интеграл (41) не разрешается в квадратурах, и его значения определяютсячисленными методами. В табл. 9 приведены значения функции /> найденныеэтими методами и заимствованные из монографии [33].
Нетрудно установить, что
/>, />, (44)
Где
/>, (45)
это интеграл вероятности, табличные значения которого приведены вомногих математических справочниках (см., напр., [34]).
Порядок расчета рассмотрим на конкретном гримере.
1. Допустимая концентрация пыли в воздухе после его очистки всоответствии с формулой (37) при ПДК в рабочей зоне 10 мг/м3(/>)
/>, г/м3
2. Требуемая степень очистки воздуха от пыли по формуле (39) составляет
/>
Такая эффективность очистки для наших условий (/> мкм и/>кг/м3) можетбыть обеспечена группой из 4-х циклонов ЦН-11
3. Определим необходимую площадь поперечного сечения одного циклона:
/> м2
4. Определяем расчетный диаметр циклона:
/>м
Выбираем ближайший из нормированного ряда диаметров циклонов (300, 400,500, 600, 800, 900, 1000 мм), а именно />м.
5. Определяем скорость воздуха в циклоне:
/> м/c
6. По формуле (43) определим диаметр частиц, улавливаемых в этомциклоне на 50%:
/>мкм
7. По формуле (42) определяем параметр X:
/>.
Полученный результат, основанной на методике НИОГАЗ, предполагаетлогарифмически нормальный закон распределения пылевых частиц по крупности.Фактически дисперсный состав пыли, в области крупных частиц (/>>60 мкм), в аспирируемом воздухе для укрытий мест загрузки конвейеров отличаетсяот нормально–логарифмического закона. Поэтому расчетную степень очисткирекомендуется сопоставить с расчетами по формуле (40) либо с методикой кафедрыМОПЭ (для циклонов), основанной на дискретном подходе к достаточно полноосвещенной в курсе «Механика аэрозолей».
Альтернативный путь определения достоверной величины общей степениочистки воздуха в пылеуловителях заключается в постановке специальныхэкспериментальных исследований и сравнении их с расчетными, что мы рекомендуемдля углубленного изучения процесса очистки воздуха от твердых частиц.
9. Концентрация пыли в воздухе после очистки составляет
/> г/м3,
т.е. меньше допустимой.