Циклоны и их расчет К аппаратам сухих центробежных пылеуловителей относятся циклоны, которые получили широкое распространение в системах газоочистки и аспирационной вентиляции. В зависимости от требований, предъявляемых к очистке газа, и дисперсного состава пыли циклоны применяют самостоятельно или используют в качестве аппаратов для грубой очистки газа в сочетании с другими аппаратами, предназначенными для тонкой очистки. В циклонах с достаточной полнотой газ очищается от пыли с размерами частиц более 5 мкм. Наиболее эффективно улавливается пыль, имеющая размеры частиц 15-20 мкм и выше. Эффективность очистки газов от пыли в циклонных аппаратах изменяется в широких приделах (50-100%) в зависимости от количества и свойств очищаемых газов и пыли, а также от конструктивных и эксплуатационных особенностей аппаратов. Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклоне. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться совершает поворот на 180˚ и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающегося потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что центробежные силы во много раз больше сил тяжести, в центробежных аппарата быстрее и полнее очищается газ от пыли по сравнению с очисткой в пылеуловителях. Кроме того, их можно располагать наклонно и даже горизонтально. Выбор типа и размеров циклонной установки производится по заданному расходу очищаемых газов на основании рекомендуемой оптимальной скорости газа в поперечном сечении циклона. При этом учитываются физико-химические параметры газа: температура, давление, влажность, свойства и дисперсный состав пыли, требуемая степень очистки, величины гидравлического сопротивления, технико-экономические показатели (эффективность очистки, стоимость аппарата и очистки), надежность эксплуатации. Одиночные циклона применяются для очистки сравнительно небольшого количества газа. В промышленных условиях при больших расходах газа рекомендуется устанавливать группы из 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 циклонов. Для очистки газов объемом более 80 тыс. м3/ч рекомендуется применять батарейные циклоны БЦ. В отличие от обычных циклонов, вращательное движение газа в элементах батарейного циклона достигается за счет тангенциального ввода путем размещения в них специальных устройств. Они представляют собой направляющие аппараты в виде винтов или розетки, состоящей из лопаток, устанавливаемых на выхлопной трубе каждого элемента под углом к оси 25-30˚. Расчет батарейных циклонов производится в том же порядке, как и для группы обычных циклонов. Считают, что движение частиц пыли в радиальном направлении к стенкам циклона происходит при равновесии центробежной силы, отбрасывающей частицу из вращательного газового потока, и силы сопротивления движению частицы со стороны газового потока. Из равновесия этих сил можно получить формулу. 𝑑п = 3√(𝑅22 −𝑅12 )𝜇 𝑤г √𝜌𝑛 𝜏 , Где µ - динамическая вязкость, Па·с, Wг – скорость газа, м/с, Ρп – плотность пыли, кг/м3, Τ – время, с. После ввода в циклон частица может пройти путь от внешней поверхности выхлопной трубы радиусом R1 до внутренней поверхности цилиндрической части корпуса циклона радиусом R2. Наибольший путь частицы в радиальном направлении составит R2 - R1. Из полученной формулы можно сделать следующие выводы. 1) С повышением скорости газа Wг улавливание пыли в циклоне будет улучшаться. Однако при скоростях газа выше оптимальных (20-25 м/с) завихренный газовый поток будет срывать успевшие осесть в циклоне частицы пыли и снова возвращать их в газовый поток. 2) Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем скорее и полнее они будут отделяться от газового потока и улавливаться в циклоне. 3) Чем выше температура газа, тем больше его вязкость и хуже проходит процесс улавливания пыли в циклоне. 4) Чем больше высота цилиндрической части циклона, тем выше эффективность его работы. 5) Чем больше диаметр цилиндрической части циклона, тем больший путь должна пройти частица в процессе выделения из газа, тем меньше будет центробежная сила, отбрасывающая частицу пыли к стенкам циклона и следовательно, меньше будет степень очистки газа. Поэтому одиночные сухие центробежные циклоны не рекомендуют делать диаметром более 1000 мм. Задание Исходные данные к задаче № 1 (циклон) Номер V0, варианта м3/ч 6 3600 ρ0, кг/м3 1,32 µ, Па·с 22,6·10-6 t, ˚С 101 Pб, кПа 101,3 Pг, Па Z1, г/м3 29 47 Выбрать циклон типа ЦН – 15, определить его гидравлическое сопротивление и эффективность при следующих исходных: расход газа при нормальных условиях V0 = 3600 м3/ч; плотность газа ρ0 = 1,32 кг/м3; температура газа t = 101˚С; вязкость газа µ = 22,6·10-6 Па·с; барометрическое давление Pб = 101,3 кПа; разряжение в циклоне Pг = 29 Па ; начальная концентрация пыли в газе Z1 = 47 г/м3. Циклон работает в сети без раскручивателя. Решение Определим плотность газа в рабочих условиях. 273(𝑃бар ± 𝑃г ) 273(101,3 ∙ 103 − 29) 𝑃г = 𝜌0 = 1,32 ∙ = 0,96 кг/м3 3 3 (273 + 𝑡г )101,3 ∙ 10 (273 + 101)101,3 ∙ 10 Найдем расход газа при рабочих условиях. 𝑉0 (273 + 𝑡г )101,3 ∙ 103 𝑉г = 273(101,3 ∙ 103 − 𝑃г ) 3600 ∙ (273 + 101)101,3 ∙ 103 𝑉г = = 4933,28 м3 /ч 273 ∙ (101,3 ∙ 103 − 29) Вычислим диаметр циклона. 𝐷ц = √ 𝑉г 1,37 =√ = 0,71 м, 0,785 ∙ 𝑤опт 0,785 ∙ 3,5 Где 𝑤опт – оптимальная скорость газа в циклоне, принимаем 3,5 м/с. Принимаем Дц = 0,70 м Определим действительную скорость газа в циклоне wд: 𝑤д = 𝑉г 1,37 = = 3,56 м/с 0,785 ∙ 𝐷ц2 0,785 ∙ 0,72 Невязка составляет (3,56-3,50)/3,56·100 = 1,61 Так как действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15%, остановимся на выбранном диаметре циклона и найдем его остальные параметры. Гидравлическое сопротивление циклона определим из выражения 𝜌г 𝑤г2 ∆𝑃 = 𝜗г 2 Где 𝜗г – коэффициент гидравлического сопротивления. Он зависит от ряда факторов – диаметра, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода из выхлопной трубы, т. е. 𝜗г = 𝐾1 𝐾2 𝜂г500 +𝐾3 Где 𝜗г500 - коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм; K1 - поправочный коэффициент, устанавливающий влияние диаметра циклона; K2 - поправочный коэффициент, устанавливающий влияние запыленности газа; K3 - поправочный коэффициент устанавливающий групповую компоновку циклонов. Коэффициенты 𝜗г500 , 𝐾1 , 𝐾2 , 𝐾3 приведены в прил. 1. Коэффициент гидравлического сопротивления циклона составит: 𝜗г = 𝐾1 𝐾2 𝜂г500 𝜗г = 1 ∙ 0,91 ∙ 155 = 141,05 Отсюда: 𝜌г 𝑤г2 0,96 ∙ 3,562 ∆𝑃 = 𝜗г = 141,05 ∙ = 858,05 Па 2 2 Определим размер частиц d50, устанавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50%: 𝑑50 = 𝐷𝜌чм 𝜇𝑤т 0,7 ∙ 1930 ∙ 22,6 ∙ 10−6 ∙ 3,5 = 4,5 ∙ √ 𝐷т 𝜌ч 𝜇т 𝑤д 0,6 ∙ 3000 ∙ 22,2 ∙ 10−6 ∙ 3,56 𝑑 50 𝑇 √ Где 𝐷т , 𝜌чм , 𝑤т – табличные величины, соответствующие условиям, при которых получена табличная величина 𝑑 50 𝑇 = 4,5 мкм, характерная данному типу циклона; 𝐷т , 𝜌ч , 𝜇т , 𝑤д – величины, соответствующие условиям работы циклона. Степень очистки газа в циклоне находят по зависимости 𝜗 = 𝜑 (𝑋) . аргумент функции 𝜑(𝑋) определяется по формуле: lg 𝑋= 𝑑𝑚 Т 𝑑50 √𝑙𝑔2 𝜎𝜗𝑇 + 𝑙𝑔2 𝜎𝜗 Где 𝜎𝜗𝑇 - табличное значение, характеризующее дисперсию частиц, улавливаемых в циклоне. 𝑙𝑔𝜎𝜗 = 𝑙𝑔 𝑑84,1 17 = 𝑙𝑔 = 0,53 𝑑𝑚 5 Где 𝑑84,1 = 17 мкм находим из графика. 5 4,64 𝑋= = 0,0509. √0,3522 + 0,532 lg Из таблицы для величины 𝑋 = 0,0509 находим значение 𝜑(𝑋) = 0,5198. Эффективность циклона определяем из выражения, %: 𝜂 = 50 ∙ (1 + 𝜑(𝑋)) = 50 ∙ (1 + 0.5199) = 75,995. Конечная запыленность газа составит, г/м3: 𝑍2 = (1 − 𝜂) ∙ 𝑍1 = (1 − 0,75995) ∙ 47 Выводы: Рассмотрим принцип работы циклона и влияние на его работу различных факторов: скорости газа, гранулометрического состава пыли, температуры и диаметра цилиндрической части циклона. Проведен расчет циклонного аппарата типа ЦН – 15. Определено его гидравлическое сопротивление и эффективность работы, а также конечная запыленность газа. Расчет рукавного фильтра Задание Необхоодимо рассчитать рукавный фильтр из ткани лавсан, предназначенный для очистки газов электросталеплавильной печи при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях Температура газа перед фильтром Барометрическое давление Разрежение перед фильтром Динамический коэффициент вязкости Плотность газа Концентрация пыли в газе перед фильтром Среднемедианный размер частиц пыли Гидравлическое сопротивление фильтра Регенерация осуществляется обратной продувкой со встряхиванием в течение Решение Учитывая допустимую температуру газа для ткани лавсан, равную , опрделим подсос воздуха с температурой до Из уравнения теплового баланса при условии, что теплоемкости смеси, газа и воздуха равны следует, что расход воздуха на охлаждение газа при нормальных условиях составит: Рсход газа, идущего на фильтровании при нормальных условиях составит: При рабочих условиях будем иметь: Найдем запыленность газа перед фильтром в рабочих условиях: Удельная газовая нагрузка на фильтр составит: Где - нормативная величина - для регенерации с обратной продувкой - при начальной рабочей запыленности - при - при - при остаточной концентрации пыли более
