TOK OBLICZEŃ ODPYLACZA WSTĘPNEGO – KOMORY OSADCZEJ

ZAŁOŻENIA I ZAKRES PARAMETRÓW

 Ziarna mają kształt kulisty,

 Ziarna nie zderzają się ze sobą ani ze ściankami komory,

 Przepływ gazu jest jednorodny i jednakowy w całym przekroju komory,

 Prędkość gazu w przewodach

15-18 (20) m/s

 Prędkość gazu w komorze osadczej

0,5 – 1,5 m/s

 Średnica ziarna granicznego

60 lub 40 µm

1. Przeliczenie wszystkich parametrów na warunki rzeczywiste

- temperatura

T

rz

= t + 273, K

gdzie: t – temperatura,

o

C;

- stężenie pyłu

=

gdzie:

− stężenie pyłu w warunkach normalnych,

⁄

lub

⁄

- strumień objętości gazów

̇

= ̇

gdzie: ̇ – strumień objętości gazów w warunkach normalnych,

/ℎ

lub

/

T

o

= 273 K

(1 + x) p

- gęstość gazów w warunkach normalnych,

/

ρ

0

=

(0,622 + x) R

w

T

o

gdzie: p – ciśnienie atmosferyczne, p=1013 hPa

x – zawartość wilgoci w gazach (podana w temacie), kg/kg

pow. suchego

R

w

– stała gazowa pary wodnej, R

w

= 461,5

/(

∙ )

- gęstość gazów w warunkach rzeczywistych,

/

=

- dynamiczny współczynnik lepkości

=

,

gdzie: μ

o

= 17,08 x 10

-6

/(

∙ )

C = 112

- określenie składu granulometrycznego pyłu na wlocie do odpylacza (na podstawie

podanego w temacie udziału masowego skumulowanego).

Tab. 1. Zestawienie parametrów frakcji pyłu

Nr frakcji

Rozmiar ziaren, µm

Zakres

Średnia średnica,

µm

Górna granica

zakresu, µm

Udział masowy

skumulowany A

j

, %

Udział masowy a

i

1

<2

0-2

1

2

np. 6

0,06

2

<5

2-5

3,5

5

np. 13

0,07

3

<10

5-10

7,5

10

np. 24

0,11

4

…

…

…

…

…

…

5

…

…

…

…

…

…

6

…

…

…

…

…

…

7

…

…

…

…

…

…

8

<150

100-150

125

150

np. 92

0,13

9

>150

>150

>150

>150

100

0,08

∑ =

2. Obliczenie niezbędnej skuteczności odpylania całej instalacji

=

−

gdzie: U, E – odpowiednio unos i emisja, g/s, obliczane ze wzorów:

U = S

pw

̇

g

E = S

po

̇

g

gdzie: S

pw

i S

po

– stężenie pyłu odpowiednio na wlocie i wylocie instalacji, g/m

3

̇

g

– strumień objętości gazów, m

3

/s

Uwaga: obie wielkości (U i E) podawane są w tych samych warunkach – albo normalnych
albo rzeczywistych, co oznacza, że strumień objętości gazów i stężenie muszą być również
podane w tych samych warunkach.

3. Obliczenia komory osadczej (schemat komory na końcu instrukcji)

3.1. Obliczenie prędkości opadania ziarna granicznego

Re

μ

rz

u

pg

=

d

pg

ρ

rz

gdzie: d

pg

- założona średnica ziarna granicznego, zwykle 60 μm lub 40 μm,

μ

rz

, ρ

rz

– dynamiczny współczynnik lepkości i gęstość gazu,

w warunkach rzeczywistych

Re

pg

- przybliżona liczba Reynoldsa dla ziarna granicznego, obliczana wg

wzoru:

Ar

pg

Re

pg

=

18 + 0,6 (Ar

pg

)

0,5

Ar

pg

– liczba Archimedesa dla ziarna granicznego obliczana z wzoru:

d

pg

3

ρ

rz

(ρ

p

– ρ

rz

) g

Ar

pg

=

μ

rz

2

ρ

p

– gęstość pyłu, kg/m

3

,

g – przyspieszenie ziemskie

Ostateczną liczbę Reynoldsa określa się na podstawie przybliżonej liczby Reynoldsa dla

ziarna granicznego Re

pg

:

- dla ruchu laminarnego opadania ziarna Re

pg

≤ 2

Re = Ar / 18

- dla ruchu przejściowego 2 < Re

pg

≤ 500

Re = 0,152 Ar

0,715

- dla ruchu burzliwego

Re

pg

> 500

Re = 1,74 Ar

0,5

Wartość Re obliczoną jak wyżej wstawia się do wzoru na prędkość opadania ziarna!

Prędkości opadania ziaren frakcji pyłu o średnicach mniejszych od średnicy ziarna granicznego
oblicza się analogicznie, wstawiając do wzoru średnią średnicę z Tab.1.

3.2. Bilans masy pyłu dla komory osadczej, wyznaczenie skuteczności odpylania komory

 Strumień masy pyłu i-tej frakcji na wlocie do komory

̇

wi

=

̇

w

a

wi

gdzie:

̇

w

↔ U – całkowity strumień masy pyłu na

wlocie do komory

 Strumień masy pyłu i-tej frakcji zatrzymany w komorze

̇

zi

=

̇

wi

η

i

gdzie: η

i

– skuteczność przedziałowa odpylania i-tej

frakcji obliczana ze wzoru

η

i

=

pg

pi

u

u

(stosunek prędkości opadania ziarna i-tej frakcji do prędkości opadania

ziarna granicznego)

 Strumień masy pyłu i-tej frakcji na wylocie komory (opuszczający komorę)

̇

oi

=

̇

wi

−

̇

zi

 Udział masowy i-tej frakcji ziarnowej pyłu opuszczającego komorę

=

̇

∑ ̇

 Stężenie pyłu w gazie opuszczającym komorę

=

̇

̇

 Całkowita skuteczność komory osadczej

η

KO

= ∑ a

wi

η

i

W pracy należy zamieścić przykład obliczeń dla wybranej frakcji pyłu (korzystnie dla
frakcji o średnicy ziarna poniżej granicznego), pozostałe wyniki zestawić w tabeli.

Nr

frakcji

Rozmiar

ziaren

µm

d

śri

,

µm

Ar

i

Re

pi

Re

i

u

pi

,

m/s

η

i

a

wi

η

i

a

wi

m

wi

,

g/s

m

zi

,

g/s

m

oi

,

g/s

a

oi

1
2
3
4
5

…

n

0 – 2
2 – 5

0
0

0
0

0
0

∑=1

∑=

η

KO

∑=U ∑=m

z

∑=E

∑=1

Prędkości opadania ziaren < 5

µm są na tyle małe, że można założyć skuteczność przedziałową

odpylania tych frakcji ziarnowych równą 0.

W zaznaczonych kolumnach należy zsumować obliczone wartości.

3.3. Obliczenie wymiarów komory osadczej

 Obliczenie szerokości i wysokości komory. Założenie – przekrój kwadratowy

= =

̇

gdzie: ̇

grz

– rzeczywisty strumień objętości gazu, m

3

/s

w

g

– założona prędkość przepływu gazu przez komorę, m/s

 Obliczenie długości komory bez półek

L =

pg

g

u

w

H 

gdzie: u

pg

– prędkość opadania ziarna granicznego, m/s

Komorę dzieli się półkami na mniejsze przestrzenie – pozwala to zmniejszyć długość aparatu.
Liczba przestrzeni między półkami:

n = L / H jest to wielkość obliczeniowa, wyznaczana do 2 miejsc po

przecinku, teoretyczna liczba półek w komorze = (n − 1)

 Obliczenie wysokości przestrzeni międzypółkowej

h = H / n

Wysokość przestrzeni między półkami h musi być zachowana, aby ziarna zostały zatrzymane
– stąd półki „szczątkowe”.

 Wyznaczenie skorygowanych rzeczywistych wymiarów komory:

L

rz

= (1,1 – 1,15) L / n

dolicza się 10-15% rezerwy

H

rz

= H + (n − 1) 0,002 zwiększa się o grubość blachy półek (2 mm każda)

B

rz

= B + ∑przestrzeni zsypowych szerokość pojedynczej przestrzeni

zsypowej 40 lub 50 mm.

Jeśli B>1200 mm, należy zaprojektować dwa rzędy półek. Wówczas zwiększa się również ilość
przestrzeni zsypowych.

3.4. Obliczenie wymiarów dyfuzora i konfuzora komory

3.5. Obliczenie wymiarów zasobnika pyłu pod komorą i wyznaczenie czasu gromadzenia

pyłu

- strumień objętości pyłu zatrzymanego w komorze

̇ =

̇

gdzie: ρ

us

– gęstość usypowa pyłu = 1/3 gęstości właściwej pyłu

- czas gromadzenia pyłu w zasobniku

=

̇

gdzie: V

zas

– objętość

czynna zasobnika (przestrzeni, w której może

być gromadzony pył.

Pomiędzy usypanym pyłem a dnem komory należy zachować 0,5 m odległości, w celu
zabezpieczenia przed porywaniem pyłu. Aby zwiększyć objętość czynną zasobnika, można
zastosować prostokątną nadstawkę.

4. Wyznaczenie niezbędnej skuteczności odpylacza w drugim stopniu

- wzór na skuteczność odpylaczy połączonych szeregowo

η

c

= 1 − (1 − η

I

) (1 − η

II

)

gdzie: η

c

– skuteczność całkowita odpylania wyliczana z wartości unosu i emisji

η

I

– skuteczność odpylania odpylacza w I stopniu (komory osadczej)

5. Dobór odpylacza II stopnia

W zależności od wymaganej skuteczności będzie to bateria cyklonów (η

II

< 89%)

multicyklony (η

II

= 90-95%) lub filtr włókninowy pulsacyjny (dla η

II

> 95%).

Multicyklony i filtry dobiera się w zależności od strumienia odpylanych gazów.

Dobór cyklonów na podstawie materiałów dostarczonych przez prowadzących.

Aby dobrać baterię cyklonów należy znać:
- strumień objętości gazów,
- temperaturę,
- stężenie zapylenia,
- gęstość i skład ziarnowy pyłu,
- prędkość gazów w urządzeniu założyć ≤ 12 m/s.

Należy przeanalizować 6 wariantów według tabel

Frakcja

d

pś

a

wi

Wariant

1

2

3

4

i



a

wi

i



i



a

wi

i



i



a

wi

i



i



a

wi

i



0-2

1

2-5

3,5

5-10

7,5

10-20

15

20-40

30

40-60

50

Sprawność baterii cyklonów =

=

=

=

Nr

wariantu

Liczba

cyklonów n

Średnica

nominalna D, m

Prędkość gazu

w

g

, m/s

Skuteczność

η

cyk

Opory

przepływu

Δp, Pa

1

2

3

4

5

6

Skuteczność baterii cyklonów (η

cyk

) oblicza się dla każdego wariantu analogicznie jak dla

komory osadczej: η

cyk

= ∑ a

wi

η

i

. Skuteczności przedziałowe odpylania η

i

odczytuje się

z nomogramu.

6. Wyznaczenie wymiarów komina

 Średnice komina dobiera się tak aby prędkość przepływu gazów mieściła się w

zakresie 10-12 m/s,

 Wysokość komina – przyjmuje się o 5 m większą od najwyższego punktu

instalacji (komora osadcza lub urządzenie w II st. odpylania).

7. Dobór wentylatora

Przed doborem wentylatora należy wykonać schematy (rzut z góry i widoki boczne, tak aby
pokazać każdy element instalacji), w celu wyznaczenia oporów przepływu. Całkowite opory
przepływu (Δp

c

) oblicza się wg wzoru:

Δp

c

= ∑ Δp

m

+ ∑ Δp

l

+ ∑ Z − Δp

kom

gdzie:

∑ Δp

m

– suma oporów miejscowych

∆

=

∑ Δp

l

– suma oporów liniowych

∆

=

λ – współczynnik tarcia λ = 0,0032 +

237

,

0

Re

221

,

0

Re =

rz

rz

z

g

d

w





d

z

– średnica zastępcza przewodu,

=

4

l – długość odcinka przewodu (można sumować długości przewodów o takich

samych wymiarach)

∑ Z – suma oporów na urządzeniach;

dla komory osadczej z dyfuzorem i konfuzorem

przyjąć 100 Pa

Δp

kom

– ciąg kominowy wspomagający pracę wentylatora obliczany z wzoru:

Δp

kom

= h · g (ρ

pow

– ρ

g

)

gdzie: h – geometryczna wysokość komina,

g – przyspieszenie ziemskie,

(ρ

pow

– ρ

g

) – różnica gęstości powietrza na wylocie komina (można przyjąć

1,25 kg/m

3

) i gęstości gazów odlotowych.

Wentylator dobiera się wg katalogu na obliczone opory przepływu (zwiększone o 10%)
oraz rzeczywisty strumień spalin.