|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ № 1.Стр 1 из 4Следующая ⇒
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ВВЕДЕНИЕ Контрольная работа состоит из 4 задач и выполняется студентом в тетради с учетом следующих требований: 1. Вариант выбираются студентом по последней цифре шифра. 2. Каждое задание выполняется с новой страницы. 3. Далее полностью записывается условие задачи, исходные данные для расчета согласно варианту. 4. До решения приводится схема очистного устройства, расчет которого выполняется в задании. 5. Все чертежи выполняются на миллиметровой бумаге с помощью чертежных принадлежностей и вкладываются в контрольную работу. 6. Математические расчеты производятся с точностью до тысячных. 7. В конце контрольной работы необходимо предоставить список используемой литературы. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ № 1. Свойства пыли Кроме физических и химических факторов свойства пыли определяют и условия распространения пыли в воздушной среде. Мелкодисперсная пыль осаждается медленнее, чем крупнодисперсная, а особо мелкодисперсная пыль практически не осаждается. Свойства пыли имеет первостепенное значение при совершенствовании пылеулавливающего оборудования, а так же для осуществления мероприятий по снижению или полному предотвращению выделения пыли и ее распространению. К основным свойствам пыли относятся: - СЛИПАЕМОСТЬ. При взаимодействии пылевых частиц между собой и с поверхностями ограждений или конструкций они образуют конгломераты. Это явление называется слипаемостью. Слипаемость обуславливается силами молекулярного, капиллярного и электрического происхождения. - СЫПУЧЕСТЬ. Характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и поверхности. Другими словами –сыпучесть это способность частиц перемещаться под действием внешних сил. Понятие сыпучесть используется при определении конструктивных параметрах оборудования по улавливанию и транспортировки пыли. От сыпучести пыли зависит угол наклона нижней части бункера пыли. -ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ. Способность пыли поглощать влагу. Количество влаги в пыли или ее влагосодержание меняется в зависимости от относительной влажности воздуха. - СМАЧИВАЕМОСТЬ пыли. Определяется ее взаимодействием с водой. Если при попадании пыли на поверхность воды доля затонувших частиц превышает 80 %, то смачиваемость пыли считается хорошей. Смачиваемость пыли определяет возможность использования мокрой уборки и гидроудаления. - ГОРЮЧЕСТЬ. Под горючестью и взрываемостью пыли понимают ее способность образовывать с воздухом горючую или взрывоопасную смесь. Это главное отрицательное свойство пыли. Многие виды пыли образуют с воздухом взрывоопасную смесь. При этом пыль в состоянии аэрозоля, т.е находящаяся во взвешенном состоянии, взрывоопасна, а осевшая на поверхности- пожароопасна. - САМОВОЗГОРАНИЕ. Возникновение горения при отсутствии источника зажигания. Самовозгорание может быть тепловым (при нагревании вещества до определенной температуры), микробиологическим (в результате жизнедеятельности организмов и выделении при этом теплоты) и химическим (в результате химических экзотермических реакций). Взрыво- и пожароопасность уменьшаются с увеличением влажности, а также при наличии в пылевоздушной смеси минеральных добавок, не участвующих во взрывообразовании. -ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ свойства. Электрические силы в значительной степени влияют на процесс коагуляции, ее взрывоопасность и воздействие на живые организмы.
Классификация пылеуловителей Пылеуловителями называют устройства, действия которых основаны на использовании для осаждения пылевых частиц сил тяжести или инерции, отделяющих пыль от воздушного или газового потоков при изменении скорости и направления движения. По принципу удаления взвешенных частиц из газового потока золоуловители можно классифицировать следующим образом. 1. Устройства, работа которых основана на использовании силы тяжести, пылевые камеры. Ввиду громоздкости и низкой эффективности в настоящее время этот способ не применяется. 2. Сухие инерционные золоуловители. (Для выделения частиц здесь используются силы инерции, центробежные силы). 3. Тканевые фильтры (используется принцип фильтрации газов через ткань). 4. Мокрые инерционные золоуловители. (Здесь кроме сил инерции и центробежных сил используется принцип пленочного и капельного улавливания жидкостью). 5. Турбулентные золоуловители с применением труб Вентури (используется укрупнение частиц в турбулентном потоке с последующим улавливанием укрупненных капель в мокром циклоне). 6. Пенные газопромыватели, использующие принцип барботажа запыленных газов через слой водяной пены. 7. Ультразвуковые коагуляторы, использующие ультразвук для укрупнения мельчайших частиц. 8. Электрофильтры, в которых происходит ионизация газа, получение частицами летучей золы электрических зарядов и перемещение в мощном электрическом поле этих частиц к осадительным электродам. К основным требованиям, предъявляемым к системам пылеулавливания, относятся высокая эффективность и эксплутационная надежность. Эффективность практически всех пылеуловителей зависит от дисперсного состава частиц. Пылеулавливающее оборудование по особенностям процесса отделения твердых частиц от газовой фазы можно разделить на две группы. - оборудования для улавливания пыли сухим способом, к которому относятся пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, жалюзные и ротационные пылеуловители, фильтры и электрофильтры. - оборудования для улавливания пыли мокрым способом: скрубберы Вентури, форсуночные скрубберы, пенные аппараты и др. установок. Рис. 2. Схема жалюзийного пылеуловителя ВТ Таблица 1 КПД жалюзийных золоуловителей
Примечание: ЛИОТ - Ленинградский институт охраны труда Рис. 3. Жалюзийный пылеуловитель Задание №1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАДАНИЮ № 2 Конструкция и принцип работы циклонного аппарата
Работа циклонов основана на использовании силы инерции. Основные элементы конструкции представлены на рис. 5. Газ поступает в патрубок со скоростью 20-25 м/с. Будучи подведен тангенциально, газ получает вращательное движение и разворачивается вниз, одновременно совершает вращательное и поступательное движение. Приближенно можно считать, что все частицы газа движутся с постоянной угловой скоростью. Статическое давление по диаметру цилиндра непостоянно. В центре создается разрежение. Пыль, вследствие инерции, отжимается к стенкам цилиндра. Частицы, касаясь стенок, теряют скорость и выпадают из потока. По мере движения к вершине конуса внутренние слои газа поворачивают к оси циклона и начинают двигаться в сторону выхлопной трубы, образуя по центру трубы восходящий вращающийся вихрь. Пыль осаждается в нижней части, входя в золоспускную трубу. Работа циклона может происходить при любом его геометрическом положении. Вышеизложенная теория не дает исчерпывающие указания о наилучшей конструкции циклонных аппаратов, о влиянии изменения конструктивных форм на коэффициент полезного действия аппарата. Поэтому большинство данных опытные. Дисперсионный состав пыли и ее удельный вес влияют на КПД улавливания. Чем крупнее частицы, тем лучше они улавливаются. В таблице 2 приведен фракционный КПД конических циклонов при сопротивлении Р = 500 Па.
Таблица 2
Таблица 3 Предельные значения концентрации для малослипающейся пыли
Для слипающейся и сильно слипающейся пыли, до накопления достаточного количества данных, указанные значения предельно допустимых концентраций должны быть уменьшены на 25-50 %. Температура и вязкость газа влияют на КПД циклона очень незначительно. С увеличением вязкостиКПД падает. При снижении температуры КПД также снижается. Так, при снижении температуры с 360 до 150 °СКПД падает с 77, 7 % до 75 %. Циклоны, изготавливаемые из обычных сталей, могут быть применены для температуры не выше 400 °С, а с литыми чугунными корпусами - до 500 °С. Циклоны из специальных сталей могут использоваться до температуры 750 °С, а в случае наличия при этом жаростойких внутренних покрытий соответствующей толщины - до 1000 °С и больше. Влажность газов сильно влияет на очистку от пыли, в особенности, если возможна конденсация влаги на поверхности частиц. Для устранения отложения пыли на стенках циклона температура за циклоном должна быть на 15–20 °С выше точки росы. Скорость поступления газов сильно влияет на КПД циклона. Теоретически с увеличением скорости КПД должен расти. Практически рост возможен только до определенного предела, а затем начинается падение. Наилучшая скорость от 20 до 29 м/с. Число оборотов газового потока в циклоне теоретически в значительной мере должно влиять на КПД, которое должно расти с увеличением числа оборотов. Практически это не подтверждено, видимо, вследствие возмущений в газовом потоке. Абсолютные размеры циклона, вне зависимости от его конструктивных особенностей, существенно влияют на степень очистки газа. При геометрически подобном уменьшении размеров циклона КПД растет, при увеличении - падает. Исходя из принципа улавливания наиболее тонкой пыли, рекомендуется применять единичные циклоны и блоки параллельно включенных одинаковых циклонов диаметром до 800 мм, но не более1000 мм. Для малых расходов газа диаметр циклона может быть принят менее 300 мм. При уменьшении размеров уменьшается ширина входного патрубка, а следовательно, и расстояние, которое частицы должны пройти, чтобы достигнуть стенки; с уменьшением диаметра цилиндра увеличивается угловая скорость газов, а следовательно, увеличиваются и силы, действующие на частички. Это свойство используется при проектировании мультициклонов.
Рис. 5. Устройство циклона и схема движения в нем газового потока: Экспериментально установлено, что при уменьшении отношения диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона КПД растет, но растет и сопротивление циклона. Большей частью это отношение поддерживается от 0, 55 до 0, 65. Опытами установлено оптимальное отношение диаметра пылеотводящего патрубка к диаметру циклона от 0, 16 до 0, 18. Уменьшение угла раскрытия конуса несколько увеличивает степень очистки газа. Так, при изменении угла с 60 до 30° КПД изменяется от 74 до 78 %. При увеличении высоты цилиндрической части циклона степень очистки газов незначительно возрастает. Своевременный отвод из циклона уловленного уноса - непременное условие нормальной работы аппарата. Неплотности в золоспускной системе снижают КПД. Подсос воздуха 10-15% к количеству очищаемого газа сведет к нулю эффект работы аппарата. Максимальная часовая производительность единичных циклонов рекомендуемых диаметров, при проходе газов с плотностью р = 1, 32 кг/м3 и поддержании гидравлических сопротивлений 500–850 Па приведена в таблице 4.
Таблица 4
Рис. 7 Схема батарейного циклона
Батарейные циклоны имеют общий пылевой бункер для всех элементов. Это снижает КПД батарейного циклона по сравнению с КПД одного элемента (коэффициента улавливания). Нарушение работы происходит не только из-за неравномерности распределения газов по элементам и различных сопротивлений элементов, но и за счет нарушения обмена газов между пылевым бункером и элементами мультициклона. Обмен газа происходит и в том случае, когда все элементы одинаковы и работают в одинаковых условиях. В патрубке, отводящем золу, происходит следующее. По периферии патрубка, благодаря вращению газа, давление больше, следовательно, пыль с частью газов выходит вниз. В центре патрубка разрежение, туда подсасывается газ. Так происходит газовый обмен между бункером и элементом. При одном из вышеназванных нарушений этот обмен нарушается. В отдельных элементах количество газа, подсасываемого через патрубок, становится больше, чем выходящего из него. Встречный поток движется навстречу поступающей пыли и снижает эффективность работы элемента. В других элементах выходить газов будет больше, чем подсасываться. Коэффициент улавливания этих элементов будет несколько выше, но не настолько, чтобы перекрыть потерю других элементов. Общая степень очистки снижается. Одним из недостатков батарейного циклона является забивание золой, ввиду чего сильно возрастает сопротивление циклона. Забивание происходит вследствие низкой скорости газов при малой нагрузке либо при неравномерном распределении газов по элементам. Степень неравномерности распределения газа по элементам зависит от конфигурации и направления подводящих газоходов, от скорости газового потока в них и наличия или отсутствия выравнивающих приспособлений. Неравномерное распределение газа по элементам помимо забивания части элементов золой вызывает неравномерный износ труб циклона. Появление сквозных отверстий в выхлопных трубах либо в корпусах элементов батарейных циклонов вызывает просасывание неочищенных газов, минуя элементов. Этим резко ухудшается степень очистки. Отсутствие коридоров между элементами не дает возможности производить профилактические осмотры. При неплотной установке элементов на нижней трубной доске появляются подсосы газов из распределительной камеры в пылевой бункер, что приводит к разъеданию больших отверстий. Коррозии подвержены внешние стенки золоуловителя и стенки газоходов. Коррозия интенсивно протекает в местах отложения золы. Под слоем золы, ввиду охлаждения стенки наружным воздухом, создается низкая температура. Пары воды конденсируются. В следствие просачивания газов через слой пыли, туда попадает SO2 и начинается коррозия. Метод борьбы с коррозией - тщательная наружная изоляция. Мультициклоны плохо улавливают частицы от 0 до 10 микрон, поэтому в большинстве случаев не могут удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям. Температурный предел работы батарейных циклонов следующий: циклонные элементы со сварными корпусами из обычной стали – 400 °С, с литыми чугунными корпусами – 500 °С. При температурах больших 500 °С - из специальной стали сварные. Толщина стенки литых корпусов циклонных элементов колеблется в зависимости от диаметра: от 8 до 11 мм. Выбор типа закручивающего аппарата циклонного элемента зависит от концентрации пыли, ее свойств (слипаемости, абразивности, зернового состава) и влажности газа. Лопаточные закручивающие аппараты следует устанавливать, когда газ имеет небольшую влажность (< 50 г/кг), концентрацию пыли не более 25 г/м3 Обычное гидравлическое сопротивление батарейного циклона составляет от 500 до 850 Па.
Таблица 5 Фракционный КПД
Для выравнивания нагрузки по циклонным элементам необходимы следующие мероприятия. Число циклонных элементов (для всех диаметров и типов), объединенных общим пылевым бункером, не должно превышать в одном ряду (по ходу газов) десяти, а число элементов в ряду, перпендикулярном потоку газов, может доходить до шестнадцати. Однако при этом начиная с двенадцати элементов в ряду (перпендикулярном) пылевой бункер следует разделить перегородкой на две части. Перегородка должна быть расположена перпендикулярно потоку газов и оканчиваться на расстоянии 200–250 мм от пылевыпускного отверстия бункера. Кроме того, начиная с четырнадцати элементов в ряду рекомендуется устанавливать в секции два бункера (для ограничения перетекания газов из одних элементов в другие). Число секций с самостоятельным бункером не ограничивается. В зависимости от свойств пыли: ее фракционного состава, слипаемости, а также начальной запыленности очищаемых газов, - выбирают диаметр Д Зная допускаемое гидравлическое сопротивление Р, принимаемое на основании технико-экономических расчетов и опыта эксплуатации, а также коэффициент гидравлического сопротивления для данного типа циклонных элементов, можно рассчитать их число. Для этого из формулы
определяют Wусл. – условную скорость газов, м/с, отнесенную к полному сечению цилиндрической части корпуса элемента. После этого находят количество газов, очищаемых одним элементом батарейного циклона (производительность одного элемента), м3/c:
Разделив количество очищаемых газов на производительность одного элемента Qr, находят требуемое число циклонных элементов:
Общую степень улавливания пыли циклонными элементами выбранного диаметра определяют так же, как и степень улавливания для обычных циклонов, пользуясь данными об известном или предполагаемом фракционном составе улавливаемой пыли (R1 – содержание определенной фракции, %), и экспериментально найденными значениями фракционных КПД (данного типа аппаратов):
Если степень улавливания не удовлетворяет нужным требованиям, принимают меньший диаметр циклонного элемента или повышают в нем скорость газов. Это увеличивает гидравлическое сопротивление. Для уменьшения гидравлического сопротивления циклонов в ряде отечественных и зарубежных конструкций использованы раскручивающие и спрямляющие поток устройства. При оборудовании циклонов лопастными раскручивателями, устанавливаемыми в нижней части выхлопных труб, удается снизить их гидравлическое сопротивление на 25–30 %, однако коэффициент очистки при этом уменьшается на 1-1, 5 %. Но их применение может быть рекомендовано только при неслипающейся пыли. Часто батарейные циклоны приходится размещать на давно построенных станциях. Для удобства их размещения создано много конструкций. Ниже приведены две из них. Батарейный циклон, изображенный на рис. 8, устанавливается при малой высоте помещения. Второй вариант (рис. 9) занимает мало места в плане.
Задание 2. Расчет циклона Рассчитать циклон учитывая, что плотность частиц ρ чт = 1930 кг/м3, динамическая вязкость газа μ т = 22, 2 * 10-6 (Н*с)/м2, динамическая вязкость воздушного потока μ = 12, 5 * 10-6 (Н*с)/м2 Расчет циклона производится по следующей схеме: 1. По таблице 1 определяют оптимальную скорость газа в аппарате ۷ опт и дисперсию распределения значений фракционной эффективности пылеуловителя Ig σ ή .
2. Рассчитывают необходимую площадь сечения циклона, м. F = Q / (۷ опт * 3600) Где Q - объем очищаемого газа (м/ч); 3600 – перевод ۷ опт в м/час
3. Определяют диаметр циклона, м D = Где F – площадь сечения циклона. Диаметр циклона округляют до величины из стандартного ряда диаметров по таблице 2.
4.Вычисляют действительную скорость газа в циклоне, м/с ۷ = Q / (0.785 D2 * 3600) 3600 – перевод Q в м/с; Q – объем очищаемого газа (м/ч); D – диаметр циклона, м Скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.
5. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона ζ ц = к1 * к2 *ζ сц500 + к3, где к3 для одиночных источников равно 0. ζ сц500 – выбираем согласно таблице 3. к1 и к2 – согласно таблице 4 и 5.
6. Определяют потери давления в циклоне, Па ∆ Р = (ζ ц * ρ г *۷ 2) / 2 где ρ г – плотность воздуха 1, 29. ζ ц и ۷ – берем из расчета в пункте 4 и 5.
7. Определяют диаметр циклона, используя данные таблицы 1 и условие задания, м d50 = dт50 где dт50 – параметр пыли; ρ чт – плотность частиц; μ – динамическая вязкость воздушного потока; μ m – динамическая вязкость газа; dm – диаметр частиц пыли; ν m = ν опт – средняя скорость газа в циклоне; ν – действительная скорость газа в циклоне; D – диаметр циклона ρ ч – плотность газовоздушного потока;
8. Определяют параметр Х по формуле, м Х = Ig(dт/ d50)/ Где Ig σ ή и Ig σ ч – представлены в таблице 1.
9. По таблице 6 определяем полный коэффициент очистки газа, выраженный в процентах.
10. Начертить схему циклона.
Скруббер Вентури
На рис. 11 изображен «Скруббер-Вентури», впервые испытанный Получающийся таким путем вторичный аэрозоль по среднему диаметру частиц приближается к размеру мелких фракций. Таким путем легко получить частицы средним диаметром 30-40 микрон. В расширяющейся части сопла Вентури происходит коагуляция частиц. Укрупненные частицы затем улавливаются в циклоне. Скорость газов в горловине 70-120 м/с. Создание вторичного водяного тумана в самой горловине обеспечивает высокую эффективность коагуляции частиц размером свыше Аппарат этой конструкции, работающий на очистке газов мартеновской печи от паров и окислов железа, имел коэффициент обеспыливания 98-99 %. При очистке доменного газа от частиц размером от 1 до 20 микрон был достигнут коэффициент обеспыливания от 99, 9 до 99, 99 %. При этом расход энергии на преодоление сопротивления аппарата составлял 1, 3 кВт× ч. на 100 м3 очищаемого газа. Основной недостаток этой конструкции, препятствующий внедрению ее в энергетические установки, - высокое сопротивление, превышающее 3500 Па. В России внедрение аппаратов «Вентури-Скруббера» началось сравнительно недавно главным образом в металлургической промышленности - для очистки доменного газа, улавливания свинцовой пыли и др. Проведены не только стендовые, но и промышленные испытания этих установок. теоретической работой, а также внедрением этих аппаратов в промышленность в основном занимаются московские институты НИИОГАЗ, «Гипрогазоочистка», «Гинцветмет», УНИИХИМ, НИУИФ и др. Поскольку доменные печи работают с избыточным давлением, это давление и используется в газоочистительном аппарате. Такие установки имеются, например, на Константиновском металлургическом заводе, Магнитогорском металлургическом комбинате и др. Результаты испытания турбулентного газопромывателя на Магнитогорском металлургическом комбинате показали, что удельный расход воды составил 1, 23–3, 69 л/м3, скорость в горловине достигла 86, 5–138 м/с, потеря давления 95–200 кПа. Такое высокое сопротивление аппаратов можно объяснить наличием избыточного давления. В Чимкенте для улавливания свинцовой пыли установлен скоростной пылеуловитель, спроектированный Гинцветметом. Установка обеспечивает улавливание 96-97 % мелкой свинцовой пыли. Недостатки этих установок те же, что и у аппаратов «Скруббер-Вентури» - высокое сопротивление.
Задание № 3 Задание №4 Расчет электрофильтров
1. Рассчитывается необходимая площадь активного сечения электрофильтров, м2,
WЭ - скорость газов в электрическом поле, м/с; V – объем газов на входе электрофильтра м3/с.
2. Зная тип электрофильтра по справочным таблицам 9 и 10 определяем площадь сечения одного электрофильтра fэ. Тогда количество параллельно отключенных электрофильтров, шт,
Fа - необходимая площадь активного сечения электрофильтров, м2 fэ - площадь сечения одного электрофильтра, м2.
3. Для подсчета коэффициента полезного действия введем понятие удельной поверхности осаждения:
S – площадь осаждения осадительных электродов, м2; V – объемный расход очищаемых газов, м3/c3.
4. Определяется средняя напряженность электрического поля, В/м
Е = Ео / d, где
Ео - напряженность поля осаждения В; d - расстояние между плоскостями осадительных и коронирующих электродов м.
5. Определяемскорость дрейфа заряженных частиц пыли диаметром больше 1 мкм в электрическом поле, м/с,
Е – напряженность поля осаждения, В/м; r – радиус частицы, м; m – динамическая вязкость газов, Н× с/м2.
6. Определяемскорость дрейфа заряженных частиц пыли диаметром меньше 1 мкм
7. Определяется КПД для каждого размера частиц пыли:
W – скорость дрейфа частиц, м/с.
Методику нахождения скорости дрейфа проиллюстрируем цифровым примером. Напряженность поля осаждения Ео = 50000 В, расстояние между плоскостями осадительных и коронирующих электродов d = 0, 125 м. Тогда средняя напряженность поля, В/м,
Е = Ео / d = 50000 / 0, 125 = 4 * 105 В/м
Температура очищаемых газов t = 140 °С. По таблице динамическая вязкость воздуха, Н× с/м2,
Тогда для частиц размером меньше 1 мкм получим скорость дрейфа частиц
Из приведенных формул следует, что для частиц диаметром более 1 мкм скорость их движения к осадительным электродам прямо пропорциональна размеру частицы и квадрату значения напряженности поля. Частицы диаметром менее 1 мкм движутся со скоростью, не зависящей от их размера и определяемой напряженностью поля. Значения W составляют несколько десятков сантиметров в секунду. Хотя значения W, рассчитанные по приведенным формулам, достаточно хорошо совпадают с данными, полученными при испытаниях электрофильтров, при наличии практически определенных значений W следует пользоваться последними. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Исходные данные к заданию № 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Исходные данные к заданию № 2
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-03; Просмотров: 556; Нарушение авторского права страницы
где
, где
где
где
где
