Циклоны

Циклоны являются наиболее распространенными установками сухого пылеулавливания. Принцип работы – оседание частиц под воздействием центробежных сил и сил тяжести. При вводе (рис. 2.6.1) через тангенциальный патрубок 1 частицы отжимаются к внутренней стенке корпуса 3, и, теряя скорость, выпадают в бункер 4, откуда выводятся через выход 5. Очищенный газ выводится через выхлопную трубу 2. Центробежный эффект сильнее проявляется у крупных частиц, поэтому циклоны предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли, например, для улавливания золы, образующейся при сжигании топлива в котлах тепловых станций.

Рис. 2.6.1 Циклон

В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость потока от 5 до 20м/с. Эффективность циклонов составляет 0,98 для частиц размеров 30–40мкм; 0,8 для частиц размеров 10мкм; 0,6 для частиц размеров 4–5мкм. Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубометров в час [3,4].

Преимущество циклонов являются простота конструкции, отсутствие движущихся частей и небольшие размеры. Недостатками являются затраты энергии на вращение потока и абразивный износ частей аппарата пылью.

Конструктивно циклоны бывают цилиндрические и конические. Цилиндрические циклоны типа ЦН-15 (15 – угол наклона входной патрубки: =15°) изготавливаются из углеродистой или низколегированной стали. Они предназначены для предварительной очистки выбросов от пыли перед фильтрами и электрофильтрами. Конические циклоны типа СК предназначены для очистки выбросов от сажи, обладают повышенной эффективностью из-за большего гидравлического сопротивления.

С увеличением диаметра циклона при постоянной тангенциальной скорости потока центробежная сила уменьшается и эффективность пылеулавливания снижается. Кроме того, установка одного высокопроизводительного циклона вызывает затруднения при его размещении вследствие большой высоты. В связи с этим в технике пылеулавливания широкое применение нашли групповые циклоны.

Группы чаще всего составляют из циклонов основной серии ЦН (типа ЦН-24, ЦН-15У, ЦН-15, ЦН-11). Как правило, группы циклонов имеют общий коллектор исходного газа, общий сборник очищенного газа и общий пылевой бункер. Пылевые бункеры могут иметь круглую либо прямоугольную. Минимальное расстояние от оси циклона до стенки бункера должно быть не менее 0,4D, где D – диаметр циклона. Высота прямоугольной (или цилиндрической) части бункера должна быть не менее 0,5D. Угол наклона стенок бункера к горизонту принимается не менее 60°. Конусы циклонов опускаются в бункер на глубину, равную 0,8 диаметра отверстия в них. Для уменьшения общей высоты бункера при непрерывной выгрузке пыли допускается устанавливать в одной группе циклонов несколько бункеров. Компоновка циклонных групп приведена на рис. 2.6.2.

Батарейные циклоны представляют собой пылеулавливающие аппараты, составленные из большого количества параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов, а также сборный бункер.

Корпус батарейного циклона, как правило, выполняется секционированным для сохранения оптимальной скорости движения газов в циклонных элементах при переменных нагрузках путем отключения соответствующих секций. Кроме того, секционирование уменьшает возможность ухудшения степени очистки за счет их перетока из одних элементов в другие через пылевой бункер, связанного с неодинаковым гидравлическим сопротивлением отдельных элементов (неодинаковостью их изготовления и неравномерным распределением газа по отдельным элементам), неодинаковой пылевой нагрузкой на элементы.

В отечественных конструкциях в одном аппарате насчитывается до 792 циклонных элементов при расходе газа до 650 м³/ч.

Ось циклонных элементов может располагаться вертикально и с наклоном. Диаметр циклонных элементов в отечественных аппаратах принимается в пределах 150 – 250 мм.

На рис. 2.6.3 приведены циклонные элементы батарейных циклонов.

Рис. 2.6.3 Циклонные элементы батарейных циклонов с осевым направляющим устройством: а– винт; б–розетка; в–розетка с безударным входом

Циклонный элемент состоит из корпуса, выхлопной трубы и направляющего аппарата. Газ из распределительной камеры поступает в элементы по оси. Лопатки направляющего устройства сообщают газу вращательное движение, и газ направляется вниз. Частицы пыли приобретают центробежное ускорение и перемещаются к периферии. В результате концентрация пыли у стенок возрастает, а в областях, расположенных ближе к оси элемента, снижается. Частицы пыли, сконцентрировавшиеся во внутренней поверхности корпуса, движутся вместе с вращающимся потоком и идут в сборный бункер. При этом в бункер поступает также небольшая часть газов из нисходящего вихря, которая у нормально работающего элемента полностью всасывается через центральную часть отверстия для спуска пыли, давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа.

Рис. 2.6.4 Батарейный циклон БЦ-2: 1 – подводящий патрубок;2 – распределительная камера; 3 – предохранительный клапан; 4 – камера очищенного газа; 5 – циклонный элемент; 6, 12 – решетки; 7 – люк; 8 – бункер; 9 – корпус; 10 – выхлопная труба; 11 – крышка; 13 – шибер

Частицы пыли отделяются от входящих в бункер газов под действием сил инерции, возникающей при изменении направления движения на 180°. По мере движения этого потока вверх (в сторону нижнего отверстия выхлопной трубы) к нему постепенно присоединяются порции газа, отделяющиеся от внутренней части нисходящего вихря. Это явление незначительно увеличивает пылеунос в выхлопную трубу, так как поток воздуха движется со скоростью, недостаточной для противодействия движению частиц к периферии элемента из-за распределения по значительной высоте. Батарейные циклоны типа БЦ-2 (рис. 2.6.4).предназначены для улавливания золы, уносимой дымовыми газами из паровых стационарных котлов производительностью до 20 т/ч при сжигании твердых видов топлива. БЦ-2-4х(3+2)К означает: БЦ–батарейный циклон; 2–количество секций; 4–число рядов по глубине; цифры в скобках – количество циклонных элементов в каждой из двух секций (по ширине); К– с предохранительным клапаном.

В зависимости от типоразмера батарейные циклоны типа БЦ-2 имеют от 20 до 56 цельнолитых циклонных элементов с внутренним диаметром цилиндрической части 254 мм. Элементы снабжены профилированными направляющими аппаратами типа розетка с углом наклона 25°.

Каждый аппарат разделен на две параллельно работающие секции. При пониженных нагрузках одну из секций можно отключить шибером. На крышках каждой секции могут быть установлены предохранительные клапаны.

Материал для изготовления циклонов: корпусы циклонных элементов–из серого чугуна; выхлопные трубы и корпус аппарата – из углеродистой стали.