Учебное пособие 2180

Таблица 3.6

Дополнительные размеры для отдельных видов ЦН

102

Окончание табл. 3.6

* Для циклонов диаметром до 150 мм к высоте прибавляется 30 мм.

Таблица 3.7

Техническая характеристика ненормализованных циклонов типа ЦН–15

Таблица 3.8

Техническая характеристика циклонов ЦККБ

Батарейные циклоны. На рис. 3.15 показан батарейный циклон. Он состоит из набора циклонных элементов, смонтированных в одном прямоугольном корпусе, разделенном перегородками на три части: корпус 1, бункер для приема выделенной из газа твердой фазы 8 и коллектор для отвода очищенного газа 3. Пылегазовая смесь через штуцер 2 поступает в циклонную часть корпуса и попадает в открытые конусы циклонных элементов 7. Проходя по спиральному витку 6 или розетке на отводящих трубах 5, пылегазовая смесь приобретает вращательное движение. Частицы твердой фазы под действием центробежных сил движутся в радиальном направлении и, достигнув стенки конуса, под действием осевой скорости опускаются к вершине конуса, попадая в бункер 8. Очищенный от твердой фазы газ отводится из циклона через трубу 5 в коллектор 3 и далее через штуцер 4 по назначению.

Рис. 3.15. Батарейный циклон:

1 – корпус; 2 – штуцер питания; 3 – коллектор; 4 – штуцер очищенного газа; 5– отводная труба циклонного элемента; 6 – направляющий спиральный виток; 7 – конус циклонного элемента; 8 – бункер; 9 – штуцер для отвода-

твердой фазы

В табл. 3.9 приведены технические характеристики батарейных циклонов.

104

Таблица. 3.9 Техническая характеристика батарейных циклонов

Батарейные циклоны отличаются диаметром циклонного элемента и числом элементов в батарее.

Циклонные элементы изготовляют с направляющей розеткой (рис. 3.16) или направляющим винтом (рис. 3.17).

Выбор циклонов. Чтобы выбрать из всего многообразия типоразмеров циклонов наиболее подходящий для данного конкретного случая, необходимо сравнить характеристики всех типов циклонов.

При выборе циклона определяющим является та задача, которую он должен решать. Если требуется извлечь из пылегазовой смеси твердую фазу с очень мелкими частицами, размер которых составляет несколько десятков или даже единиц микрометров, следует отдать предпочтение нормальным циклонам НИООгаз или батарейным циклонам. То же самое надо иметь в виду: при необходимости наиболее полного извлечения твердой фазы из смеси, если твердая фаза ценна или, наоборот, вредна. В данном случае сравнение нормальных циклонов ЦН и батарейных может подсказать правильное решение.

В табл.3.10 указаны приблизительные значения коэффициентов извлечения твердой фазы для циклонов НИИОгаз и батарейных циклонов.

Таблица 3.10 Приближенные величины коэффициентов очистки твердой фазы

для различных циклонов

Данные, приведенные в табл. 3.10, позволяют сделать следующие выводы. Коэффициент извлечения частиц размером 5 мкм для ЦН – 15 и ЦН – 11 примерно равен коэффициенту извлечения для циклонных элементов с розет-

106

кой, но сопротивление последних меньше, чем у ЦН и, следовательно, в экономическом отношений они выгоднее первых. При извлечении более крупных частиц элементы с розеткой явно уступают циклонам ЦН.

Область применения батарейных циклонов – извлечение частиц размером меньше 5 мкм. Но это не единственные параметры для сравнения циклонов двух типов. Важно установить, каковы габариты масса и стоимость циклонов заданной производительности.

При производительности 20000 м3/ч нужен батарейный циклон БЦ–2, габаритные размеры которого приведены в табл. 3.9. Если при той же производительности использовать циклоны ЦН–15 диаметром 800 мм, то потребуется группа из четырех циклонов, и габаритные размеры такой группы будут следующие: общая высота циклонов в сборе 8,2D+ 200 = 6760 мм, длина по бункеру ≥2,5D+ 40= 2040 мм; ширина по бункеру 3D = 2400 мм.

Циклон ЦН – 15 менее выгоден, чем циклон БЦ – 2, и по высоте и по занимаемому объему, но занимает меньшую площадь в плане. Батарейные циклоны сложнее в изготовлении и имеют большую массу.

Когда в твердой фазе пылегазовой смеси преобладают частицы крупностью более 20 мкм и не требуется слишком высокий коэффициент извлечения, или очищенный газ снова идет на запыление (например, в размольных установках), или когда имеется вторая ступень извлечения, то применяют циклоны больших диаметров с малым гидравлическим сопротивлением, которые могут пропускать смесь с содержанием твердой фазы до 800 –1000 /г/м3. В этом случае целесообразно установить циклоны ЦККБ или НИИОгаз.

Для циклонов ЦКББ коэффициент извлечения колеблется в пределах 80— 90%, а у циклонов НИИОгаз больших диаметров он составляет 90 – 95%. По коэффициенту извлечения предпочтение следует отдать второму циклону, но, например, при производительности по газу 50 000 м3/ч циклон ЦККБ имеет высоту 4617 мм; а циклон ЦНИИОгаз –7295 мм, т.е. по высоте циклон НИИОгаз менее выгоден.

Если для той же производительности установить нормальные циклоны ЦН-15 диаметром 800 мм, то потребуется группа из восьми таких циклонов. Эта группа имеет высоту ~7880 мм, т.е. еще больше, чем ненормализованный циклон НИИОгаз, но при этом коэффициент извлечения таких циклонов достигает 99%. Если для первых двух типов циклонов может потребоваться вторая ступень очистки, то после группы из ЦН – 15 в такой ступени нет необходимости.

Приведенные соображения показывают, что задача выбора циклона для данного конкретного случая должна решаться всесторонним техническим, экономическим и технологическим сравнением конкурирующих типоразмеров.

Технологические параметры центробежных циклонов

При расчете технологических параметров циклонов и циклонных установок определяют диаметр циклона, соответствующего заданной характеристике

107

пылегазовой смеси, требуемый коэффициент очистки (извлечения) твердой фазы, а также число циклонов для установки заданной производительности.

Для выполнения технологического расчета должны быть известны: объем пылегазовой смеси V, м3/ч, температура смеси на входе в циклон t, 0С, содержание твердой фазы в смеси а, % (масс.), фракционный состав твердой фазы, удельный вес твердых частиц рт, Н/м3; насыпная плотность твердых частиц рн. Н/м3, удельный вес влажного газа-носителя ро, Н/м3; требуемый коэффициент очистки µi; допускаемое гидравлическое сопротивление аппарата hД, мм вод. ст.; давление газа на входе в аппарат Р, мм вод. ст., сведения о слипаемости частиц.

Коэффициент очистки. Одной из основных стадий технологического расчета циклона является определение коэффициент очистки ή твердой фазы из пыле-газовой смеси. Коэффициент очистки ή называют отношение массы твердой фазы mи, извлеченной в циклоне, к массе этой фазы, содержащейся в смеси на входе в циклон mн:

где mн – содержание твердой фазы в смеси на выходе из циклона.

Наряду с коэффициентом очистки используют также понятие «коэффициент уноса», под которым понимают отношение массы твердой фазы в смеси на выходе из циклона mк к массе твердой фазы в смеси на входе в циклон:

где mиф – масса данной фракции, извлеченная из смеси; тнф – содержание фракции в смеси на входе в циклон; ткф – содержание данной фракциина выходе из циклона.

Если обозначить процентное содержание каждой фракции твердой фазы через а. b, с, d и т.д. и коэффициент очистки ή данной фракции через ή а, ή b, ή c, ή d и т.д., то общий коэффициент очистки ή можно представить в виде:

где n –число фракций твердой фазы в смеси.

Общий коэффициент очистки твердой фазы ή и достаточно точно рассчитывается по фракционному составу твердой фазы в смеси и по фракционным коэффициентам извлечения.

Коэффициент очистки твердой фазы из смеси в циклоне зависит от размера d и удельного веса извлекаемых частиц рт, от удельного веса газа ро, вяз-

108

кости и скорости пылегазового потока, от диаметра и типа циклона, формы и слипаемости частиц. Однако в настоящее время можно учесть влияние этих факторов на коэффициент извлечения только частично.

Производительность циклона и циклонной установки

Производительность циклона (см3/г) можно определить по следующей формуле:

где D – диаметр циклона, м;

υу – условная скорость газового потока (т.е. отнесенная к полному поперечному сечению циклона), м/с, определяется по формуле:

где Р– перепад давления газа между входом и выходом из циклона, кН/м3; р0 – удельный вес газа, кН/м3;

ξ– коэффициент гидравлического сопротивления циклопа, вычисленный по скорости υу и имеющий для различных типов циклонов следующие значения:

Для группы циклонов НИИОгаз независимо от их числа в группе коэффициент сопротивления принимается на 10% больше указанного. Это повышение связано с учетом сопротивления коллекторов для подвода газа.

Отношение Р/р0 следует выбирать в пределах 55–75 м. Большие значения не приводят к увеличению коэффициента извлечения, но при этом повышается расход энергии на транспортирование пылегазовой смеси.

Принимать значения Р/р0 для ЦН–15 меньше 55 и для ЦН–11 меньше 65 не рекомендуется, так как при этом снижается коэффициент извлечения.

При извлечении из газа крупной фракции пыли, когда ожидаемый коэффициент извлечения выше 90%, отношение Р/р0 можно принимать и меньше 55 м, но при этом условная скорость ωу должна быть выше 2,5 м/с во избежание забивки циклонов пылью.

Удельный вес газа рг и его объем Vt определяют при рабочей температуре и пересчет ведут по известным формулам.

109

где р0– удельный вес влажного газа при нормальных условиях, H/м3; B – барометрическоедавление рабочего газа на входе, мм рт. ст.; t – рабочая температура газа, °С;

V0 – объем влажного газа, при нормальных условиях.

Если задана производительность циклонной установки по газу V, м3/ч, то число циклонов в установке должно быть:

Приближенный расчет циклонов можно производить с помощью номограммы, приведенной на рис. 3.35. На сетке левой части номограммы нанесены кривые для циклонов ЦН-11 (ξ = 180), ЦН – 15, ЦН – 15 в (ξ = 105 – 110) и ЦН –

24 (ξ = 60).

Рис. 3.35. Номограмма для расчета производительности и гидравлического сопротивления Циклонов НИИОгаз

На оси абсцисс отложены значения объемной производительности одного циклона VЦ. В правой половине номограммы нанесены радиальные прямые, соответствующие значениям ΔP/ρг в пределах 40–90 м, отложенным на верхней дуге. Дуговые линии, пересекающие радиальные прямые, соответствуют различным диаметрам циклонов – от 100 до 11 000 мм.

Расчет циклона с помощью указанной номограммы производят следующим путем. Пусть даны диаметр циклона D, его сопротивление Р и удельный вес газа ρг. В правой части диаграммы определяют точку В, соответствующую

110