Idea Transcript
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ» УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Ижевск 2014
ФГБОУ ВПО « Удмуртский государственный университет » Институт гражданской защиты Кафедра инженерной защиты окружающей среды
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ для магистрантов направления «Природообустройство и водопользование»
Издательство «Удмуртский университет»
Ижевск 2014
2
УДК 502.36(07)+628.3(07) ББК 38.762.202.1я 73-5 + 38.761.204я 73-5
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом УдГУ Рецензент: к. п. н., доцент А.В. Попков
Составитель: к. т. н., доц. О. П. Дружакина
Проектирование сооружений пыле-газоочистки. Учебно-методическое пособие для магистрантов, обучающихся по направлению «Природообустройство и водопользование» / Сост. О. П. Дружакина. – Ижевск, Изд-во «Удмуртский университет», 2014. – 44 с.
В учебно-методическом пособии представлены схемы основных природоохранных сооружений по пыле-газоочистке промышленных выбросов, методики и последовательность их расчета.Пособие включает в себя теоретическую, методическую и практическую части. Пособие предназначено для студентов магистратуры по направлению «Природообустройство и водопользование», специалистов в области инженерной защиты окружающей среды и рационального природопользования, а также для написания курсовых и дипломных проектов.
УДК 502.36(07)+628.3(07) ББК38.762.202.1я 73-5 + 38.761.204я 73-5
© ФГБОУ ВПО «УдГУ», 2014 © Сост. О.П. Дружакина
3
Содержание Введение
3
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 Расчет параметров циклона
4
Теоретическая часть
4
Методические указания
10
Задания для самостоятельного выполнения
15
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2 Расчет параметров пылеосадительной (гравитационной) камеры
16
Теоретическая часть
16
Методические указания
17
Задания для самостоятельного выполнения
19
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3 Расчет параметров рукавного фильтра
19
Теоретическая часть
19
Методические указания
23
Задания для самостоятельного выполнения
28
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4 Расчет параметров скруббера Вентури
28
Теоретическая часть
28
Методические указания
30
Задания для самостоятельного выполнения
33
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5 Расчет параметров пенного газопромывателя
33
Теоретическая часть
33
Методические указания
39
Задания для самостоятельного выполнения
41
Список рекомендуемой литературы
42
4
ВВЕДЕНИЕ В эпоху развития инновационных технологий, роста производственных мощностей не только по объему, но и типам вовлекаемых в технологические процессы ресурсам, одной из приоритетных задач остается сохранение окружающей среды и рациональное природопользование. Не смотря на герметичность
современного
оборудования,
любой
производственный
процесс сопровождается образованием пылей, аэрозолей, туманов и иных видов выбросов. Изучение промышленных
конструкций выбросов
профессиональной
подготовки
и
сооружений
является
пыле-газоочистки
неотъемлемым
студентов
магистратуры
элементом в
области
природообустройства, а так же воспитания компетентных специалистов, способных комплексно решать поставленные прикладные (инженерные) задачи. Данное учебно-методическое пособие направлено на формирование у учащихся по направлениям и программам «Природообустройство и водопользование» именно таких компетенций: 1. Способность определять исходные данные для проектирования объектов природообустройства; 2. Способность применять методики проектирования инженерных сооружений, их конструктивных элементов, необходимых для природообустройства. Особенностью
данного
пособия
является
сочетание
богатого
теоретического и графического материала с методиками проектирования основных конструкционных и технологических параметров конструкций и сооружений пыле-газоочистки промышленных выбросов. Данное пособие предназначено как для выполнения практических работ по курсу «Природоохранные сооружения», «Промышленная экология», так и для выполнения курсовых работ \ проектов, магистерских диссертаций, 5
целью которых является проектирование систем и сооружений пылегазоочистки. Преподавали кафедры «Инженерная защита окружающей среды» желают всем студентам успешного овладения знаниями и практическими навыками
по
дисциплинам
«Природоохранные
сооружения»
и
«Промышленная экология», творческих успехов и достижений. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 Расчет параметров циклона Цель работы: освоить методику расчета параметров циклона при очистке промышленных выбросов. Теоретическая часть Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов (рис. 1). Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит за счет поворота газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то за счет подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу. Конструктивные схемы и типовые размеры цилиндрических и конических циклонов НИИОГАЗа показаны на рис. 2 и соответственно в табл. 16 и 17. В России для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров D мм:150, 200, 300, 400,450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 6
1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000. Бункеры циклонов
имеют
цилиндрическую
форму
диаметром 1,5 D для цилиндрических (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24) и 1,2 D для конических циклонов (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН33). Высота цилиндрической части бункера составляет 0,8 D. Рис. 1. Циклон Методика расчета циклона Расчет циклонов ведется методом последовательных приближений. 1.
Определяется оптимальная скорость движения газа wопт в
зависимости от типа циклона (табл. 2.1). Таблица 2.1- Оптимальная скорость движения газа Тип циклона
ЦН-24
ЦН-15
wопт, м/с
4,5
3,5
ЦН-11 СДК-ЦН-33 3,5
2,0
СК-ЦН-
СК-ЦН-
34
34м
1,7
2,0
2. Рассчитывается диаметр циклона: D
4Q π wопт
Полученное значение необходимо округлить до ближайшего типового значения. Если значение D превышает максимальное типовое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклонов. 3. Рассчитывается действительная скорость потока в циклоне: w
4Q π N D2
где N – число циклонов. w не должна отклоняться от wопт более чем на 15 %. 4. Рассчитывается коэффициент гидравлического сопротивления 7
R = k1 k2 R500 где k1 и k2 – поправочные коэффициенты, зависящие от D; свх и типа циклона (таб. 2.3 и 2.4); R500 – коэффициент гидравлического сопротивления при D = 500 мм (таб.2.5). Таблица 2.2 - Значения k1 при различных D и типов циклонов D, мм
Тип циклона
150
200
300
450
>500
ЦН – 11
0,94
0,95
0,96
0,99
1,0
ЦН – 15, ЦН – 24 СДК-ЦН-33, СДК-ЦН-34 и 34м
0,85 1,0
0,90 1,0
0,93 1,0
1,0 1,0
1,0 1,0
Таблица 2.3 - Значения k2 при различных свх и типов циклонов Тип циклона
0
10
20
свх, г/м3 40
ЦН – 11
1
0,96
0,94
0,92
0,90
0,87
–
ЦН – 15
1
0,93
0,92
0,91
0,90
0,87
0,86
ЦН – 24
1
0,95
0,93
0,92
0,90
0,87
0,86
СДК-ЦН-33
1
0,81
0,785
0,78
0,77
0,76
0,745
СДК-ЦН-34 СДК-ЦН-34м
1 1
0,98 0,99
0,947 0,97
0,93 0,95
0,915 –
0,91 –
0,90 –
80
120
150
Таблица 2.4 - Значения R500 в зависимости от типов циклонов Тип циклона
Выхлоп в: гидр. атмосферу сеть
Тип циклона
Выхлоп в: гидр. атмосферу сеть
ЦН – 11
243
250
СДК-ЦН-33
520
600
ЦН – 15
155
163
СДК-ЦН-34
1050
1150
ЦН – 24
75
80
СДК-ЦН-34м
–
2000
5. Рассчитывается значение гидравлического сопротивления ΔP = Pвх – Pвых = ½R ρг w2. 8
6. Определяется эффективность очистки: η = 0,5 (1+Ф(х)), где Ф(х) – табличная функция параметра х: x 0,8 lg
d50 dT 50
Значения dT50 и Ф(х) приведены в таблицах 2.5 и 2.6 Значение d50 определяется по формуле: Dρ чтμ т wт D тρ чμw
d50 d т50
где Dт = 600 мм; ρчт = 1930 кг/м3; μт = 22,2 . 106 Па . с; wт = 3,5 м/с (индекс т означает типовое значение параметра); ρч – плотность частиц; μ – вязкость, w – скорость потока. Таблица 2.5 – Значение dT50 для различных марок циклонов Тип
ЦН – 11
ЦН – 15
ЦН – 24
dT50
8,5
4,5
3,65
СДК-ЦН-
СДК-ЦН-33 СДК-ЦН-34 2,31
34м
1,95
1,3
Таблица 2.6 – Значение Ф(х) для циклонов х
–2,7
–2,0
–1,4
–1,2
–1,0
Ф(х)
0,004
0,023 0,055 0,081
0,115
0,159 0,212 0,274 0,421
х
0
Ф(х)
0,5
0,2
–1,6
0,4
0,6
0,8
0,579 0,655 0,726
0,788
1,2
–0,8
–0,6
1,6
1,8
–0,2
2,7
0,885 0,964 0,964 0,997
7. Осуществляется выбор циклона. Если расчетное η меньше требуемого,
то
необходимо
выбрать
другой
циклон
с
большим
гидравлическим сопротивлением R. Можно пользоваться формулой: 2
R1 1 η1 w1D1 R2 1 η2 w2 D2
где индексы 1 и 2 соответствуют двум различным циклонам. 8. Рассчитываются конструкционные размеры циклона (рис. 2, табл. 2.7) в соответствии с диаметром D выбранного циклона: 9
х=kD где х – параметр циклона (диаметр, ширина, высота); k – коэффициент пропорциональности (таб.2.7). Радиус улитки:
ρ =D/2 + bφ/2π
где b – ширина входного патрубка; φ = 135° = 2,35 рад. Таблица 2.7 - Значения коэффициента пропорциональности k ЦН 11 Диаметр выхлопной трубы d
ЦН -
СДК -
ЦН -
СДК -
СДК -
24
ЦН-33
ЦН-34
0,59
0,334
0,34
0,22
0,3 – 0,4
0,334
0,23
0,18
0,2
0,264
0,214
0,18
15
ЦН34м
Диаметр пылевыпускного отверстия d1 Ширина входного патрубка b Длина входного патрубка L
0,6
Высота входного патрубка а 0,48
0,66
1,11
0,535
0,515
0,4
Высота выхлопной трубы hт 1,56
1,74
2,11
0,535
0,515
0,4
0,3
0,3
0,4
2,06
2,06
2,11
0,535
0,515
0,4
2,0
2,0
1,75
3,0
2,11
2,6
Высота внешней части
0,2 – 0,3
выхлопной трубы hв Высота цилиндрической части Нц Высота конуса Нк Высота установки фланца
0,1
hфл Общая высота циклона Н
4,38
4,56
10
4,26
3,835
2,925
3,3
Рис. 2. Цилиндрический (а) и конический (б) циклоны НИИОГаза
Рис. 4. Циклон Варианты задания для самостоятельного выполнения Рассчитать параметры циклона и подобрать серийную марку циклона по следующим исходным данным: №
3
3
μ 106,
Q, м /с
свх, г/м
1
ЦН-11
15
120
1,35
2230
22,1
0,65
2
ЦН-24
25
20
1,38
1750
21,8
0,77
3
СК-ЦН-34
5
80
1,32
2050
21,5
0,75
11
ρч, кг/м
3
Тип
вар.
ρг, кг/м
3
Па·с
η
Результаты расчета конструкционных параметров циклона сводятся в таблицу. Параметр
Размер, мм
Диаметр выхлопной трубы Диаметр пылевыпускного отверстия Ширина входного патрубка Длина входного патрубка Высота входного патрубка Высота выхлопной трубы Высота внешней части выхлопной трубы Высота цилиндрической части Высота конуса Высота установки фланца Общая высота циклона
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2 Расчет параметров пылеосадительной (гравитационной) камеры Цель работы: освоить методику расчета параметров пылеосадительной камеры при очистке промышленных выбросов. Теоретическая часть Пылеосадительные
камеры
используются
в
качестве
устройств
предварительной обработки газов на первых ступенях систем газоочистки для осаждения частиц крупных размеров (более 100 мкм) и разгрузки аппаратов последующих ступеней. Конструирование осадительных камер основано
на подсчете
сил, действующих
на частицу,
и
скорости
вертикального движения вниз под действием результирующей силы. Размеры камеры определяются размером наименьших частиц, которые должны быть
12
осаждены, т.е. соотношением скоростей осаждения и движения газового потока.[7]
Рис. 3. Схемы пылеосадительных камер: І- запылѐнный газ, ІІ - очищенный газ, ІІІ – пыль, a) полая и б) с вертикальными перегородками: 1 – корпус, 2 – бункер, 3 - штуцер для удаления пыли, 4 – перегородки Скорость газа в данных камерах от 2 до 1.5 м/с. Камеры пригодны для улавливания частиц не менее 50 мкм. Степень очистки не превышает 40 - 50 %. При работе с химически агрессивными газами внутренняя поверхность камеры обрабатывают специальным покрытием. Расчет пылеосадительной камеры.
Продолжительность
прохождения
газами
камеры
τ(с)
при
равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет [7].
τ= L∙B∙H/Vy где : Vy - объемный расход газа; L, B, H - соответственно длина, ширина, высота в м За это время под действием силы тяжести частица пройдет путь h
h = sср ∙ t где sср - средняя скорость частицы в м/с Скорость осаждения sср определяется по диаграммам. Эффективность камеры определяется по отношению
h/H , если h > H , то все частицы
имеющие скорость осаждения sср будут улавливаться в камере:
13
η = h/H = sср∙L∙ B/Vг = sср ∙L/sг где
sг - средняя скорость газового потока. Методика расчета пылеосадительных камер Требуется рассчитать площадь отстаивания, определить минимальный
размер частиц, которые будут полностью осаждены в пылеосадительной камере.[3] 1. Определяем критерии Архимеда:
где: g – скорость свободного падения = 9,8 м/с; d – наименьший размер частиц; ρч – плотность частиц пыли; ρг – плотность газа; µ - вязкость газа. 2. Определяем критерий Рейнолдса:
Re = 0,152*Ar0,715 3. Вычисляем скорость осаждения, м/с:
V0 = Re ∙µг / (d ∙ ρг) 4. Рассчитываем скорость стесненного осаждения, м/с:
V0 / = 0,5∙ V0 5. Вычисляем требуемую площадь осаждения, м2:
Fо = Gг / (г ∙ V0 /) где: Gг – массовый расход воздуха. 6. Рассчитываем минимальный размер частиц, которые будут осаждены в камере:
14
Варианты задания для самостоятельного выполнения Рассчитать параметры пылеосадительной камеры по следующим данным: Наименьший Массовый
Вязкость
Плотность
газа
газа
μ∙103, Па∙с
ρг , кг/м3
Плотность
размер
расход
частиц
воздуха
d, мкм
Gг , кг/ч
1
180
2045
0,027
0,75
820
2
170
2000
0,027
0,75
820
3
185
2100
0,027
0,75
820
Вариант
частиц пыли ρч , кг/м3
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3 Расчет параметров рукавного фильтра Цель работы: освоить методику расчета параметров рукавного фильтра при очистке промышленных выбросов. Теоретическая часть Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно.
15
Рис.4 Рукавный фильтр: 1 – корпус; 2 – встряхивающее устройство; 3 – рукав; 4 – распределительная решетка В тканевых фильтрах применяют фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые на ткацких станках и войлоки, получаемые путем свойлачивания или механического перепутывания волокон. В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями достигает 100…200 мкм. К тканям предъявляются следующие требования: 1) высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать после регенерации такое количество пыли, которое достаточно для обеспечения высокой эффективности очистки газов от тонкодисперсных твердых частиц; 2)
сохранение,
оптимально
высокой
воздухопроницаемости
в
равновесно запыленном состоянии; 3) высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при многократных изгибах, стабильность размеров и свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, находящихся в сухих и насыщенных влагой газах; 4) способность к легкому удалению накопленной пыли; 5) низкая стоимость. 16
Методика расчета рукавного фильтра 1.
Определяется удельную газовую нагрузку:
q=qH∙ c1∙ c2∙ c3 ∙c4 ∙c5 где qH – нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации, для расчетов следует принять qH = 2,6; c1 –
коэффициент,
характеризующий
особенность
регенерации
фильтрующих элементов (табл. 5.1); с2 – коэффициент, учитывающий влияние концентрации на удельную нагрузку (рис. 5.2); с3 – коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе (табл. 5.2); с4 – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа (табл. 5.3); с5 – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки. Коэффициент с5 при концентрации пыли в отходящих газах 30 мг/м3 рекомендуется принимать равным 1, а при 10 мг/м3 – 0,95. 2.
Рассчитывается поверхность фильтрования:
F=V/60q где V – объем очищаемого газа, м3. 3.
По каталогу выбирается фильтр с близкой поверхностью
фильтрования. Таблица 8 - Значения коэффициента c1 Тип регенерации
с1
Импульсная продувка сжатым воздухом
1
Обратная продувка и одновременное встряхивание
0,75…0,85
Обратная продувка
0,55…0,70.
Таблица 9 - Зависимость коэффициента c3 от диаметра частиц определяется. dm, мкм
100
c3
0,7–0,9
0,9
1,0
1,1
1,2–1,4
17
Таблица 10 - Зависимость коэффициента c4 от температуры газа t, oC c4
20
40
1
0,9
60
80
100
120
140
160
0,84
0,78
0,75
0,73
0,72
0,7
Таблица 11 - Основные характеристики некоторых фильтров Площадь Марка
фильтрующей
фильтра
поверхности, м2
Кол-во Кол-во
рукавов
секций,
в
шт.
секции,
Диаметр рукава, мм
ГидраВысота
влическое
рукава,
сопротив-
м
ление,
шт.
Па
ФР-6П
18
1
6
390
2,5
500
ФТ-2М
20
1
12
300
1,8
600
12,4
1
4
386
2,6
490
24,8
2
4
386
2
490
37,2
3
4
386
2,6
490
ФРКИ-30
30
1
36
135
2
2000
ФРКИ-60
60
2
36
135
2
2000
ФРКИ-90
90
3
36
135
2
2000
180
4
36
135
3
2000
360
8
36
135
3
2000
550
6
36
135
6
2800
720
8
36
135
6
2800
ФТНС4М ФТНС8М ФТНС12М
ФРКИ180 ФРКИ360 ФРКИ550 ФРКИ720
18
4.
Определяется гидравлическое сопротивление фильтровальной
перегородки:
ΔP=Kп · μ · Wn +K1 · μ· τ · cвхW2 Коэффициент Kп, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки, м-1 (Kп = 2,76×109 м-1); m – динамическая вязкость газа, Па×с (m = 19×10-6 Па×с); w – скорость фильтрования, м/с (w = 0,015 м/с); n – показатель степени, зависящий от режима течения газа сквозь перегородку (для ламинарного режима n = 1); t – продолжительность фильтровального цикла, с (t = 600 с); cвх – концентрация пыли на входе в фильтр, кг/м3; K1– параметр сопротивления слоя пыли м/кг (K1= 80×109 м/кг). 5. Определяется гидравлическое сопротивление фильтра. 6. Находится скорость во входном патрубке:
Vвх = Vп /(3600*Sвх) где: Sвх - площадь входного отверстия по данным таб. 2.16.
Рис.2.1 Зависимость коэффициента с2 от концентрации пыли на входе в фильтр свх. 7. Определяется гидравлическое сопротивление корпуса фильтра
ΔPк = ξ* Vвх2*ρг/2 где: ξ – при конструировании фильтров обычно принимается 1,5…2,0; ρг плотность газа ρг = 0,998кг/м3. 19
8. Определяется общее гидравлическое сопротивление фильтра
ΔPф = ΔPк + ΔPп 9. Определяется фильтрующую поверхность отключаемую на регенерацию:
Fp = Nc*Fc*tp*mp где: Nc – число секций в фильтре; Fc – фильтрующая поверхность секции, м2; tp – время регенерации секции, с; mp – число регенерации в течение одного часа (для фильтров с импульсной продувкой можно пренебречь). 10. Определяется Общая площадь фильтра с учетом поверхности для регенерации: Fф+Fр Таблица 2.16 - Основные характеристики некоторых фильтров Площадь
Количество
Марка
фильтрующей Количество
рукавов
фильтра
поверхности, секций, шт.
в секции,
м2
шт.
Диаметр Высота Гидравлическое рукава, рукава, сопротивление, мм
м
Па
ФР-6П
18
1
6
390
2,5
500
ФТ-2М
20
1
12
300
1,8
600
ФТНС-4М
12,4
1
4
386
2,6
490
ФТНС-8М
24,8
2
4
386
2
490
ФТНС-12М
37,2
3
4
386
2,6
490
ФРКИ-30
30
1
36
135
2
2000
ФРКИ-60
60
2
36
135
2
2000
ФРКИ-90
90
3
36
135
2
2000
ФРКИ-180
180
4
36
135
3
2000
ФРКИ-360
360
8
36
135
3
2000
ФРКИ-550
550
6
36
135
6
2800
ФРКИ- 720
720
8
36
135
6
2800
20
Варианты задания для самостоятельного выполнения Рассчитать параметры фильтра по следующим исходным данным: № Объем Температ Динамичес вари очищае ура газов кая анта мого С0 вязкость 3 газа м /ч газа Па*с
Запыленность воздуха на входе в фильтр, г/м3
1
45000
120
18х10-6
28
Допустимая запыленность воздуха на выходе из фильтра мг/м3 1,8
2
46000
140
18х10-6
29
1,9
3
47000
160
19х10-6
30
2,0
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4 Расчет параметров скруббера Вентури Цель работы: освоить методику расчета параметров рукавного фильтра при очистке промышленных выбросов. Теоретическая часть Скрубберы
Вентури
–
высокоинтенсивные
газоочистительные
аппараты, но работающие с большим расходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100 – 200 м/с, а в некоторых установках – до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции. Скруббер Вентури – универсальный малогабаритный аппарат (рис. 7.1), обеспечивающий улавливание тумана на 99…100 %, частиц пыли с d = 0,01…0,35 мкм – на 50…85 % и частиц пыли с d = 0,5…2 мкм – на 97 %. Главный недостаток скруббера Вентури — большой расход энергии по преодолению
высокого
гидравлического
сопротивления,
которое
в
зависимости от скорости газа в горловине может составлять 0,002…0,013 21
МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностью в эксплуатации, управление им сложное.
Рис. 5. Скруббер Вентури: 1 – форсунка; 2 – сопло Вентури; 3 – каплеуловитель
Методика расчета 1. Определяется необходимая эффективность η работы аппарата:
где Сн – начальная концентрация пыли в газе, мг/м3; Ск – конечная концентрация пыли в газе, мг/м3.[8] 2. Определяется удельную энергию КТ, затрачиваемую на очистку, кДж на 1000м3 газа, по формуле:
где: X и В – параметры зависящие от вида пыли. 3. Устанавливается гидравлическое сопротивления аппарата, которое состоит из потерь давления в трубе Вентури и циклоне-каплеуловителе:
ΔPn = K-Pж*m где m – удельный расход воды при улавливании мелкодисперсной пыли и центральной подачи (через сопло) воды, принимают равным m = 0,005 – 0,007 м3/м3; при улавливании грубодисперсной пыли в низконапорных трубах m = 0,001-0,002 м3/м3; Pж – напор распыляемой воды – 300-350кПа.[8] 4.Рассчитывается параметры циклона-каплеуловителя: а) Диаметр циклона-каплеуловителя, м: 22
где Lс – расход газа м3/с; νц - эффективная скорость воздуха в циклоне, νц = 4,5 - 6 м/с. б) Высота циклона-каплеуловителя, м:
H = 2,5*Dц в) Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя, Па;
ΔPц = ξц*ρ*Vц2/2 где
ξц
–
коэффициент
местного
сопротивления
циклона
(для
пылеуловителей типа ЦВП ξц =30); ρ – плотность газа, кг/м3. 5. Рассчитывается гидравлическое сопротивление, трубы Вентури, Па:
ΔPтр = ΔPп - ΔPц 6. Определяется скорость газа в трубе Вентури при стандартных условиях ((ρ = 1,2 кг/м3; ρж = 1000 кг/м3; ξс = 0,15; ξж = 0,63):
7. Рассчитывается геометрические размеры трубы Вентури: а) Диаметр горловины, м:
где L – расход газа, м3/ч. б) Длина горловины, м:
lг = 0,15*dг
в) Диаметр входного отверстия конфузора, м:
где νвх – скорость воздуха во входном патрубке, νвх = 15-20 м/с. г) Длина конфузора, м:
lк = (dк – dг) / 2tg(α1/2) где α1 - угол раскрытия конфузора, равный 25 - 30°. д) Диаметр входного отверстия диффузора, м:
23
где νвых – скорость выхода воздуха из диффузора, νвых = 16-18 м/с. е) Длина диффузора, м:
lд = (dд – dг) / 2*tg(α2/2) где α2 - угол раскрытия диффузора, равный 6 - 7°. ж) Диаметр сопла подачи воды, м:
где Gв – расход воды, м3/с. Gв = Lc*m Варианты задания для самостоятельного выполнения Рассчитать параметры скруббура Вентури по следующим исходным данным: Расход вариант
очищаемого воздуха, м3/ч
Начальная
Конечная
концентрация концентрация пыли, г/м3
Давление воды,
пыли, г/м3
кПа
1
12000
20
0,6
350
2
13000
25
0,7
350
3
11000
18
0,5
350
В = 6,5*10-4; Х= 1,0529
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5 Расчет параметров пенного газопромывателя Цель
работы:
освоить
методику
расчета
параметров
газопромывателя при очистке промышленных выбросов.
24
пенного
Теоретическая часть Газопромыватели
предназначены
для
пылезолоулавливания,
орошающей жидкостью, как правило, является вода. Ее расход для разных типов аппаратов может изменяться от 0,1 до 10 м3 на 1000 м3 обрабатываемых газов. Так как основным недостатком мокрых способов обезвреживания является необходимость обработки загрязненных стоков, образовавшихся в процессе очистки газов, то приемлемыми могут быть лишь способы с минимальным водопотреблением. Рассмотрение широкого круга разнообразных
конструкций
мокрых
скрубберов,
разработанных
к
настоящему времени, невозможно и не представляется столь необходимым. Многие
из
приводимых
в
технической
литературе
аппаратов
малоупотребительны из-за несовершенства разработки. Полые газопромыватели (Рис.5.) реализуют наиболее примитивную схему мокрой очистки с организацией промывки запыленных потоков газа в газоходах (воздуховодах) или отдельных камерах (емкостях) различной формы.[4]
Рис.5.Полые газопромыватели: а – полый форсуночный: 1- корпус; 2 – форсунки; б – насадочный с поперечным орошением: 1 – корпус, 2 – форсунка; 3 – оросительное устройство; 4 – опорная решетка; 5 – насадка; 6 – шламосборник 25
Чтобы унос жидкости из зоны контакта был незначительным, размер капель должен быть не менее 500 мкм, а скорость газового потока не должна превосходить 1–1,2 м/с. С целью уменьшения габаритов установки скорость потока увеличивают (иногда до 5 м/с и более) и устанавливают на выходе аппарата каплеуловители. Орошающую жидкость разбрызгивают прежде всего с помощью центробежных форсунок, поддерживая ее давление в пределах 0,3-0,4 МПа. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, из которой удалена грубая взвесь. Полые газопромыватели могут найти применение для осаждения частиц крупнее 10 мкм. В полых скрубберах, подвод жидкости может быть организован навстречу или поперек потока.
а
б
Рис 6. Тарелки пенных газопромывателей:
в а – провальные 1 –
корпус; 2 – оросительное устройство; 3 – тарелка; б – щелевые; в – дырчатые Пенные
газопромыватели
представляют
собой
колонны
с
перфорированными перегородками, называемыми тарелками (рисунок 6). Для очистки газов чаше всего используются провальные, щелевые и дырчатые тарелки (рисунок 6, а, б и в). 26
Диаметр отверстий дырчатых тарелок принимают в пределах 3-8 мм, а относительное свободное сечение (отношение площади отверстий к площади тарелки) ffr = 0,15–0,25. Отверстия разбиты по равностороннему треугольнику. Шаг между отверстиями , мм, определяют по формуле:
δ D0 0.91/ffr где D0 – диаметр отверстия, м. Размеры тарелок приведены в таблице 12. Таблица 12 - Геометрические характеристики дырчатых тарелок , мм
6
8
9
10
10
11
11
12
13
13
13
14
16
18
3
4
4
5
5,5
5
6
5
5
6
7
6
7
8
0,226
0,226
0,179
0,226
0,272
0,18
0,271
0,157
0,134
0,193
0,263
0,167
0,174
0,179
D, мм fr
Щелевые тарелки могут выполняться решетчатыми, трубчатыми или колосниковыми. Трубчатые и колосниковые конструкции изготавливают сварными из трубок, прутков или пластин. Ширину щели в тарелке b принимают 4-5 мм, свободное сечение fr = 0,2-0,25. Необходимое число N щелей в тарелке можно найти по таблице 13. Конструктивный параметр рассчитывают по формуле:
χ 0,785D2 f fr /(lm b), где D – диаметр аппарата, м; lm – длина щели, расположенной в середине тарелки; ее принимают на 0,01 м меньше диаметра аппарата D. Общую длину всех щелей ltot – определяют из выражения:
l tot 0.785D2 f fr /b 27
Таблица 13 - Зависимость числа щелей в тарелке N от конструктивного параметра N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
0.866
1.688
2.498
3.296
4.093
4.887
5.679
6.471
7.257
N
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
8.042
8.832
9.620
10.411
11.20
11.982
12.776
13.654
14.352
15.138
N
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
15.925
16.713
17.50
18.287
19.074
19.860
20.648
21.432
22.219
23.005
Шаг между щелями равен:
δ Расстояние
между
щелями
b1,
lm N находят
следующим
образом.
Оптимальная толщина дырчатых и щелевых тарелок 4-6 мм. Удельное орошение для очистки газов от пыли принимают в пределах 0,4-0.6 на 1 л газов. При этом минимальная скорость газов, необходимая для создания устойчивого пенного режима на тарелке, составляет порядка 1 м/с. Газопромыватели с подвижной насадкой представляют собой емкости, в которых на опорно-распределительной решетке располагается слой насадочных элементов, имеющих возможность перемещаться при работе аппарата. Корпуса таких аппаратов выполняют цилиндрической (рис.7, а) или цилиндроконической (рис.7, б) формы. Цилиндрические аппараты рассчитываются на работу в режиме псевдоожижения, а цилиндроконические - в режиме фонтанирования. В отличие от газопромываетелей с неподвижной насадкой, эти аппараты могут использоваться для улавливания всех видов пыли, за исключением схватывающей и длинноволокнистой. Аппараты с фонтанирующей насадкой могут работать в более широком диапазоне скоростей, чем аппараты с псевдоожижением.
28
Для цилиндрических аппаратов удельное орошение rjr принимается в пределах 0.5-0.7 л/ м3. Опорные тарелки обычно выполняются щелевыми с шириной щелей в пределах 4-6 мм. Относительное свободное сечение тарелки ffr для слабо слипающихся не волокнистых пылей принимают около 0,4 м2/ м2, а для смолистых веществ и пылей, способных образовывать отложения, ffr увеличивают до 0,6 м2/ м2. С целью уменьшения сопротивления слоя используют насадки шаровой или овальной формы. Наилучший материал насадок – полиолефины (полиэтилен, полипропилен), ввиду невысокой насыпной плотности. Кроме того, они достаточно легко очищаются. Рекомендуемая насыпная плотность насадки составляет 200-300 кг/м3. Возможно также использование стеклянных шариков, вспученных материалов без поверхностных пор. Оптимальный диаметр шаров около 20 мм. Диаметр аппарата в десять или более раз должен превышать диаметр элементов насадки.
Рис 7. Корпуса газопромывателей с подвижной насадкой: а – цилиндрический; б – цилиндроконический Минимальная высота слоя насадки в неподвижном состоянии должна быть в пределах 5–8 диаметров шаров, а максимальная – не более диаметра аппарата. 29
Для цилиндроконических аппаратов рекомендуются полиэтиленовые элементы насадки диаметром до 40 мм с насыпной плотностью до 120 кг/ м3, а высота засыпки в статическом состоянии – 650 мм. Угол раскрытия конической части аппарата должен быть не более 60°. Удельное орошение для цилиндроконических аппаратов принимают достаточно высоким – около 4–6 л/ м3; при этом унос жидкости меньше, чем в аппаратах с псевдоожиженном слое. Цилиндроконические скрубберы могут применяться для очистки газов при их расходе до 40000 м3/ч. Методика расчета 1. Проводиться выбор расчетной скорости газа. Скорость газа в аппарате – один из важнейших факторов, определяющих эффективность работы аппарата. Допустимый диапазон фиктивных скоростей составляет 0,5-3,5 м/с. Однако при скоростях выше 2 м/с начинается сильный брызгоунос и требуется установка специальных брызгоуловителей. При скоростях меньше 1 м/с возможно сильное протекание жидкости через отверстия решетки, вследствие чего высота слоя пены снижается, а жидкость может не полностью покрывать поверхность решетки. Для обычных условий рекомендуемая скорость ω = 2,3м/с.[5] 2. Определяется площадь сечения аппарата. Площадь поперечного сечения аппарата S, м2, равна:
S = Qн /ω где
Qн – расход газа, поступающего в аппарат при рабочих условиях,
м3/с. В случае круглого поперечного сечения, в котором обеспечивается более равномерное распределение газа, при известной площади сечения S можно определить диаметр корпуса аппарата D, м :
30
3) Проводится расчет концентрации пыли на выходе из газопромывателя, кг/м3:
свых = свх * (1-η) 4) Определяется количество улавливаемой пыли, кг/ч:
Gул = V0*(cвх – свых) где: V0 – объем газа. 5) Определяется объем воды необходимый для образования суспензии, м3/ч:
где: К – коэффициент распределения пыли между утечкой и сливной водой, выраженный отношением количества пыли, попадающей в утечку, к общему количеству уловленной пыли, К=0,6-0,8;
с – концентрация
суспензии, находится в пределах Т:Ж =(1:5) – (1-10).[5] 6) Проводится расчет количества сливной воды:
Lсл = i * b где: i – интенсивность потока на сливе с решетки, м3/м*ч; b – ширина решетки перед сливом, равная длине сливного порога, м. 7) Определяется общий расход воды, м3/ч:
L = Ly+Lсл; 8) Определяется Удельный расход воды, дм3/м3: Lуд = L/V0 9) От общего расхода воды утечка составляет:
Ly = (Ly/L)*100, Условие: L ≥ 2*Ly 10) Определяется Коэффициент скорости пылеулавливания, м/с:
Кп = 2*η*ω/(2-η) 31
11) Определяется Высота исходного слоя воды на решетке, м:
h0 = (H/0,806*ω0,5)1/0,6 где: H – высота слоя пены, при улавливании гидрофильной пыли со средним размером частиц 15-20мкм рассчитывается:
H = Кп – 1,95*ω+0,09 12) Определяется Высота порога рассчитывается по формуле:
hп = 2,5 *h0 – 7,5 Варианты задания для самостоятельного выполнения Рассчитать параметры мокрого газопромывателя по следующим данным: Расход вариант
очищаемого воздуха, м3/ч
Температура
Начальная
газовоздушной концентрация смеси, С0
пыли, кг/м3
Степень очистки
1
50000
80
0,01
0,99
2
30000
80
0,02
0,98
3
40000
80
0,015
0,99
с = 1:8 = 0,125кг/кг; К=0,7
32
Список рекомендуемой литературы
1.
Бракович И.С., Сизов В.Д., Короткий В.Н. Расчет рукавного
фильтра. Методические указания. Минск, 2011. 2.
Ветрошкин А. Г. Процессы и аппараты пылеочистки : учебное
пособие / А. Г. Ветрошкин. Пенза, 2005. 3.
Ильин А. В., Голованчиков А. Б., Сиволобова Н. О. Практические
работы по промышленной экологии. Учебное пособие. РПК ―Политехник‖. Волгоград, 2007. 4.
В.А. Лазарев Циклоны и вихревые пылеуловители: Справочник. –
2-е изд., перераб.и доп. – Нижний Новгород: Фирма ОЗОН-НН, 2006. 5.
Павлов К.Ф, Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по
курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1987. 6.
РодионовА.И., Кузнецов Ю.П., Соловьев Г.С. Защита биосферы
от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов. – М.: Химия, КолосС, 2005. 7.
Справочник по пыле- и золоулавливанию. под ред. А. А.
Русанова, 2 изд., М., 1983. 8.
Шалаев И.М. Оборудование для очистки газов промышленных
печей. Методические указания. Красноярск, 2007. 9.
Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник
/М.В. Буторина, Л.Ф. Дроздова, Н.И. Иванов и др. / Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2004. Интернет источники: 10.
Электронная библиотека книг и журналов «Сhemanalytica.com»
/http://chemanalytica.com/book/ 11.
Информационная
система
"Единое
образовательным ресурсам"/ www/window.edu.ru
33
окно
доступа
к
ПРИЛОЖЕНИЕ Схемы пылегазоочистного оборудования
Рис. 1 – Циклон типа СИОТ
34
Рис. 2 – Схема батарейного циклона
Рис. 3 – Схема группового циклона 35
Рис. 4 – Батарейный циклон
36
37
Рис. 6 Циклонные элементы
Рис. 7 – Кольцевой адсорбер: 1 – установочная лапа; 2 – штуцер для подачи паровоздушной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха; 3 – опора для базы под цилиндры; 4 – корпус; 5, 6 – внешний и внутренний перфорированные цилиндры; 7 – крышка; 8 – смотровой люк; 9 – загрузочный люк; 10 – бункер-компенсатор; 11 – штуцер для предохранительного клапана; 12 – слой активного угля; 13 – база для цилиндров; 14 – разгрузочный люк; 15 – днище; 16 – штуцер для отвода очищенного и отработанного воздуха и для подачи водяного пара; 17 – штуцер для отвода паров и конденсата при десорбции и для подачи воды 38
Рис. 8 – Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем поглотителя: 1 – гравий; 2 – разгрузочный люк; 3, 6 - сетка; 4 – загрузочный люк; 5 – штуцер для подачи исходной смеси; 7 – штуцер для отвода паров при де-сорбции; 8 штуцер для предохранительного клапана; 9 – крышка; 10 – грузы; 11 – кольцо жесткости; 12 – корпус; 13 – адсорбент; 14 – опорное кольцо; 15 – колосниковая решетка; 16 – штуцер для отвода очищенного газа; 17 – балки; 18 – смотровой люк; 19 – штуцер для отвода конденсата и подачи воды; 20 – барботер; 21 – днище; 22 – опоры балок; 23 – штуцер для подачи водяного пара через барботер
Рис. 9. – Адсорбер с движущимся слоем адсорбента: 1 – зона адсорбции; 2 – распределительные тарелки; 3 – холодильник; 4 – подогреватель; 5 – затвор
39
40
41
42
Электрофильтр (рис. слева) 1 — входной патрубок; 2 — корпус электрофильтра (осадительный электрод); 3 — коронирующий электрод; 4 — изоляторы; 5 — выходной патрубок; 6 — высоковольтный выпрямитель тока; 7 — бункер для пыли. Механизм зарядки и осаждения частиц в электрофильтре (рис. ниже): 1-коронирующий электрод; 2-электроны; 3ионы; 4-частицы пыли; 5-осадительный электрод 6-молекулы газа; 7-агрегат электропитания.
Типы коронирующих электродов: а — гладкие; б — с фиксированными точками разряда; 1 — круглого сечения; 2 — штыкового сечения; 3 - звездообразный; 4 — ленточный; 5 — колючая проволока; 6 — пилообразный; 7 — игольчатый . 43
Составитель Дружакина Ольга Павловна
УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ для студентов по направлению подготовки магистров «Природообустройство и водопользование»
напечатано в авторской редакции с оригинал-макета заказчика
Подписано в печать 24.02.2010 Формат 60 х 84 1/16. Усл. печ. л. 1,6. Уч. - изд. л. 1,3. Тираж 30 экз. Заказ № _____ Издательство «Удмуртский университет» 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.
44