- •5.1.1 Апарати сухої очистки
- •5.1.1.2 Інерційні апарати
- •5.1.1.3 Відцентрові апарати
- •5.1.2 Апарати вологої очистки
- •5.1.4 Апарати електричної та магнітної очистки
- •5.2.2 Система двохетапного очищення газових пилових викидів
- •5.2.3 Пиловловлювач для дрібнодисперсного пилу на основі відцентрової і інерційної сепарації
5.2.2 Система двохетапного очищення газових пилових викидів
В даний час розробляються нові високоефективні і економічні апарати
сухого сепарації з можливістю повернення уловленного пилу в технологічний процес. Однією з таких розробок є пиловловлююча установка ДЕКО-2ПУ (див. рис. 5.14), призначена для очищення газових (повітряних) потоків від промислового пилу.
Рисунок 5.14 - Установка ДЕКО-2ПУ
Установка має низьку енергоємність і металоємність, характеризується максимальною надійністю, а технічні характеристики залишаються постійними протягом усього періоду експлуатації. Таких результатів досягають за рахунок того, що вхідний патрубок підключений до пилевипускному патрубку першого апарату, в результаті чого відбувається вивільнення чистого повітря з запиленого потоку з метою створення оптимальної запиленості потоку.
Перший пилоуловлюючий апарат складається з циліндричного корпусу, тангенціального вхідного 2, вихідного 3 та пилевипускного 4 патрубків і конусоподібної обичайки 5, розташованої концентрично всередині нижньої конічної частини корпуса 1, в результаті чого утворюється
кільцевий зазор. Вхідний патрубок 7 другого пиловловлюючого апарату 6 приєднаний до пилевипускному патрубку 4 першого пиловловлюючого апарату, а вихідний патрубок 8 - до вхідного патрубка 2 першого апарату. Пилевипускной патрубок 9 другого апарату приєднаний до пиленакопичувального бункеру 10 з патрубком 11 вивантаження пилу.
Між вхідним патрубком 8 другого пиловловлюючого апарату 6 і вхідним патрубком 2 першого пиловловлюючого апарату розташовується основний тягодутьєвий пристрій 12 (вентилятор або димосос).
Запилений газовий потік надходить через тангенціальний вхідний патрубок 2 всередину циліндричного корпусу 1, де набуває гвинтоподібного руху і направляється в нижню частину корпусу. Під дією відцентрових сил частинки пилу переміщуються до стінки корпусу. Пристінковий шар газового потоку, що має максимальну концентрацію пилу, потрапляє в кільцевий зазор між конусоподібною обесчаткою 5 і конічної частиною корпусу 1. Звідси частинки пилу з частиною газового потоку видаляються через пилевипускний патрубок 4. Далі запилена частина газового потоку з першого апарату надходить під другий пилеуловлюючий апарат 6, де знепилюється і прямує в газовий потік, який переміщається тягодутьєвим пристроєм. Виділений з газового потоку пил збирається в пиленакоплюючому бункері.
Установка ДЕКО-2ПУ забезпечує високий ступінь сепарації пилу незалежно від фракційного складу і маси, відрізняється простотою конструкції, малими розмірами, мінімальними трудовитратами при обслуговуванні та спорожненні накопичувальних бункерів і високим ступенем очищення повітря [11].
5.2.3 Пиловловлювач для дрібнодисперсного пилу на основі відцентрової і інерційної сепарації
Поєднання відцентрових та інерційних процесів, на основі яких працює пиловловлювач (див. рис. 5.15), дозволяє значно підвищити ступінь уловлювання дрібнодисперсних частинок з газового потоку за рахунок
зниження вторинного виносу пилу.
Запилений газ через вхідний патрубок 6 надходить у завихрювальний пристрій 2, в якому розташовані певного профілю лопатки 5, що сприяють закручуванню газопилового потоку. Особливе розташування вхідного патрубка забезпечує збереження високої швидкості газу (до 20 м/с) у верхній частині апарата на відміну від звичайних циклонів.
Рисунок 5.15 - Пиловловлювач для дрібнодисперсного пилу
Відділення частинок пилу в закрученому потоці відбувається під дією відцентрових сил в просторі між корпусом 1 і екраном 8, встановленим під завихрювачем 2. Очищений газ двічі змінивши свій напрямок, надходить у патрубок виведення 7. Встановлення екрану відповідної геометрії підвищує ефективність пиловловлення за рахунок кращої аеродинаміки потоку у верхній частині апарата і знижує вторинне винесення, запобігаючи потраплянню частинок, які відскочили від корпусу, в потік очищеного газу. Пил, що відокремився, по стінці корпусу під дією сили тяжіння надходить у нижню частину корпусу і збирається в бункер 9.
Проведені випробування показали, що при використанні описаного вище пиловловлювача вторинне винесення пилу в порівнянні з існуючою системою пилеочистки (циклон ЦН-15) знизилося в 1,5 рази, а загальна
ступінь очищення склала 98,5 % [13].
5.3 Розрахунок рукавного фільтру
5.3.1. Теоретичні передумови
Технологічний розрахунок рукавних фільтрів зводиться до визначення площі матеріалу фільтрувальної перегородки, потужності електродвигуна вентилятора для транспортування запиленого повітря через фільтр, фільтрувального опору перегородки, частоти й тривалості циклів регенерації фільтрувальних елементів.
Площу фільтрувальної поверхні рукавного фільтра визначають за формулою:
(5.1)
де - об'єм повітряної суміші, що поступає на очищення, м3/год;
- об'єм повітряної суміші або повітря, що витрачається на зворотнє
обдування, м3/год;
q - питоме пилоповітряне навантаження під час фільтрування, м3/(м2·хв);
- фільтрувальна поверхня (м2), що не приймає участі в фільтруванні
протягом 1 год, м², визначається за формулою:
(5.2)
де - число секцій;
- фільтрувальна поверхня секції, м2;
- час вимкнення секції на регенерацію, с;
- число регенерацій протягом 1 години.
Для фільтрів з імпульсивним продуванням у зв'язку з надто малим
часом процесу регенерації та об'єму пилоповітряної суміші, що витрачається на зворотне продування, можна знехтувати. З урахуванням даних зауважень формула (8) приймає простіший вигляд:
(5.3)
Питоме пилоповітряне навантаження на фільтрувальну перегородку
рукавного фільтра, величина якого може знаходитися у межах від 0,3 до 6 м3/(м²·хв). Для практичних розрахунків достатньою точністю пилоповітряне навантаження в рукавних фільтрах розраховується за формулою:
(5.4)
де - нормативне питоме пилоповітряне навантаження, що залежить від виду пилу та схильності його до агломерації;
- коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації фільтрувальних елементів (= 0,55...0,70);
- коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме повітряне навантаження;
- коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в повітрі;
- коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря;
- коефіцієнт, що враховує якісні вимоги до очищення повітря від пилу (для умов справних фільтрів приймають =1,0...0,95).
При виборі рукавних фільтрів важливим є оцінка очікуваного гідравлічного опору, що визначає енергетичні затрати на фільтрування, і гідравлічний опір рукавного фільтра (Па) складається із опору корпусу фільтра та опору фільтрувальної перегородки , може бути визначена за формулою:
(5.5)
Гідравлічний опір корпусу фільтра (Па) визначається величиною місцевих опорів, що виникають на вході і виході із фільтра та при розподілу потоку щодо фільтрувальних елементів. В загальному вигляді гідравлічний опір корпуса фільтра може бути оцінено коефіцієнтом опору корпусу, віднесеному до швидкості пилоповітряного потоку у вхідному патрубку, визначається за формулою:
(5.6)
де - коефіцієнт гідравлічного опору корпусу фільтра;
- питома густина пилоповітряної суміші.
Коефіцієнт гідравлічного опору корпусу фільтра визначають за формулою:
(5.7)
де - швидкість пилоповітряної суміші у вхідному патрубку, м/с, що визначають:
(5.8)
де - площа поперечного перетину вхідного патрубка: - висота, м;
в - ширина патрубка, м.
Гідравлічний опір перегородки значною мірою залежить від маси та
властивостей осілого на ній пилу. Цей опір складеться із постійної
величини і змінної величини :
(5.9)
Постійна складова гідравлічного опору створюється самою фільтрувальною перегородкою й пилом, що осів на ній.
Постійну складову гідравлічного опору перегородки визначають за формулою:
(5.10)
де - коефіцієнт, який залежить від товщини фільтрувального матеріалу, ступеня проникності матеріалу; приймають =(110...1500)·106, м-1 - для фільтрувальних тканин лавсану, що вловлює цементний, кварцевий пил з медіанним діаметром у межах 10...20 мкм; =(2300...2400)·106, м-1 - для лавсану під
час уловлювання пилу від сталеплавних дугових печей, під час електро- газозварювальних робіт тощо. Для більш щільних тканин (лавсан, склотканина) коефіцієнт опору фільтрувальної перегородки збільшується в 1,2...1,3 рази. При уловлюванні пилу з невеликим медіанним діаметром (<1мкм) коефіцієнт опору фільтрувальної перегородки (рукавів) збільшується у декілька разів (2...3 рази), а при вловлюванні кремнієвого пилу з медіанним діаметром частинок 0,6 мкм цей коефіцієнт складає Кп=(13 00...1500)·105 м-1 (наведені значення коефіцієнтів можуть використовуватися під час проведення розрахунків гідравлічного опору фільтрів з імпульсним продуванням. В рукавних фільтрах із зворотним продуванням після регенерації значення збільшується на 15...25 %).
µ - коефіцієнт в'язкості запиленого повітря, в середньому приймають 20·10-6 Па·с;
τ - тривалість циклу, орієнтовно приймають: τ=600...900 с;
- швидкість фільтрування, м/с (у вхідному патрубку =1,3·10-2 м/с);
п - показник ступеня, що залежить від режиму течії потоку (для розрахунків приймають n =1; при турбулентній течії n>1).
Змінну складову гідравлічного опору перегородки визначають за формулою:
(5.11)
де - коефіцієнт в'язкості запиленого повітря, в середньому приймають 20·10-6 Па·с;
- тривалість циклу, орієнтовно приймають: =600 с;
Zвх - змінна величина гідравлічного опору фільтрувальної перегородки:
приймають для дрібного пилу (dм<20 мкм) Zвх=600...800 Па, для крупного
пилу з медіанним діаметром dм>20 мкм - 250...350 Па; для вловлювання
волокнистого пилу Zвх=200...250 Па;
- швидкість фільтрування 1,3-10-2 м/с; =0,016 м/с;
К1 - параметр опору шару пилу: приймають для цементного пилу з медіанним діаметром частинок 12...20 мкм К1=(6,5... 16)·109 м/кг, для очищення повітря від пилу сталеплавильної дугової печі з dм=3мкм К1=80·109 м/кг; для руднотермічних печей плавки кремнію (dм=0,7 мкм) К1=330·109 м/кг.
Потужність електродвигуна вентилятора для транспортування пилоповітряної суміші через фільтр, визначають за формулою:
(5.12)
де Qп - кількість пилоповітряної суміші, що подасться у фільтр для
очищення, м3/год;
- загальний гідравлічний опір фільтра, Па;
ηв - коефіцієнт корисної дії вентилятора (ηв=0,75);
ηп - коефіцієнт корисної дії передачі, (ηп=0,92) . [8]
Порядок виконання розрахунку наступний:
1) За формулою (5.3) визначають площу фільтрувальної поверхні рукавного фільтра;
2) Визначають за формулою (5.4) пилоповітряне навантаження на перегородку рукавного фільтра;
3) За формулами (5.8) і (5.9) визначають швидкість пилоповітряної суміші у вхідному патрубку та опір корпусу фільтра;
4) За формулою (5.10) визначають постійну складову гідравлічного опору перегородки фільтра ;
5) За формулою (5.11) визначають змінну складову гідравлічного опору перегородки ;
6) Визначають гідравлічний опір перегородки фільтра ;
7) Визначають за формулою (5.5) гідравлічний опір всього фільтра ;
8) За формулою (5.12) визначають потужність електродвигуна вентилятора для транспортування пилоповітряної суміші через фільтр [ ].
5.3.2. Порядок розрахунку
Розрахуємо технічні параметри рукавного фільтра з імпульсним
продуванням, якщо відомі наступні дані: витрата пилоповітряної суміші 1500 м3/год; температура пилоповітряної суміші 60°С; концентрація пилу в очищеному повітрі 1,0 г/м3; густина пилу 2,6·103 кг/м3; медіанний діаметр частинок пилу 10 мкм; фільтрувальний матеріал – лавсан арт. 86033.
Вимоги до повітря, що очищається, – вміст пилу не повинен перевищувати 0,5 мг/м3; ККД вентилятора 0,75; передача до вентилятора – клинопасова.
Розв’язок наступний.
1) За формулою (5.4) визначаємо пило повітряне навантаження на перегородку рукавного фільтра:
q=3,5·0,7·1,1·0,9·0,84·0,95=1,94 м3/(м2·хв)
де - нормативне питоме навантаження пилоповітряної суміші для деревного пилу - 3,5 м3/(м2·хв);
- коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації фільтрувальних елементів (приймаємо рівним 0,7);
- коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме повітряне навантаження (приймаємо рівним 1,1);
- коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в повітрі для частинок пилу в 10мкм (приймаємо рівним 0,9);
- коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря (для 60°С приймаємо рівним 0,84);
- коефіцієнт, що враховує якісні вимоги до очищення повітря від пилу (приймаємо 0,95).
2) Визначаємо за формулою (5.5) площу фільтрувальної поверхні перегородки фільтра:
3) Обираємо за обчисленою площею фільтрувальної перегородки тип пилового фільтра ФРКИ-15-130 (де 15 - площа фільтрувальної перегородки).
4) За формулою (5.7) визначаємо гідравлічний опір корпусу фільтра. Орієнтовано задаємося коефіцієнтом гідравлічного опору корпусу фільтра: ξ=2,5, а потім визначаємо швидкість пило повітряної суміші через вхідний патрубок за формулою (5.8):
де - площа поперечного перетину вхідного патрубка hв=0,40·0,33=1,32 м2.
Отже гідравлічний опір корпуса становить:
де ρп – густина повітря, що приймають 1,15 кг/м3.
5) За формулою (5.10) визначаємо постійну складову гідравлічного опору перегородки фільтра, прийнявши коефіцієнт Кп=2300·106 м-1 і коефіцієнт в’язкості µ=20·10-6 Па·с, швидкість фільтрування ф=0,016 м/с і показник ступеня n=1.
6) За формулою (5.11) визначаємо зміну складову гідравлічного опору перегородки, орієнтовно прийнявши Zвх=600 Па, параметр опору шару К1=6,5·109 м/кг, µ=20·10-6 Па·с, ф=0,016 м/с.
7) Визначаємо гідравлічний опір перегородки, як суму постійної й змінної його складових:
8) Визначаємо гідравлічний опір всього фільтра:
9) За формулою (5.12) визначаємо потужність електродвигуна пилоповітряної суміші через фільтр:
В результаті проведених розрахунків ми зробили висновок про те, що такий тип газоочисного обладнання відповідає нашим вимогам. У якості апарату, що можна було б безпосередньо порекомендувати для впровадження на теплоелектростанціях, нами пропонується універсальний рукавний фільтр РФУ 3.5 з регенерацією рукавів віброструшуванням, що відрізняється простотою конструкції, призначений для очищення повітря від будь-якого дрібнодисперсного і середньодисперсного сухого пилу, що не злипається. Елементами, що фільтрують, є рукави круглої форми.
Фільтр дозволяє очищати запилене повітря до концентрації домішок 15-20 мг/м3. Фільтр має вбудований механізм регенерації рукавів періодичною вібрацією.
Його зовнішній вигляд та технічні характеристики наведенні на рис. 5.16 та у таблиці 5.1.
Рисунок 5.16 – Універсальний рукавний фільтр РФУ 3.5
Таблиця 5.1 - Технічні характеристики фільтру РФУ 3.5
Показники |
РФУ 3.5 |
Максимальна продуктивність по повітрю, м3/год. |
3500 |
Максимальна концентрація на вході у фільтр, г/м3 |
500 |
Концентрація пилу на виході з фільтру, не більше, мг/м3 |
20 |
Висота фільтру з бункером H, мм |
3900 |
Висота фільтрувальної частини Hф, мм |
2000 |
Висота бункера Hб, мм |
1900 |
Довжина L, мм |
1300 |
Ширина B, мм |
1300 |