Расчет циклонов

Расчет циклонов по теоретическим формулам ввиду сложности процессов практически невозможен. Поэтому для расчетов пользуются эмпирическими зависимостями.

Важной характеристикой работы циклонов является условная скорость, которая представляет собой отношение объемного расхода газов при рабочих условиях к полному поперечному сечению циклона в цилиндрической части (м/с):

w_ц = , (2.7)

где V – объемный расход газов, проходящих через циклон при рабочих условиях, м/с; F - поперечное сечение циклона в цилиндрической части, м².

Опыт показывает, что условная скорость газа имеет для каждого типа циклонов оптимальное значение w_опт , от которого она не должна отклоняться более чем на 15%. Для циклонов типа ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-11 оптимальная скорость составляет 3,5 м/с, для циклонов ЦН-24 – 4,5 м/с, для циклонов СДК-ЦН-33 – 2,0 м/с, для циклонов СК-ЦН-34 – 1,7 м/с. При скоростях газов в циклоне w_ц, выходящих за указанные пределы в большую сторону, превышается расход энергии, в меньшую сторону – понижается эффективность.

Гидравлическое сопротивление циклона p (Па) можно определить по известной формуле механики газов:

p = , (2.8)

где  - коэффициент сопротивления циклона; w_ц - условная скорость газов, отнесенная к полному сечению циклона, м/с; _г - плотность газов при рабочих условиях, кг/м³.

Коэффициент сопротивления циклона  зависит от ряда факторов: диаметра циклона, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода газов из выхлопной трубы и некоторых других и может быть рассчитан по формуле:

 = К₁К₂₅₀₀+К₃, (2.9)

где ₅₀₀ - коэффициент сопротивления стандартного циклона диаметром 500 мм (при наличии на выходе раскручивателя коэффициент сопротивления снижается на 20…25 %); К₁ - поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона; К₂ - поправочный коэффициент на влияние запыленности газа; К₃ =35 - поправочный коэффициент на влияние групповой компоновки циклонов (для одиночных циклонов К₃ =0).

Численные значения коэффициентов ₅₀₀, К₁, К₂ и расчетных параметров циклонов НИИОгаз приведены в таблицах 2.1-2.3:

Расчет эффективности циклонов по теоретическим формулам практически невозможен. Большой опыт, накопленный при испытаниях циклонов в промышленных условиях и на специальных стендах, позволил разработать методы расчета циклонов, основанные на полученных экспериментальных данных. Наиболее обобщенным и надежным является метод расчета эффективности с использованием элементов теории вероятностей.

Таблица 2.1

_{Коэффициент сопротивления циклона 500}

Тип циклона	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-15у	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
d/D	0,59	0,59	0,59	0,59	0,33	0,34
500	245	155	165	75	520	1050
500	250	163	170	80	600	1150
Примечание: 500 – для циклона с выходом в сеть, 500 – для циклона с выходом в атмосферу.

Таблица 2.2

_{Поправочный коэффициент К}1

Тип циклона	Диаметр циклона, D , мм
	150	200	300	400	500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,00
ЦН-15, ЦН15у, ЦН-24	0,85	0,90	0,93	1,00	1,00

Таблица 2.3

_{Поправочный коэффициент К}2

Тип циклона	Начальная запыленность, г/м3
	1	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1,00	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	0,85
ЦН-15	1,00	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15у	1,00	0,93	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24	1,00	0,95	0,93	0,97	0,90	0,87	0,86
СДК-ЦН-33	1,00	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-ЦН-34	1,00	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90

Как отмечалось выше, дисперсный состав пыли можно характеризовать двумя параметрами: среднемедианным размером d_m и среднеквадратичным отклонением lg_п функции распределения. Кривые парциальной эффективности циклонов также могут быть охарактеризованы двумя аналогичными параметрами: и lg , численные значения которых для различных типов циклонов конструкции НИИОгаз приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Параметры и lg для различных типов циклонов

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15у	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95
lg	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308

Приведенные в табл. 2.4.данные соответствуют следующим условиям работы циклонов:

• скорость газов w_Т =3,5 м/с;

• диаметр циклона D_Т = 0,6 м;

• плотность частицы пыли _пТ = 1930 кг/м³;

• динамический коэффициент вязкости газа _Т = 22,210^-6 Нс/м²

Математическая обработка уравнения для вероятностных функций дает следующее выражение для полного коэффициента очистки газа в циклоне:

 = Ф(x). (2.10)

Величина аргумента x применительно к циклонам может быть определена из выражения:

x = . (2.11)

Численное значение функции Ф(x) находят в зависимости от величины аргумента x по таблице 2.5.

Входящая в формулу (2.11) величина d₅₀ представляет собой размер частиц, осажденных при фактических условиях работы выбранного циклона с эффективностью 50 %. Эта величина может быть найдена из выражения:

d₅₀ = , (2.12)

где D_T, _чТ, _Т, w_Т - параметры, соответствующие условиям, при которых получены табличные значения и lg ; D, _ч, , w - параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона.

Таблица 2.5