Системы нормализации параметров воздушной среды, защиты от пыле-, газовыделений

Системы нормализации параметров воздушной среды, защиты от пыле-, газовыделений

1.1. Проектирование и аэродинамический расчет
системы аспирации

В ходе технологических процессов нередко образуется и выделяется большое количество пыли с превышением предельно допустимой концентрации ее в воздухе. Пыль относится к числу химических вредных производственных факторов.

Одним из способов снижения запыленности воздушной среды производственных помещений является устройство систем аспирации.

Аспирация – локализация и удаление из очагов интенсивного пылевыделения загрязненного воздуха с последующей очисткой в пылеулавливающих аппаратах. Аспирация представляет собой один из видов местной вытяжной вентиляции.

Примерное задание: спроектировать и выполнить аэродинамический расчет системы аспирации от двух мест перегрузки мела.

Расчетная часть должна содержать следующие разделы:

1. Аэродинамический расчет воздуховодов аспирационной системы (АС):

1.1. Выбор главной магистрали.

1.2. Расчет параметров аспирируемого воздуха.

1.3.Аэродинамический расчет участков аспирационной системы.

2. Выбор и расчет пылеулавливающего аппарата.

3. Расчет и выбор побудителя тяги.

Исходные данные для выполнения расчета задаются согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1

Форма представления исходных данных

Объем воздуха^*, м^3/ч		Длина воздуховодов, м				Температура воздуха, ^0С	Характеристика пыли
Q 1	Q 2						Сн, г/м^3	lg σч	dпм, мкм	ρп, кг/м^3

Примечание. Условные обозначения: Q ₁, Q ₂ – объем воздуха, аспирируемого от местных отсосов; …  – длина участков АС; С_н – концентрация пыли на входе в циклонный пылеуловитель;  – медианный диаметр частиц пыли;  – дисперсия распределения частиц пыли по размеру;  – плотность пыли.

^* Объем воздуха принимают, исходя из вида материала, конструкции укрытия и других характеристик. Длину участков воздуховода определяют, исходя из плана цеха.

                                                                                    

1.1.1. Аэродинамический расчет воздуховодов

Цель аэродинамического расчета – определение полных потерь давления воздуховодов аспирационной системы и их диаметров.

Сначала в цехе или на участке определяют очаги интенсивного пылевыделения и проектируют расположение газоходов с учетом обеспечения их минимальной длины.

Исходными данными для расчета являются расходы аспирируемого воздуха, которые подбирают с учетом свойств и количества транспортируемого материала, конструктивных особенностей аспирационного укрытия и расчетной схемы АС (рис. 1.1).

 

Выбор главной магистрали

 

В начале расчета всю систему воздуховодов разбивают на участки. Расчетным участком называется та часть расчетной схемы АС, которая имеет постоянными как пропускаемый воздух, так и диаметр воздуховода.

Далее на схеме АС выделяют магистрали, по которым воздух удаляется на выброс от местных отсосов. Количество магистралей будет равно количеству местных отсосов, а главной из них считается самая протяженная или самая нагруженная (несущая максимальный расход воздуха), если магистрали одинаковы по длине.

Каждому расчетному участку присваивают порядковый номер. Порядковые номера участков проставляют последовательно от начала главной магистрали до ее конца, а затем – номера параллельно подключенных к ней участков (рис. 1.1).

 

Рис.1.1.Аксонометрическая схема аспирационной системы с двумя местными отсосами I и II:

1,2,3,4 – участки газоходов; 5 – циклон; 6 - вентилятор

 

 

Местных сопротивлений

Вход в пылеприемную воронку				0,2
Пылеприемная воронка (местный отсос)				0,15
Отводы (повороты под углом)			90 град 45 град	0,4 0,2
Тройники	на проход на ответвление под углом 45 град			0,3 0,2
Переходы	вход	в циклон в вентилятор		0,5 0,15
	выход	из циклона из вентилятора		0,2 0,1
Выброс в атмосферу				1

При расчете участков, подключенных параллельно к главной магистрали (рис. 1.1, участок 4), потери давления в них должны быть равны потерям давления в той части главной магистрали, которая идет от местного отсоса до точки подключения к ней параллельного участка. Данные потери давления называют располагаемым давлением Р _р для параллельно подключенного участка. Например, применительно к схеме на рис. 1.1 располагаемое давление Р _р для участка 4 равно потерям давления на участке 1.

Расчет участков, подключенных параллельно к главной магистрали, осуществляется следующим образом:

Задаются стандартным диаметром воздуховода d, и вычисляют скорость движения воздуха на участке υ, используя зависимость (1.4).

Используя выражения (1.6)…(1.11), определяют потери давления на участке Р.

Потери давления на участке должны соответствовать располагаемому давлению, несоответствие не должно превышать 10%.

В случае если данное условие не соблюдается, необходимо повторить все предыдущие расчеты, изменяя скорости движения воздуха на участках главной магистрали, что влечет за собой изменение располагаемых давлений для параллельных ветвей. Если и это не позволяет сбалансировать давление участков, то допускается как исключение применение нестандартного диаметра.

Результаты аэродинамического расчета воздуховодов сводятся в таблицу, образец которой приведен ниже (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Принцип действия циклона:

Газовый поток вводится в циклон через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру (рисунок 1.2). На частицу пыли действуют: сила тяжести, сила сопротивления среды, центробежная сила. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа через патрубок выхода пыли попадает в бункер для приема пыли.

Эффективность циклона тем выше, чем больше диаметр частиц пыли, их удельный вес, скорость вращения газового потока и чем меньше диаметр циклона. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Циклоны не применяются для очистки влажных газов и взрывоопасных сред. 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 0,8м), которые склонны к залипанию.

 

 

Расчет циклона осуществляют методом последовательного приближения в следующем порядке:

1. Выбирают тип циклона, исходя из среднего размера частиц пыли: при d_ч > 20 мкм можно использовать циклон ЦН-24, при d_ч= 15…20 мкм – ЦН-15, при d_ч < 15 мкм – ЦН-11.

Исходя из выбранного типа циклона, определяют значение оптимальной скорости газа υ_опт в сечении аппарата (табл. 1.5).

2. Рассчитывают необходимую площадь сечения циклона F, м²:

,      (1.13)

где Q _ц – расход очищаемого воздуха, м³/ч.

Рис. 1.2. Схема работы циклона: 1 – корпус; 2 – патрубок; 3 – труба; 4 – бункер

3. Определяют расчетный диаметр циклона D _P, м:

.           (1.14)

Полученный диаметр округляют до значения стандартного D _ц, мм, пользуясь рядом, приведенным в ГОСТе 9617-76: 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000.

 

4. Вычисляют действительную скорость газа в циклоне υ, м/с:

.                                  (1.15)

Скорость не должна отличаться от оптимальной более чем на 15%.

5. Определяют гидравлическое сопротивление циклона Р _ц, Па:

,                                     (1.16)

где x_ц  – коэффициент гидравлического сопротивления циклона, который определяют по формуле:

= К ₁ К ₂ + К ₃,                               (1.17)

где – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм, принимаемый по табл. 1.5;

К ₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона, определяемый по табл. 1.6;

К ₂ – поправочный коэффициент на запыленность газов, определяемый по табл. 1.7;

К ₃ – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу.

ρ_г – плотность газа при рабочих условиях (температуре, t,°С, барометрическом и избыточном давлениях, Р_бар и Р_ст.

Таблица 1.5

НИИОГаз

Параметр		ЦН – 24	ЦН – 15	ЦН – 15у	ЦН – 11
Диаметр частиц, улавливаемых на 50%, , мкм		8,50	4,50	6,00	3,65
Дисперсия парциальных коэффициентов очистки		0,308	0,352	0,283	0,352
Оптимальная скорость , м/с		4,5	3,5	3,5	3,5
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона при выходе^*:	в сеть , в атмосферу ,	75   80	155   163	165   170	245   250

* Индекс «с» относится к случаю, когда циклон работает в аэродинамической сети, индекс «п» – без сети, т.е. непосредственно на выброс в атмосферу

 

Таблица 1.6

Поправочный коэффициент К ₁, учитывающий диаметр циклона

D, мм	Тип циклона
	ЦН-11	ЦН-15; ЦН-15У; ЦН-24
150 200 300 450 500 и более	0,94 0,95 0,96 0,99 1,0	0,85 0,90 0,93 1,0 1,0

 

Таблица 1.7

Поправочный коэффициент К ₂, учитывающий запыленность газа (D = 500 мм)

Марка циклона	Содержание пыли в газе, г/м^3
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24	1 1 1 1	0,96 0,93 0,93 0,95	0,94 0,92 0,92 0,93	0,92 0,91 0,91 0,92	0,90 0,90 0,89 0,90	0,87 0,87 0,88 0,87	0,85 0,86 0,87 0,86

6. Для расчета эффективности пылеулавливания сначала определяют диаметр частиц пыли, которые улавливаются циклоном с эффективностью 50% при рабочих условиях d ₅₀, мкм:

,                        (1.18)

где  – диаметр частиц пыли, улавливаемых с эффективностью 50% (определяют по справочным данным в зависимости от типа циклона по табл. 1.5) при следующих условиях работы: скорость в сечении аппарата υ_опт; диаметр циклона D _т= 0,6 м; плотность частиц пыли r_пт = 1930 кг/м³; динамический коэффициент вязкости m_т= 22,2×10^-6 Па·с. D_ц, r _п, m, υ – параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона.

Характеристики некоторых видов пыли приведены в таблице 1.8

Таблица 1.8

Расчет участка №1

Задаемся скоростью движения воздуха на первом участке:

υ =15 м/с

По формуле (1.3) определяем расчетный диаметр воздуховода d _p, м:

Принимаем стандартный диаметр воздуховода =200 мм. При несовпадении расчетного и стандартного диаметров воздуховода уточняем скорость движения воздуха , формула (1.4), м/с:

 

По формуле (1.5) определяем динамическое давление , Па:

По формуле (1.6) определяем потери давления на трение по длине участка

Для этого сначала рассчитываем число Рейнольдса по формуле (1.7):

Затем по формуле (1.8) находим коэффициент трения :

Тогда

Определяем потери давления на местных сопротивлениях по формуле (1.9):

0,2 – вход в пылеприемную воронку (табл. 1.3);

0,15 – пылеприемная воронка (табл. 1.3);

0,4 – отвод под углом >90° (табл. 1.3);

0,3 – тройник на проход (табл. 1.3).

Суммарные потери давления на 1-м участке рассчитываем по формуле (1.10):

=190 +142,4 =332,4 Па

Аналогично определяем потери давления на 2-м и 3-м участках, учитывая при этом то, что объем воздуха в них равен сумме объемов воздуха, проходящего по 1-му и 4-му участкам воздуховодов, т.е.

Q =1700+800=2500 м³/ч.

Расчет участка № 2

Задаемся скоростью движения воздуха 16 м/с.

Находим расчетный диаметр воздуховода:

Принимаем стандартный диаметр d = 0,225 м.

Уточняем скорость движения воздуха на участке:

Определяем динамическое давление:

Для определения потерь давления на трение по формулам (1.7), (1.8) находим:

Тогда согласно формуле (1.6):

По формуле (1.9) определяем потери давления на местных сопротивлениях:

Находим суммарные потери давления:

Расчет участка №3

Задаемся скоростью движения воздуха на участке υ =14 м/c.

Расчетный диаметр воздуховода:

Подбираем стандартный диаметр 250 мм.

Уточняем скорость движения воздуха на участке:

Определяем динамическое давление:

Для определения потерь давления по формулам (1.7), (1.8) находим:

;

Тогда

Потери давления на местных сопротивлениях:

Суммарные потери давления на участке согласно формуле (1.10):

После завершения расчета всех участков, составляющих главную магистраль, определяем полные потери давления в воздуховодах аспирационной системы (формула 1.11):

= 332,4 + 152,3 + 451,8 = 936,5 Па

Расчет участка № 4, подключенного параллельно к главной магистрали

Принимаем стандартный диаметр воздуховода 100 мм, исходя из того, что объем воздуха, удаляемого от 2-го местного отсоса, примерно в 2 раза меньше, чем от первого.

 

Определяем скорость движения воздуха υ, м/с:

м/с.

Это очень большая скорость, которая повлечет за собой высокие энергозатраты. Поэтому принимаем диаметр воздуховода 125 мм и снова рассчитываем скорость:

м/с

Определяем динамическое давление:

Для определения потерь давления на трение рассчитываем число Рейнольдса и коэффициент трения :

;

.

Тогда

.

Находим потери давления на местных сопротивлениях:

Суммарные потери давления на участке:

Р ₄ = 158 + 187,5 = 345,5 Па

По формуле (1.12) находим отклонение давления на параллельном участке №4 от располагаемого:

что находится в пределах допустимого.

Результаты расчета воздуховодов сводим в табл. 1.11.

Таблица 1.11

Исходные данные для расчета аспирационной системы

№ варианта	Объем  воздуха^*, м^3/ч		Длина воздуховодов, м				Температура воздуха, °С
	Q 1	Q 2
1	1000	500	7	3,5	8	3	17
2	1100	550	8	4	9	3,5	18
3	1150	600	9	4,5	10	4	19
4	1200	650	10	5	11	4,5	20
5	1250	700	11	5,5	12	5	21
6	1300	750	12	6	13	5,5	22
7	1350	800	13	6,5	14	6	23
8	1400	850	14	7	15	6,5	24
9	1450	900	15	7,5	16	7	25
10	1500	950	16	8	17	7,5	26
11	1550	1000	6	4	12	5	17
12	1600	1050	7	4,5	13	5,5	18
13	500	1650	8	5	14	6	19
14	550	1700	9	5,5	15	6,5	20
15	600	1750	10	6	9	3,5	21
16	650	1800	11	6,5	10	4	22
17	700	1850	12	7	11	4,5	23
18	750	1900	13	7,5	16	7	24
19	800	1950	14	8	17	7,5	25
20	850	2000	15	4	12	5	26
21	1000	600	13	6,5	14	6	17
22	1100	650	14	7	15	6,5	18
23	1150	700	15	7,5	16	7	19
24	1200	750	16	8	17	7,5	20
25	1250	800	6	4	12	5	21
26	1300	850	7	4,5	13	5,5	22
27	1350	900	8	5	14	6	23
Окончание табл. 1.12
28	1400	950	9	5,5	15	6,5	24
29	1450	1000	10	6	9	3,5	25
30	1500	1050	11	6,5	10	4	26

 

Таблица 1.13

Исходные данные для расчета циклона

№ варианта	η	Q, м^3/с	ρЧ, кг/м^3	СВХ, г/м^3	dn, мкм	µ⋅10^-6, Па⋅с
1	0,77	12	1930	10	20	22,2
2	0,75	1,5	1800	20	25	22,1
3	0,79	18	1870	40	15	22,0
4	0,85	1,0	1000	30	10	21,9
5	0,81	1,4	1950	20	80	21,8
6	0,90	13	1900	80	30	21,7
7	0,80	11	1300	50	40	21,6
8	0,81	16	1450	120	50	21,5
9	0,76	17	1560	150	35	21,4
10	0,75	15	1920	10	45	21,2
11	0,80	1,2	1200	20	15	21,1
12	0,81	1,1	1500	30	50	21,0
13	0,78	1,6	1870	40	20	22,9
14	0,79	1,8	1860	80	28	22,8
15	0,81	1,5	1750	150	44	22,7
16	0,78	1,4	1680	120	25	22,0
17	0,80	1,3	1950	30	43	21,7
18	0,75	12	1380	10	38	21,6
19	0,76	1,1	1830	40	55	21,2
20	0,82	1,5	1750	80	41	22,1
21	0,80	1,3	1930	120	16	21,5
22	0,79	20	1950	100	33	22,2
23	0,81	1,5	1880	150	47	22,1
24	0,95	17	1100	10	39	22,0
25	0,79	13	1750	20	45	21,9
26	0,65	1,1	1930	40	15	21,8
27	0,75	10	1800	80	50	21,7
28	0,79	1,6	1870	20	20	21,6
29	0,80	22	1000	80	28	21,5
30	0,81	19	1950	10	44	22,2

 

 

Системы нормализации параметров воздушной среды, защиты от пыле-, газовыделений

1.1. Проектирование и аэродинамический расчет
системы аспирации

В ходе технологических процессов нередко образуется и выделяется большое количество пыли с превышением предельно допустимой концентрации ее в воздухе. Пыль относится к числу химических вредных производственных факторов.

Одним из способов снижения запыленности воздушной среды производственных помещений является устройство систем аспирации.

Аспирация – локализация и удаление из очагов интенсивного пылевыделения загрязненного воздуха с последующей очисткой в пылеулавливающих аппаратах. Аспирация представляет собой один из видов местной вытяжной вентиляции.

Примерное задание: спроектировать и выполнить аэродинамический расчет системы аспирации от двух мест перегрузки мела.

Расчетная часть должна содержать следующие разделы:

1. Аэродинамический расчет воздуховодов аспирационной системы (АС):

1.1. Выбор главной магистрали.

1.2. Расчет параметров аспирируемого воздуха.

1.3.Аэродинамический расчет участков аспирационной системы.

2. Выбор и расчет пылеулавливающего аппарата.

3. Расчет и выбор побудителя тяги.

Исходные данные для выполнения расчета задаются согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1