Знаходження концентрації пилу й попередній вибір пиловловлювачів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекція №3

Тема: Знаходження концентрації пилу й попередній вибір пиловловлювачів

План

Загальна ефективність пиловловлювача.

Ваговий метод вимірювання концентрації пилу.

Вимоги до очищення повітря, що викидається в атмосферу.

Попередній вибір пиловловлювачів.

1. Загальна ефективність пиловловлювача

Головним завданням при проектуванні пилоочисного обладнання є виконання вимог щодо ефективності очищення викидів. Ефективність пиловловлювача або загальна ефективність пиловловлюючого встаткування повинна бути не меншою за величину:

, (3.1)

де початкова концентрація аерозолів в забрудненому повітрі, яка залежить від виду обладнання і технології процесів; кінцева концентрація аерозолів після пиловловлювача, яка визначається санітарними нормами і умовами розсіювання викидів в приземному шарі повітря, [мг/м3]. Розглянемо знаходження величин та .

2. Ваговий метод вимірювання концентрації пилу

Для визначення концентрації пилу обирають пряму частину повітропроводу довжиною 8-10 калібрів. Вимірювання можна проводити як на горизонтальному так і на вертикальному повітропроводі. Вертикальний краще оскільки пил не має можливості осідати в нижній частині повітропроводу.

Знаходять поле швидкостей повітряного потоку в повітропроводі. Рух газопилового потоку в повітропроводах, звичайно, характеризується режимом розвиненої турбулентності (104). У цих умовах розподіл частинок по перерізу, перпендикулярному до напрямку руху потоку залежить від :

гравітації (для горизонтальних повітропроводів);

турбулізації потоку;

закручення потоку;

розміру частинок;

відскакування частинок від стінок каналу;

сил електростатичного і молекулярного притягування.

У повітропроводах невеликого діаметра значний вплив на розподіл частинок має відскакування від стінок каналу. Особливо це помітно на горизонтальних повітропроводах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При значних швидкостях газопилового потоку відбувається вирівнювання концентрації пилу по перерізу потоку.

В промислових газоходах можливі три характерні види пилових профілів в залежності від розміру частинок.

При відборі проб пилу з повітропроводу необхідно виконувати наступні вимоги:

Відхилення носика пило відбірної трубки від вісі потоку не повинно перевищувати 5о.

Швидкість газу у вхідному отворі насадка пиловідбірної трубки повинна бути рівна швидкості газопилового потоку (10%) у точці вимірювань (умова ізокінетичності потоку).

Проба, що відбирається повинна відповідати середньому розподілу частинок по розмірам у перерізі повітропроводу. Саме для цього вимірювання проводяться на відстані не менше 8-10 калібрів від місцевих опорів.

Методика відбору проб пилу для визначення його фізико-хімічних властивостей і концентрації.

Для проведення фізико-хімічних досліджень необхідно взяти пробу пилу. Звичайно, для цієї мети достатньо приблизно 800 гр. пилу. Крім того, фільтрувальний пристрій, який застосовується в пиловідбірній установці повинен забезпечувати видалення всієї маси вловленого пилу з точністю не гірше 3%.

Методи відбору проб пилу поділяють на :

метод внутрішньої фільтрації (фільтруючий елемент знаходиться всередині повітропроводу);

метод зовнішньої фільтрації (фільтруючий елемент знаходиться ззовні повітропроводу).

Для знаходження фізико-хімічних властивостей пилу, звичайно, застосовують метод зовнішньої фільтрації. Для визначення концентрації пилу частіше застосовують метод внутрішньої фільтрації.



а- метод зовнішньої фільтрації; б- метод внутрішньої фільтрації;1- термометр; 2- пиловідбірна трубка; 3- циклончик ВТІ; 4- пневмометрична трубка конструкції НИИОгаза; 5- патрон для фільтрів з електропідігрівом; 6- паперовий чи тканинний фільтр; 7- діафрагма; 8- термометр; 9- манометр; 10- реометр; 11- мікроманометр; 12- компресор; 13- манометр; 14- скляний алонж.

Для виконання умов ізокінетичності діаметр насадка пиловідбірної трубки підбирають, таким чином, щоб виконувалася умова:

 , (3.2)

або - якщо LГ=20 л/хв.

Запиленість газового потоку в точці вимірювань z [мг/м3] знаходять за формулою:

, (3.3)

де вага пилу в фільтруючому пристрої, гр; витрати повітря при відборі проби пилу, приведені до нормальних умов, л/хв; ф- час відбору проби пилу, хв.

Для знаходження середньої запиленості потоку по всьому перерізу газоходу застосовують формулу:

, (3.4)

де та відповідно запиленість і швидкість газів в окремих точках по перерізу газоходу.

При періодичних вимірюваннях запиленості її середнє значення по перерізу газоходу обчислюють за формулою:

, (3.5)

де середній коефіцієнт поля запиленості; концентрація пилу в центрі повітропровода. Середній коефіцієнт поля запиленості знаходять за формулою:

, (3.6)

де .

3. Вимоги до очищення повітря, яке викидається в атмосферу

Для захисту оточуючого середовища викиди вентиляційних систем повинні очищатися з максимально можливою по техніко-економічним умовам повнотою. Концентрація аерозолів (Сk) в викидах не повинна перевищувати

, (3.7)

де - коефіцієнт, який залежить від МДК аерозолів у повітрі робочої зони виробничих приміщень.

МДК, мг/м3	<2	24	46	610
k	0,3	0,6	0,8	1,0

Концентрація аерозолів у викидах обґємом менше 15 тис. м3/год допускається приймати дещо більшою, по формулі, мг/м3:

, (3.8)

де обґєм викиду, тис. м3/год.

Концентрації розраховані по цим формулам перевіряються на умову, що в результаті розсіювання викидів в атмосфері концентрація аерозолів з урахуванням фонового забруднення атмосфери не перевищуватиме:

концентрації шкідливих речовин у приземному шарі атмосфери населених пунктів, які вказані в СН245-71.

Концентрація шкідливих речовин у повітрі, яке надходить у приймальні отвори систем припливної вентиляції й через відкриті аераційні отвори в розмірі 30%МДК тих же аерозолів у робочій зоні приміщень по ГОСТ 12.1.005-76.

При наявності у викидах частинок твердого пилу розміром більше 20 мкм - вони повинні вловлюватися з ефективністю не менше 90-95% незалежно від МДК. Це необхідно для запобігання травм очей у людей, які знаходяться в районі викиду, утворення шару пилу на даху будівель і забруднення територій.

4. Попередній вибір пиловловлювачів

Головним завданням проектування систем очищення є виконання вимог щодо ефективності очищення викидів по залишковій концентрації з найменшими витратами при забезпеченні надійності роботи пиловловлювачів та зручності експлуатації.

Для очищення повітря, яке видаляється аспіраційними системами від аерозолів застосовують пиловловлювачі 5 класів.

Клас пиловловлювача	Розмір ефективно вловлюваних частинок пилу, мкм.	Група пилу по дисперсності	Загальна ефектив-ність пиловловлювачів, %
І	Більше 0,30,5	V IV	<80 99,980
ІІ	Більше 2	IV III	9245 99,992
ІІІ	Більше 4	III II	9980 99,999
IV	Більше 8	II I	99,995 >99,9
V	Більше 20	I	>99

Під назвою пиловловлювач маються на увазі як уловлювачі пилу, так і інших аерозолів. Пиловловлювачі І класу потребують великих витрат енергії, мають складну конструкцію й досить дорогі в експлуатації. Тому в системах вентиляції їх застосовують рідко.

Перелік пиловловлювачів які рекомендовані для очищення аспіраційного повітря наведено в табл. 1.

Табл. 1.

Тип	Вид пиловловлювачів	Клас ефективності	Область застосування
			Група пилу по дисперсності	Опір, Па
Гравіта-ційні	Пилоосаджувальні камери (довільної конструкції)	V	I ; II	100200
Інерційні	Циклони великої пропускної здатності: - одиночні ЦН-15, ЦН-24; групові ЦН-15. Циклони високої ефективності: - одиночні СКЦН-34; - мокроплівкові ЦВП, ВТИ-ПСП; - швидкісні промивачі СИОТ; - струменеві, мокрі ПВМ ПВМК, ПВМС, ПВМБ; - крапельні, типу Вентурі КМП.	V V IV IV III III II II	I ; II I ; II II ; III II ; III II ; III III ; IV III ; IV III ; IV	600-750 600-750 1000-1200 600-800 900-1100 1200-1950 2000-3000 3000-4000
Тканинні	Рукавні пиловловлювачі: СМЦ-101, СМЦ-166Б, ФВК, ФРКИ. Сіткові капронові, металічні для вловлення волокнистого пилу.	ІІ V	III ; IV I	1200-1250 150-300
Волок-нисті	Уловлювачі туманів кислот і лугів ФВГ-Т Вловлювачі аерозолей масел (ротаційні)	ІІ ІІ	IV IV	800-1000 800-1000
Електри-чні	Уловлювачі туманів масел і маслянистих рідин УУП	ІІ	IV , V	50-100

Пиловловлювачі застосовуються в основному для уловлення з повітря частинок ІІV груп дисперсності. Аерозолі V групи дисперсності в пиловловлювачах як правило ефективно не вловлюються внаслідок їх великої дисперсності. У звґязку з цим для уловлення тонкодисперсних аерозолів можуть застосовуватися 2-х і більше ступеневі фільтри. Причому в якості останнього ступеню застосовують фільтри ФяЛ.

При виборі фільтрів необхідно враховувати, що пиловловлювачі I i II групи забезпечують очищення повітря до допустимої концентрації у вказаних у таблиці областях імовірного застосування лише при порівняно невеликій початковій запиленості повітря.

Сухі пиловловлювачі IVV класів звичайно застосовують в якості першого ступеню перед “мокрими” пиловловлювачами більш високих класів. Це дозволяє зменшити кількість шламу, що утворюється при роботі “мокрих” пиловловлювачів. Або перед сухими пиловловлювачами більш високих класів коли по технологічним міркуванням необхідно відділити грубодисперсні фракції.

При можливості дотримання вимог щодо ефективності очищення пиловловлювачами декількох класів із них вибирають пиловловлювач нижчого класу. Якщо вимогам по ефективності відповідають декілька пиловловлювачів IV i V класу з них вибирають пиловловлювач сухого типу. З пиловловлювачів ІІІІ класів рекомендуються мокрі. При очищенні повітря від вибухонебезпечного пилу рекомендується застосовувати мокрі пиловловлювачі.

Остаточний вибір пиловловлювача виконується на основі достовірних даних при дисперсний склад пилу й фракційну ефективність пиловловлювача.



Лекція №4

Тема: Розрахунок гравітаційних пиловловлювачів

План

Рух частинок пилу в повітряному потоці.

Осідання пилу під дією сили тяжіння.

Нестаціонарний режим руху частинки пилу.

1. Рух частинок пилу в повітряному потоці

Процес сепарації частинок пилу з повітря може відбуватися завдяки дії різноманітних зовнішніх сил:

сили тяжіння;

відцентрових сил;

сил інерції;

сил електростатичного притягування та інше.

Як правило на частинку пилу одночасно діють декілька сил.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рух частинки в нерухомому повітрі.

Розглянемо найпростіший випадок: рух частинок пилу в нерухомому повітрі. Частинка пилу у вигляді кульки діаметром мкм при рівномірному рухові в повітрі знаходиться під дією сили опору середовища:

, (4.1)

де - площа перерізу кульки, аеродинамічний коефіцієнт, який залежить від режиму руху частинки. Режим руху частинки характеризується критерієм Рейнольдса

 , (4.2)

При і формула (4.1) набуває вигляду - формула Стокса. Очевидно, що в даному випадку сила опору середовища лінійно залежить від швидкості частинки ().

При (формула Аллена).

При режим розвиненої турбулентності.

При .

Для реальних частинок, які не мають форми кулі, необхідно враховувати фактор форми:

пиловловлювач концентрація повітряний атмосфера

, (4.3)

де S - площа поверхні частинки; V - її обґєм. Для цього випадку емпіричним шляхом отримані наступні залежності:

ламінарний режим , (4.4)

турбулентний режим , (4.5)

2. Осідання пилу під дією сили тяжіння

Швидкість осідання частинок () є головною характеристикою процесу взаємодії частинки і середовища. На кожну пилинку, що знаходиться в повітрі діє Архімедова сила

Размещено на http://www.allbest.ru/

, (4.6)

Якщо частинка пилу має форму кульки

, (4.7)

та сила земного тяжіння:

, (4.8)

Якщо пилинка осідає під дією сили земного тяжіння, вона порівняно швидко досягає деякої постійної швидкості . Цю швидкість називають швидкістю осідання або витання. У цьому випадку сили, що діють на частинку пилу знаходяться в умовах динамічної рівноваги:

, (4.9)

або

, (4.10)

Оскільки силою Архімеда можемо знехтувати (), тоді

, (4.11)

де час релаксації (розгону частинки до швидкості ), сек.

Для дуже малих частинок розміром мкм при спостерігається відхилення від закону Стокса. Це відхилення викликане тепловим (Броунівським) рухом молекул середовища. У цьому випадку швидкість осідання частинок знаходять з урахуванням поправки:

- ф-ла Канінгема,

де В - константа, що залежить від властивостей середовища. Для повітря В=1,5 ; м - середня довжина шляху частинки в результаті Броунівського руху.

При частинки взагалі не будуть осідати. При цьому утворюються так звані колоїдні аерозолі (наприклад туман). Це явище спостерігається при мкм.

3. Нестаціонарний режим руху частинки пилу

У початковий період руху частинок пилу динамічна рівновага сил не зберігається

, (4.12)

і частинка пилу рухається із прискоренням . При цьому її швидкість збільшується, а режим її руху описується формулою:

. (4.13)

У випадку, якщо на пилинку діють також інші сили ця формула набуває вигляду:

. (4.14)

Для випадку вільного падіння частинки під дією сили земного тяжіння, нехтуючи , одержимо:

. (4.15)

Оскільки

, можемо записати

. (4.16)

Диференціальне рівняння (4.16) відображає режим розгону пилинки в повітрі від швидкості до в умовах дії гравітаційних сил Землі. Ця формула справедлива лише в умовах ламінарного режиму руху частинок . Ураховуючи, що критерій

 , (4.17)

можемо знайти найбільший розмір частинок для яких ця формула справедлива

, (4.18)

або

. (4.19)

Для частинок більшого розміру період релаксації буде складатися з 2-х або 3-х частин. Для першої частини періоду розгону частинки буде справедлива формула Стокса, для другого - ф-ла Аллена, для третього - аеродинамічний коефіцієнт буде постійний. Для таких випадків розрахунки проводять за допомогою цифрових методів математичного моделювання.

Після розподілу змінних у рівнянні (4.16) і його інтегрування, одержимо:

, (4.20)

або, з урахуванням того, що , одержимо остаточну залежність, що описує режим розгону частинки в часі:

 . (4.21)

Якщо рівняння (4.21) зобразити в графічному вигляді, ми одержимо експоненційну залежність , мал. 1. У разі, якщо маємо

.

Порівняно із часом перебування повітря в пилоосаджувальній камері (35 сек.) час релаксації дуже малий. Взагалі для частинок розміром мкм цей час не перевищує 1 сек. Тому із прийнятною для практичних розрахунків точністю можна вважати, що .

Крім того, вищенаведений приклад свідчить про те, що за час перебування повітря в пилоосаджувальній камері частинки такого розміру опускаються на 0,331,90 м. Тому, чим меншою є висота пилоосаджувальної камери тим більшою буде її ефективність (при постійній швидкості повітря).

Приклад 1.

Знайти найбільший розмір частинок для яких справедлива ф-ла 4.19. матеріал частинок: сталь- кг/м3, графіт- кг/м3, мінеральна вата- кг/м3. В'язкість повітря Па·сек, густина повітря кг/м3.

1. м - сталь.

2. м - графіт.

3. м - мінеральна вата.

Приклад 2.

Знайти час релаксації () і швидкість осідання () частинок в умовах, для яких справедлива ф-ла Стокса. Вихідні дані за попередньою задачею.

Розв'язок.

1. Сталь

сек, м/с.

2. Графіт

сек, м/с.

3. Мінеральна вата

сек, м/с.



Лекція №5

Тема: Розрахунок гравітаційних пиловловлювачів

План

1. Фракційна ефективність пилоосаджувальної камери.

2. Методика розрахунку пилоосаджувальних камер.

3. Знаходження фракційного складу пилу після пиловловлювача.

1. Фракційна ефективність пилоосаджувальної камери

Реальний запилений повітряний потік складається із частинок різноманітних розмірів. Зрозуміло, що більші пилинки будуть осідати скоріше, а менші повільніше. Тобто, ефективність очищення пилу для різних фракцій (фракційна ефективність) у пилоосаджувальній камері буде різною.

Експериментально встановлено, що швидкість зміни концентрації аерозолів за рахунок осідання пропорційна самій величині концентрації аерозолів (С) у даний момент часу:

, (5.1)

де К - емпіричний коефіцієнт, сек-1.

В умовах осідання частинок у гравітаційному полі

(5.2)

де довжина шляху осідання частинки, м. З урахуванням значення К отримаємо:

(5.3)

Розділимо змінні й проінтегруємо це рівняння від початкової концентрації СО до С в умовах зміни часу від 0 до . У результаті отримаємо залежність:

 (5.4)

Ураховуючи, що ефективність очищення даної фракції

(5.5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формула (5.5) дозволяє знайти фракційну ефективність очищення запиленого повітря в пилоосаджувальній камері.

Позначимо через швидкість осідання найменших за розмірами частинок, що повністю вловлюються в пилоосаджувальній камері

. (5.6)

У разі, якщо частина таких пилинок не буде вловлена пилоосаджувальною камерою, оскільки вони не встигнуть пройти шлях за фіксований проміжок часу ф.

Якщо - такі частинки швидко осідають і тому будуть уловлюватися з високою ефективністю. У нашому випадку, для частинок швидкість осідання яких відрізняється від фракційна ефективність пилоосаджувальної камери:

(5.7)

Ця формула показує, що при - ефективність уловлення пилу різко знижується. Для порівняно великих пилинок і з швидко наближається до 1.

2. Методика розрахунку пилоосаджувальних камер

Метою розрахунку пилоосаджувальної камери є знаходження її загальної ефективності при відомих розмірах або знаходження розмірів при необхідності забезпечити задану ефективність пиловловлення. Крім того, знаходять аеродинамічний опір камери (втрати тиску).

Розглянемо методику розрахунку пилоосаджувальної камери, рис. 2. Припустимо. Що розміри камери нам відомі. Будемо шукати її загальну ефективність і аеродинамічний опір.

У найбільш несприятливих умовах знаходяться частинки пилу, що опинилися під стелею камери. Їм для осідання необхідно пройти найбільший шлях. Саме на них ми й будемо орієнтуватися.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Схема пилоосаджуючої камери.

Розрахунок виконується в наступному порядку.

Зґясовуємо режим руху повітря в камері:

- ламінарний;

- турбулентний.

При зміні температури повітря його динамічна в'язкість змінюється за формулою, Па·с

. (5.8)

Знаходимо розмір найменших частинок із тих, що повністю осядуть у камері:

- якщо режим руху повітря ламінарний знаходимо швидкість осідання цих частинок за формулою , м/с

 , (5.9)

а потім діаметр частинок , що відповідає заданій швидкості осідання, м

. (5.10)

- якщо режим руху повітря турбулентний, осідання частинок ускладнюється локальними збуреннями повітряного потоку. У цьому випадку розмір найменших частинок знаходимо по графіку (справ. Проект. Под ред.Богословского ч.3 кн.1. стр.120):

Знаходимо фракційну ефективність очищення повітря в пилоосаджуючій камері:

, (5.11)

Розраховуємо загальну ефективність пиловловлення , [%] за формулою:

 , , (5.12)

де доля і-тої фракції у відсотках.

Знаходимо втрати тиску в пилоосаджуючій камері, Па

. (5.13)

Загалом ефективність уловлення пилу пилоосаджуючими камерами:

Пил ІІІ гр. - Е=3060%;

Пил ІІ гр. - Е=6095%;

Пил І гр. - Е>95%.

3 Знаходження фракційного складу пилу після пиловловлювача

У разі застосування пилоосаджувальної камери в якості І ступеня багатоступеневої пилоосаджувальної установки, для розрахунку наступних ступенів необхідно знати “новий” фракційний склад пилу. Тому, для кожного наступного ступеня очищення:

, (5.14)

та маса і-тої фракції до та після очищення. Або, з урахуванням того, що:

і та . (5.15)

Матимемо формулу для розрахунку нового фракційного складу, %:

. (5.16)

Размещено на Allbest.ru

...