Разработка установки очистки для отходящих газов обжига известняка

 

 

Определяющие параметры, [7, таблица 2.8]:

мкм,

,

,

м,

кг/м3,

Па∙с

1 Определяем необходимую площадь сечения циклона, м2:

 м2 
2 Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N=1, м:

При эксплуатации и ремонте циклонов большую роль играет их количество - чем меньше циклонов, тем обслуживание проще, поэтому возьмем один циклон (N=1):

D = =0.827 м

Согласно ряду диаметров из ГОСТ 9617-67 выбираем подходящий нам. Наиболее оптимальным является диаметр 800 мм. Т.о. мы используем один циклон типа ЦН-15 с диаметром 800мм.

3 Вычисляем действительную скорость газа в циклоне, м/с:

м/с

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%:

 

В данном случае отклонение составляет 7 %, что допустимо.

Для циклонов НИИОГаз (одиночных или групп) вводят уточняющие поправки по формуле:

, (26)

Принимаем по таблице 2.10 коэффициент гидравлического сопротивления, соответствующий данному циклону: .

К1 - поправочный коэффициент на диаметр циклона, определяемый по таблице 2.11:

К1 = 1;

К2 - поправочный коэффициент на запыленность газа, определяемый по таблице 2.12:

К2 = 0,92;

К3 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, определяемый по таблице 2.13:

К3 = 35  Так как в нашем случае циклон одиночный, то К3 =0.

4 Определяем потери давления в циклоне, Па:

Па  
Приняв по таблице 2 два параметяра (dT50 и lg т), характеризующих эффективность выбранного типа циклона, определим значение диаметра частиц, улавливаемых на 50% d50 при рабочих условиях (диаметр циклона, скорость потока, плотность пыли, динамическая вязкость газа) по формуле:

 

где Dт= 0,6 м; ωт = 3.5 м/с, ρч.т.= 1930 кг/м3; μт = 22,2·10-6 – параметры, соответствующие условиям, при которых получены табличные значения dT50 и lg т; ,

  lg ơп =0,352 , p извести пыли =2780 кг/м3  по справочнику Алиева

D, ω, ρ, μ – параметры  соответствующие фактическим условиям работы циклона.

5. Определяем параметр Х по формуле:

Определяем параметр осаждения : где Dm=29 , lg2 ơЧ=0,502 по справочнику Алиева

 

X=

6. Определяем общую степень очистки газов в циклоне:

По Т.4.1. находим Ф(х)=91,62%=0,9162 при х= 1,38  и приравниваем к нему коэффициент очистки ƞц= 91,62%

Степень очистки газа в циклоне 91,62%

Такой   результат позволяет использовать циклон только предварительной очистки дымовых газов.

При заданных условиях циклон неприемлем как индивидуальное средство очистки и может служить лишь в качестве первой ступени перед аппаратами тонкой очистки .

7. Расчет концентрации на выходе из циклона:

Zвых = Z- г/м3

8. Определим габаритные размеры циклона.

Для всех одиночных циклонов бункера выполняют цилиндрической формы.  
Диаметр бункера цилиндрического циклона Dб =1,5D =1,5∙800 мм = 1200 мм  
Днище бункера выполняют по ГОСТ 1260-67 с углом наклона стенок 60 °. Таблица 3.28 Размеры основных составляющих цилиндрических циклонов НИИОГАЗа исходя из внутреннего диаметра циклона.  
 
Согласно данным таблицы 3.28 рассчитываем габаритные размеры циклона:

Внутренний диаметр выхлопной трубы D2	0,59 ∙ 800 мм = 472 мм
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия D1	0,4 ∙ 800 мм = 320 мм
Ширина входного патрубка в циклоне b	0,2 ∙ 800 мм = 160 мм
Ширина входного патрубка на входе b1	0,26 ∙ 800 мм = 208 мм
Длина входного патрубка l	0,6 ∙ 800 мм = 480 мм
Высота фланца h1	0,1 ∙ 800 мм = 80 мм
Высота входного патрубка a	0,66 ∙ 800 мм = 528 мм
Высота выхлопной трубы h3	1,74 ∙ 800 мм = 1392мм
Высота цилиндрической части циклона Нс	2,26 ∙ 800 мм = 1808 мм
Высота конуса циклона Нк	2 ∙800 мм = 1600 мм
Высота внешней части выхлопной трубы h2	0,3 ∙ 800 мм = 240 мм
Общая высота циклона Н	4,56 ∙ 800 мм = 3648мм

 

4.Выбор и расчет фильтровального аппарата

Для очистки газов от пыли известкового производства в основном применяют сухие способы очистки, так как в присутствии влаги известковая пыль слипается.

Среди сухих способов очистки промышленных газов от пыли наибольшая эффективность улавливания тонкодисперсных частиц (размером до 5 мкм) достигается практически только при использовании рукавных фильтров и электрофильтров.

Рукавные фильтры обеспечивают более устойчивую и эффективную очистку, чем электрофильтры. К тому же рукавные фильтры выдерживают температуру при синтетических тканях 130 °С и стеклотканях 230 °С и исходной запылённостью до 100 г/м³ (подходит по заданному условию) . Запыленность на выходе после процесса фильтрации составляет не более 10 мг/куб.м, а чистота воздуха после очистки более 99%.

4.1 Расчет рукавного фильтра

Второй ступенью очистки отходящих газов является рукавный фильтр.

1 Определяем требуемую степень очистки отходящих газов фильтром :

 

где ηц – степень очистки циклона;

ηр.ф. – степень очистки рукавного фильтра;

η – требуемая степень очистки системы пылеулавливания.

0,974 =1-(1-0,9162)×(1- ηр.ф.),

ηр.ф =0,6898=68,98%

 Требуемая степень  очистки  рукавного фильтра 68,98%

2 Определим концентрацию пыли на входе в рукавный фильтр по формуле:

Cвх. р.ф. = Свых. ц. = Свх. ц. ∙ (1 - ηц), 

где Cвых. ц. – концентрация пыли на выходе из циклона;

Свх. ц – концентрация пыли на входе в циклоне;

ηц - степень очистки циклона

Cвх. р.ф = 1,95 г/м3

3 Количество входящей пыли в рукавный фильтр

Qв.р.ф. = Q· Cвх. р.ф = 6780/3600*1,95 = 3,66г/c

4 Количество уловленной пыли после очистки в фильтре

Qу.р.ф = Qв.р.ф ·  ηр.ф =3,66 · 0,689= 2,53  г/c

5 Количество пыли, выбрасываемой в окружающую среду

Qкон = Qв.р.ф — Qу.р.ф = 3,66— 2,53 =1,13  г/с (что допустимо по результату расчета   для                  ПДВ = 1,125 г/с )

6 Рассчитаем реальную степень очистки рукавного фильтра

Ƞ = 1-(1-0,9162)*(1-0,6898) =0,988 = 98,8%

Т.е.  степень очистки рукавного фильтра 98,88 %.

Главным параметром при выборе необходимой поверхности фильтра является газовая нагрузка (м3/м2·мин), определяемая по формуле:

qф = qн·A·B·C·D·F

где qн – константа удельной газовой нагрузки, зависящая от вида улавливаемой пыли; принимаем по [7,табл.1.36] для известняка: qн=2,0;

А – коэффициент, учитывающий способ регенерации (обратная продувка без встряхивания), отсюда А = 0,6;

В – коэффициент, учитывающий начальную запыленность газов (z), принимаем по [7, рис. 1.72]: В=1,1;

С – коэффициент, учитывающий среднемедианный диаметр частиц пыли (dm), принимаем по[7, табл. 1.37]: С = 1;

D – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа (Тг),принимаем по [7, табл. 1.38]: D = 0,68;

F – коэффициент, учитывающий требования к уровню очистки (концентрация пыли в очищаемом газе 23,23 мг/м3 и ниже), отсюда F = 0,98.

qф = 2,0·0,6·1,1·1·0,68·0,98 = 0,87 м3/м2·мин.

Величиной, эквивалентной газовой нагрузке, является скорость фильтрации:

, м/с

 м/с.

7 Потери давления при прохождении корпуса аппарата :

, Па

где z = 1.5-2.5 – коэффициент сопротивления, отнесенный к скорости во входном патрубке wвх = 5-15 м/с

rг – плотность газа при рабочих условиях, кг/м3

, кг/м3;

ρг = 1,2*273/273+180= 0,72 кг/м3;

 Па.

8 Пористость слоя пыли приближенно определяется из выражения:

,

Значения коэффициентов А рассчитывают по формуле:

;

где eп и eтк – пористость слоя пыли и ткани соответственно, доли ед. (табл. 4.29), ткань рукава – стекловолокно т.к. она выдерживает температуры газа до 250 0С, характеризуется большой прочностью, хорошей воздухопроницаемостью в запыленном состоянии, значительной устойчивостью к химическим реагентам, высокой механической прочностью, малой гигроскопичностью, невысокой стоимостью и пригодна для улавливания известковой пыли.

h0 – удельное сопротивление ткани, при скорости 1 м/с, Па;

rч – плотность частиц пыли, кг/м3, [16, табл. 3]: rч=2780 кг/м3.

Таблица 4.29 – Некоторые свойства фильтровальных материалов

Основное Волокно	Термостойкость, 0С	Пористость eтк, %	Удельное гидравлическоесопротивление h0·10-5, Па
Хлопок Шерсть Капрон Нитрон Лавсан Стекловолокно	65-80 80-100 65 130 140 250-300	60 86 - 83 75 55	0.58 0.84 - 0.83 0.74 27

 

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки складывается из постоянной составляющей Dр1 – сопротивление фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся после регенерации, и переменной составляющей Dр2 – сопротивления, накладывающегося на перегородке слоя пыли, удаляемого в процессе регенерации.

Величина Dр2 должна соответствовать оптимальным условиям работы фильтра и упрощенно может приниматься равной 600-800 Па для пыли со средним диаметром dm < 20 мкм и 250-350 Па при dm > 20 мкм.

Dрф = Dр1 + Dр2

Dр1 = А·m·wф,

Dр1 = 2,19·107·22,2·10-6·0,014 = 68 Па,

Dрф = 300 + 68 = 368 Па.

9 Полное гидравлическое сопротивление фильтра :

Dр = Dрк + Dрф , Па

Dр = 72 + 368 = 440 Па

где Dрк – гидравлическое сопротивление корпуса аппарата, Па

Dрф – гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, Па

10 Для выбора аппарата  определить поверхность фильтрования :

, м3/с

 м2

Выбираем скорость фильтрации в рукавном фильтре [7, табл. 5.15]. Так как основной материал относится к третьему классу пыли, то выбирая фильтр с обратной продувкой для рукавов из стеклоткани при высокой температуре (0,45 – 0,55), т.к. в этом случае скорость прохождения газов наиболее велика, и при тех же габаритах возможна очистка большего объема газа. Принимаем скорость фильтрации ω=0,50 м/мин.

11 Определим общую площадь фильтрации установки, м2, по формуле:

S = Sp + Sc = ,

где Sp —площадь фильтрации в одновременно работающих секциях,м2;

Sc — площадь ткани в регенерируемой секции, м2;

Q1 — расход запыленных газов с учетом подсоса, м3/мин;

Q2 - расход продувочных газов или воздуха, м3/мин

Sс = Qвыбр./(ωср∙60) =6780 / (0,50 ∙ 60) = 226 м2

Исходя из полученной площади подбираем фильтр [2, таблица 5.20]. Оптимальным является фильтр марки ФР-518. В фильтре количество секций равно 6. Зная, что одна секция будет на регенерации, рассчитаем рабочую поверхность фильтра:

Sраб. = Sс∙(N-1)/N = 226 ∙ 5/6 = 188,8 м2

S=188,8+226 = 414,8 м2

Техническая характеристика фильтра рукавного, типа ФР с обратной продувкой приведена в таблице 4.30.

Таблица 4. 30 - Техническая характеристика фильтра типа ФР – 518

По рассчитанной поверхности фильтрования выбираем рукавный фильтр типа ФР  - 518: количество секций Nc = 6. Фильтры типа ФР характеризируются подводом газов в открытые снизу рукава и наличием дрюссельных клапанов на коллекторах очищаемого и продувочного газов, так как применяются стеклотканевые фильтры при температуре 240 0С.

12 Реальная эффективность 2х ступенчатой очистки системы

Ƞ =1-(1-ƞц)(1-ƞр.ф)=1-(1-0,9162)(1-0,988) = 0,999

Требуемая степень очистки 0,975< 0,999

Исходя из проведенных расчетов можно сказать что выбранный нами циклон -ЦН–15 на первой ступени, и рукавный фильтр ФР – 518 на второй ступени очистки, обеспечивают необходимую степень очистки газов, отходящих при  обжиге известняка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5. Выбор и расчет дымососов (вентиляторов)

Найдем гидравлическое сопротивление двух ступеней очистки:

Для перемещения газов по дымовым трубам необходимо подобрать вентиляторили дымосос, обеспечивающий необходимую производительность (более 6780 м3/час), способный нормально работать при температуре выбрасываемого газа  (180 оС) и потребляемый наименьшую мощность.

Подбор дымососа осуществляется по двум параметрам: общим потерям давления в сети ∆Робщ = 1649 Па  и объемному расходу газа Qp= 6780 м3/ч.

Удовлетворительными характеристиками обладают один дымосос ВЦ-8М и один вентилятор Ц1-8500. Они оба способны обеспечить нужную нам производительность и работают при высоких температурах. Однако у вентилятора ВЦ-8М потребляемая мощность равна 10 кВт, в отличие от Ц1-8500 у которого потребляемая мощность 34 кВт. Следовательно, из экономических соображений выбираем дымосос серии ВЦ-8М.

Таблица 5.31 Технические характеристики вентиляторов ВЦ

 

 

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта предлагается аппаратно – технологическая схема очистки дымового газа, при обжиге известняка. При выборе схем газоочистки расчет эффективности ведем по остаточной запыленности газов. В случае невозможности обеспыливания газов до требуемой остаточной запыленности в одном аппарате приходится использовать многоступенчатые схемы очистки газов

 По результатам расчетов  было установлено, что остаточная  концентрация известковой пыли  в газе после очистки составляет 1,95 г/м3, ПДК рабочей зоны 0,5 мг/м3. Фактическая концентрация известковой  пыли превышает предельно допустимую  концентрацию в несколько десятков  раз. Для того, чтобы достичь нормативных показателей по концентрации известковой пыли, необходимо предварительно провести грубую очистку от  пыли с помощью циклона ЦН-15. Учитывая эффективность очистки 91%, концентрация известковой пыли в газе на выходе из циклона равна Свых=1,95 г/м3, этого недостаточно для достижения ПДК по концентрации  пыли.  газ можно направлять на очистку в рукавный фильтр.