Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

лее эффективным является циклон типа ЦН-11, однако для него характерно

наибольшее гидравлическое сопротивление.

Циклон типа ЦН-24 отличается от циклонов других типов высокой

пропускной способностью и небольшой степенью очистки газа. Поэтому его

используют для грубой очистки газа от пыли в качестве первой ступени пе-

ред наиболее эффективными аппаратами (рукавными фильтрами, электро-

фильтрами

и др.).

Наибольшее распространение для очистки газа с высокой концентра-

цией мелкой пыли, а также для улавливания пыли, склонной к слипанию, по-

лучили циклоны типа ЦН-15.

Для них характерны низкие технико-экономические показатели; их ис-

пользуют при отсутствии в месте установки достаточных габаритов по высо-

те.

Циклоны типа ЦН склонны

к истиранию стенок пылью, поэтому для

очистки газов от абразивной пыли их не применяют. В этом случае рекомен-

дуют использовать конические циклоны типа СДК-ЦН-33 и 34, которые раз-

личаются по высоте, длине конической части, имеют спиральный входной

патрубок и малое отношение диаметров выхлопной трубы к корпусу цикло-

нов – соответственно 0,33 и 0,34. Эти

циклоны работают с достаточной эф-

фективностью при небольшой скорости газового потока и поэтому

меньше подвержены истиранию пылью. Кроме того, циклон СДК-ЦН-33 яв-

ляется высокоэффективным аппаратом для очистки газа от пыли размером

более 10 мкм. Однако вследствие больших размеров его использование воз-

можно при наличии достаточных габаритов помещения по высоте. При

огра-

ниченных габаритах рекомендуют применять циклоны СК-ЦН-34, которые

работают эффективно, но обладают более высоким гидравлическим сопро-

тивлением.

Батарейные циклоны

При очистке большого количества газов для достижения высокой сте-

пени улавливания пыли необходимо устанавливать группу циклонов. Однако

число циклонов в группе ограничивается из-за конструктивных соображений;

тем самым ограничивается и производительность группы, поэтому для очи-

стки больших объемов газов применяют не групповые, а батарейные цикло-

ны, которые также называют мультициклонами.

Как уже отмечалось ранее, батарейные циклоны – объединенные в од-

ном корпусе циклонные элементы с внутренним диаметром не более 250 мм.

Существует два типа батарейных циклонов. В циклонах первого типа враща-

тельное движение пылегазовому потоку придается с помощью закручиваю-

щих устройств типа «винта» или «розетки», устанавливают которые в коль-

цевом пространстве между стенкой цилиндрической части каждого циклон-

ного элемента и его выхлопной трубой. Благодаря такой компоновке размеры

батарейных циклонов меньше, чем группы обычных циклонов при той же

производительности. Однако при этом они более металлоемки и менее на-

дежны. В этом отношении лучше батарейные циклоны другого типа: с ули-

точным или

спиральным подводом газа к элементам.

Начальное пылесодержание газа, поступающего на очистку в батарей-

ный циклон, ограничивают и принимают в соответствии с приведенными

ниже данными:

диаметр элемента, мм 100 150 250

допустимая запыленность га-

за, г/м

25/15

50/35

100/75

Примечание: В числителе – для направляющего аппарата типа «винт»,

в знаменателе – типа «розетка».

Если начальная запыленность газа будет выше приведенных значений,

перед батарейным циклоном необходимо устанавливать аппарат грубой очи-

стки газа (типа пылеосадочной камеры, коллектора и т.д.).

Циклонные элементы диаметром 100 мм рекомендуется применять для

очистки газа от

пыли, имеющей размеры частиц до 10 мкм, а диаметром 150

и 250 мм – в том случае, если размер частиц превышает 10 мкм.

Каждая секция батарейного циклона должна быть снабжена отдельным

бункером с пылевым затвором.

Эксплуатационные характеристики циклонов

и батарейных циклонов

Все типы циклонов и батарейных циклонов можно устанавливать как

на всасывающей, так и на нагнетательной линиях системы газоходов. Для

очистки газов от абразивной пыли, вызывающей износ крыльчаток дымосо-

сов и вентиляторов, эти аппараты следует устанавливать перед дымососами

или вентиляторами. Нормализованные циклоны и батарейные циклоны рас-

считаны на давление или разрежение 2500

Па и температуру газа до 400

С.

При низкой температуре газа с большим влагосодержанием для исключения

конденсации водяных паров на внутренней поверхности стенок циклонов их

необходимо устанавливать в отапливаемых помещениях. При установке ап-

паратов вне пределов цеха внешнюю поверхность их корпуса следует термо-

изолировать, а газ в зимнее время при необходимости следует подогревать.

Выгружать пыль из

бункеров можно непрерывно или периодически,

так как при переполнении бункера снижается эффективность работы устрой-

ства и могут забиваться конусы элементов аппарата. При периодической вы-

грузке пыли в момент выгрузки для предотвращения выброса пыли из бунке-

ра подачу газа прекращают.

Количество газов, поступающих на очистку, должно находиться в пре-

делах, предусмотренных для данного аппарата. При уменьшении количества

газа снижается скорость его движения в циклонных элементах, что приводит

к снижению эффективности очистки. При увеличении количества газа воз

растает гидравлическое сопротивление установки и в некоторых случаях

уменьшается степень очистки газа. Это происходит потому, что при большой

скорости газа в циклоне успевшие осесть мелкие частицы пыли будут сры-

ваться и уноситься газом, выводимым из аппарата через выхлопную трубу.

Ниже приведены технические характеристики некоторых циклонов и

батарейных циклонов.

Техническая характеристики

циклонов типа ЦН-15

Допускаемая запыленность газа, г/м

- для слабослипающихся пылей

≤

1000

- для среднеслипающихся пылей 250

Температура очищаемого газа,

400

Максимальное давление (разрежение), Па 5000

Коэффициент гидравлического сопротивления:

- для одиночных циклонов 147

- для групповых циклонов с улиткой 175

- для групповых циклонов со сборником 182

Техническая характеристики циклонов типа ЦН-15 во взрывобезопас-

ном исполнении

Допускаемая запыленность газа, г/м

1500

Температура очищаемого газа,

С до 250

Максимальное давление (разрежение), кПа 40

Коэффициент гидравлического сопротивления 165

Эффективность очистки, % ~ 81

Техническая характеристики батарейных циклонов типа БЦ-2

(2 – число секций)

Допускаемая запыленность газа, г/м

- для слабослипающихся пылей 75

- для среднеслипающихся пылей 35

Температура очищаемого газа,

≤

400

Максимальное разрежение, кПа 15

Коэффициент гидравлического сопротивления 65

Степень улавливания, % ~ 85

Основы расчета циклона

1. Плотность газа при рабочих условиях, кг/м

гбар

0г

10)101,3t(273

)Р273(Р

Рρ

⋅+

= .

Расход газа при рабочих условиях, м

/ч:

)Р10273(101,3

10)101,3t(273

±⋅

⋅+

Диаметр циклона, м:

опт

0,785W

= ,

где W

опт

– оптимальная скорость газа в циклоне, принимаем 3,5 м/с.

Действительная скорость газа в циклоне W

, м/с:

0,785D

W =

Действительная скорость не должна отличаться от оптимальной более чем

на 15 %.

5. Рассчитать коэффициент местного сопротивления циклона:

ц50021

κκκξ +⋅⋅κ= ,

где

ц500

κ - коэффициент местного сопротивления циклона, работающего в сети

(табл. 1.2);

κ - поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 1.3);

κ -поправочный коэффициент на запыленность воздуха (табл. 1.4);

κ - ко-

эффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с ком-

поновкой циклонов (табл. 1.5).

Потери давления, Па, в циклоне рассчитать по формуле:

Wρ

ξР

дг

Δ = ,

где ρ

- плотность воздуха, кг/м

Таблица 1.2 - Коэффициенты местного сопротивления

ц500

κ циклонов

диаметром 500 мм и оптимальная скорость движения воздуха

Марка циклона

Скорость движения воз-

духа,

м/с

Значение кмс

ц500

циклонов

с выбросом в

атмосферу

с «улиткой» на вы-

хлопной трубе

групповая

установка

вх

ЦН-11 3,5 250 6,1 235 5,2 215

ЦН-15 3,5 163 7,8 150 6,7 140

ЦН-15у 3,5 170 8,2 158 7,5 148

ЦН-24 4,5 80 10,9 73 12,5 70

СДК-ЦН-33 2,0 600 20,3 500 32,5

СК-ЦН-34м 2,0 2000 30,3

СК-ЦН-34 1,7 1150 24,9 30,3

СИОТ 12-15 6 4,2

ЛИОТ 12-15 4,2 3,7

ВЦНИИОТ 15-18 10,5 10,4

Таблица 1.3 - Поправочный коэффициент

Диаметр циклона, мм

Значение коэффициента

для циклонов

ЦН-11

ЦН-15, ЦН-15у,

ЦН-24

СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-34м

150 0,94 0,85 1

200 0,95 0,9 1

300 0,96 0,93 1

450 0,96 1 1

500 1 1 1

Таблица 1.4 - Поправочный коэффициент

Марка

циклона

Значение коэффициента

при соответствующей запыленности воздуха, г/м

0 10 20 40 80 120

ЦН-11 1 0,96 0,94 0,92 0,9 0,87

ЦН-15 1 0,93 0,92 0,91 0,9 0,87

ЦН-15у 1 0,93 0,92 0,91 0,89 0,88

ЦН-24 1 0,95 0,93 0,92 0,9 0,87

СДК-ЦН-33 1 0,81 0,785 0,78 0,77 0,76

СК-ЦН-34 1 0,98 0,947 0,93 0,915 0,91

СК-ЦН-34м 1 0,99 0,97 0,95 - -

Таблица 1.5 - Коэффициент, учитывающий дополнительные потери дав-

ления

Компоновка циклонов

Одиночные циклоны с выбросом воздуха в атмосферу 0

Прямоугольная с отводом очищенного воздуха из общего коллектора 35

Прямоугольная с отводом очищенного воздуха через «улиточные» раскручиватели 28

Круговая 60

Контрольные вопросы

1. Какой механизм осаждения наблюдается в пылеосадочной камере?

2. Какие параметры влияют на эффективность осаждения в пылеоса-

дочной камере?

3. Как устроены и работают пылеуловители инерционного типа?

4. От каких факторов зависит степень очистки газа в циклоне?

5. Типы циклонов и основные правила их эксплуатации

6. Определение гидравлического сопротивления циклона

7. Батарейные циклоны. Их

преимущества и недостатки

1.3. АППАРАТЫ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Лекция 5

План лекции

1. Механизмы осаждения частиц при фильтровании

2. Классификация промышленных фильтров

3. Факторы, влияющие на эффективность процессов фильтрования

Выделение из газа твердых и жидких частиц в процессах фильтрования

основано на использовании следующих основных механизмов осаждения:

инерционный, когда частица пыли сталкивается с осаждающим

элементом пористой среды (волокно, нить и др.) под действием силы

инерции, а не огибает его в своем движении с газовым потоком;

броуновская диффузия, когда частица пыли соприкасается с оса-

ждающим элементом под действием ударов газовых молекул;

- зацепление, когда частица пыли соприкасается с осаждающим

элементом, проходя с газовым потоком вдоль его поверхности на расстоя-

нии, равном или меньшем радиуса частицы.

В некоторых случаях частицы пыли выделяются в результате отсеива-

ния (ситовой эффект). Кроме того влияет на процесс фильтрации и взаимо-

действие электростатических зарядов, накапливающихся на частицах пыли и

осаждающих

элементах пористых сред.

При фильтрации твердые частицы пыли накапливаются в виде пылево-

го слоя на поверхности фильтрующих (осаждающих) элементов пористых

сред, а также в порах между элементами.

В процессе этого накопления улучшается эффективность улавливания

пыли, однако в то же время растет гидравлическое сопротивление прохожде-

нию газового потока через пористую среду.

А это приводит к падению про-

изводительности фильтрующего аппарата по количеству очищаемых газов.

Поэтому необходимо непрерывно или периодически разрушать и удалять

пылевой слой и на поверхности фильтрующих элементов и между ними (

ре-

генерация

пористой среды). Для пористых сред некоторых видов регенера-

цию не проводят, а использованный фильтрующий материал заменяют но-

вым.

Фильтры условно можно классифицировать следующим образом.

А.

Фильтры тонкой очистки воздуха (высокоэффективные) использу-

ются для выделения высокодисперсной пыли при низкой входной запылен-

ности газа (0,5-5 мг/м

) и малой скорости фильтрации (менее 6 м/мин). Эф-

фективность улавливания – более 99 %. Эти фильтры обычно не регенериру-

ют.

Б.

Фильтры для очистки запыленных воздушных потоков (воздушные)

применяются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воз-

духа. Входная запыленность потока до 50 мг/м

. Эти фильтры могут быть ре-

генерируемыми и нерегенерируемыми.

В.

Промышленные фильтры используются в основном для очистки

технологических газов с высокой входной запыленностью (до 60 мг/м

и бо-

лее) при повышенных температурах и содержании в газах агрессивных ком-

понентов (SO

и др.). В качестве пористых сред применяют в основном рука-

ва из тканей и нетканых материалов, зернистые и другие фильтровальные

материалы. Данные фильтры работают с регенерацией.

Промышленные фильтры классифицируют по следующим конструк-

тивным признакам.

По типу фильтрующих элементов их делят на бескаркасные (рукава) и

жесткокаркасные (каркас, обтянутый тканью или нетканым материалом).

Применение бескаркасных элементов предполагает подачу фильтруе-

мого газа внутрь рукава и сохранение формы элемента из-за подпора в нем

давления.

Применение жесткого каркаса в конструкции фильтрующего элемента

позволяет придавать последнему любую форму – цилиндрическую, плоскую,

клиновидную, звездчатую и т.д., которая остается неизменной в процессе

фильтрации и регенерации, улучшает использование рабочего объема

фильт-

ров, и дает возможность использовать интенсивные способы регенерации

ткани, которые невозможны в бескаркасных фильтрах.

Однако жесткокаркасные элементы обладают рядом недостатков:

- повышенная металлоемкость и трудоемкость изготовления;

- усложнение обслуживания фильтров (особенно при замене рукавов);

- ускоряется износ ткани в местах контакта с каркасом из-за трения о

металл, что исключает использование

стеклоткани;

- для нецилиндрических фильтрующих элементов – сложность раскроя

и пошива фильтрующего материала, закрепления и герметизации его краев

на каркасе;

- стенки жесткокаркасных фильтров необходимо выполнять съемными,

что затрудняет герметизацию корпуса.

По системе регенерации.

В промышленных фильтрах регенерацию проводят по двум основным

принципам:

- изменение направления хода газа через фильтровальный материал –

обратная продувка, во время которой происходит выдувание уловленной пы-

ли из рукавов;

- разрушение пылевого слоя на фильтровальном материале его дефор-

мацией различными способами – встряхиванием рукавов с использованием

специальных механизмов, воздействием на ткань аэродинамических сил

звуковых импульсов.

Кроме того, существует еще два способа регенерации:

а) фильтры с посекционной системой регенерации, когда регенерации

подвергается целая секция многосекционного фильтра, во время которой по-

дачу газа отключают.

б) в фильтрах с поэлементной системой регенерации обратной продув-

ке подвергают последовательно отдельные фильтрующие элементы или их

группы.

Конструктивное исполнение

фильтров этой группы сложнее, чем у

первой, из-за введения каркасных элементов и устройства сложных подвиж-

ных систем.

Однако они имеют и свои преимущества, а именно: более интенсивная

регенерация и меньшая ее продолжительность; регенерация ткани осуществ-

ляют без отключения подачи газа в фильтр.

По типу устройств регенерации.

Фильтры с посекционной регенерацией выполняют двух основных ти-

пов:

- с обратной продувкой;

- с комбинированной регенерацией (продувка + встряхивание).

Для небольших фильтров применяют только встряхивание.

Фильтры с поэлементной регенерацией бывают:

- с импульсной регенерацией;

- с обратной продувкой через подвижное сопло;

- с обратной струйной продувкой.

Осаждение пыли на твердых элементах фильтра называют

стационар-

ной фильтрацией

, а очистку газа в слое пыли, уже осевшей в порах фильтра,

нестационарной.

Стационарная фильтрация осуществляется в фильтрах, работающих

при очень низких концентрациях аэрозолей. Нестационарная фильтрация, по

существу, проходит во всех случаях очистки газов.

При стационарной фильтрации гидравлическое сопротивление и эф-

фективность очистки газов не изменяются во времени и по величине опреде-

ляются только структурой фильтровального материала, характеристиками

пыли и параметрами газа. При

нестационарной фильтрации и сопротивление

фильтра и эффективность очистки возрастают по мере накопления пыли в

фильтровальном материале.

Эффективность очистки газа в тканевых и пористых фильтрах опреде-

ляется взаимодействием взвешенных в газе частиц с отдельными элементами

фильтра и зависит от характеристик частиц пыли и элементов фильтрующего

материала, параметров газа и скорости фильтрации.

Так

как все факторы, влияющие на эффективность, трудно учесть, то ее

определяют опытным путем, однако в ходе экспериментов установлено, что

влияют они на этот показатель следующим образом:

1) чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем эффективнее

они осаждаются под действием сил инерции и гравитационных сил;

2) частицы размером менее 0,3 мкм

осаждаются на твердых элементах

пористого материала в основном только под действием теплового движения

газовых молекул;

3) чем больше размеры твердых элементов пористого материала, тем

выше эффективность осаждения частиц пыли;

4) чем меньше размер пор фильтра, тем более эффективно происходит

осаждение пыли, так как при малом расстоянии между твердыми элементами

линии тока запыленного газа будут проходить на более близком расстоянии

от этих элементов. Но при этом гидравлическое сопротивление возрастает

гораздо быстрее, чем эффективность улавливания частиц пыли;

5) с повышением температуры газа повышается его вязкость. Поэтому

осаждение на фильтровальной поверхности крупных частиц под действием

сил инерции снижается, а эффективность осаждения мелких частиц

под дей-

ствием теплового движения газовых молекул увеличивается. Гидравлическое

сопротивление фильтровального материала с повышением температуры газа

возрастает;

6) с повышением скорости фильтрации инерционное осаждение круп-

ных частиц возрастает, а осаждение под действием теплового движения газо-

вых молекул уменьшается. Однако при большой скорости фильтрации воз-

можен отрыв уже осевших частиц и унос

вместе с газовым потоком;

7) чем больше поверхность фильтра, тем выше эффективность очистки;

8) с увеличением слоя пыли на фильтровальном материале эффектив-

ность улавливания пыли возрастает, однако при этом повышается гидравли-

ческое сопротивление, при большом значении которого фильтрация газа мо-

жет практически прекратиться.

Для создания требуемой скорости фильтрации по обе стороны фильтра

необходимо поддерживать соответствующий перепад давлений. Величину

этого перепада определяет расход энергии вентилятора или дымососа и по-

этому является важной конструктивной и эксплуатационной характеристи-

кой.

Скорость фильтрации в большинстве фильтров невелика, и процесс

фильтрации происходит при ламинарном режиме движения газа.

Сопротивление фильтра пропорционально скорости газа, его вязкости

и толщине слоя фильтра

и зависит от структуры фильтровального материала

и других факторов. Оно может быть представлено как сумма сопротивлений

собственно пористого фильтрующего слоя и слоя осевшей пыли.

Эксплуатационные характеристики фильтров в значительной мере оп-

ределяются их

пылеемкостью (это количество пыли, которое фильтр спосо-

бен удержать при непрерывной работе между периодами регенерации или

смены фильтровального материала, г/м

или мг/м

). Этот параметр зависит от

размера пыли и минимален при улавливании мелких частиц.

Лекция 6

План лекции

1.Тканевые фильтры. Материалы, применяющиеся в фильтрах.

Требования к ним.

2. Расчет тканевого фильтра