Таблица 5.14

Поправочный коэффициент к2 на запыленность газов

Тип циклона	Поправочный коэффициент к2 при запыленности газа, г/м3
	0	10	20	4 0	80	120	150
ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М	1 1 1 1 1 1 1	0,96 0,93 0,93 0,95 0,81 0,98 0,99	0,94 0,92 0,92 0,93 0,785 0,947 0,97	0,92 0,91 0,91 0,92 0,78 0,93 0,95	0,9 0,9 0,89 0,9 0,77 0,915 —	0,87 0,87 0,88 0,87 0,76 0,91 —	0,5 0,86 0,87 0,86 0,745 0,9 —

Таблица 5.15

Коэффициент к3 , учитывающий дополнительные потери давления, связанные с групповой компоновкой

Характеристика группового циклона	Значения коэффициента
Круговая компоновка, нижний организованный подвод Прямоугольная компоновка, организованный подвод, циклонные элементы расположены в одной плоскости То же, но улиточный отвод из циклонных элементов Прямоугольная компоновка. Свободный подвод потока в общую камеру	60 35 28 60

Практика показывает, что эффективность очистки воздуха в циклонах на практике оказывается несколько ниже, чет расчетная. Это объясняется в первую очередь нарушениями при эксплуатации циклонов (см. гл. 12).

Для повышения эффективности очистки циклоны иногда устанавливаются последовательно. В этом случае общая степень очистки газа определяется с помощью выражения:

, (5.36)

где ₁, ₂, … _n — коэффициенты очистки газов в первом, втором и последующих циклонах, определяемые с учетом изменения дисперсного состава пыли. Последнее учитывать достаточно сложно, поэтому коэффициент очистки газов в установке, состоящей из двух или более последовательно установленных циклонов, удобно определять по графикам парциальных проскоков через каждый из циклонов, составленным в вероятностно-логарифмической системе координат. Расчет ведется в следующей последовательности:

Таблица 5.16

Значение коэффициента 0

Тип циклона	Диаметр, мм	Значение 0
		Без улитки	С улиткой на выхлопной трубе
ЦН-11	450	6,1	5,2
ЦН-15	450	7,6	6,7
ЦН-15У	450	8,2	7,5
ЦН-24	450	10,9	12,5
СИОТ		6,0	4,2
ВЦНИИОТ	370	9,3	10,4

1. По формуле (5.34) определяют значения d₅₀ для каждого из установленных циклонов

2. Определяют значения d_15.9 для каждого из циклонов по уравнению

lg d_15,9 = lg _ + lg d₅₀. (5.37)

3. В вероятностно-логарифмической системе координат (ординаты сетки должны быть представлены в относительных долях) наносят точки d₅₀ и d_15,9 для каждого из циклонов. Точки d₅₀ и d_15,9 соединяют прямыми линиями парциальных проскоков через циклоны.

4. Определяют общий парциальный проскок через систему из двух последовательно установленных циклонов:

, (5.38)

где _1–2 — общий парциальный проскок; ₁, ₂ — парциальный проскок для первого и второго циклона соответственно.

Кривую _1–2 наносят на тот же график.

5. Проводят прямую линию, аппроксимирующую кривую _1–2, и находят значения d₅₀ и lg _ = lg d_{15,9 —} lg d₅₀, характеризующие эту прямую.

6. По формуле (5.37) определяют параметр Х и исчисляют коэффициент очистки газов по уравнению.

Прямоточные циклоны. Особенностью таких циклонов является прямоточное (без изменения направления) движения газового потока (рис. 5.15, д). Ввод и вывод газа в таких аппаратах осуществляется с противоположных концов. Преимуществом прямоточных циклонов является малое гидравлическое сопротивление, упрощенный монтаж как одиночных, так и групповых аппаратов, возможность футеровать изнутри износоустойчивым материалом. К недостаткам следует отнести малую эффективность очистки. Поэтому, прямоточные циклоны могут использоваться как первая ступень для грубой очистки газов от крупных частиц. Закрутка газа в прямоточных циклонах может осуществляться как за счет тангенциального ввода запыленного газа, так и за счет установки в циклоне различных направляющих аппаратов. Эффективность работы может быть увеличена путем выбора оптимальных соотношений геометрических размеров отдельных узлов и деталей. Применение циклонов оправдано при очистке газов от крупнодисперсной пыли. Если содержание мелкодисперсной фазы в газовом потоке невелико, то прямоточные циклоны можно использовать в качестве самостоятельных пылеуловителей.

На рис. 5.27 показана схема наиболее распространенного из прямоточных циклонов — циклона конструкции ЦКТИ, предназначенного для предварительной очистки газов. Запыленный газ вводится в цилиндрический корпус аппарата 3 по тангенциальному штуцеру 5, благодаря чему газ приобретает вращательное движение вокруг вставки 4. Выделяющаяся из газового потока пыль собирается в конусной части циклона 1 и выводится наружу. Очищенный газ проходит раскручиватель 6 и выводится из аппарата по газоходу 2. Скорость газового потока в аппаратах составляет 5–6 м/с.

Примером аппарата с направляющим элементом является циклон, разработанный в МИХМе (рис. 5.28). Циклон состоит из корпуса 2, в котором размещены направляющий аппарат 1, внутренняя конусоцилиндрическая вставка 3, входной коллектор 7 и патрубок для отвода очищенного газа 10. В верхней части снаружи размещен бункер 6 для промежуточного отбора пыли. Запыленный газ поступает в циклон сверху. Проходя через направляющий аппарат, он получает вращательное движение. Под действием центробежных сил пылевые частицы отбрасываются к периферии. Промежуточный отбор пыли осуществляется через окна 5, выфрезерованные в стенке корпуса 2 и выходящие в бункер 6. Основное количество пыли собирается в бункере 11, куда она попадает, пройдя через кольцевое сечение 8 между корпусом циклона 2 и входным коллектором 7, внутри которого размещен спрямляющий аппарат 9. Очищенный газ отводится по патрубку 10. Эффективность очистки при дисперсности пыли, равной 47 мкм, составляет 97–98%.

Рис. 5.27. Схема прямоточного циклона типа ЦКТИ

Рис. 5.28. Схема прямоточного циклона конструкции МИХМа

При расчете прямоточных циклонов возможно использовать метод, разработанный Белевицким. В основе метода лежит приведение полидисперсной пыли к монодисперсной, с последующим определением условного времени осаждения, по которому выбирается типоразмер циклона.

Групповые циклоны. C увеличением диаметра циклона, при постоянной тангенциальной скорости потока, центробежная сила, воздействующая на пылевые частицы, уменьшается, и эффективность пылеулавливания снижается. Кроме того, установка одного высокопроизводительного циклона вызывает затруднение из-за его большой высоты. В связи с этим, в технике пылеулавливания широкое применение нашли групповые и батарейные циклоны. В групповых циклонах (рис. 5.29) несколько циклонов компонуют в группу; при этом они имеют общий коллектор для подачи запыленного и отвода очищенного газа, а также общий бункер для сбора пыли. Размещают групповые циклоны двухрядным способом по 2–8 шт., либо вокруг вертикального входного патрубка по окружности по 10–14 шт.

В групповых компоновках, по нормам НИИОгаза, применяются циклоны типа ЦН-15, а по типовым нормам, утвержденным Госстроем СССР, циклоны типа ЦН-11. Конические циклоны, при равных производительностях с цилиндрическими, отличаются от последних большими габаритами и поэтому обычно не применяются в групповом исполнении.

Степень очистки в группе циклонов принимается равной степени очистки в одиночном циклоне, входящем в эту же группу, хотя экспериментально это не доказано. Есть некоторые основания предполагать, что она несколько ниже, чем в одиночном циклоне. При расчете в формулы (5.28 и 5.29) в знаменатель добавляется количество циклонов N.

а) б)

Рис. 5.29. Установка группового циклона двухрядным способом (а) и по окружности (б)

Группа циклонов снабжается общим бункером для сбора пыли. Диаметр пылевыпускного отверстия бункера принимается большим, чем угол естественного отсоса пыли; обычно он составляет 55–60. Пылевые бункера циклонных групп могут иметь либо круглую, либо прямоугольную форму. Для групп из двух или и четырех циклонов применяют обе формы бункеров, а для групп из шести или восьми циклонов только прямоугольные. Необходимые объемы пылевых бункеров определяются их назначением. Объем бункера, оборудованного устройствами для непрерывной выгрузки пыли, может быть выбран меньшим, чем объем бункера, предназначенного для накопления и периодической выгрузки пыли.

При уменьшении поступающего на очистку в групповой циклон газа необходимо предусматривать возможность отключения части элементов для обеспечения рекомендуемой скорости газа на входе в циклон.

При установке группы циклонов с одним общим бункером для пыли, во избежание перетока газа из одного циклона в другой, элементы в группе должны быть однотипными. Система подвода и отвода газа должна обеспечивать равномерное его распределение между циклонами, входящими в группу.

Не допускается установка шиберов и дросселей на входных патрубках и выходных трубах групповых циклонов, во избежание нарушения равенства их гидравлического сопротивления.

Батарейные циклоны. Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого числа параллельно включенных циклонных элементов, которые заключены в один корпус, имеющий общий подвод 4 и отвод 6 газов, а также сборный бункер 1 (рис. 5.30).

Количество циклонных элементов может достигать нескольких сотен. Так, батарейный циклон производительностью 65000 м³/ч содержит 792 циклонных элемента.

Рис. 5.30. Батарейный циклон с аксиальной подачей и закруткой газа с помощью направляющих аппаратов

В отличие от обычных циклонов, сообщение газовому потоку вращательного движения, необходимого для выделения пыли, в элементах батарейного циклона достигается не подводом к ним газов по касательной, а установкой в каждом циклонном элементе направляющего аппарата. Снижение диаметра циклонного элемента в этом случае преследует цель увеличения эффективности очистки, которая несколько возрастает с уменьшением диаметра. В результате размеры батарейного циклона (в плане) меньше размеров обычных циклонов одинаковой производительности. Однако, в отличие от обычных циклонов, батарейные циклоны более сложны в изготовлении и соответственно дороже.

Рис. 5.31. Элементы батарейных циклонов:

а — с направляющим аппаратом типа «винт»; б — с направляющим аппаратом типа «розетка»; в — с направляющим аппаратом типа «розетка» с безударным входом; г — циклонный элемент прямоточного батарейного циклона

Обеспыливаемый газ через входной патрубок 4 поступает в распределительную камеру, откуда он выходит в кольцевые зазоры между корпусами 2 и выхлопными трубами 3 циклонных элементов. В зазорах установлены направляющие аппараты, закручивающие газовый поток таким образом, что создающаяся центробежная сила отбрасывает частицы пыли к стенкам корпусов элементов и пыль ссыпается через пылеотводящие отверстия в сборный бункер 1. Очищенный газ через выхлопные трубы поступает в камеру 5. Для крепления корпусов элементов и выхлопных труб служат, соответственно, нижняя и верхняя трубные доски 7. Поступившая в бункер пыль отводится в систему пылетранспорта.

Циклонный элемент состоит из корпуса, выхлопной трубы и направляющего аппарата (рис. 5.31). Газ из распределительной камеры поступает в элементы по оси. Лопатки направляющего аппарата сообщают газу вращательное движение, и он направляется по нисходящей в сторону отверстия для спуска пыли. Частицы пыли приобретают центробежное ускорение и перемещаются в периферии вращающегося потока. В результате концентрация пыли в верхних слоях газа, движущихся у стенок корпуса элемента, возрастает, а в областях, расположенных ближе к оси элемента, снижается. Частицы пыли, сконцентрировавшиеся на внутренней поверхности корпуса, движутся вместе с вращающимся потоком и поступают в сборный бункер. При этом в бункер поступает также небольшая часть газов из нисходящего вихря, которая у нормально работающего элемента полностью всасывается через центральную часть отверстия для спуска пыли, давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа.

В качестве направляющего аппарата используется аппараты типа «Винт» и «Розетка». Направляющий аппарат типа «Винт» (рис. 5.31, а) состоит из двух винтовых лопаток, наклоненных под углом  = 25С. Он менее склонен к забиванию золой и пылью, имеет меньший коэффициент гидравлического сопротивления, но одновременно обеспечивает и меньшую степень очистки, чем аппарат типа «Розетка». Последний состоит из восьми лопаток, наклоненных под углом 25 или 30 градусов и может быть с ударным (рис. 5.31, б) и безударным (рис. 5.31, в) входом. Угол наклона лопаток 25 способствует более высокому коэффициенту очистки, но увеличивает гидравлическое сопротивление, по сравнению с сопротивлением, когда угол наклона 30.

Наиболее распространены циклонные элементы диаметром 100, 150 и 250 мм. Опыт эксплуатации батарейных циклонов с элементами разного диаметра показывает, что аппараты, составленные из большого числа циклонных элементов малого диаметра (100 и 150 мм) без отсоса газов из пылевого бункера, работают недостаточно эффективно и надежно. Кроме того, при использовании элементов малого диаметра увеличивается опасность вредных перетоков газов между элементами. Поэтому чаще всего для батарейных циклонов целесообразно применять элементы диаметром 250 мм.

Циклонные элементы делают литыми и устанавливают на нижней опорной доске. Корпусы батарейных циклонов обычно изготавливают сварными из листовой стали. Оптимальная скорость газов в элементе лежит в пределах от 3,5 до 4,75 м/с, а для прямоточных циклонных элементов — от 11 до 13 м/с.

При сопоставлении технико-экономических показателей батарейных и обычных циклонов следует учитывать следующее:

— степень очистки газов в батарейных циклонах несколько ниже той, которую можно достичь в эквивалентных по диаметру обычных циклонах (на 20–25%). Это объясняется перетоками газов из элементов с большим сопротивлением в элементы с меньшим сопротивлением;

— большое число циклонных элементов, объединенных общим бункером в одной секции батарейного циклона, требует равномерного распределения очищаемых газов.

Промышленностью выпускаются батарейные циклоны конструкции НИИОгаза типа ПС, конструкции ЦКТИ типов БЦ, БЦА, БЦТ, БЦУ, ПБЦ, конструкции ВТИ и др. В маркировке циклонов приняты следующие обозначения. Первая цифра указывает на количество секций, вторая — количество элементов по глубине, количество элементов по ширине.

Основным отличием прямоточных батарейных циклонов, кроме наличия соответствующего направляющего элемента (рис. 5.31, г), является разделение газового потока на два: первый с большой концентрацией пыли отводится и подвергается очистке в циклоне или другом пылеочистном аппарате, а второй, очищенный, выбрасывается в окружающую среду (рис. 5.32).

Пылегазовый поток из камеры запыленного газа 4 поступает в оборудованные винтовыми завихрителями элементы 5, в которых под действием центробежных сил происходит перераспределение концентрации пыли по сечению элемента: возрастание у стенок и уменьшение в центральной части. Обеспыленный поток из центральной части элемента отводится в камеру очищенного газа 1. Периферийный слой газа, обогащенный пылью, через торцевое кольцо элемента отсасывается вентилятором и, пройдя пылеуловитель 6 (циклон), возвращается в камеру запыленных газов. Батарейные циклоны с прямоточными элементами дают меньшую степень очистки, чем обычные, поэтому они редко применяются как самостоятельные пылеуловители. Их чаще устанавливают в качестве предвключенных аппаратов перед высокоэффективными пылеуловителями — электрофильтрами или рукавными фильтрами.

Рис. 5.32. Прямоточный батарейный циклон:

1 — коллектор очищенного газа; 2 — прямоточный циклонный элемент; 3, 7 — патрубки для входа запыленного и вывода очищенного газа; 4 — коллектор запыленного газа; 5 — направляющий аппарат; 6 — циклон

Выбор и расчет батарейных циклонов.

При расчете батарейных циклонов первоначально определяют не диаметр циклона, а необходимое, исходя из объемной скорости газа, количество циклонных элементов.

После того, как выбран тип батарейного циклона и тип циклонного элемента, последовательность расчета следующая.

1. Определяют расход газов, м³/с, при котором обеспечиваются оптимальные условия работы циклонного элемента:

, (5.39)

где v_опт — оптимальная скорость потока в элементе, м/с (табл. 5.18); D — внутренний диаметр циклонного элемента, м (табл. 5.17).