Пылеуловительные устройства

Содержание

      Введение………………………………………………………………………….3

1. История создания пылеуловительных устройств…………………………..4
2. «Сухие» механические пылеуловители…………………………….……….8
3. «Сухие» пористые фильтры…………………………………...……………12
4. Электрофильтры («сухие» и «мокрые»)…………………………...………20
5. Аппараты мокрого пыле- газоулавливания………………………………..22
1. Скрубберы (газопромыватели)……………………………...………….23
6. Комбинированные пылеуловители……………………………………...….32
7. Расчет основных параметров пылеулавливателя………………………..33

7.1Проверка вертикального  вала по касательным напряжениям……...33

7.2Расчет вадила  на изгиб…………………………………………………34

7.3Расчет раскосов (опор) нижнего, упорного подшипника…………...35

7.4Подбор понижающего  редуктора……………………………………..36

8. Заключение……………………………………………………..……………37
9. Список литературы…………………………………….……………………38

Приложение…………………………………………………….……………….40

 

 

 

 

 

Введение

Целью исследования данной курсовой работы являются пылеуловительные установки. В данной работе я подчеркиваю значимость данного оборудования, а также осуществляю анализ внедрения пылеуловительных устройств.   Производственная пыль является одним из широко распространенных неблагоприятных факторов, оказывающих негативное влияние на здоровье работающих. Целый ряд технологических процессов сопровождается образованием мелкораздробленных частиц твердого вещества (пыль), которые попадают в воздух производственных помещений и более или менее длительное время находятся в нем во взвешенном состоянии. За последние годы появились крупные учреждения массового обслуживания населения (супер- и гипермаркеты комбинаты сервисного обслуживания, косметические салоны, выставочные комплексы, залы для обслуживания клиентов финансовых предприятий), в которых движение больших людских и товарных потоков создает повышенное содержание пыли в помещениях. Определенное значение имеют форма и консистенция пылевых частиц, которые в значительной мере зависят от природы исходного материала. Так, длинные и мягкие пылевые частицы легко осаждаются на слизистой оболочке верхних дыхательных путей и могут стать причиной хронических трахеитов и бронхитов. Степень вредного действия пыли зависит также от ее растворимости в тканевых жидкостях организма. Большая растворимость токсической пыли усиливает и ускоряет ее вредное влияние. Неблагоприятное воздействие пыли на организм может быть причиной возникновения заболеваний. Приведенные аспекты подтверждают важность использования пылеуловительных устройств.

 

 

 

 

 

1.История создания пылеуловительных устройств

В 1273 году в Англии был принят  первый закон об охране воздушной среды. Здесь же в 1806 году впервые  была осуществлена очистка газов от примесей средствами химического  связывания - при очистке светильного газа от сероводорода. Светильный  газ  стал употребляться не только для освещения, но для отопления и  приведения в движение газомоторов, которые вскоре начали успешно  конкурировать с паровыми машинами. В качестве сырья использовались  в  основном нефть и уголь, что резко стимулировало  развитие   добывающей промышленности. Так, в 1908 году  в  Англии  на  производство  светильного газа было израсходовано 17 миллионов тонн угля, что  приблизительно равнялось в то время годовой добыче угля в   России,  где светильный газ начал использоваться позднее. Вместе с  тем  широкое применение светильного газа дало огромный толчок развитию газоочистки, поскольку в состав светильного газа помимо  главных  компонентов - водорода (50%) и метана  (35%) -    входили окиси углерода (7 - 9%), тяжелые углеводороды  (3 - 5%),  сероводород,  сероуглерод, углекислота и цианистые соединения. Характерным отличием светильного газа, произведенного из нефти, являлось значительное  содержание тяжелых углеводородов  -  до 25 - 30%, произведенного из угля - серы и золы [2].        Все это потребовало наряду с совершенствованием карбонизационных печей, представляющих собой главную часть  газовых   заводов, разработки целой системы очистки светильного газа  от  вредных примесей. При производстве светильного газа из угля он  поступал   в первую ступень очистки, в так называемую гидравлику -   наполненный водой клепаный железный ящик, в который погружались концы  газопроводных труб. Помимо исполнения роли гидравлического  затвора,   предохраняющего печь от взрыва,  гидравлика  обеспечивала  конденсацию смолы и аммиачной воды, которые по сифону стекали в смоляную и  аммиачную ямы. Однако гидравлика не обеспечивала полного  улавливания смоляных паров, поэтому после нее газ поступал в водяной  или  воздушный холодильник. Кроме  холодильника  употреблялись  также  специальные смолоотделители,  в  частности   смолоотделитель  Пелуза  и Одуана, представляющий собой колпак из тройной металлической сетки, погруженной нижним краем в воду; газ  процеживался  через  сетку  и происходило разделение паров от газов или конденсация смолы [13].   Однако очищенный от смолы светильный газ все еще содержал много вредных примесей: аммиак,  углекислоту,  сероводород,  цианистые соединения. Поэтому за физической очисткой светильного газа  следовала его химическая очистка. Для удаления  аммиака  газ  промывался водой в скрубберах, которые делились  на неподвижные  и  подвижные. Первые представляли собой большие вертикальные цилиндры с  расположенными внутри полками, на которые накладывался кокс; вода  поступала сверху, а газ снизу. Второй тип - так  называемые  штандартскрубберы -  представляли собой горизонтальные, вращающиеся от привода цилиндры, обеспечивающие встречное движение воды и газа.             При карбонизации некоторых сортов  углей  в  газе  содержалось очень много нафталина, который удалялся промывкой газа  в скрубберах тяжелым каменноугольным маслом. Очистка от сероводорода и углекислоты производилась в так называемых очистительных ящиках  гидратом окиси железа и известью - в закрытых металлических ящиках располагалось  несколько  полок,  на  которые   раскладывалась  очистительная масса, смесь болотной руды с опилками или извести с опилками. Сероводород поглощался гидратом окиси железа, а углекислота   - известью, образуя углекислый кальций.   Важной задачей являлась очистка газа от цианистых соединений, и не только в санитарном отношении - эти соединения быстро  разъедали стенки газовых труб. Вместе  с  сероводородом  и  углекислотой циан удалялся в очистительных ящиках или промывкой газа в штандартскрубберах раствором железного купороса. В России светильный газ для освещения зданий и улиц  стал  использоваться позднее, чем в европейских  странах. Тогда же на  отечественных  газовых заводах стала применяться газоочистительное   оборудование,  без которого использование светильного газа было просто невозможно и  в промышленном, и санитарном отношениях. Таким образом, можно  утверждать, что именно широкое использование светильного  газа  породило целую отрасль науки и техники, занимающейся разработкой газоочистительной аппаратуры.         До второй половины XIX века охрана окружающей среды   от  вредных газов в  основном  сводилась   к  ограничению  деятельности  отдельных предприятий. В настоящее время количество подобных запретительных законов уже не поддается исчислению, но проблема охраны окружающей среды усугубляется с каждым годом. Становлению газоочистки  эффективно  содействовало  дальнейшее развитие черной металлургии и широкое  использование  колошникового газа. В конце XIX века на   металлургических заводах были введены газовые двигатели, работавшие только  на  очищенном от пыли газе, что способствовало разработке  новых  способов пылеулавливания. С этого времени для очистки доменного газа от  пыли впервые стали применяться скрубберы, а позднее, с  1911  года, вращающиеся газопромыватели (дезинтеграторы), сконструированные немецким инженером Э.Тейзеном.   Примерно с этого же времени  в  промышленную  практику   входит способ газоочистки при помощи матерчатых рукавных  фильтров. Однако одними из  первых   газоочистительных  аппаратов  скорее всего следует считать пылеосадительные камеры, в которых для  осаждения пыли используется сила тяжести твердых  частиц.   В  частности они широко применялись на первых сажевых и  цементных   заводах,  но эффективность их незначительная  -  так, от общего количества цемента, находящегося в газах, оседало лишь 10 - 15%.  Вместе  с тем из всех газоочистительных аппаратов пылеосадительные камеры,  несмотря на свою громоздкость, наиболее просты в конструкции, изготовлении и обслуживании, материалом для них может служить низкосортный металл, сборный железобетон, кирпич и даже дерево, когда  очистке  подвергаются холодные газы.       Громоздкость пылеосадительных камер вызвана тем, что  для  эффективной очистки газов необходимо, чтобы частицы находились в  камере возможно более продолжительное время, а простейший путь к этому  -  увеличение длины камеры. Для обеспечения равномерного распределения газового потока по всему сечению камеры на входе устанавливают диффузоры, газораспределительные решетки. Для повышения степени очистки, помимо увеличения длины камеры, уменьшают скорость  потока и высоту осадительной камеры. Для снижения высоты осаждения  в камере устанавливают осадительные полки. Для повышения эффективности пылеосадительных камер их снабжают цепными или проволочными  завесами, отклоняющими перегородками, что позволяет   помимо  гравитационного, использовать инерционный эффект, который  наблюдается  при обтекании газовым потоком препятствий.            В   настоящее  время  в  качестве  самостоятельных  пылеочистительных аппаратов пылеосадительные камеры  используются  редко. Им уделено было столько внимания потому, что различные усовершенствования пылеосадительных камер отражают целый этап истории развития газоочистительного оборудования,  когда из  гравитационного способа очистки "выжималось" буквально все, что было возможно, однако  наступил момент, когда резервы этого метода были исчерпаны полностью. И появились простейшие пылеосадители инерционного типа [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.«Сухие» механические пылеуловители

Их условно  делят на три группы:        -пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы);        -инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии силы инерции;          -циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.    Пылеосадительная камера представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней части которого имеется отверстие или бункер для сбора пыли (рис.№1) [14].        

                               

Рис.№1 Пылеосадительные камеры:

а - полая: б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками: I- запыленный газ; II - очищенный газ; III - пыль; 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - штуцер для удаления;4 - полки; 5 - перегородки.

Скорость газа в камерах составляет 0,2-1,5 м/с, гидравлическое сопротивление 50-150 Па. Пылеосадительные камеры пригодны для улавливания крупных частиц (размером не менее 50 мкм). Степень очистки газа в камерах не превышает 40-50%. Продолжительность прохождения газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению, с:

τ =

   (1),                       

где V_к – объем камеры, м³; V_г – объемный расход газов, м³/с; L – длина камеры; B - ширина камеры,м; H - высота камеры, м.       Перегородки в инерционных пылеуловителях (рис.№2) устанавливают для изменения направления движения газов. Газ в инерционный аппарат поступает со скоростью 5 - 15 м/с. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа.    Большое внимание при проектировании пневмотранспортных и других устройств пылеочистки необходимо уделять узлам отделения материала от транспортирующего воздуха - разгрузочным и пылеулавливающим устройствам (циклонам, фильтрам и т.п.) [12].        Предпочтение отдается центробежным циклонам, выполняющим одновременно и роль пылеулавливающего аппарата. Эффективность улавливания пыли в циклонах повышается с уменьшением диаметра корпуса, но при этом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею, коэффициент пылеулавливания которой составляет 0,76 - 0,85 и несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с). Использование вместо циклонов вихревых пылеуловителей обеспечивает улавливание частиц пыли размером 5 - 7 мкм.   

 

Рис.№2 Инерционные пылеуловители с разными способами подачи и распределения газового потока в камере с прегородкой (а), с расширяющимся конусом (б), с заглубленным бункером (в)

Воздух  после разгрузочных устройств или  циклонов, насыщенный субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители, характеризуемые: -степенью пылеулавливания - отношением количества пыли задержанной пылеуловителем, к количеству пыли в очищаемом запыленном воздухе;   -сопротивлением пылеуловителя, определяющим экономичность процесса пылеулавливания;           -габаритными размерами и массой, надежностью и простотой обслуживания. Циклоны (прил.рис.№1) рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед высокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами) очистки. Основные элементы циклонов - корпус, выхлопная труба 6 и бункер 7. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок 5, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (см.прил. рис.№1) [1].  В зависимости от производительности циклоны можно устанавливать по одному (одиночные циклоны) или объединять в группы из двух, четырех, шести или восьми (групповые циклоны).          Конструктивной особенностью батарейных циклонов является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами. Для расчетов режимов и выбора марки (конструкции) циклона необходимы исходные данные: - количество очищаемого газа при рабочих условиях,м³/c; - плотность газа при рабочих условиях,кг/м³; µ - динамическая вязкость газа при рабочей температуре, Па·с; дисперсный состав пыли, задаваемый двумя параметрами d_m и _г; запыленность газа C_вх, г/м³; ρ_ч - плотность частиц, кг/м³; η - требуемая эффективность очистки газа. Конструкцию и режимные параметры циклона рассчитывают методом последовательных приближений или используя более современный математический аппарат [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.«Сухие» пористые фильтры

Для очистки запыленных газов все  большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%. Классификация рукавных фильтров возможна:      -по форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные рамные);   -месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);            -способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной, с импульсной продувкой и др.);           -наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);        -числу секций в установке (одно- и многокамерные);     -виду используемой ткани (например, стеклотканевые).     В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (шерстяные, редко хлопчатобумажные), из синтетических (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладающих термостойкостью при 250 - 280 °С. Для фильтровальных тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые материалы - фетры, изготовленные свойлочиванием шерсти и синтетических волокон.      Материалы из нетканых иглопробивных фильтровальных полотен, наиболее перспективны в производстве порошковых материалов. Так Таллинской фирмой «Мистpa» предлагаются полотна марок «Фильтра-220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов, пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции [10].

Технические показатели нетканых иглопробивных  полотен:

Полотно                                                «Фильтра-550»               «Фильтра-330»

Поверхностная плотность, г/м²………..   550±28                             330±17

Ширина, см …………………………….. 150±3                               145±3

Толщина, мм …………………………....   2±0,3                                1,3±0,2

Воздухопроницаемость, дм³/(м²·с),

При перепаде давления 50 Па ………...   150±50                             250±50

Разрывная нагрузка, H …………………    ≥1000                               400

Удлинение при разрыве, %:

по длине …………………………….…...   80                                      80

по ширине …………………………..…..    90                                      90

Нормированная влажность, %..............    1                                        1

Промышленные  испытания материала «Фильтра-550»  в производстве сепарированного мела показали степень очистки 99,9 % при улавливании пыли, 75 % которой составляет фракция с диаметром частиц 1 - 5 мкм. Фильтровальный материал служит не менее года при верхнем пределе рабочих температур 140 - 150 ºС. Создано и более термостойкое полотно, используемое при температурах до 270 ºС. В зависимости от вида ткани допустимая удельная газовая нагрузка составляет 0,6 - 1,2 м³/(м²·мин) для хлопчатобумажной или шерстяной; 0,5 - 1- для синтетической; 0,3 - 0,9 м³/(м²· мин) - для стеклоткани.        Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку, а оттуда - в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостаток таких фильтров  - неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.            Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, рукава которого заключены в герметичный шкаф. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушённые сверху, проникает сквозь ткань рукавов в шкаф, удаляется из него через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха (10 - 15% объема поступающего на очистку) через неплотности. Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных материалов, обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании хрусталя, открывают пути для более широкого их применения. Фильтрующий материал Beckinox (Великобритания) изготавливают в виде штапеля, так и в виде длинных нитей разного диаметра из нержавеющей стали. Этот материал при скорости фильтрации 180 м³/(м²·ч) имеет сопротивление 1200 Па и ту же эффективность, что и текстильные ткани, высокую абразивную устойчивость, температуростойкость (до~500 °С), регенерируется любым известным способом и хорошо фильтрует газы, содержащие SО₂ [11].   Во Франции при очистке отходящих газов с 400 - 500 ºС применяют рукавные фильтры из металлического фетра, основа которого  - металлическая сетка, нарощенная слоем тонкой металлической нити. По скорости фильтрации, аэродинамическому сопротивлению, количеству потребляемой энергии фильтр идентичен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.          Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде, фирма Du Роnt (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и тефэр (войлок, выполненный из смеси тефлона (85 %) со стекловолокном (15 %). Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100 - 250 ºС. Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие к истиранию, защищают стекловолокно от механических повреждений. Высокие эксплуатационные характеристики тефэра объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон смеси, которые создают электростатические заряды в ходе работы. Это способствует высокой эффективности улавливания войлоком субмикронных частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например, при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в дымовых газах рекомендуется использовать 100%-й тефлон.          Отечественной промышленностью выпускаются фильтры рукавные: с импульсной продувкой (ФРИ), каркасные импульсные (ФРКИ), циклонные РЦИЭ, РЦИРЭ и РЦИЭК.          Преимущественное развитие получили ФРКИ (рис.№3). Скорость фильтрования в них на 20 - 30 % выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации короткими (0,1 - 0,2 с) импульсами меньше изнашиваются рукава, гидравлическое сопротивление поддерживается на уровне 1,0 - 1,5 кПа. В условном обозначении типоразмера фильтра число после букв - активная поверхность фильтра. Фильтры рукавные состоят из корпуса с раздельной рукавной плитой, фильтровальных элементов, клапанных секций с раздающими трубами для обеспечения регенерации рукавов импульсами сжатого воздуха. В процессе фильтрации запыленный газ проходит через верхний коллектор и удаляется из аппарата.