Очистка газов от взвешенных частиц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

рукавный фильтр пыль гидравлический

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.

На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна.

Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение.

Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда - охрана окружающей среды». Пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения предельно-допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны, а этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

Очистка газов от взвешенных частиц может осуществляться в тканевых фильтрах. С целью увеличения фильтрующей поверхности в единице объема пылеуловителя ткани обычно придают форму мешков круглого, овального и др. сечения различных размеров. Наиболее распространены ПУ, в которых ткань используется в виде цилиндрических мешков - рукавов. Такие ПУ называются рукавными фильтрами. Рукавные фильтры по способу ввода очищаемого воздуха в рукав подразделяются на противоточные и прямоточные. Прямоточные фильтры распространены менее, чем противоточные.

Рукавные фильтры применяются для очистки больших объемов воздуха (газов) со значительной концентрацией пыли. Фильтрующими элементами в этих аппаратах являются рукава из специальной фильтровальной ткани.

Рукавные фильтры обеспечивают тонкую очистку воздуха от пылевых частиц. Рукавные фильтры являются одним из основных видов пылеулавливающего оборудования и широко применяются на предприятиях черной и цветной металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, пищевой промышленности, в энергетических установках и др. [1].



1. Технологический расчет аппарата

1.1 Принцип работы рукавного фильтра, его особенности

Схема рукавного противоточного фильтра приведена на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема рукавного фильтра с противоточным движением очищаемого газа [2]. 1-корпус; 2 - рукава; 3 - рама; 4-встряхивающий механизм; 5-коллектор очищенного газа; 6,7 - клапаны; 8-бункер; 9-шнек

В рукавном противоточном фильтре корпус 1 разделен вертикальными перегородками 2 из фильтровальной ткани. Верхние концы рукавов закрыты и подвешены к раме 3, соединенной со встряхивающим механизмом 4, установленном на крышке фильтрационной камеры. Нижние концы рукавов закреплены замками на патрубках распределительной решетки. На крышке корпуса находится коллектор очищенного газа 5 и клапаны 6 (для вывода очищенного газа) и 7 (для подачи воздуха для обратной продувки). На крышке корпуса размещается распределительный механизм, с помощью которого отдельные секции фильтра через определенные промежутки времени автоматически отключаются для очистки ткани от накопившейся пыли. Бункер 8 для сбора пыли разделен вертикальными перегородками и снабжен шнеком 9 для выгрузки пыли [2].

При прохождении запыленного газа через фильтровальную ткань твердые частицы постепенно осаждаются в порах между волокнами, сцепляются друг с другом и образуют пористую перегородку, обеспечивающую совместно с тканью хорошую степень очистки газа.

При образовании пылевого слоя определенной толщины, когда резко увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата (до 500-2000 Па), производят удаление пыли встряхиванием или обратной продувкой рукавов [3]. Регенерация должна быть такой, чтобы дополнительный фильтрующий слой, образованный частицами пыли, не разрушался. Иначе после каждого периода регенерации будет иметь место проскок, и общая остаточная запыленность возрастет. Регенерация может осуществляться обратной продувкой, встряхиванием или же может иметь место импульсная продувка [2].

Рукавные фильтры работают в диапазоне температур, верхний предел которых определяется температуростойкостью фильтровального материала, а нижний - точкой росы очищаемого газа. Степень очистки газа в тканевом фильтре не поддается расчету; ориентировочное значение эффективности определяют экспериментально в условиях опытов, аналогичных производственным [3].

Скорость фильтрования газа через фильтровальную перегородку относительно невелика - от 0,007 до 0,08 м³/м²с при условии непрерывной регенерации ткани. Число рукавов велико и устанавливаются они плотно. Диаметр рукавов 135-350 мм (иногда достигают 600 мм). Длина рукавов обычно 2400-3500 мм. Для уменьшения износа нижней части рукавов их диаметр должен быть тем больше, чем они длиннее. Оптимальное соотношение длины рукава к диаметру равно 50:1 [2].



1.2 Определение диаметра частиц пыли

Морфология частиц пыли: частицы неправильной формы с острыми гранями с включениями волокнистых частиц. В проходящем свете большинство частиц серого цвета (d_м = 2,9 мкм). Запыленность газового потока 15,8 г/см³.

Дисперсный состав пыли (исходные данные):

d, мкм	1,0	1,6	2,5	4,0	6,3	10,0
g, %	92	79	58	30	14	4

d-средний диаметр частицы, мкм;

g- содержание частиц диаметром большим, чем d, % (мас.)

Пересчитаем дисперсный состав пыли из интегрального вида в дифференциальный по фракциям:

d ₁ = (1,0 + 0) /2 = 0,50 мкм; g ₁ = 100 - 92 = 8%;

d ₂ =(1,6 + 1) /2 = 1,30 мкм; g ₂ = 92 - 79 = 13 %;

d ₃ =(2,5 + 1,6) /2 = 2,05 мкм; g ₃ = 79 - 58 = 21 %;

d ₄ = (4,0 + 2,5) /2 =3,25 мкм g ₄ = 58 - 30 = 28 %;

d ₅ =(6,3 + 4,0) /2 = 5,15 мкм; g ₅ =30- 14 = 16 %;

d ₆ =(10 + 6,3) /2 =8,15 мкм; g ₆ = 14 - 4 = 10 %;

d ₇ =10 мкм; g ₇ = 4%;

1.3 Выбор типа рукавного фильтра. Его описание

В настоящее время наиболее распространенными типами рукавных фильтров являются: ФРКИ, ФРКН, ФРО, ФРОС, ФРКДИ, ФРУ и др.

Индексация фильтров предусматривает следующие буквенные обозначения: Ф - фильтр; Р - рукавный; О - обратная продувка; К - каркасный; И - импульсная продувка; ДИ - двухсторонняя импульсная продувка; У - унифицированный.

Для очистки отработанного сушильного агента после сушки известняка мной выбран фильтр типа ФРКДИ. Данные фильтры предназначены для улавливания нетоксичных и невзрывоопасных пылей со средним диаметром частиц не менее 2 мкм при температуре очищаемого газа до 130 ⁰С. Наличие каркаса улучшает условия регенерации за счет ударов ткани о него, а также позволяет использовать нетканые фильтровальные материалы.

Каркасы выполняют из проволоки диаметром 2-3 мм и защищают антикоррозионным покрытием; при необходимости их изготовляют из коррозионно-стойкой стали. Рукав крепится к каркасу при помощи разъемного хомута.

Регенерация рукавов осуществляется при помощи импульсов сжатого воздуха, подаваемого одновременно снизу и сверху.

Корпус и бункеры фильтров изготовлены из углеродистой стали.

Для нормальных условий эксплуатации необходима установка в отапливаемом помещении [4].

1.4 Определение площади фильтровальной перегородки

Фильтрующая поверхность аппарата или группы аппаратов (в м²) определяется из выражения [3]:

+F_p, (2),

где V_n-объем газа, поступающего на очистку, м³/ч;

V_p - объем газа или воздуха, расходуемого на обратную продувку, м³/ч;

q - удельная газовая нагрузка при фильтровании, м³/(м²*мин);

F_p - фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч, м².

Для фильтров с импульсной продувкой, в связи с кратковременностью процесса регенерации, поверхностью фильтра, выключаемого на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку можно пренебречь.

Удельная газовая нагрузка на фильтровальную перегородку колеблется для рукавных фильтров от 0,3 до 0,6 м³/(м²*мин). Внутри этого диапазона выбор оптимального значения зависит от многих факторов, к которым относятся свойства улавливаемой пыли, способ регенерации фильтровальных элементов, концентрация пыли в газе, структура фильтровального материала, температура очищаемого газа.

Удельная газовая нагрузка в рукавных фильтрах определяется из выражения:

q=q_н*С₁*С₂*С₃*С₄*С₅ (3),

где q_н - нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации;

С₁ - коэффициент, учитывающий особенность регенерации фильтровальных элементов;

С₂ - коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку;

С₃ - коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе;

С₄ - коэффициент, учитывающий влияние температуры газа;

С₅ - коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.

Значение удельной газовой нагрузки для известняка q_н = 2 м³/(м²*мин); (Приложение В, таблица В1)

Для аппарата с импульсной продувкой коэффициент С₁=1.

С₂ = 1,1(Приложение В, рисунок В1);

С₃ = 0, 9 (Приложение Г, таблица Г1);

С₄ = 0,75 (Приложение Г, таблица Г2).

Коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки, оценивается по концентрации пыли в очищенном газе. Принято считать, что в исправно действующем фильтре концентрация пыли на выходе не должна превышать 30 мг/м³; для этих условий С₅ = 1[4].

Тогда по формуле 3:

q=2*1*1,1*0,9*0,75*1=1,48 м³/(м²*мин)

По формуле 2 рассчитываем поверхность фильтрования:

F_ф =40000/(60*1,48)=987 м²

По каталогу для приведенных условий выбираем фильтр ФРКДИ-1100 с фактической поверхностью фильтрования 1100 м² .

1.5 Расчет гидравлического сопротивления фильтра

При подборе рукавных фильтров важной является оценка ожидаемого гидравлического сопротивления, определяющего энергетические затраты на фильтрование. Гидравлическое сопротивление рукавных фильтров складывается из сопротивления корпуса аппаратов ?р_к и сопротивления фильтровальной перегородки ?р_п [4]:

?р_ф=?р_к +?р_п (4),

где ?р_к - сопротивление корпуса аппарата, Па;

?р_п - сопротивление фильтровальной перегородки, Па.

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата определяется величиной местных сопротивлений, возникающих на входе и выходе из аппарата и при раздаче потока по фильтровальным элементам.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки включает потери напора за счет самой перегородки и за счет осевшей на перегородку пыли.

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата ?р_к определяем, задаваясь коэффициентом гидравлического сопротивления корпуса о_к = 2 из выражения:

(5),

где щ_вх - скорость газового потока во входном патрубке, м/с;

?р_к - гидравлическое сопротивление корпуса, Па;

с_г - плотность газа при данной температуре, кг/м³.

щ_вх=V/S_вх (6),

где V- расход запыленного газа м³/ч;

S_вх - площадь входного патрубка, м².

щ_вх = 40000/(3600 *2,4*0,55)=8,4 м/с,

где 2,4 -ширина входного патрубка,м;

0,55 - длина входного патрубка,м (Приложение Б).

Из выражения 5:

?р_{к =} 2*8,4 ² *0,995/2=70,2 Па.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки:

?р_п = ?р_п ` + ?р_п'' (7),

где ?р_п `- потери напора за счет перегородки, Па;

?р_п''- потери напора за счет осевшей на перегородке пыли, Па.

?р_п `=К_n*µ*щⁿ (8),

где К_n- коэффициент, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки, м^-1;

µ - динамическая вязкость газа, Па*с;

щ - скорость фильтрования, м/с;

n - показатель степени, зависящий от режима течения газа сквозь перегородку (для ламинарного режима n =1);

Для фильтрации пыли известняка рекомендуемая скорость фильтрации для находится в интервале 0,6-0,9 м/мин. Примем значение скорости фильтрации 0,8 м/мин.

Коэффициент К_n зависит от толщины и проницаемости фильтровальной перегородки, количества пыли, оставшейся на ней после регенерации, свойств пыли. Поэтому этот коэффициент определяют экспериментально. Для пыли с медианным диаметром 2,5-3,0 мкм К_n =(2300-2400)*10⁶ м ^-1.

Динамическая вязкость воздуха при 100 ⁰С составляет 20,4 *10^-6 Па*с.

?р_п `= 2350 *10⁶*20,4 *10^-6*0,8/60=639,2 Па

Сопротивление пыли, осевшей на перегородку рассчитывается по уравнению:

?р_п''=µфс_вхщ²К₁ (9),

где µ - динамическая вязкость воздуха, Па*с;

ф - продолжительность фильтрационного цикла,с;

с_вх - концентрация пыли на входе в фильтр, кг/м³;

щ - скорость фильтрации, м/с;

К₁ - параметр сопротивления пыли, м/кг.

Примем продолжительность фильтрационного цикла 10 минут (600 с).

Величина К₁ зависит от свойств пыли и порозности слоя пыли на перегородке. Для частиц с d_м =3 мкм К₁= 80*10⁹ м/кг.

?р_п''=20,4*10^-6*600*2*10^-3*(0,8/60)²*80*10⁹=348,2 Па.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки в целом:

?р_п=639,2+348,2=987,4 Па.

Общее сопротивление фильтра: ?р₌70,2+987,4=1057,6 Па.



1.6 Выбор типа фильтровальной ткани

В тканевых фильтрах применяются тканые или валяные материалы, выполняющие роль подложки для фильтрующей среды, которой является первичный слой уловленной пыли.

Эффективность очистки воздуха (газов) в рукавных пылеуловителях в основном зависит от свойств фильтровальной ткани, из которой изготовлены рукава аппарата, а также от того, в какой мере эти свойства соответствуют свойствам очищаемой среды и взвешенных в ней частиц.

Фильтровальные ткани должны обладать рядом положительных свойств: обеспечивать эффективную очистку, допускать достаточную воздушную нагрузку, обладать необходимой пылеемкостью, способностью к регенерации, высокой долговечностью, стойкостью к истиранию и другим механическим воздействиям, низкой гигроскопичностью, невысокой стоимостью. К ткани могут быть предъявлены дополнительные требования, обусловленные свойствами очищаемой среды: стойкость к определенным химическим веществам и высокой температуре [1].

Для заданных условий (t=100⁰С, щелочная среда) мной была выбрана ткань фильтровальная нитроновая двойного переплетения, так как данный вид ткани стоек к воздействию щелочи и обладает термостойкостью при 120⁰С при длительной эксплуатации.

1.7 Выбор вентилятора. Определение мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя вентилятора (кВт), необходимого для транспортирования очищаемых газов через фильтр, рассчитывается по выражению:



(10),

где К' - коэффициент запаса мощности электродвигателя на пусковой момент (1,1-1,15);

?р - гидравлическое сопротивление фильтра, Па;

??_м - КПД передачи (для клиноременной передачи 0,92-0,95);

??_в - КПД вентилятора (0,65-0,8).

По техническим характеристикам выбираем вентилятор ВЦ 4-70-10 с номинальным расходом 41000 м³/ч и ?р=1100 Па.



Заключение

В данной контрольной работе предложен расчет рукавного фильтра с двухсторонней импульсной продувкой с общим расходом газа 40000 м³/ч и температурой газа 100 ⁰С. Также в работе представлен выбор фильтровальной ткани для заданных условий, подобран вентилятор и определена мощность электродвигателя.

Рукавный фильтр предназначен для очистки сушильного агента после сушки известняка в барабанной сушилке с начальной концентрацией пыли 20г/м³.

Размещено на Allbest.ru

...