Учебное пособие 2244

Таблица 20

Дополнительные размеры для отдельных видов ЦН [8]

190

Окончание табл. 20

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

Таблица 21

Техническая характеристика ненормализованных циклонов типа ЦН-15 [8]

Таблица 22

Техническая характеристика циклонов ЦККБ [7]

191

Батарейные циклоны. На рис. 102 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.

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

Рис. 102. 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 [7]

192

Циклонные элементы изготовляют с направляющей розеткой (рис. 103) или направляющим винтом (рис. 104).

В табл. 23 приведены технические характеристики батарейных циклонов.

Таблица 23 Техническая характеристика батарейных циклонов [6]

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

193

сравнить характеристики всех типов циклонов.

При выборе циклона определяющей является 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.24 указаны приблизительные значения коэффициентов извлечения твердой фазы для циклонов НИИОгаз и батарейных циклонов.

Данные, приведенные в табл. 23, позволяют сделать следующие выводы. Коэффициент извлечения частиц размером 5 мкм для ЦН - 15 и ЦН - 11 примерно равен коэффициенту извлечения для циклонных элементов с розеткой, 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. 23. 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 8,2 D + 200 = 6760 мм, длина по бункеру ≥ 2,5D + 40 = 2040 мм; ширина по бункеру 3D = 2400 мм.

Таблица 24

Приблизительные величины коэффициентов извлечения твердой фазы

для различных циклонов [8]

Окончание табл. 24

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, следовательно, 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 выше, 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.

195

5.2.2. Расчет технологических параметров циклонов

При технологических расчетах параметров циклонов и циклонных установок определяют диаметр циклона, соответствующего заданной характеристике пылегазовой смеси, требуемый коэффициент очистки 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 ƞ; допускаемое гидравлическое сопротивление аппарата hД , мм вод. ст. ; давление газа на входе в аппарат Р, мм вод. ст. , сведения о слипаемости частиц.

Коэффициент очистки (извлечения) ƞ. Одной из основных стадий технологического расчета циклона является определение коэффициента очистки ƞ твердой фазы из пылегазовой смеси. Коэффициентом очистки ƞ называют отношение массы твердой фазы ти, извлеченной в циклоне, к массе этой фазы, содержащейся в смеси на входе в циклон, тн:

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

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

Пользуются также фракционным коэффициентом очистки ƞ (коэффициент очисткиƞданнойфракции):

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

Если обозначить процентное содержание каждой фракции твердой фазы через а. б, с, d и т. д. и коэффициент очистки ƞ данной фракции через, ƞа , ƞb , ƞc , ƞd и т. д., то общий коэффициент очистки ƞ можно представить в виде

m

ƞи=ƞаа / 100+ ƞb∙b/100+ ƞc∙c / 100+…..+(1 / 100) ( ф m), (238)

1

196

где ƞ – число фракций твердой фазы в смеси.

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

Коэффициент извлечения твердой фазы из смеси в циклоне зависит от размера d и удельного веса извлекаемых частиц рт, от удельного веса газа ро, вязкости 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.

В результате исследования процесса извлечения твердой фазы различных удельных весов, крупности и разного фракционного состава в циклонах различных типов и размеров при различных режимах их работы НИИОгазом, были установлены зависимости: фракционных коэффициентов извлечения твердой фазы в циклоне ЦН – 15 диаметром D = 600 мм от крупности извлекаемых частиц при условиях, указанных на рис. 105 и .106;

общего коэффициента извлечения от типа циклона (рис. 105); общего коэффициента извлечения от диаметра циклопа (рис. 106);

общегокоэффициентаизвлеченияотудельноговесатвердойфазыРт.(рис.105); общего коэффициента извлечения от фактора скорости Р/po.(рис. 106).

С помощью этих графиков (рис. 105, 106) общий коэффициент извлечения определяют следующим путем.

1. Экспериментально устанавливают фракционный состав твердой фазы в пылевоздушной смеси и находят средний размер частиц каждой фракции dср=(d1+d2)/2, где d1и d2,– размеры наименьшей и наибольшей частиц фракции.

197

2.По графику (рис. 105) для каждой фракции определяют фракционный коэффициент извлечения. По формуле (238) вычисляют общий коэффициент извлечения в циклоне ЦН-15 при условиях, указанных на графике.

По рис. 106 находят коэффициент извлечения в зависимости от типа циклона. На рис.106 находят точку А1. соответствующую циклону ЦН - 15

ивычисленному по формуле (238) коэффициенту извлечения. Через точку А1 проводят линию, параллельную оси ординат, до пересечения с линией, соответствующей выбранному типу циклона, для циклона ЦН - 15 у это будет точка B1. На оси ординат находится коэффициент извлечения, соответствующий этой точке.

3.По рис. 107 в зависимости от диаметра циклона определяют коэффициент извлечения. На графике (рис. 107) находится точка A2, соответствующая диаметру циклона 600 мм и найденному по рис. 106 коэффициенту извлечения. Через точку А2 проводят линию, параллельную ближайшей кривой на графике, до пересечения с вертикалью, соответствующей выбранномудиаметруциклона.

Рис. 107. График зависимости коэффициента извлечения от диаметра циклона [8]

Полученная точка В2 укажет на оси ординат соответствующий коэффициент извлечения.

4. По рис. 108 определяют коэффициент извлечения в зависимости от удельного веса твердой фазы, извлекаемой из пылегазовой снеси. На графике находят точку А3, соответствующую удельному весу твердой фазы рт= 19,3 кН/м3 (по рис. 105) и коэффициенту извлечения, найденному по рис.107. Через точку А3 проводят линию, параллельную ближайшей кривой на графике, до пересечения с вертикалью, соответствующей удельному весу извлекаемой твердой фазы. Полученная точка В3 укажет на оси ординат графика соответствующий коэффициент извлечения.

198

Рис. 108. График зависимости коэффициента извлечения от удельного веса твердой фазы

5. Порис.109определяюткоэффициентизвлечениявзависимостиот Р/р0

Рис. 109. График зависимости коэффициента извлечения от отношения Р/р0. [8]

На графике по значению Р/р0=75м (см. рис. 105) и коэффициенту извлечения, определенному по рис.109, находят точку А4. Через эту точку проводят линию, параллельную ближайшей кривой графика, до пересечения с вертикалью, соответствующей заданному значению Р/р0 .

Полученная точка В4 укажет на оси ординат окончательное значение коэффициента извлечения.

Пример. Пылегазовая смесь имеет следующий фракционный состав твердой фазы:

Удельный вес газа p0 =6.5Н/м3, а удельный вес твердой фазы p0 =18,6 кН/м3. Фракционные коэффициенты извлечения твердой фазы из пылегазовой смеси

199