Одиночные циклоны

Циклоны

Поле центробежных сил возникает при вращении воздушного потока, которое создается в специальных инерционных пылеуловителях, а конструктивно они достаточно разнообразны. К ним относятся, прежде всего, циклоны (сухие и мокрые), а также пылеуловители ротационного и вихревого типов.

Среди сухих пылеуловителей наиболее распространены циклоны. Они просты в изготовлении, надежно работают при высоких температурах и давлениях газов, имеют практически постоянное гидравлическое сопротивление и не изменяют фракционную эффективность с ростом запыленности газов.

В промышленности используются сухие одиночные и батарейные циклоны.

Одиночные циклоны. Циклон (рис. 5.7) обычно состоит из двух частей: цилиндрической трубы 1 и суживающеюся к низу конуса 3. Подвод воздушного потока в циклон может быть спиральной, тангенциальной, тангенциально-винтообразной.

Рис. 5.7. Схема работы циклона: а - геометрические параметры циклона; б - общий вид замкнутого потока воздуха.

Принцип действия циклона следующий. Пылегазовая смесь поступает по трубопроводу тангенциальному патрубку 2 в цилиндрическую часть циклона 1 по касательной к внутренней поверхности. В результате вращательного движения воздушного потока возникает центробежная сила

P=mv²/r, (5.7)

где m - масса частицы, кг; v - скорость частицы, м/с; r - радиус цилиндрической части циклона, м.

Твердые частицы при винтообразном движении газового потока прижимаются к внутренней поверхности циклона, перемещаются по спирали, теряют скорость, оседают внизу в центре конической части 3, откуда они выгружаются через выпускное отверстие патрубка 4 в бункер. Освобожденный от пыли воздух уходит в центральную часть циклона и направляется по внутренней трубе 5 в атмосферу или при многостадийной очистке отсасывается вентилятором и поступает на следующую, более эффективную ступень.

При движении в циклоне частица пыли испытывает помимо центробежных сил действие других сил: касательной и нормальной сил инерции, кориолисовой силы, сопротивления газа, силы тяжести, трения, электрических. Имеет место влияние на движение частицы и других факторов: воздействие друг на друга частиц при их массовом движении в циклоне, влияние формы частиц.

Но при теоретическом анализе движения частицы в циклоне вводят ряд упрощающих допущений, а именно: форму частиц принимают шарообразной, движение потока считают установившимся, принимают изолированное движение частицы, исключают силы трения частиц о стенки, электрические и тепловые силы, принимают переносную скорость движения частиц равной скорости потока газа, не учитывают движение частицы по поверхности циклона.

При этом движение частицы принимается сложным:

- переносное движение вместе с потоком со скоростью V_n;

- относительное (в радиальном направлении) под действием центробежной силы, которая в f_p раз больше силы тяжести:

, (5.8)

где f_p - фактор разделения.

Принимая, например, переносную скорость потока V_п = 20 м/с, D= 1 м,
r= 0,25 м, получим:

f_p = 202/0,25*9,81=164

Так как центробежная сила значительно больше силы тяжести, последней можно пренебречь.

При движении частица встречает на своем пути сопротивление воздуха, которое можно определить по формуле:

, (5.9)

где γ_г - относительная скорость частицы, м/с.

С увеличением размера частиц и уменьшением диаметра циклона эффективность очистки возрастает.

Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Накопительные бункеры независимо от тина циклона имеют цилиндрическую форму диаметром D_б, равным 1,5D для цилиндрических и (1,1-1,2)D для конических циклонов. При этом высота цилиндрической части бункера составляет 0,8D, а его днище выполняется с углом наклона 60° между стенками. Выходное отверстие бункера имеет диаметр 250 или 500 мм.

Для нормального функционирования избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. При этом во избежание конденсации паров жидкости температура газа выбирается на 30...50°С; выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции - не выше 400°С.

Конструктивно циклоны разделяют на цилиндрические и конические (с развитой конической частью).

Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем и рекомендованы к использованию для предварительной очистки газов на входе фильтров и электрофильтров.

Конические циклоны обладают повышенной эффективностью по сравнению с цилиндрическими; их используют для очистки газов от сажи.

К цилиндрическим относятся циклоны типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у и ЦН-24, к коническим - циклоны типа СКД-ЦН-33, СК-ЦН-34, и СК-ЦМ-34м, разработанные научно-исследовательским институтом по промышленной и санитарной очистке газов (НИИОГАЗ).

На рис. 5.8 приведены расчетные параметры этих циклонов, численные значения которых даны в табл. 5.2 и 5.3, а на рис 5.9 общая схема циклона НИИОГАЗ.

Определяющим размером является внутренний диаметр циклона. Для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров D, мм: 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000. В табл. 2.2 и 2.3 геометрические размеры циклонов даны в долях внутреннего диаметра D.