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 = ((d_r³·r_г²·g)/ m_г²) · ((r_п -r_г )/r_г). (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 w_ос= d_r²·g·(r_п - r_r)/18m_г , (м/с) (2.3)

w_ос= (50·10^-6)²·9,8·(2700 – 1,25)/18·22,2·10^-6 = 0,165 (м/с).

 

Проверка скорости w_ос выполняется по формуле : w_ос = Re·m_г/(d_ч·r_г)

 

w_ос = 0,47·22,2·10^-6/(50·10^-6·1,25) = 0,166 (м/с).

 

Для нешарообразных частиц фактическая скорость осаждения меньше:

 

w_факт = w_ос·j , (м/с) (2.4)

 

где j - поправочный коэффициент формы, j = 0,62

 

w_факт = 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 m_у =200;

- для продолговатых частиц m_пр =100;

- для пластинчатых частиц m_пл =400.

При неравномерном распределении

j =j₀ · m₀ + j_у · m_у + j_пр · m_пр + j_пл · m_пл / m₀ + m_у + m_пр + m_пл (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

w_факт.^ос =w_ос· j (м/с) (2.6)

w_факт.^ос =0,16·0,593 =0,095 (м/с)

2.1.7.Скорость газа в осадительных камерах не должна превышатьW_г = 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 W_г = 0,8 – 0,9 м/с.

2.1.8. Площадь сечения осадительной камеры:

 

S = V₁/W_г , (м²) (2.7)

где W_г – оптимальная скорость газа в осадительной камере, W_г = 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·w_г/w_факт^ос (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[((W_ос+W_г )/(W_г·H_к) + (W_ос/(1+W_г·H_к))·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/е^п (2.10)

 

P =1/2,718^6,437 = 0,002

 

Определяем фракционную эффективность очистки пылеосадительной камеры:

 

h_ф⁰ = (1 - P) (2.11)

h_ф⁰ = (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/S_A-A, (м/с) (2.12)

где S_A-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

d_э = 4S/П, (2.13)

где П - периметр сечения.

 

d_э^А-А = 4S_А-А/П = 4·0,14/(2(0,288 + 0,487)) = 0,361 (м)

 

d_э^В-В = 4S_В-В/П = 4·0,317/(2(2×0,398 + 0,398)) = 2,388 (м)

 

Определяются числа Рейнольдса в сечениях А-А и В-В

 

Re_A-A = d_э^А-А·w_A-A·r_г/m_г ; Re_B-B = d_э^B-B ·W_г·r_г/m_г (2.14)

где W_г – скорость газа в указанных сечениях, 5 м/с.

Re_A-A = 0,361·1,807·1,25/22,2·10^-6 = 3,67·10⁴

 

Re_В-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/Re^0,25 (2.15)

 

l_А-А = 0,316/(3,76·10⁴)^0,25 = 0,023

 

l_В-В = 0,316/(2,86·10⁴)^0,25 = 0,025.

 

Определяем потери давления на трение:

 

DP_тр = l_A-A·(l₁/d_э^А-А)·(r_г·w_A-A²/2) + l_B-B·(L/d_э^B-B )·( r_г·w_г²/2), (Па) (2.16)

 

DP_тр = 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:

 

DP_М.С = x₁·(r_г·w_A-A²/2) + n·x₂·(r_г·w_г²/2), (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.

 

DP_М.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 = DP_тр + DP_М.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).