Нижегородский Государственный Технический Университет
Кафедра "Инженерная экология и охрана труда"
ВЫБОР И РАСЧЕТ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
Методические указания по выполнению практических работ по курсу “Экология”
г. Н. Новгород, 2005 год
УДК: 502.7:621.311.1 Составители: А.Б. Елькин, О.В.Маслеева
Выбор и расчет средств очистки газов: Методические указания для практических работ по дисциплине "Экология" /НГТУ; Сост. А.Б. Елькин, О.В. Маслеева. Н.Новгород, 2005, 11с.
1. Цель работы
- Ознакомиться с принципом работы циклона - аппарата сухой очистки от пыли.
- выбрать и рассчитать циклон для заданного источника образования пыли.
2. Краткие сведения из теории
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются автомобили, промышленные предприятия и тепловые электростанции. Ежегодно в воздух предприятиями черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов выбрасывается более 250 млн т мелкодисперсной пыли. Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не человека, флору и фауну, различные сооружения и транспортные средства и др. Очистка промышленных выбросов осуществляется в аппаратах сухой и мокрой очистки. Одним из аппаратов сухой очистки является циклон.
Принцип работы циклона
Широкое применение для сухой очистки газов от пыли получили циклоны различных типов. В настоящее время применяется около двадцати типов циклонов. Сравнительные испытания циклонов различного типа показали, что для промышленного применения они могут быть ограничены в большинстве случаев цилиндрическими и коническими циклонами НИИОГАЗ (научно-исследовательский институт по промышленной и санитарной очистке газов). Наиболее часто применяются цилиндрические циклоны марок ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, конические СК ЦН-34, СК ЦН-34М, СДК ЦН-33, конструктивные схемы которых представлены на рис.1(1). Геометрические размеры цилиндрических и конических циклонов указываются в долях от внутреннего диаметра.
Газовый поток вводится в циклон через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру. На частицу пыли действуют - сила тяжести, сила сопротивления среды. центробежная сила. Центробежная сила направлена по радиусу к стенкам циклона и определяется по формуле:
где 
- диаметр частиц,
- тангенциальная составляющая скорости газа.
R - радиус циклона,
- плотность частиц пыли,
- плотность газа.
Циклон цилиндрический Циклон конический
рис. 1
Эффективность циклона выше, чем больше диаметр частиц пыли, её удельный вес, скорость вращения газового потока и чем меньше диаметр циклона. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенках циклона пылевой слой. который постепенно опускается в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер. происходит при повороте газового потока в бункере на . Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит через выходную трубу. Циклоны не применяются для очистки влажных газов и взрывоопасных сред.
Циклоны НИИОГАЗ подразделяются на высокоэффективные и высокопроизводительные. Циклоны СДК ЦН-33, СК ЦН 34, ЦН-1 1 относятся к высокоэффективным циклонам. При диаметрах менее 1 м они обеспечивают степень очистки т] = 0.85 - 0.95 при улавливании частиц диаметром более 5 мкм. Циклоны типа ЦН-24 относятся к высокопроизводительным, они могут надежно и без забивания работать при высокой входной запыленности. Циклоны типа ЦН-15 занимают среднее положение и обеспечивают несколько меньшую степень очистки, чем циклоны ЦН-11, но обладают большей надежностью при работе в условиях повышенной запыленности.
При выборе и расчете циклонов необходимо учитывать свойства пыли - абразивность и слипаемость. Для уменьшения абразивного износа следует выбирать циклоны, исходя из наименьших значений скорости газа. При улавливании сильно слипающейся пыли не рекомендуется применять циклоны малого диаметра (менее 0,8 м), которые склонны к залипанию. Так для очистки газов от сажи применяются конические циклоны серии СК, которые обладают высокой эффективностью за счет более высоко гидравлического сопротивления
Расчет циклонов
Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений.
Таблица 1 - Параметры, определяющие эффективность циклонов
|
Параметры |
Тип циклона | ||||||
|
ЦН-24 |
ЦН-15У |
ЦН-15 |
ЦН-11 |
СДК ЦН-33
|
СКЦН-34 |
СК ЦН 34М
| |
|
ωоп,м/с |
4,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
2,0 |
1,7 |
2,0 |
|
dтоп, мкм |
8,50 |
6,00 |
4,50 |
3,65 |
2,31 |
1,95 |
1,13 |
|
0,308 |
0,283 |
0,352 |
0,352 |
0,364 |
0,308 |
0,340 |
ωоп - скорость движения газа в циклоне, м/с,
dтоп - диаметр частиц освящаемых с эффективностью 50%, мкм,
- стандартное отклонение функции распределения порциальных коэффициентов очистки.
Расчет начинают с циклона, для которого диаметр частиц пыли должен быть ориентировочно dм > 2dт50. dм - медианный размер частиц, который представляет такой размер, при котором количество частиц крупнее dм, равно количеству частиц мельче dм.
Диаметр циклона вычисляется по формуле :
(1)
где Q - количество очищаемого газа, м3/с.
Полученное значение диаметра D округляется до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона Dц (табл.2).
Таблица 2 - Типовые значения внутреннего диаметра циклона
|
Dц, м |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
По выбранному диаметру циклона находится действительная скорость движения газа в циклоне :
(2)
Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более, чем на 15%
-При отклонении более чем 15% выбирают другой тип циклона.
Параметр
определяют следующим образом. - диаметр частиц реально осаждаемых с эффективностью 50% при рабочих условиях. Величина определяется по формуле :
(3)
Значение dт50 соответствует следующим параметрам работы циклона:
С учетом этих значений формула (3) принимает вид :
(4)
Полученное значение
должно быть меньше dм (заданного). Если это не выполнятся, то необходимо выбрать другой циклон с меньшим значением 
.
Расчет параметра X ведут по формуле :
(5)
По величине параметра X определяют значение нормальной функции распределения Ф(Х). Ф(Х) - это полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях.
Эффективность очистки газа в циклоне ( η ) определятся :
(6)
Полученное значение сопоставляют с требуемым. Если η окажется меньше требуемого, то необходимо выбрать другой тип циклона с меньшим значением ωоп и 
.
Определение коэффициента гидравлического сопротивления циклона :
(7)
где K1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 3),
K2 - поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 4),
- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 5).
Таблица 3 - Поправочный коэффициент K1 (3)
|
Dц, м |
ЦН-11 |
ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 |
СДК ЦН-3, СДК ЦН-34, СДК ЦН-34М |
|
0,2 |
0,95 |
0,90 |
1,00 |
|
0,3 |
0,96 |
0,93 |
1,00 |
|
0,4 |
0,99 |
1,00 |
1,00 |
|
≥0,5 |
1,00 |
1:00 |
1,00 |
Таблица 4 - Поправочный коэффициент K2 (3)
|
Тип циклона
|
Запыленность на входе, г/м3 (Свх) | ||||||
|
0 |
10 |
20 |
40 |
80 |
120 |
150 | |
|
ЦН-11 |
1,00 |
0,96 |
0,94 |
0,92 |
0,90 |
0,87 |
0,85 |
|
ЦН-15 |
1,00 |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
0,87 |
0,86 |
|
ЦН-15У |
1,00 |
0,93 |
0,92 |
0.91 |
0,89 |
0,88 |
0,87 |
|
ЦН-24 |
1,00 |
0,95 |
0,93 |
0,92 |
0,90 |
0,87 |
0,86 |
|
СДК ЦН-33 |
1,00 |
0,81 |
0,785 |
0,78 |
0,77 |
0,76 |
0,745 |
|
СК ЦН-34 |
1,00 |
0,98 |
0,947 |
0,93 |
0,915 |
0,91 |
0,90 |
|
СК ЦН-34М |
1,00 |
0,99 |
0,97 |
0,95 |
- |
- |
- |
Таблица 5 - Коэффициент гидравлического сопротивления ( 2 )
|
Тип циклона |
ЦН-24 |
ЦН-15, ЦН-15У |
ЦН-11 |
СДК ЦН-33 |
СК ЦН-34 СК ЦН-34М |
|
|
75 |
155 |
245 |
520 |
1050 |
Вычисление гидравлического сопротивления циклона производят по формуле
где 
- плотность газа, 
- скорость газа в циклоне, м/с.
Расчет мощности привода подачи газа. Величина гидравлического сопротивления и объемный расход (Q) очищаемого газа определяют мощность ( N ) привода устройства для подачи газа к циклону:
(9)
- коэффициент запаса мощности, ( =1,2)
- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору (г\и - 0,8 ).
- КПД вентилятора ( = 0,8 ).
Определение концентрации пыли на выходе из циклона :
(10)
3. Задание к работе
По своему варианту рассчитать циклон для заданного источника выделения пыли. Начертить циклон с указанием размеров.
4. Пример расчета
Исходные данные :
оборудование - вращающаяся цементная печь,
Исходя из заданного размера частиц пыли ( dM= 18 мкм ), выбираем циклон, который очищает от частиц пыли размером = 8,5 мкм.
Циклон: ЦН - 24
Определяем диаметр циклона
По таблице 2 выбираем ближайшее значение типового диаметра DЦ = 1,8м
Выводы :
циклон ЦН - 24 ;
Dц = 1,8м ;
η = 0,82;
N = 22551 Вт;
-
Варианты заданий
Согласно заданию преподавателя ( табл. 6 ) выбрать и рассчитать циклон, обеспечивающий требуемую эффективность очистки газа. Обозначения принятые в табл. 6. :
- объем очищаемого газа,
- плотность газа при рабочих условиях,
, Па с - вязкость газа при рабочей температуре,
,мкм - медианный размер частиц пыли,
- стандартное отклонение размеров частиц пыли,
- входная концентрация пыли,
- плотность частиц пыли,
- требуемая эффективность очистки газа.
6. Рекомендуемая литература
1. Очистка и рекуперация промышленных выбросов: Учебное пособие для вузов / В. Максимов, И.В. Вольф, Л.Н. Григорьев и др. - М.: Лесная промышленность, 1981, 640 с.
2. Охрана окружающей среды: Учебник для технических вузов / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, АЛ. Зозьяков и др.- М.: Высшая школа, 1991, 319 с.
3. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И.Мягков и др: Под ред. А.А. Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983, 312 с.
Таблица 6. Исходные данные для расчета циклона
|
№ |
Наименование оборудования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Клинкерно-обжиговая печь |
20 |
1,29 |
17,3 |
23 |
0,501 |
30 |
2000 |
0,85 |
|
2 |
26 |
1,29 |
17,3 |
20 |
0,602 |
10 |
2000 |
0,80 | |
|
3 |
10 |
1,29 |
17,3 |
14 |
0,535 |
25 |
2000 |
0,80 | |
|
4 |
16 |
1,29 |
17,3 |
9 |
0.497 |
20 |
2000 |
0.80 | |
|
5 |
Шахтная мельница |
0.1 |
1,29 |
17,3 |
56 |
0,97 |
100 |
2240 |
0,80 |
|
6 |
Крекинг установка |
2 |
1,29 |
17,3 |
16 |
0,250 |
10 |
2600 |
0,85 |
|
7 |
10 |
1,29 |
17,3 |
14 |
0,250 |
20 |
2600 |
0,85 | |
|
8 |
Крекинг установка |
10 |
1,29 |
17,3 |
7 |
0,301 |
15 |
2600 |
0,85 |
|
9 |
Углесушильный барабан |
5 |
1,29 |
17,3 |
15 |
0,334 |
50 |
1350 |
0.80 |
|
10 |
Шаровая мельница |
1 |
1,29 |
17,3 |
6 |
0.468 |
20 |
2900 |
0,80 |
|
11 |
Вращающаяся цементная печь |
10 |
1,29 |
17,3 |
7 |
0,345 |
40 |
2000 |
0.80 |
|
12 |
Вращающаяся цементная печь |
10 |
1,29 |
17,3 |
18 |
0,652 |
20 |
2000 |
0,85 |
|
13 |
Электролизер алюминия |
5 |
1.29 |
17,3 |
10 |
0,352 |
1 |
2700 |
0,85 |
|
14 |
Вращающаяся печь обжига |
2 |
1,29 |
17,3 |
13 |
0.215 |
100 |
2900 |
0,85 |
|
15 |
Вращающаяся печь обжига |
3 |
1.29 |
17,3 |
8 |
0,506 |
40 |
2650 |
0.80 |
|
16 |
Распылительная сушилка |
10 |
1,29 |
17,3 |
8 |
0,210 |
4 |
1800 |
0.80 |
|
17 |
Барабанная сушилка |
10 |
1,29 |
17,3 |
15 |
0,360 |
10 |
1800 |
0,80 |
|
18 |
12 |
1,29 |
17,3 |
11 |
0.360 |
20 |
1800 |
0,80 | |
|
19 |
Барабанная сушилка |
8 |
1,29 |
17,3 |
20 |
0,352 |
10 |
2700 |
0,85 |
|
20 |
Цементная мельница |
5 |
1,29 |
17,3 |
12 |
0,468 |
60 |
2900 |
0,85 |
|
21 |
Наждачный станок |
0,5 |
1.29 |
17,3 |
38 |
0.214 |
10 |
2500 |
0.85 |
|
22 |
Шаровая мельница |
3 |
1,29 |
17,3 |
9 |
0,385 |
10 |
2900 |
0,80 |
|
23 |
Электролизер алюминия |
8 |
1,29 |
17,3 |
10 |
0.468 |
2 |
2700 |
0.85 |
|
24 |
Наждачный станок |
0,6 |
1,29 |
17,3 |
30 |
0.312 |
15 |
2500 |
0,85 |
|
25 |
Шаровая мельница |
2 |
1,29 |
17,3 |
6 |
0,268 |
10 |
2900 |
0.80 |
|
26 |
Наждачный станок |
0,8 |
1,29 |
17,3 |
30 |
0.314 |
8 |
2500 |
0,85 |
|
27 |
Наждачный станок |
10 |
1,29 |
17,3 |
6 |
0,468 |
10 |
2000 |
0.80 |
|
28 |
Шаровая мельница |
12 |
1,29 |
17,3 |
7 |
0.214 |
2 |
2000 |
0,80 |
|
29 |
Наждачный станок |
8 |
1,29 |
17,3 |
18 |
0,385 |
15 |
2240 |
0.80 |
|
30 |
Барабанная сушилка |
5 |
1,29 |
17,3 |
10 |
0.468 |
10 |
2600 |
0,85 |