Дані для розрахунку наведені в додатку И.

Розрахункова робота №8

«Розрахунок циклона»

 

Існують три основних типи циклонів:

- конструкції “НИИОгаз” основної серії НЦ (циклон нормалізований) – Україна;

- конструкції “ЛИОТ” (ленінградський інститут охорони праці) – Росія;

- конструкції “СИОТ” (свердловський інститут охорони праці) – Росія.

Найбільше поширення одержали циліндричні циклони конструкції “НИИОгаз” серії НЦ. Відмінною їхньою особливістю є похилий вхідний патрубок, а також малий кут розкриття конічної частини. Такі конструкційні особливості забезпечують досить високий ступінь очищення при помірному гідравлічному опорі.

Усі циклони серії НЦ нормалізовані, тобто будь-який з розмірів кожного типу виражений у частках від діаметра циклона D.

Випускаються три різновиди циклонів серії НЦ:

1. НЦ-15 з кутом нахилу вхідного патрубка 15 ⁰;

2. НЦ-11 з кутом нахилу 11⁰ з підвищеною ефективністю, але з великим гідравлічним опором;

3. НЦ-24 з кутом нахилу 24⁰ з підвищеною пропускною здатністю, але з меншою ефективністю і зниженим гідравлічним опором.

 

 

ЗАВДАННЯ

Вибрати циклон типу НЦ-15, визначити його гідравлічний опір і ефективність очищення газу від пилу.

ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ:

– Витрата запилених газів V=4100 м³/год;

– Питома щільність газу r₀=1,29 кг/м³;

– Температура газу t=110 ⁰С;

– В'язкість газу m=24.8×10^-6 Па×с;

– Барометричний тиск Р_б=101 кПа;

– Розрідження в циклоні Р_ц= -30 Па;

– Початкова концентрація пилу в газі С₁=50 г/м³;

– Характеристика дисперсного складу пилу:

- середньомедіаний розмір часток d_m=10 мкм (середньомедіаний розмір – це такий розмір частки, при якому сумарна маса всіх часток розміром більше d_m дорівнює сумарній масі всіх часток розміром менше d_m);

- середнєквадратичне відхилення функції розподілу lg G=0,7, де G- показник дисперсності пилу, що характеризує розподіл часток по розмірах:

G=d_15,9/d₅₀=d^т₅₀/d_84,1

(d^т₅₀ - розмір часток для 50 процентної ефективності роботи циклона),

де d_15,9 - такий розмір частки, при якій усі частки менше цього розміру складають 15,9% по масі від усіх часток. Аналогічно для d₅₀ і d_84,1.

– Щільність часток пилу r=3000 кг/м³

– Необхідний ступінь очищення h_зад=0,6

 

РОЗРАХУНОК

 

1. Щільність газу при робочих умовах

.

2. Витрата газу при робочих умовах

V_г= .

3. Діаметр циклона при оптимальній швидкості газу в циклоні

W_опт=3,5 м/с (оптимальна швидкість для циклонів НЦ-15)

D= .

Приймаємо найближчий зі стандартного ряду діаметр циклона типу НЦ-15:

D[мм]:200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000;

1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 3000.

Застосовувати циклони діаметром більш 1000 мм не рекомендується через різке зниження ефективності очищення. Якщо при розрахунку діаметр циклона перевищує 1000 мм, то необхідно використовувати батарейні циклони.

Приймаємо діаметр циклона D=800мм.

4. Дійсна швидкість газу в циклоні:

W_ц= .

Через те, що дійсна швидкість відрізняється від оптимальної менше ніж на 15 %, зупинимося на обраному діаметрі циклона і знайдемо його інші розміри відповідно до нормалі.

5. Аеродинамічний опір циклона (для вибору потужності димовисмоктувача)

ΔР=ξ ,

де: ξ=К₁×К₂×ξ₅₀₀ - коефіцієнт опору циклона.

К₁- поправочний коефіцієнт, що враховує вплив діаметра циклона.

D,мм
К1	0,85	0,90	0,93

К₁=1- для даного розрахунку.

К₂ - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив запиленості газу.

С,г/м^3
К2		0,93	0,92	0,91	0,9	0,87	0,86

К₂=0,9075 - для даного розрахунку;

де ξ₅₀₀ - коефіцієнт опору циклона діаметром 500 мм;

 

За практичними даними:

§ для циклона з виходом у мережу ξ=155;

§ для циклона з виходом в атмосферу ξ=163;

Для умов задачі ξ₅₀₀=155.

Аеродинамічний опір циклона складе:

ξ=1·0,9075·155=140,7.

Звідси: ΔР=140,7·(3,2²·0,92/2)=662,8 Па.

6. Визначимо розмір часток d₅₀, що вловлюються обраним циклоном при робочих умовах з ефективністю 50%:

d₅₀=d₅₀^т·

де:D_т=0,6 м; ρ_ч.т.=1930 кг/м³; μ_т=22,2×10^-6 Па×с; W_т=3,5 м/с - табличні значення параметрів, при яких отримана величина d₅₀^т=4,5 мкм.

d₅₀=4,5 .

Ступінь очищення газу залежить від дисперсного складу часток. У розрахунку застосовується функція розподілу часток по розмірах ”x”, що визначається по формулі:

X=

де G_η^г=0,352 (з характеристик циклона НЦ-15)

x= .

Використовуючи таблицю значень нормальної функції розподілу часток по розмірах, (додаток Л) визначаємо ступінь очищення газів у розрахованому циклоні:

η_р=ƒ(0,4292)=0,6661 [2, с.39], тому що η_р>η_з, то перерахунок не потрібен.

Дані для розрахунку наведені в додатку К.

Розрахункова робота №9

«Розрахунок батарейного циклона»

 

Для обробки (очищення від пилу) великих обсягів газів, більш 50000 м³/год, застосовують батарейні циклони, що поєднують циклонні елементи діаметром 100, 150, 250 мм. У кожному циклонному елементі для створення обертального руху газового потоку встановлюється дволопастний гвинт або розетка, що складається з лопаток, які встановлюються під кутом 25-30⁰ до осі. Лопатки, що завирують газ встановлюються на зовнішній поверхні вихлопної труби.

 

Розрахувати основні параметри батарейного циклона, вибрати тип циклона і визначити ефективність його роботи.

ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ:

– Електрична потужність електростанції: Е=3·10⁶ кВт;

– Необхідна ефективність очищення: η=0,85;

– ККД електростанції: 0,4;

– Щільність продуктів згоряння: r₀=1,3 кг/м³;

– Частка твердих часток, що уноситься з відкритої топки з рідким шлаковидаленням: а_ун=0,77.

Величина а_ун залежить від типу топки:

- камерна топка з твердим шлаковидаленням...0,95;

- відкрита топка з рідким шлаковидаленням.....0,7-0,85;

- напіввідчинена з рідким шлаковидаленням....0,6-0,8;

- двухкамерная топка...0,5-0,6;

- топка з вертикальними підтопками …0,2-0,4;

- горизонтальні циклонні топки …0,1-0,5.

– Зольність вугілля: А_р=20%;

– Зміст пальних у віднесенні: Г_ун=2%;

– Дисперсний склад пилу, %:

менше 2,5 мкм -8%

7,5…………-9%

15…………-14%

25…………-11%

35…………-11%

50…………-20%

70…………-17%

90...………...-5%

більше 100……..-5%

– Теплота спалювання палива: Q_н^р=29,4∙ 10³ кДж/кг.

 

РОЗРАХУНОК БАТАРЕЙНОГО ЦИКЛОНА.

1. Запиленість (концентрація пилу) продуктів згоряння на виході з топки:

1.1. Кількість твердого палива, що спалюється в одиницю часу в котельних установках

 

кг/с.

1.2. Кількість твердого палива, що спалюється в одному котлі:

кг/с.

1.3. Кількість продуктів згоряння на виході з топки (спрощений розрахунок)

С+О₂→СО₂

- кількість СО₂, шо утвориться (по реакції):

12 кг − 22,4 м³

85·(1-А_р) −

м³/с;

- кількість N₂, що утвориться (без підсмоктувань повітря)

 

12 кг − 22,4∙3,76

85·(1-А_р) − V_N2

м³/с;

- кількість продуктів згоряння

м³/с.

1.4. Кількість золи, що виноситься з димовими газами:

,

, .

1.5 Кількість пилу, що виноситься продуктами згоряння з робочого простору топкової камери котла:

кг/с.

1.5. Запиленість продуктів згоряння:

кг/м³=18 г/м³

2. Необхідний перетин батарейних циклонів

,

де W − швидкість газу, віднесене до поперечного переріза всіх циклонів.

За практичними даними рекомендується приймати W=4,5 м/с.

м².

За розрахунковим значенням поперечного переріза F_ц вибираємо типорозмір батарейного циклона зі стандартного ряду типорозмірів [1].

 

Таблиця 9.1 – Типорозміри батарейних циклонів

Типорозмір циклона	Число елементів по ширині, m	Граничне значення числа елементів, шт	Граничне значення сумарного перетину, м^2
1х10хm	7―15	70―150	2,39―6,28
2х10хm	7―15	140―300	5,87―12,57
4х10хm	7―15	280―600	11,73―25,14
2х12хm	7―15	168―360	7,04―15,08
4х12хm	7―15	336―720	14,08―30,17
2х12хm	7―24	196―672	8,21―28,15
*4х14хm	7―24	392―1344	16,42―56,31

*4х14хm –чотирьохсекційний апарат з 14 елементами по довжині і з «m» елементами по ширині.

 

Вибираємо типорозмір 4х14хm із числом елементів m=24.

Кількість блоків з таким типорозміром визначається:

Приймаємо 3 блоки з типорозміром:

4х14х24=1344 елементів

 

Швидкість у поперечному перерізі:

.

 

3. Параметр вловлювання для заданого фракційного (дисперсного) складу пилу визначається по формулі:

де d_i – середній діаметр у кожному інтервалі фракційного складу:

4. За параметром П визначаємо ступінь віднесення для кожної фракції:

;

 

;

;

;

;

;

;

;

;

;

5. Визначаємо загальний ступінь віднесення:

де Ф_i – частка даної фракції

6. Ефективність очищення складе:

.

Оскільки розрахункове значення ефективності (ступеня) очищення більше заданого значення, то обраний спосіб очищення газу задовільняє умовам поставленої задачі.

7. Визначаємо аеродинамічний опір циклона:

 

Па.

Дані для розрахунку приведені в додатку М і Н.

Розрахункова робота №10

«Розрахунок рукавного фільтра»

Очищення газу від пилу методом фільтрування найбільш ефективний для вловлювання дрібнодисперсних часток.

Найбільш розповсюдженою конструкцією апарата для очищення газу є рукавний фільтр.

У більшості випадків у рукавних фільтрах застосовують рукава діаметром 220 мм. Рукава виготовляють у виді безшовного циліндра довжиною від 1,45 м до 10 м (рисунок 10.1).

 

Рисунок 10.1 – Рукавний фільтр із регенерацією тканини зворотною продувкою стисненим повітрям

 

У якості матеріалів для виготовлення рукавів застосовують: вовну, бавовну, нітрон, скляні волокна, льон, віскозу, азбест.

Останнім часом одержали поширення синтетичні матеріали: поліпропілен, поліетилен, сульфон, оксалон.

Такі матеріали можна застосовувати для очищення газу при високій температурі і вологості.

 

ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ:

– Витрата газу: V=110 м³/с;

– Температура газу перед фільтром t_г=145˚C;

– Барометричний тиск Р_бар=101,3 кПа;

– Розрідження перед фільтром: Р_разр= -500 Па;

– Коефіцієнт динамічної в'язкості: μ₀=17,9∙ 10^-6 Па∙с;

– Щільність газу: ρ_г=13 кг/м³;

– Початкова запиленість газу: С_н=40 г/м³;

– Кінцева запиленість газу: С_к=10 мг/м³;

– Щільність часток пилу: ρ_ч=4000 кг/м³;

– Гідравлічний опір фільтра: Dр=1,4 кПа;

– Спосіб регенерації № 2;

– Тип пилу: возгон чорних металів;

– Середній діаметр часток пилу: d=3 мкм.

 

РОЗРАХУНОК

1. Газове навантаження фільтра (швидкість фільтрації):

, ,

де q_н - нормальне питоме навантаження, що залежить від типу пилу:

q_н = 1,2 - возгон чорних і кольорових металів, возгон активованого вугілля;

q_н = 1,7 - кокс, летюча зола, металопорошок, окисли металів;

q_н = 2,0 - глинозем, цемент, вугілля, вапняк, пил гірських порід;

С₁- коефіцієнт, що враховує спосіб регенерації:

№1: С₁=1,0 - імпульсна регенерація тканин;

№2: С₁=1,1- імпульсна регенерація не тканин;

№3: С₁=0,7-0,85 - зворотна продувка зі струшуванням;

№4: С₁=0,55-0,7- зворотна продувка;

С₂ - коефіцієнт, що враховує початкову запиленість газів:

С₂=0,8 при С=100 г/м³

С₂=0,9 при С=40 г/м³

С₂=1,0 при С=10 г/м³

С₂=1,1 при С=5 г/м³

С₃ - коефіцієнт, що враховує дисперсійний склад пилу:

d мкм	›100	50—100	10—50	3—10	‹ 3
С3	1,2—1,4	1,1	1,05	0,9	0,8

С₄ - коефіцієнт, що враховує вплив температури газу:

tг,˚С
С4	1,0	0,9	0,84	0,78	0,75	0,73	0,72	0,70

С₅ - коефіцієнт, що враховує вимоги до якості очищення (ступеня очищення):

С₅=1 при С_к>30 мг/м³

С₅=0,95 при С_к<10 мг/м³

Газове навантаження для прийнятих умов складе:

q_ф=1,2∙ 1∙ 0,9∙ 1,1∙ 0,72∙ 0,95×1=0,84 м/хв

2. Повний гідравлічний опір фільтра:

∆Р= ∆Р_корп+∆Р_{фільтра}

Попередньо визначаємо щільність газу при робочих умовах:

кг/м³

звідси:

Па,

де ζ – коефіцієнт гідравлічного опору корпуса фільтра;

W_вх=8 м/с – прийнята швидкість газу на вході у фільтр.

Опір фільтра визначається:

∆Р_{фільтра}=∆Р-∆Р_корп=1400-56=1344 Па

3. Коефіцієнт динамічної в'язкості при робочих умовах:

Па∙ с.

де С=124 – поправочний коефіцієнт, що чисельно дорівнює віртуальній температурі.

4. Тривалість періоду фільтрування між двома регенераціями:

с,

де А, В – коефіцієнти, значення яких наведені у таблиці 10.1.

 

Таблиця 10.1 – Залежність коефіцієнтів А і В від діаметра частки

d,мкм	А, м	В, м/кг
10-20	(1100-1500)10^-6	(6,5-16)10^9
2,5-3	(2300-2400)10^-6	80∙10^9
0,5-0,7	(3000-5000)10^-6	330∙ 10^9

 

5. Кількість регенерацій протягом 1години:

, 1/год,

де τ_р=40с – тривалість процесу регенерації (стандартна).

6. Витрата повітря на регенерацію, приймаючи, що швидкість зворотнього продування дорівнює швидкості фільтрування:

м³/с.

7. Необхідна фільтровальна площа складе:

м².

Вибираємо фільтр марки ФРО-2000-2 з таблиці 10.2 (стандартні рукавні фільтри).

Характеристика фільтра:

- фільтруюча поверхня: 20520 м²;

- кількість рукавів: 2160;

- кількість секцій: N_с=10;

- висота рукавів: 10 м;

- діаметр рукава: 300 мм;

- маса фільтра: 540 т.

Поверхня однієї секції:

м².

8. Перевірка вибору установки (фільтра).

8.1 Площа фільтрування F_ф, що відключається на регенерацію протягом 1 години:

м².

8.2 Уточнена кількість повітря, що витрачається на зворотну продувку:

V_p=W_ф·n_p∙τ_p∙N_c∙F_c=0,014∙ 21∙ 40∙ 10∙ 2052=241315 м³/год.

8.3 Остаточна площа фільтрування:

м².

Розрахункова площа фільтрування відповідає площі фільтрування обраного рукавного фільтра.

 

Таблиця 10.2 - оо Стандартні фільтри типу ФРО

 

Тип фільтра ФРО	Фільтровальна площа, Fф,м^2	Кількість секцій, Nc	Висота рукава, м	Діаметр рукава, мм	Габаритні розміри LxBxH
1650-1					6,6х8,6х13,8
2500-1					9,6х6,8х13,8
4100-2					12,6х9,8х16,2
5100-2					15,6х9,8х16,2
6000-2					18,6х9,8х16,2
7000-2					21,6х9,8х16,2
8000-2					24,6х9,8х16,2
20000-2					30,4х21х22,6
24000-3					36,4х21х22,6
1250-1					5,1х6,8х3,8

 

Дані для розрахунку наведені в додатку П.

 

Розрахункова робота №11

«Розрахунок електрофільтра»

Очищення газу в електрофільтрах відбувається за рахунок осадження заряджених часток пилу на осаджуючих електродах, при цьому частки попередньо одержують заряд від коронуючих електродів.

 

ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ:

– Витрата запиленого газу: V=1810 м³/с;

– Схема газорозподілу №2;

– Швидкість газу в електрофільтрі: w =1,8 м/с;

– Паливо: Донецьке вугілля марки ГСШ;

– Ступінь очищення газу від пилу: h=0,95;

 

Розрахунок

1. Активний перетин для проходу газу:

м²,

де: w=1,3-1,5 – м/с для пилу з великим електричним опором

(ρ>5·10⁹ Ом·см);

w=1,5-1,85 м/с для пилу з електричним опором ρ<5·10⁹ Ом·см.

2. З технічних характеристик стандартних електрофільтрів типу ЭГВ (таблиця 11.1) визначаємо число рівнобіжно ввімкнених електрофільтрів.

Оскільки витрата газу дуже велика, вибираємо електрофільтр типу ЭГА 2-76, для якого площа активного перетину складає 246,6 м².

Тоді число рівнобіжно ввімкнених електрофільтрів Z складе:

.

(округлили до більшого значення)

Уточнюємо дійсну швидкість газу

м/с.

 

Таблиця 11.1 – Характеристика електрофільтрів ЭГА

 

Тип електрофільтра	Площа активного перетину, F,м^2
ЭГА 1-10	16,5
ЭГА 1-14	28,7
ЭГА 1-20	41,0
ЭГА 1-30	61,4
ЭГА 1-40	81,9
ЭГА 2-48	155,8
ЭГА 2-56	181,7
ЭГА 2-76	246,6
ЭГА 2-88	285,6

3. Вибираємо схему газорозподілу з трьох схем, що встановлюються перед електрофільтром для більш рівномірного розподілу газу між електродами електрофільтра.

№1. Двоє пласких перфорованих ґрат. Ступінь заповнення обсягу електрофільтра m=0,7-0,75.

№2. Три пласкі ґрати в симетричному дифузорі. Ступінь заповнення обсягу електрофільтра m=0,9-0,94.

№3. Одна об'ємна і двоє пласких ґрат. Ступінь заповнення обсягу електрофільтра m=0,96-0,98.

Вибираємо другу схему: m= 0,92.

Величина m впливає на ступінь віднесення пилу (частка пилу вловлюється не в електрофільтрі): ε=ε_р^m∙ε

деε - дійсний ступінь віднесення;

ε_р - ступінь віднесення при рівномірному розподілі запилених газів в обсязі електрофільтра.

Звідси .

4. Визначаємо параметр золовловлення (з теорії віднесення)

ε_р=exp(-П)

.

5. Визначаємо питому поверхню осадження, тобто поверхню осаджуючих електродів, що припадає на 1 м³ за секунду газу, що очищується:

,

де W_дрейфу – швидкість руху заряджених часток пилу в електричному полі електрофільтра.

Швидкість дрейфу W_дрейфу визначається в основному електричними характеристиками як електрофільтра так і часток пилу.

Дослідним шляхом визначена швидкість дрейфу для різних марок вугілля, що спалюється:

- Кузнецький, Екибастузський –5,5·10^-2м/с;

- Донецький промпродукт –5,5·10^-2 м/с;

- Канско-Ачинський –(6,0-6,5)·10^-2 м/с;

- Донецький ГСШ –7,0·10^-2 м/с;

- Підмосковний – (10-12)·10^-2 м/с.

За завданням спалюється вугілля марки Донецький ГСШ. Швидкість дрейфу:

 

W_дрейфу=7·10^-2 м/с.

Питома поверхня осадження визначається:

м²/с.

6. Кількість полів електрофільтра:

де t - відстань між площинами однойменних електродів (для стандартних електрофільтрів t=300 мм);

l - довжина полів.

Для електрофільтрів прийняті наступні значення стандартних полів, м:

l: 2,56; 3,20; 3,84; 4,49; 5,12.

Оскільки кількість полів електрофільтрів за стандартом допускається від 2 до 4, то вибираємо довжину поля l = 3,84 м.

Звідси величина n визначається:

.

Вибираємо n=3.

Вибираємо марку фільтра ЭГА- 2-76-3:

де: 2 - число секцій;

76 - кількість газових проходів;

3 - кількість електричних полів.