Расчетно-графическая работа № 2: Проектный расчет циклона

Введение в проектный расчет циклонов

Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов

. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. 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 из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу 5. Для непрерывной работы технологического оборудования при выгрузке пыли циклоны и бункеры могут оборудоваться устройствами типа «мигалка».

Все практические задачи по очистке газов от пыли с успехом могут решаться цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М, СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа (Государственный научно-исследовательский институт по промышленной и санитарной очистке газов).

Избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. Температура газов во избежании конденсации паров жидкости выбирается на 30-50°С выше температуры точки росы, а по условиям конструкции – не выше 400°С. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего.

Типы циклонов и их применение

Эффективность очистки циклона серии ЦН падает с ростом угла входа в циклон.

Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами и электрофильтрами.

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК.

Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны (БЦ-2, ЦБР-150у), состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов

. Конструктивно они объединяются в один корпус 1 и имеют общий подвод и отвод газа, имеют общий бункер 2 и дополнительно оснащены закручивающими лопатками 3. Между собой циклоны соединяются подводящими патрубками 4 и сборными камерами 5. К недостаткам батарейных циклонов следует отнести подверженность износу входных патрубков 4 и расположенных в газораспределительном коробе 6 участков выходных патрубков 7 первых циклонов. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами.

В данной расчетно-графической работе предлагается рассчитать пылеулавливающий аппарат (циклон), который бы удовлетворял требованиям санитарных и природоохранительных норм по очистке загрязненного производственной пылью воздуха.

В задании рекомендуется использовать цилиндрические и конические циклоны типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М, с помощью которых можно решить практически любую задачу по очистке запыленного воздуха.

Задание на выполнение расчетно-графической работы № 2

Для проведения проектного расчета циклона НИИОГАЗ заданы следующие исходные данные (табл. 1 и 2 по номеру варианта, задаваемого преподавателем):

• наименование и марка технологического оборудования, установленного в цехе;
• дисперсный состав пыли d50 и σч;
• плотность частиц пыли ρч;
• температура воздуха t, забираемого из цеха.

Требуется:

• рассчитать и подобрать тип и минимальное количество циклонов, очищающих запыленный воздух до концентрации пыли ниже ПДК;
• выполнить чертеж циклона с бункером для сбора пыли или группы циклонов, объединенных общим бункером, подобранных в результате проведенных расчетов на ватмане формата А4.

А. Расчет требуемой эффективности очистки

1. Согласно заданию по данным табл. 1 и табл. 2 для деревообрабатывающего оборудования, установленного в цехе, необходимо определить для каждого минимальный расход отсасываемого воздуха L, м3/ч, и максимально возможный выход пыли m, кг/ч.
2. Определить суммарный расход отсасываемого воздуха L, м3/ч: L = L1 + L2 +…+ Ln (21), где n – количество станков, от которых производится отбор пыли.
3. Определить суммарный выход пыли m, кг/ч: m = m1 + m2 +…+ mn (22).
4. Определить концентрацию пыли на входе в циклон cвх, кг/м3: cвх = m / L (23).

Такая величина начальной запыленности соответствует условиям, когда в технологическом процессе выделяется теоретически возможное максимальное количество пыли, отсасываемой данной аспирационной системой.

Расчет допустимой концентрации и эффективности

5. Максимально допустимая концентрация пыли в воздухе после очистки свых, кг/м3 является задаваемой расчетчиком величиной.

Строительными нормами и правилами регламентируется величина запыленности выбросов в атмосферу в зависимости от расхода выбрасываемого запыленного воздуха в единицу времени.

При расходе запыленного воздуха L ≤ 15000 м3/ч: свых = (160000 – 4∙L)∙10-9∙К (24).

При расходе запыленного воздуха L > 15000 м3/ч: свых = 10-9∙К (25).

Коэффициент К принимается в зависимости от величины ПДК данной пыли в воздухе рабочей зоны, установленной санитарными нормами. При ПДК рабочей зоны ПДКрз < 6∙10-6 кг/м3 коэффициент К изменяется от 0 до 1. ПДК рабочей зоны для древесной пыли составляет ПДКрз = (6÷10)∙10-6 кг/м3 и коэффициент К можно принять равным единице.

6. Требуемая эффективность очистки воздуха перед выбросом в атмосферу определяется по исходным данным концентрации пыли на входе и выходе из пылеуловителя ηт: ηт = (cвх — cвых) / cвх (26).

7. Если эффективность очистки воздуха ηт, полученная при расчетах по формулам (21)-(26) окажется выше эффективности очистки, которую в реальных условиях осуществляют циклоны (η = 70-95%), то необходимо: задаться новым суммарным расходом отсасываемого воздуха (так как в табл. 2 задан минимальный расход отсасываемого воздуха); по формулам (21)-(26) пересчитать ηт, до выполнения условия, когда эффективность очистки составляет ηт ≈ 90%; принять полученное ηт и перейти к п. Б. Расчет и выбор циклона.

Б. Расчет и выбор циклона

Выбор и расчет циклона, эффективность очистки которого должна быть не меньше ηт, ведут методом последовательных приближений в следующей последовательности:

1. Предварительно задавшись количеством циклонов и их типом, по табл. 3 определяют оптимальную скорость воздуха wоп в рабочем сечении циклона и максимальный диаметр Dmax для выбранного типа циклона.
2. Вычисляют диаметр одиночного циклона D по формуле: D = sqrt(4 * L / (π * wоп * n)) (27), где L – расход воздуха, м3/с; n – количество циклонов, использующихся для очистки.
3. Полученное значение D округляют до ближайшего стандартного значения. При этом полученный диаметр не должен превышать максимального диаметра Dmax для установленного типа циклона и не быть меньшим минимального по стандартному ряду. Если расчетный диаметр циклона D превышает его максимальное допустимое значение Dmax, то необходимо применять два и более параллельно установленных циклона или выбрать другой тип циклона и пересчитать начиная с п.п. 1.

Для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров от минимального до максимального, 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; 2,0; 2,4; 3,0.

Более восьми циклонов в установке применять не рекомендуется. Выбранные D и n (диаметр и количество циклонов) принимают для дальнейшего расчета.

Определение скорости и гидравлического сопротивления

4. По выбранному диаметру циклона находят действительную скорость движения воздуха в циклоне: w = 4 * L / (π * D^2 * n) (28), где D – диаметр одиночного циклона, предварительно округленный по стандартному ряду, м.

Действительная скорость движения воздуха в циклоне w не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %. При невыполнении данного условия следует принять другой тип циклона или увеличить (уменьшить) количество циклонов в батарее и пересчитать w начиная с п.п. 1 до выполнения условия: wоп ≤ w ≤ 1,15∙wоп (29).

5. Далее определяют коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона: ξ = k1∙k2∙ξ500 (30), где k1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона; k2 – поправочный коэффициент на запыленность газа; ξ500 – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм.

6. Рассчитывают гидравлическое сопротивление одиночного циклона по формуле: ΔP = ξ * ρ * w^2 / 2 (31), где ρ – плотность запыленного воздуха кг/м3.

Плотность ρ запыленного воздуха при рабочих условиях в системах аспирации с применением вентиляторов низкого и среднего давления при заданной температуре t в °С можно определить по формуле: ρ(t) = 1,276 — 0,00445 * t (32).

Рассчитанное значение ΔP циклона должно быть не больше ΔPmax, которое диктуется технико-экономическими соображениями. В прямоточных системах аспирации принято считать целесообразными потери давления ΔP в циклоне менее ΔPmax = 2500 Па.