--PAGE_BREAK--где V-объем газа, проходящего через камеру, м3/с, определяется площадь основания пылевой камеры.
По известной горизонтальной скорости газа в камере wгопределяют площадь вертикального сечения пылевой камеры:
Sв=V/wг= 21000/(3600*1)=5,83 м2
Ширина и высота пылевой камеры обычно выбираются близкими по значению. В случае квадратного сечения а = b и
а = b= (Sв)0,5= (5,83)0,5= 2,42 м2
И, наконец, определяют длину пылевой камеры L, пользуясь уравнением:
L= Sосн/b= 24,82/2,42= 10,26 м
1.2 Циклоны
1.2.1 Теоретическая часть
Циклоны в настоящее время являются наиболее распространенными устройствами для очистки газа от пыли. Для частиц размером a> 5 мкм, эффективность очистки составляет 95%.
Конструктивно циклон (рисунок 1.2) представляет собой цилиндрический корпус радиусом 0,5…1,0 м, в верхней части которого тангенциально (по касательной) вставлена входная труба прямоугольного сечения. Запыленный газ подается через входную трубу со скоростью примерно 25 м/с и, закручиваясь, движется по спирали в нижнюю часть цилиндрического корпуса. Тяжелые (по сравнению с молекулами газа) частицы пыли, под действием центробежных сил, отбрасываются на стенки цилиндрического корпуса и ссыпаются вниз, в пылесборник. Очищенный газ выходит через выходную трубу, которая расположена по оси цилиндрического корпуса.
Рассмотрим принцип работы циклона. На частицы, движущиеся в газовом потоке, действуют две силы:
— центробежная, которая отбрасывает частицы к стенке цилиндрического корпуса
(1.16)
— сила сопротивления среды
, (1.17)
где d– диаметр частицы; -динамическая вязкость газа; — радиальная скорость движения частицы. Вектор этой скорости совпадает с вектором центробежной силы, т.е. направлен радиально от оси циклона.
Очищенный газ
Запыленный газ
Удаление пыли
Рисунок 1.2 Схема циклона
В момент входа частицы в циклон =0. По мере закручивания газового потока по спирали частица пыли, под действием центробежной силы, начинает отбрасываться к стенке циклона с радиальной скоростью — . При дальнейшем движении газового потока становится постоянной, т.к. центробежная сила уравновешивается силой сопротивления среды.
(1.18)
(1.19)
Подставим (1.19) в (1.18) и получим
(1.20)
При теоретических расчетах параметров циклона допускается много упрощений, поэтому расчетная эффективность очень часто отличается от практической. В частности форма пылевых частиц принимается шарообразной, не учитывается взаимная коагуляция частиц в газовом потоке и другие факторы. Частица пыли, двигаясь со скоростью , проходит путь, максимальная величина которого равна R2-R1 (R2-радиус цилиндрического внешнего корпуса, R1 – радиус выходной трубы), время прохождения этого пути равно
(1.21)
Из формулы (1.20)
(1.22)
Подставим (1.22) в (1.21) и получим, что время движения частицы равно
(1.23)
Т.к. , то
(1.24)
По формуле (1.24) можно рассчитать минимальный диаметр частицы, которая за время движения газового потока в циклоне будет отброшена на его стенку и выделена из газового потока.
(1.25)
Путь проходимый частицей или газовым потоком в циклоне можно определить следующим выражением
(1.26)
Подставляем выражение (11) в (10), окончательно имеем
(1.27)
В некоторых случаях используется уточненная формула, т.к. Rпринимается как , тогда выражение (1.27) преобразуется в виде
(1.28)
1.2.2. Расчет циклона
Исходные данные для расчета:
1. Скорость газа на входе – 20 м/с.
2. Динамическая вязкость газа – 18,*10-6 Н*с/м2.
3. Расход газа – 5700 м3/ч.
4. Диаметр частиц пыли-11*10-6 м.
5. Плотность пыли – 2200 кг/м3.
6. Число оборотов потоков газа – 4.
При расчете циклона определяются его геометрические размеры, при которых происходит улавливание пыли размером более 5 мкм.
продолжение
--PAGE_BREAK--Вначале определяем размеры входного патрубка и выходной трубы циклона исходя из того, что скорость газового потока на входе в циклон, т.е. скорость во входном патрубке должна находиться в пределах 20…25 м/с. Тогда площадь сечения входного патрубка и выходной трубы определяются по формуле:
S = V/ w=5700/(3600*20)= 0,079 м2
где V – расход газа через циклон, м3/с; S – площадь сечения входного патрубка и выходной трубы, м2; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.
Входной патрубок в сечение представляет собой прямоугольник (квадрат) со стороной а, величина которой равна:
a= S0,5= (0,079)0,5= 0,281 м2
Выходная труба имеет радиус, равный:
R1= (S/π)0,5 =(0,079/3,14)0,5= 0,158 м
После вычисления радиуса выходной трубы можно расcчитать радиус корпуса R2, задавшись размерами улавливаемых частиц пыли dmin.
Из выражения (1.27) следует, что размер корпуса вычисляется по формуле: R2 = d2*π*ρ*n*w/(9*μ) + R1 = =(11*10-6)2*3,14*2200*4*20/(9*18,2*10-6)+0,158= 0,556 м
где μ – вязкость газа, 18,2*10-6 Н*с/м2; R2 — радиус корпуса циклона, м; R1 — радиус выходной трубы, м; ρ – плотность пыли, кг/м3; n – число кругов (оборотов), которое совершает газовый поток в циклоне; w – скорость газа на входе в циклон, м/с.
Длина циклона выбирается из расчета:
L= 5*D= 10*R2= 10*0,556=5,56 м
1.3 Полые скрубберы
1.3.1 Теоретическая часть
Скрубберы представляют собой конструкции, в которых улавливание частиц пыли осуществляется при контакте запыленного газового потока с каплями промывной жидкости. Для получения капель жидкости используют различные форсунки. Так как капли под действием силы тяжести движутся вниз, то разбрызгивающие форсунки располагаются в верхней части скруббера. Запыленный газ либо подается в нижнюю часть скруббера и движется вверх (принцип противотока) или подается в верхнюю часть скруббера и движется вниз (принцип параллельного тока). Частицы пыли сталкиваются с каплями жидкости, смачиваются ими и удаляются из газового потока. Промывная жидкость с уловленными частицами пыли (пульпа) удаляется из нижней части скруббера.
Скрубберы делятся на следующие группы:
1.Полые скрубберы;
2.Скрубберы с насадкой;
3.Скоростные скрубберы.
Полые скрубберы – это вертикальные башни, в которых жидкость подается в верхнюю часть. Система распределенных решеток и форсунок для орошения жидкостью, создает максимальный контакт между газовым потоком и каплями жидкости. Жидкость, используемая в полых скрубберах, называется орошающей, поглотительной или промывной.
Если жидкость расходуется только на охлаждение газового потока, то ее расход составляет около 0,5 м3/10000 м3 газа.
Если в полых скрубберах происходит не только охлаждение, но и пылеулавливание, то расход жидкости увеличивается до 2…5м3/10000м3 газа. Размеры скруббера выбираются из условия скорости движения газа внутри аппарата v
г= 1,0-1,5 м/с.
Высота выбирается в пределах 3-5 диаметров скрубберов (H
/
D=3-5)
Диспергирование жидкости в скрубберах осуществляется с помощью различных форсунок, которые имеют отверстия 1-2 мм. Чем больше получается капель, тем больше работает скруббер. Данные скрубберы эффективно улавливают частицы с размерами более 2 мкм.
Схема скруббера для мокрой очистки газа приведена на рисунке 1.3
Недостатком полых скрубберов является относительно малое время контакта газового потока и жидкости, а также трудность обеспечения равномерного контакта между газом и жидкостью по всему сечению аппарата.
Cкруббер с насадкой конструктивно отличается от полого скруббера наличием в средней части корпуса специальных решеток с насадками. Насадки представляют собой наборы различных сеток и решеток, а также слои, образованные специальными керамическими кольцами, шарами и т.д. Капли разбрызгиваемой жидкости попадают на насадки и растекаются по их поверхности, образуя слой жидкости с большой площадью поверхности. Газ, проходя между элементами насадки, контактирует с поверхностью слоя жидкости и при этом происходит смачивание частиц пыли. Наличие насадок увеличивает как площадь контакта пыли с жидкостью, так и время контакта, поэтому эффективность скрубберов с
Запыленный газ
раствор
Форсунки
насадки (для скруббера с насадкой)
очищенный газ.
Ж
Рисунок 1.3 Схема полого скруббера и
скруббера с насадкой
насадкой более высокая, чем у полых скрубберов. Однако скрубберы с насадкой имеют значительные недостатки по сравнению с полыми скрубберами: большее гидродинамическое сопротивление и необходимость периодической чистки или замены насадок вследствие забивания их пылью (пульпой).
1.3.2. Расчет полого скруббера
Исходные данные для расчета:
1. Расход отходящих газов – 16000м3/час.
2. Скорость газа по сечению аппарата – 1,9 м/с.
3. Расход поглощающей жидкости – 1,4 м3/10000 м3 газа.
4. Концентрация пыли в отходящих газах – 3,78 г/м3.
5. Соотношение высота: диаметр скруберра – 5:1.
6. Степень очистки газа от пыли – 0,76.
При расчете полого скруббера необходимо рассчитать его геометрические размеры, расход поглотительной жидкости, массу уловленной пыли.
При заданном расходе газа можно рассчитать площадь сечения скруббера по известному уравнению:
S = Qг/v = 16000/(3600*1,9)= 2,339 м2
где S – площадь сечения скруббера, м2; Qг – расход газа, м3/с; v – скорость сечения аппарата, м2.
Так как скруббер представляет собой цилиндрическую конструкцию, то ее диаметр равен:
D = (4S/π)0,5= (4*2,339/3,14)0,5=1,726 м
Высота скруббера определяется по соотношению:
H = kD = 5*1,726= 8,63 м
где k = 3…5.
Расход поглотительной жидкости необходимо производить, исходя из ее расхода на 10000 м3 газа. Для вывода расчетной формулы необходимо воспользоваться пропорцией
На 10000 м3 газа расходуется объем жидкости q
На Qг расходуется Qж.
продолжение
--PAGE_BREAK--