Расчет системы газоотсоса через свод печи с разрывом струи.

В первую очередь необходимо определить конструктивные размеры патрубка, размещенного на своде печи. При этом следует стремиться к тому, чтобы диаметр патрубка был максимально возможного размера и скорость движения газов в нём составляла 5-7 м/с.

На рис. 5 приведена схема с обозначением всех конструктивных размеров, используемых для расчета.

Рис.5 - Расчетная схема отвода газов через свод электросталеплавильной печи.

Зная максимальное количество газов, подлежащих удалению из печи, и диаметр патрубка d₁, размещаемого на своде, и пользуясь формулой

H = (γ · ν₁² / 2·g) ·∑ξ,

где v₁ – скорость газов в патрубке на своде печи, определяют давление, необходимое для преодоления сопротивления при прохождении воздуха через печь.

В рассматриваемом случае сумма местных сопротивлений (∑ξ = 4,32) на пути движения газовоздушного потока состоит из следующих сопротивлений: вход 2,6, внезапное сужение 0,47, колено 0,25 и выход 1,0.

Для того чтобы преодолеть потери сопротивления в тракте печи, необходимо обеспечить энергию разрежения в начале патрубка созданием соответствующей скорости:

Скорость v₁́ при разрыве струи может быть определена на основе теории всасывания факела. Скорость, которая должна быть создана в системе газоотвода, определяется по формуле:

где К – коэффициент, учитывающий затухание факела всасывания и зависящий от отношения l/d. Для круглого факела это отношение приведено ниже:

Как видно из приведенных данных, увеличение разрыва в системе соотношения l/d больше 0,2 нецелесообразно, так как приводит к большому подсосу воздуха из окружающей среды.

Пример 6.

Исходные данные:

Необходимо определить количество и температуру газовоздушной смеси, удаляемой от 150-т печи.

Решение:

Максимальный расход газа при окислительном режиме, если количество газа с учетом поступающего в печь кислорода равно 200 м³/ч, составляет:

Q = 150 · 200 = 30000 м³/ч при γ₀ = 1,29 кг/м³.

Газы выходят через патрубок на своде печи с температурой 1500⁰С; при этом объем их увеличивается в 6,4 раза, а γ_г=0,19 кг/м³;

Q = 30000 · 6,4 = 192000 м³/ч.

Площадь сечения патрубка на своде печи f определим, принимая скорость в нем равной 7 м/с:

f = 30000 / 3600 · 7 = 1,2 м²; диаметр - 1250мм.

Скорость газов в патрубке при t_г = 1500⁰С:

ν = 192000 / 1,2 · 3600 = 45 м/с.

Для отсоса газов у истока патрубка необходимо создать разрежение, соответствующее или несколько большее потерь, затрачиваемых газовоздушной смесью при прохождении через печь и выходе из патрубка.

Естественный напор, создаваемый в печи за счет разности температур:

H = h (γ_н - γ_г) = 5 · (1,2 - 0,19) = 5,3 кгс/м².

Предполагая, что тепловой напор расходуется на поступление воздуха в печь, определяем разрежение, необходимое для отвода газов из печи:

∑ξ · γ · ν²/2 · g = 1,8 · 0,19 · 45² / 19,62 = 35 кгс/м².

По отношению l/d = 0,1 определяем К = 0,72.

Разрежение в стационарной трубе газоотвода должно быть несколько большим необходимого (35 кгс/м²):

Н_р = 35 · 1,39 · 1,1= 55 кгс/м².

В разрыве между патрубками одновременно с газами будет подсасываться воздух из окружающей среды. Принимаем, что количество его будет равно количеству отсасываемых из печи газов, при этом температура смеси около 800⁰С, а γ = 0,254 кг/м³:

Разрежение в системе обеспечивает скорость подсоса воздуха

где 3,5 – сумма местных сопротивлений входу воздуха в систему.

Площадь проемов, через которые воздух поступает в систему,

ƒ_пр. = 1,25 · 3,14 · 0,125 = 0,5 м².

Количество воздуха, и температура смеси:

Q = 0,5 · 3600 · 17,4 = 26500 м³/ч,

t_см = (30000 · 1500 · 0,31 + 26500 · 0,31 · 50) / 62500 · 0,31 = 438 ⁰С.

Для схем отвода газов от печи через расположенные над ними зонты (рис. 6) количество отсасываемого воздуха будет значительно больше количества выделяемых газов.

Рис. 6. Схема отвода газов от электросталеплавильной печи с помощью зонта.

3.1.7. Расчет местной вытяжной вентиляции от станка электрохимической обработки металлов 4А423 ФЦ

Пример 7.

Исходные данные:

Максимальная сила тока источника питания I = 3200 A.

Нижний концентрационный предел воспламеняемости (взрываемости) водорода в смеси с воздухом φ₁= 3,362 мг / м³. Схема местной вытяжной вентиляции станка для электрохимической обработки металлов приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема местной вытяжной вентиляции.

Решение:

Определяем количество выделяющегося при электролизе водорода в течение часа G_вр по формуле Фарадея:

G_{вр =} с · I · t ,

где с = 0,01044 · 10^–4 мг/А·с – электрохимический эквивалент водорода;

I – сила тока в А ; t – время, с.

При расчете принимается наибольшая сила тока источника питания; время принимается равным 3600 с.

G_вр = с · I · t = 0,01044 · 3200 · 3600 · 10^–4 = 12,027 мг/ ч.

Определяем наименьший часовой объем воздуха, удаляемого из камеры, и одновременно входящего в камеру, при котором будет сохраняться нижняя взрывоопасная концентрация водорода :

где G_вр – рассчитанное выше весовое количество выделившегося водорода, мг/ч;

φ₁ – нижний концентрационный предел воспламеняемости водорода;

φ₀– концентрация водорода в воздухе, входящем в камеру, принимаем φ₀ = 0.

Определяем часовой объем воздуха, подаваемого и одновременно удаляемого из камеры, гарантирующего отсутствие взрывоопасной ситуации в камере при коэффициенте запаса 10:

Q · = k · Q_в = 10 · 3,18 = 31,8 м³ / ч.

Определяем необходимую производительность вентилятора:

где t_и –температура воздуха, проходящего через вентилятор в ^оС;

δ_и – барометрическое давление в кПа.

Принимаем Q = 3200 м³ / ч.

По каталогам (приложение 3 и 5 [1]) выбираем вентилятор и электродвигатель для его привода. Требуемую производительность при высоком коэффициенте полезного действия 0,73 обеспечивает вентилятор Ц 14–46 № 3, 2 при давлении P = 625 Па и диаметре колеса 300 мм. Вентилятор выбираем в искрозащитном исполнении. Требуемую мощность электродвигателя для привода вентилятора определяем по формуле:

где Q – производительность вентилятора в м³/ч;

P – давление, развиваемое вентилятором в Па, при частоте вращения колеса 120 рад/с ;

h_п – коэффициент, учитывавший потере мощности на трение в подшипниках ;

К – коэффициент запаса мощности для центробежных вентиляторов. Выбираем электродвигатель защищенного исполнения типа А02–31–4 мощностью 2,2 кВт с частотой вращения вала 1500 об/мин.

Конфигурацию вентиляционной сети выбираем в зависимости от размещения в помещении оборудования – станка и бака с электро­литом.

3.1.8. Расчет вытяжной вентиляции от заточного отделения

Пример 8.

Исходные данные:

В заточном отделении площадью 64 м² станки установлены вдоль двух противоположных стен помещения. Универсально–заточной станок модели ЗА64Д – 4 шт; точильно–шлифовальный станок модели 3Б634 – 2 шт; заточный станок модели 3693 – 2 шт. Воздухоприёмники вытяжной вентиляции всасывают от станков загрязненный воздух, который по сборным воздуховодам поступает в магистральный воздуховод. Затем после предварительной очистки в пылеотделителе – циклоне воздух при помощи вентилятора выбрасывается в атмосферу.

Схема вентиляционной установки заточного отделения приведена на

рис. 8.

Станки располагаем следующим образом: 1 ряд – 1 точильно–шлифовальный станок модели 3Б634, 1 заточный станок модели 3693, 2 универсально – заточных станка модели 3А64Д; 2 ряд – имеет такое же расположение станков.

Рис.8. Схема вытяжной вентиляции заточного отделения.

Для каждого ряда станков предусмотрена раздельная вентиляция. Расчет вентиляционной системы ведем для одного ряда.

Углы ответвлений в тройниках приняты α = 30⁰, радиус закругления отводов R = 2 диаметрам отводов. На универсально–заточных и заточных станках пылеприемники приняты в виде воронок; для точильно–шлифовальных – в виде кожухов.

Определяем количество воздуха, удаляемого от станков:

а) при установке кожухов и диаметре круга d= 400 мм:

Q = 1,8 · d, м³/ч;

б) для станков с улавливанием пыли воронками,

где V_k = 2м/c, V_H = 19 м/с, так как металлическая стружка и абразивная пыль мелкодисперсны; α – принята равной 0,04м; К = 7,7 для круглого сечения.

В табл. 3 приведены результаты расчета расхода воздуха, уда­ляемого от одной заточной линии.

Таблица 3.-Расход воздуха, удаляемого от станков одной заточной линии.

Определяем полное давление, которое необходимо развить вентилятору при перемещении воздуха:

P = DP_вс+D P_и= DP,

где DP_вс и DP_и потери давления во всасывающем и нагнетающем воздуховодах; DP– суммарные потери.

Определяем полное давление, которое необходимо развить вентилятору при перемещении воздуха:

P= DP_вс+D P_и=DP,

где DP_вс и DP_и потери давления во всасывающем и нагнетающем воздуховодах; DP– суммарные потери давления.

Суммарные потери давления в воздуховодах определяются по формуле:

где R_тр – потери давления на трение: кг/м² или 10 Па; l – длина воздуховода в м; H_м – потери давления на местные сопротивления, 10 Па.

Потери давления на трение в круглых воздуховодах определяется по формуле:

где λ –коэффициент сопротивления трения; l – длина воздуховода, м;

V – скорость воздуха, м/с;

γ – объемный вес воздуха, кг/м3= 10 Па/м;
g – ускорение свободного падения, м/с²;

d – диаметр воздуховода, м.

Величина потерь давления на трение на 1 погонный метр дли­ны круглого воздуховода при γ = 1,2кг/м³ , скорости V и динамические давления определяется по [2] (табл. 2, с. 354).

Потери давления на местные сопротивления определяем по формуле:

где ξ – коэффициент местного сопротивляется, применяемый по [2] (табл. 6, с.360).

Так как R / d = 2, то ξ отводов = 0,15 · 2 = 0,30;

для воронок принимаем ξ = 0,5; для кожухов ξ = 3.

Участок 1 – ∑ξ = ξ_вор + ξ_отв= 0,5 + 0,15 = 0,65;

Участок 1 – ξ_колена = 0,61; участок 2 · ∑ξ = 0,65;

Участок 2 – ξ = 0,61; участок 3 ξ_{тройника} = 0,08;

Участок 4 – ∑ξ = ξ_{воронки} + 2ξ_{отводов} = 0,5 +(0,15 · 2) = 0,8;

Участок 5 – ξ_{тройника} = 0,11;

Участок 6 · – ∑ξ = ξ_кожуха + ξ_отвода = 5,0 + 0,15 = 3,15;

Участок 6 – ∑ξ = ξ_{тройника} + ξ_{отводов} = 0,05 + (2 · 0,15) = 0,35;

Участок 7 – ∑ξ = ξ_{тройника} +ξ_отвода = 0,11 + 0,15 = 0,26;

Участок 8 – ∑ξ = 1,72.

Данные расчета сводим в табл.4.

Для очистки воздуха от абразивной пыли принят пылеуловитель – циклон с обратным конусом № 7, внутренний диаметр – 455 мм без улитки на выхлопной трубе. Сопротивление циклона H_ц = 165 кг / м² = 1650 Па.

Таблица 4.-Результаты расчета воздуховода одной линии заточных станков

№ уч.	Q1 м3/ч	l, м	d,мм	V, м/с			∑ξ		V2·γ 2g	H,м	∑H
		1,0 2,8 1,0 2,8 1,7 3,8 1,7 1,1 3,4 1,4 1,5		19,0 17,8 19,0 17,8 19,2 19,7 21,3 19,3 21,2 23,7 8,0	0,151 0,147 0,151 0,147 0,103 0,185 0,091 0,137 0,101 0,067 0,04	0,151 0,412 0,151 0,412 0,175 0,703 0,154 0,150 0,343 0,093 0,62	0,65 0,61 0,65 0,61 0,08 0,8 0,11 3,15 0,35 0,26 1,72	0,801 1,022 0,801 1,022 0,183 1,503 0,264 3,30 0,693 0,353 2,34	22,09 18,53 22,09 18,53 22,50 23,76 27,73 22,60 27,43 34,48 3,92	17,7 18,9 17,7 18,9 4,12 35,7 7,32 75,24 19,01 12,17 9,18	17,7 36,6     40,72   48,04     60,11 69,29

Общие потери давления в сети H_c = 69,29 + 165 = 234,29 кг/м² или

H_c = 2343 Па.

С учетом 10% подсоса расход воздуха составит:

Q = 3190 · 1,1 = 3510 м³/ч.

Выбираем по каталогу {2, с .466} вентилятор пылевой типа ЦП – 7 – 40 № 5 исполнение VI;