16. Циклоны. Определение гидравлического сопротивления и размера циклона.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса (1) и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, совершает поворот на 180 и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу (4) рис. 2.

На рис. 2-4 изображены различные типы циклонов.

Рис. 2. Циклон с тангенциальным вводом:

1 – корпус; 2 – входной патрубок; 3 – пылеотводящий патрубок; 4 – выхлопная труба

Рис. 3. Осевой циклон с возвратным потоком

Рис. 4. Осевой прямоточный циклон

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 (3).

Ввиду того, что решающим фактором, обуславливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально.

При движении во вращающемся криволинейном потоке газа частицы пыли находятся под действием силы тяжести, центробежной силы и силы сопротивления. Масса частицы обычно пренебрежимо мала. Скорость частиц пыли в циклоне можно без большой ошибки считать равной скорости вращения газового потока.

Рис. 5. Схема циклона:

1 – входной патрубок; 2 – раскручивающая улитка; 3 – выходной патрубок; 4 – крышка; 5 – выхлопная труба; 6 – цилиндрическая часть; 7 – коническая часть; 8 – пылевыпускное отверстие; 9 – бункер для пыли; 10 – пылевой затвор

Под влиянием центробежной силы частица приобретает скорость в радиальном направлении, встречая при своем движении сопротивление газового слоя (рис.5).

Циклоны должны выполнять различные и часто взаимопротиворечащие требования, работать и давать выход надежно, с оптимальным к.п.д. сепарации при изменяющихся параметрах производства, с учетом невысоких требований по обслуживанию и ремонту постоянно действующих установок. Они должны быть устойчивы к абразивному действию, высоким температурам, накоплению налипающей пыли, должны обеспечивать предупредительные меры относительно взрыва воспламеняющейся пыли, занимать как можно меньшее пространство и т.д. Таким образом, диапазон применяемых типов циклонных сепараторов должен быть как можно более широким.

Циклоны способны работать эффективно только при размере частиц15-20 мкм и более, пыль с габаритными размерами частиц 5 мкм и более улавливается в циклонах малого диаметра (Д 1м). Являются наиболее часто применяемыми аппаратами и характеризуются наибольшим разнообразием видов конструкций, областей применения и комбинаций с различными вспомогательными эффектами, а также максимальным объемом их производства.

Увеличение диаметра циклона приводит к уменьшению центробежной силы, действующей на частицы и, соответственно, снижению к.п.д. сепарации, поэтому для больших пропускных способностей нецелесообразно применять аппараты большого диаметра. Обычно используют циклоны диаметром от 150 до 630 мм, хотя при менее жестких условиях можно применять диаметры от 1600 до 3000 мм.

Рис.1 . Основные виды циклонов:

а - спиральный; б - тангенциальный; в -винтообразный; г - розеточный с возвратом газа; д - розеточный прямоточный.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И РАЗМЕРОВ ЦИКЛОНА

Гидравлическое сопротивление циклона можно определить по широко известной формуле механики газов, Па:

(36)

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

Коэффициент сопротивления циклона  зависит от ряда факторов – диаметра циклона, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода газа из выхлопной трубы и некоторых других.

Плотность газов при рабочих условиях находят по формуле

(38)

где _о – плотность газов при нормальных условиях (Т_г = 0 С, р_г = 101,3  10³ Па);

Т_г – температура газов на входе в циклон, С;

р_бар – барометрическое давление, Па;

р_г – избыточное давление (разрежение) газа при входе в циклон, Па.

Скорость газа в циклоне равна расходу газа при рабочих условиях F, м/с:

(40)

1. Выбрав тип циклона, по табл. 4 определяют оптимальную скорость газа в аппарате _опт.

2. Определяют необходимую площадь сечения циклонов (в м²):

(41)

3. Определяют диаметр циклона, задаваясь числом циклонов N (в м):

(42)

4. Вычисляют действительную скорость газа в циклоне:

(43)

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15% от оптимальной скорости.