Методика расчета осадительной камеры
Эти камеры представляют собой простейшие аппараты для улавливания пыли. Их изготовляют в виде полых камер круглого или прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Частицы в камерах осаждаются под действием гравитационных сил. Преимуществом таких аппаратов является простота изготовления, небольшое гидравлическое сопротивление и доступность применяемых материалов, что позволяет изготовлять их на неспециализированных предприятиях. К недостаткам следует отнести низкую эффективность пылеулавливания (40 –50%), особенно при улавливании мелкодисперсной пыли (< 20 мкм). Поэтому их зачастую используют как первую ступень очистки. Для увеличения эффективности работы устанавливают вертикальные перегородки, служащие для изменения направления движения газового потока. В таких аппаратах наряду с действием сил тяжести действуют и инерционные силы, под действием которых твердые частицы наталкиваются на препятствия и выпадают из потока. Скорость газа в осадительных камерах не должна превышать 1–1,5 м/с, в противном случае осевшие частицы могут подхватываться потоком и уноситься из аппарата.
2.1.1. По дисперсному и фракционному составу пыли принимаем, что диаметр (d) частиц, который должен осадиться в камере, 60 и более мкм.
2.1.2. Определяем величину критерия Архимеда:
Ar = ((dr3·rг2·g)/ mг2) · ((rп -rг )/rг). (2.1)
Ar = ((50·10-6·1,252·9,8)/ (22,2·10-6)2)·((2700 - 1,25) /1,25) = 8,38.
2.1.3. По значению Ar определяем область, в которой происходит осаждение, и вычисляем число Рейнольдса:
При Ar £ 36 Rе = Ar/18 (2.2)
Rе = 8,38/18 = 0,47.
2.1.4. Вычисляем теоретическую скорость осаждения шарообразнойчастицы:
При Ar £ 36 wос= dr2·g·(rп - rr)/18mг , (м/с) (2.3)
wос= (50·10-6)2·9,8·(2700 – 1,25)/18·22,2·10-6 = 0,165 (м/с).
Проверка скорости wос выполняется по формуле : wос = Re·mг/(dч·rг)
wос = 0,47·22,2·10-6/(50·10-6·1,25) = 0,166 (м/с).
Для нешарообразных частиц фактическая скорость осаждения меньше:
wфакт = wос·j , (м/с) (2.4)
где j - поправочный коэффициент формы, j = 0,62
wфакт = 0,166·0,62 = 0,103 (м/с).
2.1.5. Доля частиц различных форм при неравномерном распределении
- для частиц округлой формы m0=300;
- для угловатых частиц mу =200;
- для продолговатых частиц mпр =100;
- для пластинчатых частиц mпл =400.
При неравномерном распределении
j =j0 · m0 + jу · mу + jпр · mпр + jпл · mпл / m0 + mу + mпр + mпл (2.5)
j = 0,77 · 300 + 0,66 · 200 + 0,58 · 100 + 0,43 · 400 / 300 + 200 + 100 + 400 = 0,593
2.1.6.Уточняется фактическая скорость осаждения частиц
wфакт.ос =wос· j (м/с) (2.6)
wфакт.ос =0,16·0,593 =0,095 (м/с)
2.1.7.Скорость газа в осадительных камерах не должна превышатьWг = 1,2 м/с, в противном случае осевшие частицы могут подхватываться потоком и уноситься из аппарата. Оптимальная скорость газа в осадительной камере выбирается в пределах Wг = 0,8 – 0,9 м/с.
2.1.8. Площадь сечения осадительной камеры:
S = V1/Wг , (м2) (2.7)
где Wг – оптимальная скорость газа в осадительной камере, Wг = 0,8 м/с.
S = 0,253/0,8 = 0,316 (м2).
2.1.9. Определяем высоту камеры:
Нк = 0,707ÖS, (м) (2.8)
Нк = 0,707Ö0,316 = 0,398 (м).
2.1.10. Конструктивно, осадительные камеры могут быть выбраны с перегородкой или без нее (Приложение А).
L = Hк·wг/wфактос (м)
L = 0,398·0,8/0,095 = 3,352 (м)
l1=L/4 l1=3,352/4 =0,838
l2= L/2 l2 = 3,352/2 =1,676 a=15°
2.1.11. Выполняются расчеты параметра (П) для осадительной камеры для движения пылегазового потока с огибанием поперечных перегородок
П = 2[((Wос+Wг )/(Wг·Hк) + (Wос/(1+Wг·Hк))·l2)] (2.9)
П = 2[((0,16+0,8 )/(0,8·0,398) + (0,16/(1+0,8·0,398))·1,676] = 6,437.
2.1.12 Определяем параметр проскока частиц (Р)
P = 1/еп (2.10)
P =1/2,7186,437 = 0,002
Определяем фракционную эффективность очистки пылеосадительной камеры:
hф0 = (1 - P) (2.11)
hф0 = (1 – 0,002) = 0,998.
2.1.13. После выбора и расчета геометрических характеристик пылеосаждающей камеры производится расчет потерь давления в ней. Порядок расчета следующий.
Определяем скорость пылегазовоздушной смеси в сечении А-А
w A-A = V1/SA-A, (м/с) (2.12)
где SA-A – площадь сечения А-А
w A-A = 0,253/0,14 = 1,807 (м/с).
Вычисляем эквивалентный диаметр в сечениях А-А и В-В, принимая во внимание, что
dэ = 4S/П, (2.13)
где П - периметр сечения.
dэА-А = 4SА-А/П = 4·0,14/(2(0,288 + 0,487)) = 0,361 (м)
dэВ-В = 4SВ-В/П = 4·0,317/(2(2×0,398 + 0,398)) = 2,388 (м)
Определяются числа Рейнольдса в сечениях А-А и В-В
ReA-A = dэА-А·wA-A·rг/mг ; ReB-B = dэB-B ·Wг·rг/mг (2.14)
где Wг – скорость газа в указанных сечениях, 5 м/с.
ReA-A = 0,361·1,807·1,25/22,2·10-6 = 3,67·104
ReВ-В = 0,532·0,798·1,25/22,2·10-6 = 2,39·104
Коэффициент гидравлического сопротивления в сечениях А-А и В-В при Re от 4000 до 105 рассчитывается по формуле:
l = 0,316/Re0,25 (2.15)
lА-А = 0,316/(3,76·104)0,25 = 0,023
lВ-В = 0,316/(2,86·104)0,25 = 0,025.
Определяем потери давления на трение:
DPтр = lA-A·(l1/dэА-А)·(rг·wA-A2/2) + lB-B·(L/dэB-B )·( rг·wг2/2), (Па) (2.16)
DPтр = 0,023·(0,838/0,361)·(1,25·1,8072/2) + 0,025·(3,352/0,531)·(1,25·0,82/2) = 0,171 (Па).
Вычисляем потери давления на местные сопротивления:
DPМ.С = x1·(rг·wA-A2/2) + n·x2·(rг·wг2/2), (Па), (2.17)
где x1 - коэффициент местного сопротивления при входе пылегазовоздушной смеси в камеру (происходит плавное расширение) x1 = 0,5;
x2 - коэффициент местного сопротивления при огибании перегородокx2=2,5;
n - число перегородок.
DPМ.С = 0,5·(1,25·1,8072/2) + 3·2,5·(1,25·0,82/2) = 4,02 (Па).
Общая потеря давления в осадительной камере составляет:
DP = DPтр + DPМ.С, (Па) (2.18)
DP = 0,171 + 4,02 = 4,191 (Па).
Заключение к подразделу 2.1
Определены конструктивные характеристики пылеосадительной камеры, а также общая потеря давления (DP = 4,191 Па).