Системы защиты атмосферы от механосборочного цеха

 

Потери давления  ∆p_ц в циклах находим по следующей формуле:

 

∆p_ц = ∑ ∆p_{у ц} + ∆p_{д. ц.}

 

где: ∆p_{у ц}  - потеря давления в участке, входящем в рассматриваемый цикл, Па;

       ∆p_{д. ц.} – динамическое давление воздуха, выпускаемого из вентиляционного устройства, Па.

 

∆p_ц1 = ∆p₁ + ∆p₃ + ∆p₆ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 1173,9 + 450,71 + 228,79 +

             + 202,51 + 210,29 + 347,67 + 380,6 + 799,2 = 3793,67 Па

 

∆p_ц2 = ∆p₂ + ∆p₃ + ∆p₆ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 3793,67 Па

 

∆p_ц3 = ∆p₄  + ∆p₆ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 1157,7 + 228,79 + 202,51 +

           + 210,29+  347,67 + 380,6 + 799,2 = 3326,76 Па

 

∆p_ц4 = ∆p₅ + ∆p₆ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 3326,76 Па

 

∆p_ц5 = ∆p₇ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 1041,6 + 202,51 + 210,29 + 347,67 +

           +380,6 + 799,2 = 2981,87 Па 

 

∆p_ц6 = ∆p₈ +  ∆p₉ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 2981,87 Па

 

∆p_ц7 = ∆p₁₀ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 964,2 +210,29 + 347,67 + 380,6 + 799,2 =                             

           = 2701,96 Па

 

∆p_ц8 = ∆p₁₁ + ∆p₁₂ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 2701,96 Па

 

 ∆p_ц9 = ∆p₁₃ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 370,8 +347,67 +380,6 +799,2 = 1898,27 Па

∆p_ц10 = ∆p₁₄ + ∆p₁₅ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 1898,27 Па

 

∆p_ц11 = ∆p₁₆ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 826,2 + 380,6 +799,2 = 2006 Па

 

∆p_ц12 = ∆p₁₇ + ∆p₁₈ + ∆p_д18 = 2006 Па

 

Теперь выбираем максимальные потери – это потери ∆p_ц1 = 3793,67 Па. Добавляем к ним потери давления в обеспыливающим устройстве – 1500 Па [  ].

Получаем ∆p_{ц max} = 3793,67 + 1500 = 5293,67 Па

Считаем потери давления в сети по формуле:

 

∆p_с = 1,1 ∙ ∆p_{ц max},

 

  ∆p_с = 1,1 ∙ 5293,67 = 5823,037 Па

 

Для выбора вентилятора  следует увеличить общий расход воздуха системы по следующей  формуле:

 

Lс = 1,1 ∙ L.

 

Получаем Lс = 1,1 ∙ 15969,6 = 17566,56 м³/час.

 

Выбираем вентилятор В-ЦП7-40-6, предназначенный для создания разрежения (давления) до 3400 Па в аспирационных и пневмотранспортных системах с очисткой выбрасываемого воздуха. Частота вращения рабочего колеса вентилятора 1430 об/мин, масса вентилятора с двигателем – 411 кг. Тип электродвигателя 4А132S4, мощность 7,5 кВ, частота вращения 1450 об/мин. Габаритные размеры вентилятора: высота 1140 мм, ширина 935 мм.

 

2.5. Проектирование утройств  очистки вентиляционных выбросов

Механическая обработка  металлов на станках сопровождается выделением пыли, туманов масел и  эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений.

Важное значение имеет  очистка промышленных выбросов от пыли.

Универсальных пылеулавливающих устройств, пригодных для любых  видов пыли и для любых начальных  концентраций, не существует. Каждое из устройств пригодно для определенного вида пыли, начальной концентрации и имеет требуемую эффективность очистки.

При точении чугуна концентрация пыли составляет 14,5 ÷ 160 мг/м³, при фрезеровании – 120 ÷ 123 мг/м³ , сверлении – 10 ÷ 12 мг/м³.

Содержание пыли в  воздухе, выбрасываемом в атмосферу, не должно превышать:

• при объеме выбрасываемого воздуха более 15 тыс. м³/ч   концентрация

    С₁ = 100 ∙ К;

• при объеме выбрасываемого воздуха менее 15 тыс. м³/ч   концентрация

    С₂ =  (160 – 4 ∙ L) ∙ К;

где:  L – объем удаляемого воздуха, тыс. м³/ч;

        К – коэффициент, зависящий  от ПДК пыли в воздухе рабочей  зоны.

   

Концентрация пыли, мг/м3	≤ 2	2 ÷ 4	4 ÷ 6	› 6
К	0,3	0,6	0,8	1

   

Таким образом, содержание пыли в воздухе, выбрасываемом в  атмосферу, не должно превышать:  С₁ = 100 ∙ 1 = 100 мг/м³.

Содержание пыли в  удаляемом из производственного  помещения воздухе определяем по следующей формуле:

                            Свх = m / L,                                                   (2.5.1.)

где:   m – массовое выделение вредного вещества, в данном случае пыли, мг/ч;

          L – необходимый расход пыли, мг/ч;

          Свх – концентрация примесей  перед входом в аппарат очистки,  мг/м³.

 

Свх = 62316 : 17566,56 = 3,55 мг/м³.  Так как в расчетах не были учтены внеплановые выбросы, для увеличения рассчитанной концентрации вводим коэффициент, учитывающий внеплановые выбросы от станков: b = 350. Получаем, что концентрация пыли перед входом в аппарат очистки равняется:     

С'вх = 3,55 ∙ 350 = 1241,5 мг/м³.

Чтобы добиться снижения запыленности до указанных выше пределов, выбрасываемый из производственного помещения воздух необходимо подвергать очистке в специальных аппаратах.

Пылеочистное оборудование можно разделить на четыре группы: сухие пылеуловители, мокрые пылеуловители, электрофильтры и фильтры.

Также возможна классификация  пылеуловителей по их эффективности (табл. 2.5.1.).

 

Таблица 2.5.1.

Классификация пылеуловителей по их эффективности 

Класс пылеуловителей	Размер улавливаемых                                                         частиц,   мкм	Группа пыли по дисперсности	Эффективность, %
I	0,3 ...0,5	V IV	80 80 ... 99,9
II	2	III III	80 ... 99,9 92 ...99
III	4	II II	99 ... 99,9 95 ...99,9
IV	8	I	99,9
V	20	I	99

 

                                                                                                              Таблица 2.5.2.

Область применения пылеуловителей

Вид	Тип	Класс по эф- фектив- ности	Область применения
			Группа пыли в зависимости  от дисперсности
			I	II	III	IV	V
гравитационные	пылеосадочные камеры	V	+	+	-	-	-
инерционные	циклоны большой производительности	V	+	+	-	-	-
	циклоны высокой эффективности	IV	-	+	+	-	-
	центробежные скрубберы и циклоны-промыватели	IV	-    -	+	+	-	-
	струйные мокрые скрубберы	II     III	-    -	-     -	+    +	+     -	-     -
	скрубберы Вентури	II     III	-    -	-     -	+    +	+     -	-     -
промыватели	пенные	II	-	-	+	+	-
тканевые	сетчатые (для улавливания волокнистой пыли)	V	+	-	-	-	-
	матерчатые (рукавные)	I      II     III	-     -     -	-     -    +	-    +    -	+    +    -	+     -    -

 

Выбор обеспыливающего  оборудования зависит не только от его технико-

экономических показателей, но и от дисперсного состава и  физических свойств пыли, а также  от начальной концентрации пыли и  требуемой степени очистки воздуха [6].

Дисперсный состав чугунной пыли зарактеризуется медианным диаметром d = 50 мкм при его стандартном отклонении σ = 2. Предполагаем, что чугунная пыль отностится к III группе по дисперсности (среднедисперсная пыль).

Эффективность очистки  воздуха определяем по формуле:

η = (С'вх – С1) / С'вх,                     (2.5.2.)

η = (1241,5 – 100) / 1241,5 =  0,92

Выбираем для очистки  воздуха от пыли циклоны, т.к. они  применяются наиболее часто для  очистки воздуха от пыли с размером частиц более 10 мкм, и потому, что  на данном участке механообрабатывающего цеха сравнительно небольшое количество станков, установление циклонов наиболее целесообразно в экономическом плане.

Циклоны типа ЦН-15 являются наиболее универсальным типом циклонов. Они предназначены для сухой  очистки газов, выделяющихся при некоторых технологических процессах (сушке, обжиге, агломерации, сжигании топлива и т.д.), а также аспирационного воздуха в различных отраслях промышленности (черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и машиностроительной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике и т.д.).  Применение циклонов типа ЦН-15 недопустимо в условиях взрывоопасных сред; они не рекомендованы также для улавливания сильнослипающихся пылей, особенно при малых диаметрах циклонов.

Для увеличения срока службы циклонов, подвергающихся абразивному износу, в местах наибольшего износа (в нижней части конуса, во входной части улитки) рекомендуется приваривать дополнительные листы с наружной стороны стенок циклонов.

В зависимости от производительности по газу и условий применения выбирают циклоны одиночного исполнения (диаметром от 300 до 1400 мм) или в виде группы из двух, четырех, шести и восьми циклонов одинакового диаметра (от 300 до 1000 мм).

Циклоны в группе изготоовляют с “левым” и “правым” вращением газового потока, одиночные – только с правым вращением.

Исходя из компоновочных  соображений, групповые циклоны  изготовляют с камерой очищенного газа в виде улитки или в виде сборника, а одиночные – только с “улиткой”.

Бункеры циклонов имеют  пирамидальную форму.

При работе циклонов должна быть обеспечена непрерывная выгрузка пыли. При этом уровень пыли в  бункерах должен быть не выше плоскости, отстоящей от крышки бункера на 0,5 диаметра циклона [3].

Для расчета циклонов необходимы следующие исходные данные:

- количество очищаемого  газа Q_V = 4,2 м³/с;

- плотность газа при  рабочих условиях, ρ = 1,4 кг/ м³;

- вязкость газа при  рабочей температуре, μ_г = 18 Па ∙ с;

- дисперсный состав  пыли d₅₀ = 38 мкм и ĺĝ σ_r = 0,214;

- входная концентрация  пыли Свх = 1241,5 мг/ м³ ;

- требуемая эффективность  очистки газа η = 0,92.

Расчет циклонов ведется  методом последовательных приближений  в следующем порядке по [10]:

1. Задавшись типом  циклона (ЦН-15), определяем оптимальную  скорость газа ω_опт = 3,5 м/с в сечении циклона диаметром D.

2. Вычисляем диаметр  циклона D (м) по следующей формуле:

D = √(4∙ Q_V) / (π ∙ ω_опт)

D = √(4∙ 4,2) / (3,14 ∙ 3,5)   = 1,23 м = 1230 мм

 

Полученное значение округляем до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона (1200 мм).

3. По выбранному диаметру циклона находим действительную скорость движения газа в циклоне по следующей формуле:

 

ω = (4 ∙ Q_V) / (π ∙ D²),                                                           (2.5.4.)

 

ω = 3,54 м/с. Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.

4. Определяем коэффициент  гидравлического сопротивления  одиночного циклона по формуле:

 

ζ = k₁ ∙ k₂ ∙ ζ₅₀₀,                                                     (2.5.5)

 

где: k₁ – поправочный коэффициент на диаметр циклона /табл. 18.10/, k₁ = 1;

       k₂ – поправочный коэффициент на запыленность газа /табл. 19.10/, k₂ = 0,93;

       ζ₅₀₀ – коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм /табл. 20.10/, ζ₅₀₀ = 163.

 

ζ = 1 ∙ 0,93 ∙  163 = 151,6.

 

5. Гидравлическое сопротивление  циклона вычисляем по формуле:

 

∆p = (ζ ∙ ρ ∙ ω²) / 2                                                (2.5.6)

 

∆p = (151,6 ∙ 1,4 ∙ 3,54²) / 2 = 1329,8 Па

 

6. Эффективность очистки газа  в циклоне определяем по формуле:

 

η = 0,5 [1 + Ф(х)],                                                (2.5.7)

 

где Ф(х) – табличная функция  от параметра х, равного:

х = lg (d₅₀ / d^т₅₀) / √ lg²σ_η + lg²σ_ч ,                        (2.5.8)

х = lg (38 / 4,5) / √ (0,352)² + (0,214)²  =   2,25

 

Определив по формуле (2.5.8) значение х, находим по данным

Ф(х) = 0,9772, затем по формуле (2.5.7) определяем расчетное значение эффективности  очистки газа циклоном:

 

η = 0,5 [1 + 0,9772 ] = 0,9886.

 

Так как расчетное значение η удовлетворяет необходимому по условиям допустимому выбросу пыли в атмосферу, то принимаем циклон ЦН-15-1200П в качестве устройства для очистки вентиляционных выбросов.

Чертеж данного циклона приведен в графическтй части курсового  проекта.