Типы циклонов. Механизм пылеулавливания в циклоне. Порядок подбора типоразмера циклона. Степень очистки газов в циклоне. Факторы, определяющие степень очистки в циклоне.
ЦИКЛОНЫ
ЦИКЛОНЫ, устройства для отделения твердых частиц от газа; центробежные пылеуловители (см. Пылеулавливание), конструктивные элементы которых обеспечивают вращат.-поступат. движение газового потока.
П
ринципиально
циклоны работает по след. схеме (рис.
1). Обеспыливаемый газ поступает в
образующую кольцевое пространство
аппарата цилиндрич. часть, где движется
по спирали с возрастающей скоростью от
периферии к центру, спускается по
наружной спирали, затем поднимается по
внутр. спирали и выходит через выхлопную
трубу. Под действием центробежной силы
частицы пыли отбрасываются к стенке
циклоны и вместе с частью газа попадают
в бункер. Часть освободившегося от пыли
газа возвращается из бункера в циклоны
через центр пылеотводящего отверстия,
давая начало внутр. вихрю.
Рис. 1. Схема течения газовых потоков в циклоне. 1, 4 - входной и отводящий патрубки; 2 - корпус; 3 - пылевой бункер.
Отделение частиц от попавшего в бункер газа происходит при перемене направления их движения на 180° под действием сил инерции. По мере движения данной части газа в сторону выхлопной трубы к ним присоединяются порции газа, не попавшего в бункер. Это не вызывает существ. увеличения выноса пыли в трубу, т. к. распределенное на довольно большом отрезке длины циклоны перетекание газа происходит со скоростью, недостаточной для противодействия движению частиц к периферии аппарата. Значительно большее влияние на полноту пылеулавливания оказывает движение газа в области пылеотводящего отверстия. Поэтому частицы чрезвычайно чувствительны к подсосам газа через бункер из-за увеличения объема потока, движущегося навстречу улавливаемой пыли. Отсюда видна важная роль бункера при осаждении частиц пыли в циклоны; использование таких аппаратов без бункеров или с бункерами уменьшенных размеров приводит к снижению эффективности пылеулавливания.
К
онструкции
циклоны весьма разнообразны. На рис. 2
представлены осн. виды циклонных
пылеуловителей. циклоны различаются
по способу подвода газа, который м. б.
спиральным (рис. 2,а), тангенциальным,
или обычным (рис.2,б), винтообразным (рис.
2,в) и осевым; циклоны с осевым (розеточным)
подводом газа работает как с возвратом
газа в верх. часть аппарата (рис. 2,г), так
и без него (рис. 2,д). Аппараты последнего
типа (т. наз. прямоточные циклоны)
отличаются низким гидравлич. сопротивлением
и меньшей по сравнению с циклоны иных
типов эффективностью пылеулавливания.
Простота конструкции прямоточных
циклоны облегчает нанесение на них
футеровки, что позволяет применять эти
аппараты для осаждения крупных абразивных
частиц пыли.
Рис. 2. Основные виды циклонов: а - спиральный; б - тангенциальный; в -винтообразный; г - розеточный с возвратом газа; д - розеточный прямоточный.
Гидравлич. сопротивление циклоны (Па) рассчитывают по ф-ле:
где - коэф. гидравлич. сопротивления; v - скорость газа в произвольном сечении, относительно которого вычислен (обычно определяют для наиб. сечения, характеризуемого диаметром D); - плотн. газа.
Несмотря на кажущуюся простоту циклоны, протекающие в них гидродинамич. процессы достаточно сложны и не поддаются аналит. решению без ряда допущений. Поэтому в условиях преобладающей роли в циклоны центробежного механизма осаждения самый простой и надежный метод расчета эффективности работы циклоны базируется на применении критериальной зависимости:
где
-
критерий Стокса; dч и - диаметр и плотн.
частиц пыли; - динамич. вязкость газа.
Из выражения (2) м. б. получена общая ф-ла:
где d50 - диаметр частиц, улавливаемых в циклоны с эффективностью = 0,5.
Фракционная
эффективность пылеулавливания в циклоны
подчиняется обычно логарифмически-нормальному
закону распределения улавливаемых
частиц по размерам. Поэтому отвечает
интегралу вероятности, табличное
значение которого находится в зависимости
от величины
где
lg
и
lg
- дисперсии распределения частиц по
размерам и фракционной эффективности
пылеулавливания
; dM - т. наз. медианный диаметр частиц
пыли. В пром. практике циклоны принято
разделять на высокоэффективные и
высокопроизводительные. Аппараты
первого типа требуют больших затрат на
очистку газа; циклоны второго типа имеют
небольшое гидравлич. сопротивление, но
хуже улавливают мелкие частицы. Широкое
применение находят ци-линдрич. и конич.
циклоны НИИО-газ. Цилиндрич. аппараты
отличаются удлиненной цилиндрич. частью
и винтовым подводом газа; коэф.
относительно невысок (75-245). Конич.
аппараты имеют длинную конич. часть,
спиральный входной патрубок и малое
отношение диаметров выхлопной трубы и
корпуса (0,34 или 0,22), характеризуются
высоким коэф. (1150 или 1200). Цилиндрич.
аппараты относятся к высокопроизводительным
циклоны с диаметром не более 2 м, конические
- к высокоэффективным с диаметром до 3
м.
Групповые циклоны При больших расходах очищаемого газа применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклоны, повышает эффективность пылеулавливания. Группа циклоны, составленная обычно из цилиндрич. аппаратов, имеет общие коллектор загрязненного газа, сборник очищенного газа и пылевой бункер. Отвод обеспыленного газа от циклоны группы осуществляют либо через специклоны устройства (улитки), устанавливаемые на каждом аппарате и объединяемые общим коллектором, либо непосредственно через него. Использование улиток уменьшает общую высоту группы. При равной производительности цилиндрич. конич. аппараты отличаются большими габаритами и поэтому в групповом исполнении не применяются.
Батарейные циклоны (рис. 3). Из выражения (3) следует, что эффективность очистки газа в циклоны можно повысить путем увеличения скорости газа или уменьшения диаметра аппарата. Однако возрастание скорости связано со значит. увеличением гидравлич. сопротивления. Поэтому для повышения эффективности работы циклоны желательны уменьшение их диаметра и замена одного аппарата несколькими малого диаметра. Такой принцип положен в основу устройства батарейного циклоны (рис. 3,а). Последний состоит из многих (неск. десятков) параллельно работающих элементов (рис. 3,б) - циклоны небольшого диаметра, смонтированных в общем корпусе. Поступая в него, запыленный газ входит в газораспределит. камеру, ограниченную трубными решетками, в которых герметично укреплены циклонные элементы. Обеспыленный газ удаляется через выхлопные трубы элементов в общую камеру, а пыль собирается в конич. днище (пылесборнике).
Благодаря невысокой стоимости, простоте устройства и обслуживания, сравнительно небольшому гидравлич. сопротивлению и высокой производительности циклоны являются наиб. распространенным типом сухих мех. пылеуловителей.