Циклонная установка

    изготовляют в климатических исполнениях: У1-4 и УХЛ4 по ГОСТ 15150-69.

Преимущества предлагаемых пылеулавливающих агрегатов:

• эффективная очистка воздуха в помещениях;
• экономия энергии на подогрев наружного воздуха;
• локализация отходов в бункер-накопитель (пыли, стружки и др.).

Циклоны могут использоваться как для предварительной очистки  газов и устанавливаться перед  тканевыми фильтрами или электрофильтрами, так и самостоятельно.

В зависимости от расхода очищаемого газа циклоны могут устанавливаться по одному (одиночные циклоны) или объединяться в группы из двух, четырех, шести или восьми циклонов (групповые циклоны). Циклоны могут применяться для очистки газов от нескольких сотен до сотен тысяч кубометров в час.

Циклоны могут изготавливаться  с «левым» и «правым» вращением газового потока. Обычно «правым» принято называть вращение потока в циклоне по часовой стрелке (если смотреть со стороны выхлопного патрубка), «левым» - вращение потока против часовой стрелки. Направление вращения выбирают исходя из условий компоновки циклона в схеме, а также расположения циклонов в группе.

Эффективность очистки газа в циклоне в основном определяется его типом, размером, дисперсным составом и плотностью частиц улавливаемой пыли, а также вязкостью газа. С уменьшением диаметра циклона и повышением до определенного предела скорости газа в циклоне эффективность очистки возрастает.

Особенностью работы циклонов является то, что эффективность очистки газа резко снижается при подсосе атмосферного воздуха внутрь циклона, особенно через бункер. Экспериментальные исследования показали, что 1 % подсоса воздуха снижает эффективность очистки на величину от 1 до 4 %, поэтому подсос должен быть сведен к минимуму.

Для пыли заданного дисперсного  состава она может быть рассчитана исходя из кривых фракционной эффективности, приведенных в соответствующих  нормативных материалах, таких как: «Руководящие указания по Проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации циклонов НИИОГАЗ» (Всесоюзное объединение по очистке газов и пылеулавливанию, Ярославль, 1971), и ряде других.

Важной величиной, характеризующей  энергетические затраты на очистку  газа циклоном, является его коэффициент гидравлического сопротивления. Коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов, приведенные в специальном каталоге, отнесены к средней скорости газов в поперечном сечении цилиндрической части корпуса циклонов.

Другой, весьма важной характеристикой циклона, является его стойкость к абразивному износу, которая определяет долговечность работы аппарата. Абразивный износ возникает вследствие концентрации частиц у стенок циклона и динамического воздействия частиц со стенками.

Исследования характера износа различных элементов циклона показывают, что наибольший износ наблюдается в верхней части корпуса циклона на участке входа запыленного газа в циклон и внизу конической части циклона. Интенсивность абразивного износа циклонов в зависимости от конкретных условий эксплуатации может достигать 12-20 мм в год.

Циклоны пылеуловители (рис. 1) состоят из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 3. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20–30 м/с) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник 5. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу 6.

Движение частиц пыли в  циклоне обусловлено в основном вращательным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.

Фиктивная скорость очищаемого газа (в м/с) в цилиндрической части циклона может быть определена по формуле

где ρ – плотность  газа, кг/м³.

Для широко распространенных циклонов НИИОгаз отношение Δр/ρ равно 500 – 750 м²/с². Значение коэффициента гидравлического сопротивления ζ_п , отнесенного к w_n, принимают, согласно опытным данным, после чего определяют диаметр D цилиндрической части циклона по уравнению расхода. Остальные размеры аппарата  находят по значению D.

Степень очистки газов  определяют по нормалям и номограммам, составленным на основе опытных данных, в зависимости от фракционного состава пыли и ее плотности, начальной запыленности газов, допускаемого гидравлического сопротивления и т. д.

Циклоны из углеродистой стали (нормализованные) применяются  для очистки газов, имеющих температуру не более 673 К (400 °С). Газы с более высокими температурами очищают в циклонах, изготовленных из жаропрочных материалов; в этих случаях корпус циклона часто футеруют изнутри термостойкими материалами (шамотным кирпичом, огнеупорными плитками и др.).

Наиболее низкая температура  газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15–20 ^оС выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.

Как известно, степень  очистки газа в циклонах зависит  от величины фактора разделения     К_р = w²/rg. Из этого выражения видно, что степень очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возрастание гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются  батарейными циклонами, или  мультициклонами.

1.2 Очистка запыленных газов в батарейном циклоне

На рис. 2 показан  батарейный циклон, состоящий из параллельно работающих циклонных элементов, смонтированных в общем корпусе 1. Запыленный газ через входной патрубок 2 попадает в газораспределительную камеру 3, ограниченную трубными решетками 4, в которых герметично закреплены циклонные элементы 5. Газ равномерно распределяется по отдельным элементам, действие которых основано на том же принципе, что и работа обычных циклонов. Очищенный газ выходит из элементов в общую камеру и удаляется через патрубок 6. Пыль собирается в коническом днище (бункере) 7.

Устройство циклонных элементов показано на рис. 3. Газ поступает в элементы не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом 1 и выхлопной трубой 2. В кольцевом зазоре установлено закручивающее лопастное устройство 3 в виде «винта» (рис. 3, а), имеющего две лопасти, наклоненные под углом 25°, или «розетки» (рис. 3, б) с восемью лопатками, расположенными под углом 25° или 30°. При помощи такого устройства обеспечивается вращение газового потока. Пыль из элемента ссыпается через пылеотводящий патрубок 4 в общую пылесборную камеру аппарата.

Широко распространенные батарейные циклоны изготовляются с нормализованными элементами диаметром 100, 150 и 250 мм; они рассчитаны на очистку газов с содержанием пыли 0,05–0,1 кг/м³. Степень очистки газа в батарейных циклонах несколько отличается от степени очистки его в обычных циклонах (см. рис. 1) и составляет 65–85% (для. частиц диаметром 5 мкм), 85–90% (для частиц диаметром 10 мкм) и 90 – 95% (для частиц диаметром 20 мкм).

Для нормальной работы батарейного  циклона необходимо, чтобы все его элементы имели одинаковые размеры, а очищаемый газ – равномерно распределялся между элементами. В этих условиях гидравлическое сопротивление элементов будет одинаковым.

Батарейные циклоны целесообразно  применять, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и исключена возможность ее прилипания к стенкам аппарата, что затрудняло бы очистку элементов. Батарейные циклоны обычно используют, когда расходы запыленного газа велики и применение нескольких обычных циклонов менее экономично.

Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции (не имеют движущихся частей) и могут быть использованы для очистки химически активных газов при высоких температурах. По сравнению с аппаратами, в которых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести или инерционных сил, циклоны обеспечивают более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.

К недостаткам циклонов относятся: сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400–700 Н/м²,_, или 40–70 мм вод. ст.), невысокая степень улавливания. частиц размером менее 10 мкм (70–95%), механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.

В циклонах рекомендуется  улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.

 

 

 

2. Технологическая  схема батарейного циклона и  его элементов

 

 

 

 

Рис. 1. Циклон конструкции НИИОгаз. 1 – корпус; 2 – коническое днище; 3 – крышка; 4 – входной патрубок; 5 – пылесборник; 6 – выхлопная труба.

 

 

 

 

 

            

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Батарейный   циклон:

1 – корпус циклона;

2 – входной патрубок;

3 –газораспределительная камера;

4 – трубные решетки;                    

5 – циклонные элементы;

6 – выходной патрубок для очищенного газа;             

7 – коническое днище (бункер).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Элементы батарейного циклона:

а – элемент с закручивающим устройством  «винт»;  

б – элемент с закручивающим устройством «розетка»;

1 – корпус элемента;

2 – выхлопной патрубок;

3 – закручивающее устройство;

4 – пылеотводящий патрубок.

 

 

3.Технологический расчет батарейного циклона

Условие:

В батарейном циклоне (рис. 4) требуется  очищать от пыли 7700 м³/ч газа при температуре 300 °С. Плотность газа (при 0 °С и 760 мм рт. ст.)     1,3 кг/м³ . Барометрическое давление составляет 98 634 Н/м² (750 мм рт. ст.). На входе в батарейный циклон газы находятся под разрежением      294,0 Н/м² (30 мм вод. ст.). Гидравлическое сопротивление батарейного циклона не должно превышать 392  Н/м² (40 мм  вод. ст.). Плотность пыли 2400 кг/м3. Запыленность газа 50 г/м³ при 0 °С и 700 мм рт. ст. Пыль слабо слипающаяся.

 

Решение.

 Характеристики циклонных элементов типа БЦ с розеточным направляющим аппаратом в случае улавливания слабо слипающейся пыли с плотностью 2400 кг/м³ при Δр/ρ = 736 м²/с²  (или Δр/γ =75 м ) приведены в табл. 2.

На основании данных этой таблицы выбираем циклонные элементы диаметром 150 мм (допускаемая запыленность газа до 35 г/м³).

Определим плотность газа при рабочих  условиях:

 ρ = ρ 0 ∙ (T/T+t)∙(p/p0)

ρ = = 0,609 (кг/м³).

По условию потеря Δр не должно превышать 392 Н/м² ( 40 мм вод. ст. ).

Соотношение Δр/γ =  392/ 0,609 = 643,6( м²/с²) (или Δр/γ = 40/0,609=65,7 м) не выходит из рекомендуемых пределов 540 – 736 м²/с²      ( или 55 – 75 м ).

Для направляющего аппарата типа розетки с углом наклона лопастей к горизонтали 25^о коэффициент гидравлического сопротивления ξ = 90.

Скорость газа в цилиндрической части циклонного элемента w_ц определяем из формулы:

 

Расход газа на один элемент батарейного  циклона:

V₁ = 0,785D² ∙ 3600w_Ц = 0,785·0,150²·3600·3,78 = 240 (м³/ч) .

Требуемое число элементов: n = 7800(м³/ч) / 240(м³/ч) = 32,5 (шт.).

Принимаем:

п = 32 шт.

Располагаем их в четыре ряда по ходу газа (восемь элементов в каждом ряду).

 

Таблица 2

Диаметр элемента, мм	Наибольшая  допускаемая запылённость,г\м3 (при 0 оС и 760 мм рт. ст.	Степень улавливания  пыли (%) при диаметре частиц:			Коэффициент гидравлического сопротивления  ξ при угле наклона лопастей
		5 мкм	10 мкм	15 мкм	25о	30о
250	75	72	84	93	90	65
150	35	78	88	95
100	15	82	91	96