3.6.Циклоны
Циклонные аппараты наиболее распространенные в промышленности. Они имеют следующие достоинства:
1) Отсутствие движущихся частей в аппарате.
2) Надежность работы при температуре газа вплоть до 500 оС (для работы при более высоких температурах циклоны изготавливаются из специальных материалов).
3) Возможность улавливать абразивные материалы при защите внутренних поверхностей специальными материалами.
4) Улавливание пыли в сухом виде.
5) Почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата.
6) Успешная работа при высоких давлениях газа.
7) Простота изготовления.
8) Сохранение высокой фракционной эффективности при увеличении запылённости газов.
Недостатки:
1) Высокое гидравлическое сопротивление – 1250..1500 Па.
2) Плохое улавливание частиц размером < 5 мкм.
3) Невозможность использования очистки газов от липких загрязнений.
Принцип работы циклонов показан на рис.7 (а-д), 8. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сотен, а то и в тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом и под влиянием центробежной силы двигаются к стенке.
Основные виды циклонов по принципу подвода газа приведены на рисунке 7:
Рис.7. Основные виды циклонов
Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне прямо пропорциональна скорости газа в степени ½ и обратно-пропорциональна диаметру аппарата в степени ½. Процесс целесообразно вести на больших скоростях Vг и небольших Dк. Однако увеличение Vг может привести к уносу пыли из циклона и резкому увеличению гидравлического сопротивления. Поэтому целесообразно увеличивать эффективность циклона за счет уменьшения диаметра аппарата, а не за счет увеличения скорости газа. Оптимальное соотношение H/Dк = 2-3.
В промышленности принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Первые – эффективны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очистки, циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.
Рис.8. Примерная траектория газа в циклоне
На практике широко используют циклоны – цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических – не более 3000 мм. Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле
(44)
где Vг – скорость газов в произвольном сечении аппарата.
Коэффициент сопротивления
(45)
где K – коэффициент соответственно равный 16, для циклонов с тангенсальным входом и 7,5 для циклопов с розеточным входом входом; h1 и b – размеры входного патрубка, Dтр – диаметр выхлопной трубы.
Рассмотрев конструкцию циклонов можно отметить, что здесь для разделения мы применяем центрефугирования, а следовательно степень очистки газа в циклоне зависит от величины фактора разделения
Kр = W2/rg (46)
Можно степень очистки поднять путём уменьшения радиуса вращения потока запыленного воздуха, либо путем увеличения скорости. Однако увеличение скорости потока ведет к увеличению гидравлического сопротивления, а уменьшение радиуса приводит к снижению его производительности. Поэтому для очистки газа в больших количествах применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра и монтируют их в одном корпусе. Такие циклоны называют батарейными циклонами или мультициклонами.
Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов определяют по формуле
(47),
где
– коэффициент гидравлического
сопротивления одного циклона, а K2
– коэффициент, учитывающий дополнительные
потери давления, связанные с компоновкой
циклона в группу (К2
– это табличная величина).
Батарейные циклоны – это объединение большого числа малых циклонов в группу (рис.9). Т.к. снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки, оптимальная скорость газа в элементе лежит в пределах от 3,5 до 4,75 м/с, а для прямоточных циклонных элементов от 11 до 13 м/с.
Рис.9 Батарейный циклон
Допускаемая запылённость газа при их очистке от слабослипающихся пылей в мультициклонах может быть определена по следующим данным:
Таблица 3. Допустимая запыленность газов при очистке от слабослипающихся пылей
Диаметр элемента, мм |
100 |
150 |
250 |
Допускаемая концентрация частиц при различных видах завихрения, г/м3 |
35 |
50 |
100 |
Винт розетка |
15 |
35 |
75 |