Очистные сооружения для очистки атмосферного воздуха. Циклоны. Расчет циклона ЦН-11

Хемосорбция основана на поглощении газов и паров жидкими и твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Этот метод используется для удаления из выбросов сероводорода и окислов азота. В качестве очистного оборудования используются скрубберы, а химическими поглотителями являются мышьякощавелевые и этаноламиновые растворы [7].

Каталитический метод очистки заключается в селективном ускорении химической реакции и превращении загрязнителя в безвредное вещество (рис. 8). Для снижения токсичности выхлопных газов применяют каталитические нейтрализаторы, в которых загрязненный воздух пропускают над катализатором, чаще всего оксидом алюминия. С помощью такого очистного оборудования можно очистить воздух от угарного газа, углеводородов, окислов азота. Таким методом может быть достигнута полная очистка газов от альдегидов, а содержание оксидов азота снижено на 70 % [5].

Рис. 8. Каталитический нейтрализатор: 1 – корпус; 2 – реактор;

3 – сетка; 4 –  теплоизоляция; 5 – катализатор; 6 –  фланец.

 

Термический метод (рис. 9) основан на дожигании и термической деструкции вредных веществ в выбросах. Используется в том случае, когда вредные примеси в выбросах горючи. Этот метод применяют для очистки выбросов от лакокрасочных и пропиточных участков. Системы термического и огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки до 99 % [8].

Рис. 9. Схема очистки топочных газов котельной

горнокузнечно-рессорного цеха локомотивного депо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 5. Циклоны

Сепарация пылевых частиц в циклоне осуществляется на основе использования центробежной силы.

Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляционных и технологических выбросов во всех отраслях промышленности. Можно утверждать, что циклоны являются наиболее распространенным видом пылеулавливающего оборудования. Их широкое распространение в значительной мере объясняется тем, что они имеют многие преимущества – простота устройства, надежность в эксплуатации при сравнительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах. Надежность циклонов обусловлена, в частности, тем, что в их конструкции нет сложного механического оборудования [9].

Капитальные и эксплуатационные затраты на пылеулавливающие установки, оборудованные циклонами, значительно меньше соответствующих расходов для установок с рукавными фильтрами, а тем более электрофильтрами [6]. Циклоны делятся на циклоны большой производительности и циклоны высокой эффективности. Первые имеют обычно большой диаметр и обеспечивают очистку значительных количеств воздуха. Вторые – сравнительно небольшого диаметра (до 500 – 600 мм). Очень часто применяют групповую установку этих циклонов, соединенных параллельно по воздуху.

Циклоны, как правило, используют для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Принято считать, что они обладают сравнительно небольшой фракционной эффективностью в области фракций пыли размером до 5 – 10 мкм, что является основным их недостатком. Однако циклоны, особенно циклоны высокой эффективности, улавливают не такую уж малую часть пыли размером до 10 мкм – до 80 и более процентов.

В современных высокоэффективных циклонах, в конструкции которых учтены особенности улавливаемой пыли, удалось существенно повысить общую и фракционную эффективность очистки.

Разработано и применяется в технике обеспыливания большое число различных типов циклонов, которые отличаются друг от друга формой, соотношением размеров элементов и др. [5].

Корпус циклона состоит из цилиндрической и конической частей. По форме циклоны разделяются на:

• цилиндрические (Hц>Hк);
• конические(Hк>Hц),

Hц и Hк соответственно высота цилиндрической и конической части циклона. Коническая часть аппарата выполняется в виде прямого конуса, обратного конуса или может состоять из двух конусов – прямого и обратного. Строение конической части определяет особенности движения пылевоздушного потока в этой части циклона и оказывает существенное влияние на процесс сепарации, а также коагуляцию некоторых видов пыли в аппарате, на устойчивость его работы при улавливании данных видов пыли.

Наибольшее распространение получили цилиндрические циклоны конструкции НИИОгаза.

Рис. 1. Конструкции циклонов:

а — конструкции НИИОгаза; б — конструкции ЛИОТ; в — конструкции СИОТ

Отличительной их особенностью являются наклонный входной патрубок, сравнительно короткие цилиндрическая часть и выхлопная труба, а также малый угол раскрытия конической части (рис. 10). Наклон входного патрубка и винтообразная верхняя крышка способствуют направлению вращающегося газового потока вниз, что снижает гидравлическое сопротивление циклона. На выхлопной трубе циклона иногда устанавливают улитку, раскручивающую вращающийся газовый поток.

Под циклоном устанавливают бункер для сбора уловленной пыли. В конической части циклона ни в коем случае не должна скапливаться пыль во избежание взмучивания и вторичного уноса ее в выхлопную трубу.

Существуют три типа цилиндрических циклонов конструкции НИИОгаза основной серии ЦН, различающиеся между собой углом наклона входного патрубка к горизонту:

• ЦН-15 с углом наклона 15°, нормальный и укороченный (ЦН-15у);
• ЦН-11 с углом наклона 11°, с повышенной эффективностью при большем гидравлическом сопротивлении;
• ЦН-24 с углом наклона 24°, с повышенной пропускной способностью при меньшей эффективности и сниженном гидравлическом сопротивлении.

Циклоны ЦН-11 предназначены для отделения от газообразной среды взвешенных частиц сухой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках, при транспортировании сыпучих материалов, а также летучей золы. Для волокнистой и слипающейся пыли, для очистки газообразной среды, в которой имеются капельно-жидкая фаза или возможна конденсация паров, данные циклоны применять не следует [8].

 

 

 

 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2. 1.Исходные данные:

Тип циклона ЦН-11

Vг=39 000 м3/ч – количество очищаемого газа при рабочих условиях;

µг=25 *10-6 Па*с – динамическая вязкость газа при рабочей температуре;

dm=13 мкм – медианный диаметр, при котором масса всех частиц пыли меньше или крупнее составляет 50 %;

δч=0,4 – стандартное отклонение величины от dm;

ρч=2500 кг/м3 – плотность частиц;

ρг=0,5 кг/м3 – плотность газа при рабочих условиях;

Cвх=50 г/м3 – запыленность газа.

 

2. 2. Расчет циклона ЦН – 11

Конструкцию циклона рассчитываем методом последовательных приближений в последующем порядке.

1. Выбрав тип циклона по таблице  4.3. [11] определяем оптимальную скорость газа в аппарате ωопт.
2. Определяем необходимую площадь сечения циклона (в м2):

F=Vг/ωопт;

Vг=39000 м3/ч = 10,83 м3/с

F=10, 83 / 3,5= 3,09 (м2)

3. Определяем диаметр циклона, задаваясь числом циклонов N=1 (в м):

Dц= √ F/0,785 N= √ 3,09/0,785х1= 1,985 (м). Диаметр циклона округляем до 2,0 м.

4. Вычисляем действительную скорость газа в циклоне:

ω = Vг/0,785 ND2= 10,83 / 0,785*1*22=3,45 (м2/с)

Скорость газа в циклоне не отклоняется более чем на 15% от оптимальной скорости.

5. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона или группы циклонов:

ξц=К1К2 * ξ спц500+К3, где ξ спц500 – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм; выбираемый по таблице 4.4 К1 – поправочный коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. 4.5.); К1=1; К2 – поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа (табл. 4.6.); К2=0,915; К3 – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (для одиночных циклонов К3= 0) [11] ;

ξ сц500=245

ξц= 1*0,915*245=224,175

6. Определяем потери давления в циклоне (в Па):

∆p=ξц*ρ ω2/2

∆p=224,175* (0,5*3,452/2)=667,06  (Па)

7. Определяем диаметр частиц, улавливаемых на 50%:

d50= d50т√ Dц/ Dцт* ρчт/ ρч*µ/µт* ωт/ ω,

где индекс «т» означает стандартные условия работы циклона.

d50=3, 65 * 10-6 * √1, 98/0,6 * 1930/2500 * 25 * 10-6/22  *10-6 * 3,5/3,45 = 6,2 * 10-6 = 6 (мкм)

8. Определяем параметр х по формуле:

Х= lg(dm/d50)/lg2δη+lg2δч= lg(13/6)/ (0,3522 + 0,42)= 1,20;

9. Определяем функцию распределения Ф(х) по табл. 4.7 и полный коэффициент очистки газа по формуле (в %) [11]:

ηр=50 [1+Ф(х)]= 50[1+0,8849]=94, 2 %

 

 

 

 

Таблица 1.

Соотношение размеров в долях внутреннего диаметра D и полученные значения для циклона ЦН-11

Показатель		ЦН-11	ЦН-11расч.
Внутренний диаметр D Внутренний диаметр выхлопной трубы d пылевыпускного отверстия d1 Ширина входного патрубка в циклоне (внутренний размер) b На входе (внутренний размер) b1 Длина входного патрубка l Диаметр средней длины циклона Dср Высота установки фланца hфл Угол наклона крышки и входного патрубка циклона α,град Высота входного патрубка а выхлопной трубы hт цилиндрической части Нц конической части Нк внешней части выхлопной трубы hв   Общая высота циклона Н		0,59 0,3-0,4   0,2 0,26 0,6 0,8 0,1   11 0.48 1.56 2.06 2.0   0.3   4.38	2000 1180 700   400 520 1200 1600 200   11 960 3120 4120 4000   600   8760   3000 1600 60
Диаметр бункера Dб Высота цилиндрической части бункера Hб Угол наклона днища бункера α,град	1,5 0,8 60

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Под атмосферным воздухом понимают жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов и находящийся за пределами жилых, производственных и других помещений (Закон РФ «Об охране атмосферного воздуха» от 02.04.99 г.). Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей среды. Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного космоса и потока солнечного ультрафиолетового и ионизирующего излучения. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании осадками аэрозолей, турбулентном перемещении приземного слоя воздуха, оседании загрязненных веществ. Но на сегодняшний момент атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие функции из-за различных видов загрязнений. Особое неблагоприятное воздействие оказывают различные газообразные отходы промышленности.

Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда.

Газообразные промышленные отходы включают в себя не вступившие в реакции газы (компоненты) исходного сырья; газообразные продукты; отработанный воздух окислительных процессов; сжатый (компрессорный) воздух для транспортировки порошковых материалов, для сушки, нагрева, охлаждения и регенерации катализаторов; для продувки осадков на фильтровальных тканях и других элементах; индивидуальные газы (аммиак, водород, диоксид серы и др.); а также отходы газов, образующиеся при вентиляции рабочих мест и помещений. Кроме этого, все порошковые технологии сопровождаются интенсивным выделением газопылевых отходов. Пылеобразование происходит в процессах измельчения, классификации, смешения, сушки и транспортирования порошковых и гранулированных сыпучих материалов.  Для очистки газообразных и газопылевых выбросов с целью их обезвреживания или извлечения из них дорогих и дефицитных компонентов применяют различное очистное оборудование и соответствующие технологические приемы [12].

В ходе моей работы было установлено, что циклоны являются наиболее эффективными, экономичными и простыми в эксплуатации по сравнению с другими аппаратами для пыли и газоулавливания. Эффективность рассчитанного мной циклона ЦН-11  составила 94 %.