Введение
Местная вытяжная вентиляция играет наиболее активную роль в комплексе инженерных средств нормализации санитарно-гигиенических условий труда в производственных помещениях. На предприятиях, связанных с переработкой сыпучих материалов, эту роль выполняют аспирационные системы (АС), обеспечивающие локализацию пыли в местах её образования. Общеобменная вентиляция до настоящего времени играла вспомогательную роль – обеспечивала компенсацию воздуха, удаляемого АС. Исследованиями кафедры МОПЭ БелГТАСМ показано, что общеобменная вентиляция является составной частью комплекса систем обеспыливания (аспирация, системы борьбы с вторичным пылеобразованием – гидросмыв или сухая вакуумная пылеуборка, общеобменная вентиляция).
Несмотря на длительную историю развития, аспирация получила фундаментальную научно–техническую основу лишь в последние десятилетия. Этому способствовало развитие вентиляторостроения и совершенствование техники очистки воздуха от пыли. Росла и потребность аспирации со стороны быстро развивающихся отраслей металлургической строительной индустрии. Возник ряд научных школ направленных на решение возникающих экологических проблем. В области аспирации стали известными уральская (Бутиков С.Е. , Гервасьев A.M. , Глушков Л.А. , Камышенко М.Т. , Олифер В.Д. и др.), криворожская (Афанасьев И.И. , Бошняков Е.Н. , Нейков О.Д. , Логачев И.Н. , Минко В.А. , Серенко А.С. , Шелекетин A.В. и американская (Хемеон В. , Принг Р. ) школы, создавшие современные основы конструирования и методики расчета локализаций пылевыделений с помощью аспирации. Разработанные на их основе технические решения в области проектирования систем аспирации закреплены в ряде нормативных и научно–методических материалов .
Настоящие методические материалы обобщают накопленные знания в области проектирования аспирационных систем и систем централизованной вакуумной пылеуборки (ЦПУ). Применение последних расширяется особенно в производстве, где гидросмыв недопустим по технологическим и строительным соображениям. Предназначенные для подготовки инженеров–экологов методические материалы дополняют курс «Промышленная вентиляция» и предусматривают развитие практических навыков у студентов старших курсов специальности 17.05.09. Эти материалы нацелены на то, чтобы студенты умели:
Определить необходимую производительность местных отсосов АС и насадков ЦПУ;
Выбрать рациональные и надёжные системы трубопроводов с минимальными потерями энергии;
Определить необходимую мощность аспирационной установки и выбрать соответствующие тягодутьевые средства
И знали:
Физическую основу расчета производительности местных отсосов АС;
Принципиальное отличие гидравлического расчета систем ЦПУ и сети воздуховодов АС;
Конструктивное оформление укрытий перегрузочных узлов и насадков ЦПУ;
Принципы обеспечения надежности работы АС и ЦПУ;
Принципы подбора вентилятора и особенности его работы на конкретную систему трубопроводов.
Методические указания ориентированы на решение двух практических задач: «Расчет и выбор аспирационного оборудования (практическое задание №1), «Расчет и выбор оборудования вакуумной системы уборки пыли и просыпи (практическое задание №2)».
Апробация этих задач осуществлена в осеннем семестре 1994 года на практических занятиях групп АГ-41 и АГ-42, студентам которых составители выражают признательность за выявленные ими неточности и технические погрешности. Внимательное изучение материалов студентами Титовым В.А., Сероштаном Г.Н., Ереминой Г.В. дали нам основание внести изменения в содержание и редакцию методических указаний.
1. Расчет и
выбор аспирационного оборудования
Цель работы: определение необходимой производительности аспирационной установки, обслуживающей систему аспирационных укрытий мест загрузки ленточных конвейеров, выбор системы воздуховодов, пылеуловителя и вентилятора.
Задание включает:
А. Расчет производительности местных отсосов (объемов аспирации).
Б. Расчет дисперсного состава и концентрации пыли в аспирируемом воздухе.
В. Выбор пылеуловителя.
Г. Гидравлический расчет аспирационной системы.
Д. Выбор вентилятора и электродвигателя к нему.
Исходные данные
(Численные значения исходных величин определяются номером варианта N. В скобках указаны значения для варианта N = 25).
1. Расход транспортируемого материала
G м =143,5 – 4,3N, (G м =36
кг/с)
2. Плотность частиц сыпучего материала
2700
+ 40N, (=3700 кг/м 3).
3. Исходная влажность материала
4,5
– 0,1 N, (%)
4. Геометрические параметры перегрузочного желоба, (рис 1):
h 1 =0,5+0,02N, ()
h 2 =1+0,02N,
h 3 =1–0,02N,
5. Типы укрытий места загрузки ленточного конвейера:
0 – укрытия с одинарными стенками (для четных N),
Д – укрытия с двойными стенками (для нечетных N),
Ширина ленты конвейера B, мм;
1200 (для N=1…5); 1000 (для N= 6…10); 800 (для N= 11…15),
650 (для N = 16…20); 500 (для N= 21…26).
S ж – площадь поперечного сечения
желоба.
Рис. 1. Аспирация перегрузочного узла: 1 – верхний конвейер; 2 –
верхнее укрытие; 3 – перегрузочный желоб; 4 – нижнее укрытие; 5 – аспирационная
воронка; 6 – боковые наружные стенки; 7 – боковые внутренние стенки; 8 –
жесткая внутренняя перегородка; 9 – лента конвейера; 10 – торцовые наружные
стенки; 11 – торцовая внутренняя стенка; 12 – нижний конвейер
Таблица 1. Геометрические размеры нижнего укрытия, м
Ширина ленты конвейера
В, м Таблица 2. Гранулометрический
состав транспортируемого материала
Номер j фракции, Размер отверстий
смежных сит, мм Средний диаметр
фракции d j , мм * z =100(1 – 0,15).
При N =25
Таблица 3. Длина участков аспирационной сети
Длина участков
аспирационной сети для нечетных N для четных N Рис. 2. Аксонометрические схемы аспирационной системы
перегрузочных узлов: 1 – перегрузочный узел; 2 – аспирационные патрубки
(местные отсосы); 3 – пылеуловитель (циклон); 4 – вентилятор
2. Расчет производительности местных
отсосов
В основу расчета необходимого объема воздуха, удаляемого из укрытия,
положено уравнение воздушного баланса:
Расход воздуха, поступающего в укрытие через неплотность (Q н;
м 3 /с), зависит от площади неплотностей (F н, м 2)
и оптимальной величины разрежения в укрытии (Р у, Па):
где – плотность окружающего воздуха (при t 0
=20 °С; =1,213 кг/м 3). Для укрытия места загрузки конвейера неплотности сосредоточены в зоне
контакта наружных стенок с движущейся лентой конвейера (см. рис. 1):
где: П – периметр укрытия в плане, м; L 0
– длина укрытия, м; b – ширина укрытия, м; – высота условной щели в зоне
контакта, м.
Таблица 4. Величина разрежения в укрытии (Р у) и
ширина щели ()
Вид транспортируемого
материала Медианный диаметр, мм Укрытие типа «0»
Укрытие типа «Д» Кусковый Зернистый Порошкообразный Расход воздуха, поступающего в укрытие по желобу, м 3 /с
где S – площадь поперечного сечения желоба, м 2 ; –
скорость потока перегружаемого материала при выходе из желоба (конечная
скорость падения частиц), определяется последовательно расчетом: а) скорости в начале желоба, м/с (в конце первого участка, см. рис. 1)
G=9,81 м/с 2
(5)
б) скорости в конце второго участка, м/с
в) скорости в конце третьего участка, м/с
–
коэффициент скольжения компонентов («коэффициент эжекции») u – скорость воздуха в желобе, м/с. Коэффициент скольжения компонентов зависит от числа Бутакова–Нейкова*
и критерия Эйлера
где d – средний диаметр частиц перегружаемого материала, мм,
(10)
(если окажется, что, следует принимать в качестве расчетного
среднего диаметра; – сумма коэффициентов местных
сопротивлений (к.м.c.) желоба и укрытий
ζ вх – к.м.с, входа воздуха в верхнее укрытие,
отнесенный к динамическому напору воздуха в конце желоба.
F в – площадь неплотностей верхнего укрытия, м 2 ; * Числа Бутакова–Нейкова и Эйлера являются сутью параметров М и N широко используемых в нормативных и учебно-методических
материалах .
–
к.м.с. желоба (=1,5 для вертикальных желобов, = 90°;
=2,5
при наличии наклонного участка, т.е. 90°) ; –к.м.с.
жесткой перегородки (для укрытия типа «Д»; в укрытии типа «0» жесткая
перегородка отсутствует, в этом случае пер =0)
;
Таблица 5. Значения для
укрытия типа «Д»
Ψ – коэффициент лобового сопротивления частицы
β – объёмная концентрация частиц в желобе, м 3 /м 3
–
отношение скорости потока частиц в начале желоба к конечной скорости потока. При найденных числах B u и E u коэффициент скольжения компонентов
определяется для равномерно ускоренного потока частиц по формуле:
Решение уравнения (15)* можно найти методом последовательных
приближений, полагая в качестве первого приближения
(16)
Если окажется, что φ 1 Порядок расчета рассмотрим на примере. 1. На основании заданного гранулометрического состава строим интегральный
график распределения частиц по крупности (воспользовавшись предварительно
найденной интегральной суммой m i) и
находим медианный диаметр (рис. 3) d м = 3,4 мм > 3 мм,
т.е. имеем случай перегрузки кускового материала и, следовательно, =0,03 м;
P у =7 Па (табл. 4). В соответствии с формулой (10) средний диаметр
частиц. 2. По формуле (3) определяем площадь неплотностей нижнего укрытия (имея
в виду, что L 0 =1,5 м; b =0,6 м, при В =0,5 м (см. табл.
1) F н =2 (1,5 + 0,6) 0,03 = 0,126 м 2 3. По формуле (2) определяем расход воздуха, поступающего через
неплотности укрытия
Существуют другие формулы для определения коэффициента в т.ч. для потока мелких
частиц, на скорости движения которых сказывается сопротивление воздуха .
Рис. 3. Интегральный график распределения частиц по крупности
4. По формулам (5)… (7) находим скорости потока частиц в желобе: следовательно n = 4,43 / 5,87 =0,754. 5. По формуле (11) определяем сумму к.м.с. желоба с учетом
сопротивления укрытий. При F в =0,2 м 2 по формуле
(12) имеем При h/H = 0,12/0,4 = 0,3, по табл. 5 находим ζ n ep =6,5; 6. По формуле (14) находим объемную концентрацию частиц в желобе 7. По формуле (13) определяем коэффициент лобового сопротивления 8. По формулам (8) и (9) находим соответственно число Бутакова–Нейкова
и число Эйлера: 9. Определяем коэффициент «эжекции» в соответствии с формулой (16): И, следовательно, можно пользоваться формулой (17) с учетом (18)… (20): 10. По формуле (4) определяем расход воздуха, поступающего в нижнее
укрытие первого перегрузочного узла: С целью сокращения вычислений положим для второго, третьего и
четвертого перегрузочных узлов расход к 2 =0,9;
к 3 =0,8; к 4 =0,7 Результата вычислений заносим в первую строку табл. 7, полагая, что все
перегрузочные узлы оборудованы одним и тем же укрытием, расход воздуха,
поступающего через неплотности i – го
перегрузочного узла, Q н i = Q н
=0,278 м 3 /с. Результат заносим во вторую строку табл. 7, а
сумму расходов Q ж i + Q н i – в третью. Сумма расходов, –
представляет собой общую производительность аспирационной установки (расход
воздуха, поступающего в пылеуловитель – Q n) и заносится в восьмой
столбец этой строки. Расчет дисперсного состава и концентрации пыли в аспирируемом воздухе Плотность пыли Расход воздуха, поступающего в убытие по желобу – Q жi (через
неплотности для укрытия типа «О» – Q нi = Q H), удаляемого
из укрытия – Q ai (см. табл. 7). Геометрические параметры укрытия (см. рис. 1), м: длина – L 0 ; ширина – b; высота – Н. Площадь поперечного сечения, м: а) аспирационного патрубка F вх = bc.; б) укрытия между наружными стенками (для убытия типа «О»)
в) укрытия между внутренними стенками (для укрытия типа «Д»)
F 1 =b 1 H;
где b – расстояние между наружными стенками, м; b 1 –
расстояние между внутренними стенками, м; Н – высота укрытия, м; с – длина
входного сечения аспирационного патрубка, м. В нашем случае, при В = 500 мм, для укрытия с двойными стенками
(укрытие типа «Д») b =0,6 м; b 1 =0,4 м; С =0,25 м; H
=0,4 м; F вx =0,25 0,6 =0,15 м 2 ;
F 1 =0,4 0,4 =0,16 м 2 . Удаление аспирационной воронки от желоба: а) для укрытия типа «0» L у
=L; б) для укрытия типа «Д» L у = L –0,2. В нашем случае L у
=0,6 – 0,2 =0,4 м. Средняя скорость воздуха внутри укрытия, м/с: а) для укрытия типа «Д» б) для укрытия типа «0» =(Q ж +0,5Q H)/F 2 . (22) Скорость входа воздуха в аспирационную воронку, м/с: Q а /F вх
(23) Диаметр наиболее крупной частицы в аспирируемом воздухе, мкм:
По формуле (21) или по формуле (22) определяем скорость воздуха в
укрытии и
результат заносим в строку 4 табл. 7. По формуле (23) определяем скорость входа воздуха в аспирационную
воронку и
результат заносим в строку 5 табл. 7. По формуле (24) определяем заносим результат в строку 6 табл.
7.
Таблица 6. Массовое содержание частиц пыли, зависящее от
Номер фракции j Размер фракции, мкм Массовая доля частиц
j-й фракции (, %) при, мкм Значения соответствующие расчетной величине (или
ближайшему значению) выписываем из столбца таблицы 6 и результаты (в долях)
заносим в строки 11…16 столбцов 4…7 табл. 7. Можно использовать и линейную
интерполяцию значений таблицы, но следует иметь в виду, что в результате
получим, как правило, и потому нужно скорректировать
максимальное значение (чтобы обеспечить). Определение концентрации пыли Расход материала – , кг/с (36), Плотность частиц материала – , кг/м 3 (3700). Исходная влажность материала –, % (2). Процентное содержание в перегружаемом материале частиц мельче – , % (при =149…137 мкм, =2 +
1,5=3,5%. Расход пыли, перегружаемой с материалом – , г/с (103,536=1260). Объемы аспирации – , м 3 /с ().
Скорость входа в аспирационную воронку – , м/с (). Максимальная концентрация пыли в воздухе, удаляемом местным отсосом из
i-го укрытия (, г/м 3),
Фактическая концентрация пыли в аспирируемом воздухе
, (26)
где –
поправочный коэффициент, определяемый по формуле
в которой
для
укрытий типа «Д», для укрытий типа «О»; в нашем случае (при
кг/м 3) Или при W=W 0 =2% 1. В соответствии с формулой (25) вычисляем.и
заносим результаты в 7 строку сводной табл. 7 (заданный расход пыли делим
на соответствующее числовое значение строки 3, а результаты заносим в 7 строку;
для удобства в примечании, т.е. в столбце 8, проставляем значение). 2. В соответствии с формулами (27…29) при установленной влажности
строим расчетное соотношение типа (30) для определения поправочного
коэффициента,
значения которого заносим в строку 8 сводной табл. 7. Пример. По формуле (27) найдем поправочный коэффициент пси и м/с: Если запыленность воздуха окажется значительной (> 6
г/м 3), необходимо предусмотреть инженерные способы по уменьшению
концентрации пыли, например: гидроорошение перегружаемого материала, уменьшение
скорости входа воздуха в аспирационную воронку, устройство осадительных
элементов в укрытии или применение местных отсосов – сепараторов .
Если путем гидроорошения удается увеличить влажность до 6%
то будем иметь: При =3,007, =2,931
г./м 3 и в качестве расчетного соотношения для используем
соотношение (31). 3. По формуле (26) определяем фактическую концентрацию пыли в I-м
местном отсосе и результат заносим в строку 9 табл. 7 (значения строки 7
умножаются на соответствующие i-му
отсосу – значения строки 8). Определение концентрации и дисперсного состава пыли перед
пылеуловителем Для выбора пылеулавливающей установки аспирационной системы,
обслуживающей все местные отсосы, необходимо найти усредненные параметры
воздуха перед пылеуловителем. Для их определения используются очевидные
балансовые соотношения законов сохранения массы, транспортируемой по
воздуховодам пыли (полагая, что осаждение пыли на стенках воздуховодов
пренебрежимо мало):
Для концентрации пыли в воздухе, поступающем в пылеуловитель, имеем
очевидное соотношение:
Имея в виду, что расход пыли j-и фракции в i – м местном отсосе
Очевидно, что
1. Перемножая в соответствии с формулой (32) значения строки 9 и строки
3 табл. 7, находим расход пыли в i – м отсосе, а его значения заносим в строку
10. Сумму этих расходов проставим в столбце 8.
Рис. 4. Распределение частиц пыли по крупности перед входом в
пылеуловитель
Таблица 7. Результаты расчетов объемов аспирируемого
воздуха, дисперсного состава и концентрации пыли в местных отсосах и перед
пылеуловителем
Размерность Для i-го отсоса Примечание г/с при W=6% 2. Умножая значения строки 10 на соответствующие значения строк 11…16,
получим в соответствии с формулой (34) величину расхода пыли j-ой фракции в i-м
местном отсосе. Значения этих величин заносим на строках 17…22. Построчная
сумма этих величин, проставляемая в столбце 8, представляет расход j-ой фракции
перед пылеуловителем, а отношение этих сумм к общему расходу пыли в
соответствии с формулой (35) является массовой долей j-ой фракции пыли,
поступающей в пылеуловитель. Значения проставляются в столбце 8 табл.
7. 3. На основании вычисленных в результате построения
интегрального графика распределения пылевых частиц по крупности (рис. 4)
находим размер пылевых частиц, мельче которых в исходной пыли содержится 15,9%
от общей массы частиц (мкм), медианный диаметр (мкм) и
дисперсию распределения частиц по крупности: . Наиболее широкое распространение при очистке аспирационных выбросов от
пыли получили инерционные сухие пылеуловители – циклоны типа ЦН; инерционные
мокрые пылеуловители – циклоны – пробыватели СИОТ, коагуляционные мокрые
пылеуловители КМП и КЦМП, ротоклоны; контактные фильтры – рукавные и зернистые. Для перегрузок ненагретых сухих сыпучих материалов применяются как
правило циклоны НИОГАЗ при концентрации пыли до 3 г/м 3 и мкм
либо рукавные фильтры при больших концентрациях пыли и меньшей её крупности. На
предприятиях с замкнутыми циклами водоснабжения используются инерционные мокрые
пылеуловители. Расход очищаемого воздуха – , м 3 /с (1,7), Концентрация пыли в воздухе перед пылеуловителем – , г/м 3
(2,68). Дисперсний состав пыли в воздухе перед пылеуловителем – (см. табл.
7). Медианный диаметр пылевых частиц – , мкм (35,0). Дисперсия распределения частиц по крупности – (0,64), При выборе в качестве пылеуловителя циклонов типа ЦН используются
следующие параметры (табл. 8). аспирационный конвейер воздуховод гидравлический Таблица 8. Гидравлическое сопротивление и эффективность
циклонов
Параметр Мкм – диаметр частиц, улавливаемых на
50% в циклоне с диаметром м при скорости воздуха, динамической вязкости воздуха Па с и плотности частиц кг/м 3 М/с – оптимальная скорость воздуха в
поперечном сечении циклона Дисперсия парциальных
коэффициентов очистки – Коэффициент местных
сопротивлений циклона, отнесенный к динамическому напору воздуха в поперечном
сечении циклона, ζ ц: для одного циклона для группы из 2-х
циклонов для группы из 4-х
циклонов Допустимая концентрация пыли в воздухе, выбрасывании в атмосферу, г/м 3
при
м 3 /c
(37)
при
м 3 /c
(38)
Где коэффициент,
учитывающий фиброгенную активность пыли, определяется в зависимости от величины
предельно допустимой концентрации (ПДК) пыли в воздухе рабочей зоны:
ПДК мг/ м 3 Требуемая степень очистки воздуха от пыли, %
Расчетная степень очистки воздуха от пыли, %
(40)
где –
степень очистки воздуха от пыли j-й фракции, % (пофракционная эффективность –
принимается по справочным данным ). Дисперсный состав многих промышленных пыли (при 1< <60
мкм) как и пофракционная степень их очистки и инерционных пылеуловителю
подчиняется логарифмически нормальному закону распределения, и общая степень
очистки определяется по формуле :
в которой
где –
диаметр частиц, улавливаемых на 50% в циклоне диаметром Д ц при
средней скорости воздуха в его поперечном сечении,
–
динамический коэффициент вязкости воздуха (при t=20 °С, =18,09–10–6
Па–с). Интеграл (41) не разрешается в квадратурах, и его значения определяются
численными методами. В табл. 9 приведены значения функции найденные
этими методами и заимствованные из монографии . Нетрудно установить, что
это интеграл вероятности, табличные значения которого приведены во
многих математических справочниках (см., напр., ). Порядок расчета рассмотрим на конкретном гримере. 1. Допустимая концентрация пыли в воздухе после его очистки в
соответствии с формулой (37) при ПДК в рабочей зоне 10 мг/м 3 () 2. Требуемая степень очистки воздуха от пыли по формуле (39) составляет Такая эффективность очистки для наших условий (мкм и
кг/м 3)
может быть обеспечена группой из 4-х циклонов ЦН-11 3. Определим необходимую площадь поперечного сечения одного циклона:
4. Определяем расчетный диаметр циклона:
Выбираем ближайший из нормированного ряда диаметров циклонов (300, 400,
500, 600, 800, 900, 1000 мм), а именно м. 5. Определяем скорость воздуха в циклоне:
6. По формуле (43) определим диаметр частиц, улавливаемых в этом
циклоне на 50%: 7. По формуле (42) определяем параметр X: Полученный результат, основанной на методике НИОГАЗ, предполагает
логарифмически нормальный закон распределения пылевых частиц по крупности.
Фактически дисперсный состав пыли, в области крупных частиц (>
60 мкм), в аспирируемом воздухе для укрытий мест загрузки конвейеров отличается
от нормально–логарифмического закона. Поэтому расчетную степень очистки
рекомендуется сопоставить с расчетами по формуле (40) либо с методикой кафедры
МОПЭ (для циклонов), основанной на дискретном подходе к достаточно полно
освещенной в курсе «Механика аэрозолей». Альтернативный путь определения достоверной величины общей степени
очистки воздуха в пылеуловителях заключается в постановке специальных
экспериментальных исследований и сравнении их с расчетными, что мы рекомендуем
для углубленного изучения процесса очистки воздуха от твердых частиц. 9. Концентрация пыли в воздухе после очистки составляет
т.е. меньше допустимой.
частиц в желобе
Система аспирации воздуха чистит от промышленных загрязнений внутреннее пространство сборочных лакокрасочных и производственных цехов. Проще говоря: система аспирации – это одна из разновидностей «промышленного» фильтра, ориентированного на утилизацию сварочной гари, лакокрасочных аэрозолей, масляных взвесей и прочих отходов производства.
И если руководствоваться техникой безопасности или здравым смыслом, то без аспирации в производственном помещении находиться просто невозможно.
Конструкция системы аспирации воздуха
Любая аспирационная система состоит из трех основных узлов:
- Вентилятора, который генерирует вытяжное усилие.
- Системы фильтров, которая собирает промышленные отходы,
- Блока емкостей, куда «складируется» вся отобранная из воздуха «грязь».
В качестве вентилятора в системах аспирации используется особая установка типа «Циклон», которая генерирует и вытяжное и центробежное усилие. При этом вытяжку воздуха обеспечивает одноименное усилие, а центробежная сила производит первичную, «черновую» очистку, прижимая частицы «грязи» к внутренним стенкам корпуса «Циклона».
В качестве фильтрационных узлов в таких установках используются и внешние кассеты – крышные фильтры, и внутренние рукавные фильтры. Причем рукавные элементы оборудуются системой импульсной очистки, обеспечивающей «стекание» накопленной «грязи» в бункеры.
Кроме того, воздуховоды для систем аспирации деревообрабатывающих предприятий комплектуются еще и уловителями стружки – особыми фильтрами, «собирающими» крупные промышленные отходы. Ведь рукавные фильтры используются лишь для тонкой очистки – они улавливают частицы калибром более одного микрометра.
Подобная комплектация, предполагающая оборудование циклонов и воздуховодов кассетами и системами первичной очистки и фильтрами тонкой доочистки, гарантирует сбор около 99,9 процентов промышленных выбросов даже на самом экологически неблагополучном предприятии.
Однако каждое производство «генерирует» свой тип промышленных отходов, частички которых имеют определенную плотность, массу и агрегатное состояние. Поэтому для успешной работы установки в каждом конкретном случае необходимо индивидуальное проектирование аспирации, базирующееся на физических и химических характеристиках «отходов».
Типовые системы аспирации воздуха
Несмотря на исключительно индивидуальные эксплуатационные характеристики, которыми обладают буквально все схемы аспирации, конструкции подобного рода, все же, можно классифицировать по типу компоновки. И этот метод сортировки позволяет выделить следующие разновидности аспираторов:
Кроме того, все системы аспирации можно классифицировать еще и по принципу отвода отфильтрованного потока. И согласно этому принципу сортировки все установки разделяются на:
- Прямоточные аспираторы, сбрасывающие вытяжной поток за пределы обслуживаемого помещения, цеха или строения.
- Рециркуляционные аспираторы, которые только фильтруют вытяжной поток, после чего он подается в приточную сеть вентиляции цеха.
С точки зрения безопасности оптимальным вариантом конструкции является прямоточная установка, удаляющие отходы за пределы цеха. А с позиции энергетической эффективности наиболее привлекательным вариантом конструкции является рециркуляционный аспиратор – он возвращает в помещение отфильтрованный и теплый воздух, помогая экономить на отоплении или кондиционировании пространства.
Расчет аспирационных систем
При составлении проекта установки аспирации расчетные работы ведется по следующей схеме:
- Вначале определяются справочные нормы расхода воздуха. Причем справочные нормы нужно спроецировать на объемы конкретного помещения, принимая во внимание потери давления в каждой точке аспирации.
- На следующем этапе определяют скорость воздухообмена, достаточную для аспирации частичек промышленных отходов определенного типа. Причем для определения скорости используются все те же справочники.
- Далее, по предполагаемой концентрации отходов определяют производительность систем фильтрации, делая поправку на пиковые выбросы. Для этого достаточно увеличить справочные показатели на 5-10 процентов.
- В финале определяют диаметры воздуховодов, напорную силу вентиляторов, расположение каналов и прочего оборудования.
При этом во время расчетов необходимо принимать во внимание не только справочные характеристики, но и индивидуальные параметры, такие как температура и влажность воздуха, продолжительность смены и прочее.
В итоге расчетные работы, проводимые с учетом индивидуальных потребностей заказчика, усложняются практически на порядок. Поэтому за такие работы берутся только самые опытные проектно-конструкторские бюро.
При этом доверяться новичкам или непрофессионалам в данном случае не стоит – вы можете потерять не только оборудование, но и рабочих, после чего предприятие могут закрыть по решению суда, а ответственных лиц, принимавших решение о вводе в эксплуатацию сомнительного оборудования, ждут еще большие неприятности.
При разработке технологической части проекта должны комплексно решаться вопросы аспирации и обеспыливания технологического оборудования с обеспечением соответствующих санитарных норм.
При проектировании пылеулавливающих установок для очистки отходящих газов и аспирационного воздуха, выбрасываемых в атмосферу, необходимо учитывать скорости воздухе или газа в аппаратах; физико-химические свойства и гранулометрический состав пыли, начальную запыленность газа или воздуха, вид ткани для рукавных фильтров, температуру и влажность пыли. Количество отходящих газов и аспирационного воздуха от технологических установок определяется расчетным путем при проектировании.
Таким образом, для аспирационной системы мельницы :
Q = 3600·S·V м = 3600· ·V м, (5)
где Q - количество воздуха, проходящего через мельницу за 1 час S - площадь поперечного сечения мельницы; V м - скорость движения воздуха внутри мельницы с учетом подсосов в системе; D - диаметр мельницы.
Температура отходящих газов и аспирационного воздуха (не менее) - 150ºС. V м = 3,5 – 6,0 м/с. Тогда:
Запыленность 1 м 3 отходящих газов и аспирационного воздуха – 131 г. Допустимые концентрации пыли в очищенных газах и воздухе не должны превышать 50 мг/м 3 .
Для очистки аспирационного воздуха, отходящего от шаровой мельницы, принимаем двухступенчатую систему очистки:
1. Циклон ЦН-15, степень очистки 80-90%:
¾ 1 батарея: 262 - 262·0,8 = 52,4 г/м 3 ;
¾ 2 батарея: 52,4 - 52,4·0,8 = 10,48 г/м 3 ;
¾ 3 батарея: 10,48 - 10,48·0,8 = 2,096 г/м 3 ;
¾ 4 батарея: 2,096 - 2,096·0,8 = 0,419 г/м 3 .
2. Электрофильтр Ц-7,5СК, степень очистки 85-99%:
0,419 - 0,419·0,99 = 0,00419 г/м 3 .
Пылеосадительное устройства. Циклон ЦН-15
Циклоны предназначены для очистки запыленного воздуха от взвешенных в нем твердых частиц (пыли) и работают при температуре не выше 400°С.
Рисунок 8 – Группа из двух циклонов ЦН-15
Выбор пылеосадительного устройства для подачи продукта:
Q = 3600· ·V м = 3600· ·5 = 127170/4 = 31792,5 м 3 /ч.
Технологический расчет может быть произведен по формуле:
М = Q/q = 31792,5/20000 = 1,59 (принимаем 2шт.)
Тогда действительный коэффициент загрузки оборудования по времени: К в = 1,59/2 = 0,795.
Таблица 19 - Техническая характеристика группы из двух циклонов ЦН-15
Электрофильтр
Электрофильтр Ц-7,5СК предназначен для обеспыливания газов, отходов из сушильных барабанов, а также для обеслыливания воздуха и газов, отсасываемых из мельниц .
Для удаления осевшей на электродах пыли, нахожящихся в электрофильтре, их встряхивают с помощью механизма встряхивания. Пыль, отделенная от электродов, попадает в сборные бункера и удаляется через шлюзовые затворы.
Электрофильтр уменьшает концентрацию пыли в воздухе на 33,35%, при этом выпуская в атмосферу 1,75 грамм на куб. метр.
Таблица 20 - Техническая характеристика электрофильтра Ц-7,5СК
| Показатели | Габариты и параметры |
| Степень очистки воздуха и газов от пыли в % | 95 – 98 |
| Максимальная скорость газов в м/сек | |
| Температура газов на входе в электрофильтр в °С | 60-150 |
| Температура газов на выходе из электрофильтра | Не более чем на 25 °С выше их точки росы |
| Сопротивление электрофильтра в мм вод. ст. | Не более 20 |
| Допускаемое давление или разрежение в электрофильтре в мм вод. ст. | |
| Начальная запыленность газа в г/м 3 не более | |
| Площадь активного сечения электрофильтра в м 3 | 7,5 |
| Количество электродов в двух полях: | |
| осадительных | |
| коронирующих | |
| Электродвигатель механизма встряхивания: | |
| тип | АОЛ41-6 |
| мощность в кВт | |
| Окончание таблицы 20 | |
| Показатели | Габариты и параметры |
| число оборотов в 1 мин | |
| Электродвигатель шлюзового затвора: | |
| тип | АО41-6 |
| мощность в кВт | 1,7 |
| число оборотов в 1 мин | |
| Мощность нагревательных элементов для 8 изоляторов в кВт | 3,36 |
| Питание электродов током высокого напряжения производится от электроагрегата типа | АФА-90-200 |
| Номинальная мощность трансформатора в кВа | |
| Номинальный выпрямленный ток в ма | |
| Номинальное выпрямленное напряжение в кВ | |
| Габаритные размеры в мм: | |
| длина | |
| ширина (без привода механизма встряхивания) | |
| высота (без шлюзового затвора) | |
| Вес в т | 22,7 |
| Завод-изготовитель | Павшинский механический завод Московского областного совнархоза |
Вентилятор
Вентиляторы центробежные высокого давления типа ВВД предназначены для перемещения воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции промышленных зданий при суммарной потере полного давления до 500 сек/м 2 . Вентиляторы изготавливаются как правого, так и левого вращения и поставляются комплектно с электродвигателями.
2. Расчетная часть 6
2.1. Методика расчета 6
2.1.1. Последовательность расчета 6
2.1.2. Определение потерь давления в воздуховоде 7
2.1.3. Определение потерь давления в коллекторе 8
2.1.4. Расчет пылеулавливающего аппарата 9
2.1.5. Расчет материального баланса процесса пылеулавливания 11
2.1.6. Выбор вентилятора и электродвигателя 12
2.2. Пример расчета 13
2.2.1. Аэродинамический расчет сети аспирации (от местного отсоса до коллектора включительно) 13
2.2.2. Увязка сопротивлений участков 19
2.2.3. Расчет потерь давления в коллекторе 22
2.2.4. Расчет пылеулавливающего аппарата 23
2.2.5. Расчет участков 7 и 8 до установки вентилятора 25
2.2.6. Выбор вентилятора и электродвигателя 28
2.2.7. Уточнение сопротивлений участков 7 и 8 29
2.2.8. Материальный баланс процесса пылеулавливания 31
Библиографический список 32
Приложение 1 33
Приложение 2 34
Приложение 3 35
Приложение 4 36
Приложение 5 37
Приложение 6 38
Приложение 7 39
Приложение 8 40
Приложение 9 41
Приложение 10 42
Приложение 11 43
Приложение 12 44
Приложение 13 46
Приложение 14 48
1. Общие положения
В процессах обработки древесины на деревообрабатывающих станках образуется большое количество как крупных частиц – отходов производства (стружка, щепа, кора), так и более мелких (опилки, пыль). Особенностью данного технологического процесса является значительная скорость, сообщаемая образующимся частицам при воздействии режущего инструмента на обрабатываемый материал, а также большая интенсивность пылеобразования. Поэтому практически все деревообрабатывающие станки оборудованы вытяжными устройствами, которые принято называть местными отсосами.
Система, объединяющая местные отсосы, воздуховоды, коллектор (сборник, к которому подсоединяются воздуховоды - ответвления), пылеулавливающий аппарат и вентилятор, называется аспирационной системой .
Совокупность воздуховодов - ответвлений, подсоединенных к коллектору, называется узлом .
На деревообрабатывающих участках, оборудованных станками, применяются коллекторы различных конструкций (рис.1). Характеристики некоторых видов коллекторов приведены в табл. 1.
Для перемещения образующихся отходов (например, из бункеров хранения отходов к топливным бункерам котельной) используется система пневматического транспорта, ее отличие от аспирационной системы заключается в том, что функции местного отсоса выполняет загрузочная воронка.
Важнейшей характеристикой, используемой при расчетах систем аспирации и пневмотранспорта, является массовая концентрация запыленного воздуха (М, кг/кг) . Массовая концентрация – это отношение количества перемещаемого материала к количеству транспортирующего его воздуха:
|
|
|
|
Рис. 1. Виды коллекторов:
а) вертикальный коллектор с нижним отводом (барабанный)
б) вертикальный коллектор с верхним отводом ("люстра") в) горизонтальный коллектор
Таблица 1
|
Характеристика коллекторов |
||||||
|
Минимальное количество отводимого воздуха, м³/ч |
Входные патрубки |
Выходной патрубок |
||||
|
коли-чество |
вх |
диаметр (размер сечения), мм |
коэффициент местного сопротивления ζвых |
|||
|
коллекторы горизонтальные |
||||||
|
Дэ = 339 (300х300) | ||||||
|
Дэ = 339 (300х300) | ||||||
|
Дэ = 391 (400х300) | ||||||
|
коллекторы вертикальные |
||||||
|
а) с верхним вводом (с нижним отводом) |
||||||
|
б) с нижним вводом (с верхним отводом) |
||||||
кг/кг,
(1)
где G Σ n – суммарный массовый расход перемещаемого материала, кг/ч;
L Σ – суммарное количество воздуха, требуемое для перемещения материала (объемный расход), м 3 /ч;
ρ в – плотность воздуха, кг/м 3 . При температуре 20°С и атмосферном давлении В = 101,3 кПа, ρ в = 1,21 кг/м 3 .
При проектировании аспирационных систем важное место занимает аэродинамический расчет, заключающийся в выборе диаметров воздуховодов, подборе коллектора, определении скоростей на участках, расчете и последующей увязке потерь давления на участках, определении суммарного сопротивления системы.
Рассмотрим принципиальные аспирационные транспортно–технологические системы предприятий стройиндустрии. Состав оборудования линии приемки сыпучего сырья включает бункер, конвейер, норию, конвейер. Пылевоздушные потоки образуются в основном на следующих участках: бункер – конвейер, конвейер – нория, нория - самотечном трубопроводе на участе нория - цепной конвейер. Соответственно этому в укрытиях образуются зоны повышенного и пониженного давления воздуха.
На Рис. 2.3 показана схема подключения к аспирационной системе оборудования участка приема супучего сырья.
Отсос воздуха можно осуществлять двумя способами: первый – подключить к аспирационной сети все места повышенного давления: бункер, конвейер, норию, цепной конвейер; второй - подключить к аспирационной сети бункер, башмак и головку нории, конвейер. При втором способе протяженность воздуховодов существенно уменьшается, а количество пыли, увлекаемой аспирационным воздуховодом, снижается, что обуславливает предпочтительность вторго способа.
Для нашего примера площадь живого селения решетки над приемным бункером дожна бать минимальной. Открытыми должны бать только те участки через которые сыпучий материал из транспортних средств поступает в приемный бункер. Для уменьшения площади контакта падающего потока материала с воздухом и уменьшением объема эжектируемого воздуха следует применять откидные уплотнительные щиты.
Рис.2.3 Схема подключения к аспирационной системе оборудования участка разгрузки железнонодрожного вагона: 1- железнонодрожный вагон; 2 - бункер; 3 – конвейер; 4 – нория; 5 - цепной конвейер; 6 - аспирационная сеть; 7- уплотнительные щиты.
Объем аспирируемого воздуха из приемного бункера определяют по формуле баланса прихода и расхода воздуха
При максимальном массовом расходе материала 100т/ч и высоте падения 2м см. Табл. 2.1 Lэ = 160 м³/ч; vн - скорость воздуха в отверствиях, 0.2м/с; Fн–площадь неплотностей приемного бункера, 3м²; Gм – объемная масса материала, 46м³; t – время разгрузки, 180с; получим:
Lа бун = 160 + ((0,2 * 3)*3600) + ((46 / 180)*3600) = 3240 м³/ч
Значения объемов аспирируемого воздуха из нории НЦ-100 (рабочая и холостая трубы) и цепногно конвейера ТСЦ-100 получены из нормативной документации :
Lа нор. раб.= 450 м³/ч; Lа нор. хол.= 450 м³/ч; Lа цеп = 420 м³/ч;
Для всей аспирационной системы:
Lа = 3240 + 450 + 450 + 420 = 4560 м³/ч;
Величина давления в аспирационном патрубке приемного бункера с учетом ежекционного давления создаваемого сыпучим материалом при высоте падения 2м и насыпном лотке составляет:
На бун = 50 + 50 = 100Па
Давление в каждом из аспирационных патрубков нории с учетом ежекционного давления в сбрасывающей коробке конвейера составляет:
На нор = 30 + 50 = 80Па
Давление в аспирационного патрубка цепного конвейера с учетом ежекционного давления в наклонном самотеке до 2м и разряжении в бункере составляет:
На цеп = 50 + 50 + 30 = 130Па
Получив исходные данные и скомпоновав аспирационную систему выполним аэродинамический расчет системы производительностью
Lа = 4560 м³/ч; см. рис. 2.3, которую отображаем на плане цеха в такой последовательности:
1. Производится нанесение воздуховодов и других элементов системы аспирации на план помещения, с последующим конструированием пространственной (аксонометрической) схемы аспирации.
2. Выбирается магистральное направление движения воздуха. Магистральным считается наиболее протяженное или нагруженное направление от вентилятора до начальной точки первого участка системы.
3. Разбивается система на участки с постоянным расходом воздуха, участки нумеруются, начиная с наиболее отдалённого от вентилятора, вначале по магистрали, а затем по ответвлениям. Определяют длину участков и расход воздуха и вносят эти значения в таблицу 2.3 графы 1, 2, 3.
4. Предварительно задаёмся ориентировочной скоростью воздуха v ор, м/с, на участке 1 воздуховода (в зависимости от скорости движения воздуха для заданной пыли см. табл. 2.4). Исходя из планировочных требований принимаем форму воздуховода и материал, из которого он изготовлен (круглый, из оцинкованной стали). Потери давления в цепном конвейере, присоединенного к участку 1, заносим в табл. 2.3 первой строкой. Для определения потерь давления в участке 1 соединяем прямой линией по номограмме рис. 2.5 точки Lцеп=420 м³/ч и v =10,5 м/с на пересечении этой прямой со шкалой D находим ближайший меньший рекомендуемый диаметр D=125 мм, величины v =10,5 м/с, Hд =67 Па, λ/D=0,18 заносим в графы 3, 6, 8.
5. Производим суммирование коэффициентов местных сопротивлений на участке (тройники, отводы. и т.д.) выбранных по . Полученный результат Σ ζ записываем в графу 5.
6. Производим умножение, (1 * λ/D) заполняем графу 9, сложение (1 * λ/D + Σ ζ) заполняем графу 10 . Графу 11 (общие потери на участке) находим как произведение величин, записанных в графах 6 и 10. В графу 12 записываем сумму общих потерь на 1 участке и потерь давления в в цепном конвейере.
Аналогично проводим расчеты остальных магистральных участков.
7. По окончании расчётов суммируем полученные величины и получаем суммарные потери давления в сети, которые служат критерием для подбора вентилятора.
8. Рассчитав потери давления по магистрали, приступаем к расчёту потерь давления на ответвлениях. При расчёте которых необходимо осуществить увязку, расхождение допускается не более 10 % .
9. Увеличивать потери давления в ответвлениях можно двумя способами. Первый способ – установка в ответвлении дополнительного местного сопротивления (задвижки, диафрагмы, шайбы). Второй способ – уменьшение диаметра ответвления.
В рассматриваемом примере следует повысить сопротивление 7-го участка на величину Нс = 237- 186,7 = 50,3 Па, а 8-го на – Нс = 373 - 187,7 =185,3 Па, а 9-го на – Нс = 460 - 157,8 = 302,2 Па. На 7 и 8 участках это можно осуществить установив дополнительно местные сопротивления т.к. диаметр трубы уже 125 мм. Величину коэффициента сопротивления диафрагмы, установленной на участке 7 определяем по выражению:
ζд7 = Нс / Нд7 = 50,3 / 74,1 = 0,68 (2.10)
По этой величине на рис. 2.4 определяем глубину погружения диафрагмы в воздуховод к его диаметру – а / D = 0,36, при D =125 мм а = 43.75мм. Аналогично для участков 8 и 9: ζд8 = Нс / Нд8 = 185,3 / 74,1 = 2,5 по рис. 5.3 определяем - а / D = 0,53, при D =125 мм а = 66,3мм; ζд9 = Нс / Нд9 = 302,2 74,1 = 4.1 по рис. 2.3 определяем - а / D = 0,59, при D =315 мм а = 186мм;
Рис. 2.4 Односторонняя диафрагма (а) и сдвоенная шкала для расчета размеров (б)
Рис.2.5 Номограмма А.В.Панченко для расчета воздуховодов.
Таблица 2.3
Аэродинамический расчет воздуховодов.
Магистральные участки
| Номер участка и наим. машин | L м³/с | v м/с | l , м | Σ ζ | Hд, Па | D, мм | λ/D | l * λ/D | l * λ/D+Σζ | Прир. пол-ного давле-ния уч-ка, Па | Пол-ное давле-ние участка, Па |
| Цепной конв. | 0,12 | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Уч-к 1 | 0,12 | 10,5 | 0,7 | 0,18 | 0,9 | 1,6 | |||||
| Уч-к 2 | 0,242 | 10,5 | 0,3 | 0,12 | 0,36 | 0,69 | |||||
| Уч-к 3 | 0,37 | 0,6 | 74,1 | 0,09 | 0,63 | 1,18 | 87,4 | 460,4 | |||
| Уч-к 4 | 1,27 | 11,8 | 0,1 | 88,2 | 0,04 | 0,31 | 0.4 | 34,8 | 495,2 | ||
| Уч-к 5 | 1,27 | 11,8 | 0,6 | 88,5 | 0,04 | 0,36 | 0.57 | 50,5 | 545,6 | ||
| Нагнетающий Уч-к 6 | 1,27 | 11,8 | 88,5 | 0,04 | 0,31 | 1,32 | 116,4 | 116,4 |
| ответвления | |||||||||||
| Нория | 0,125 | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Участок 7 | 0,125 | 0,23 | 74,1 | 0,17 | 1,21 | 1,44 | 106,7 | 186,7 | |||
| Нория | 0,125 | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Участок 8 | 0,125 | 0,2 | 74,1 | 0,17 | 1,25 | 1,45 | 107,7 | 187,7 | |||
| Приёмный бункер | 0,9 | - | - | - | - | - | - | - | - | ||
| Участок 9 | 0,9 | 0,18 | 74,1 | 0,06 | 0,6 | 0,78 | 557,8 | 157,8 |
Таблица 2.4 Значения величин для проектирования систем аспирации и пневмотранспорта
| Транспортируемый материал | ϒ, кг/м 3 | Скорость движения воздуха в воздуховодах v, м/с | Максимальная массовая концентрация смеси μ кг/кг | Опытный коэфициент К | |
| вертикальных | горизонтальных | ||||
| Земляная и песочная пыль, оборотная (горелая) земля, формовочная земля | 0,8 | 0,7 | |||
| Земля и песок влажные | ‒ | ‒ | |||
| Глина молотая | 0,8 | 0,6 | |||
| Шамот | 0,8 | 0,6 | |||
| Пыль мелкая минеральная | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| Пыль от матерчатых полировальных кругов | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| Пыль угольная | 900‒1000 | ||||
| Пыль наждачная минеральная | 15,5 | ‒ | ‒ | ||
| Гипс, тонкомолотая известь | ‒ | ‒ | |||
| Шерсть: | |||||
| замасленная | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| незамасленная | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| искусственная | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| мериносовая (замасленная и незамасленная) | ‒ | 0,1‒0,2 | ‒ | ||
| лоскут | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| разрыхленная и крупные очёсы | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| Лён: | |||||
| короткое волокно | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| льняная костра | ‒ | ‒ | ‒ | ||
| Снопы тресты | ‒ | 0,5 | ‒ | ||
| Хлопок-сырец, разрыхленный хлопок, крупные очесы хлопка | ‒ | 0,5 | ‒ | ||
| Опилки: | |||||
| чугунные | 0,8 | 0,85 | |||
| стальные | 0,8 | ‒ | |||
| Шлак угля с размером частиц 10‒15 мм | 0,5 |
