2.4. Пример расчета циклона

Задание 2.2. Выбрать циклон типа ЦН-15, определить его гидравлическое сопротивление p и эффективность  при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях V_о = 4100 м³/ч; плотность газа _о = 1,29 кг/м³, температура газа Т =110 ^оС, коэффициент динамической вязкости  =24,810^-6 Па с, барометрическое давление Р_бар = 101,3 кПа, разрежение в циклоне р_г = 30 Па, начальная концентрация пыли в газе z₁ = 50 г/м³, характеристики дисперсного состава пыли d_m =10 мкм, коэффициент полидисперсности пыли lg_п = 0,7, плотность частиц пыли _п = 3000 кг/м³ . Циклон работает в сети без раскручивателя.

Решение

1. Плотность газа при рабочих условиях:

_г = ;

_г  кг/м³

2. Расход газа при рабочих условиях:

V_г = ;

V_г = 1,6 м³/с.

3. Диаметр циклона при оптимальной скорости w_опт = 3,5 м/с:

D = ;

D = = 0,763 м.

Примем ближайшее стандартное значение диаметра D = 800 мм и найдем действительную скорость газа в циклоне, м/с:

w_ц = ;

w_ц= = 3,2 м/с.

Поскольку действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15 %, остановимся на рассчитанном значении диаметра циклона и, исходя из принятых соотношений размеров для данного типа циклонов, можно определить остальные размеры.

4. Коэффициент сопротивления циклона:

 = К₁·К₂·  ₅₀₀;

 = 1·0,91·155 = 141,

где значения коэффициентов К₁, К₂ и  ₅₀₀ принимаем в соответствии с данными, приведёнными в таблицах 2.2, 2.3, 2.4: К₁ = 1, К₂ = 0,91,  ₅₀₀ = 155.

5. Гидравлическое сопротивление циклона:

p = ;

p 660 Па.

6. Размер частиц d₅₀, улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %:

d₅₀= ;

d₅₀ = 4,5 = 4,61 мкм,

где D_Т, _nТ, _Т ,w_Т - значения параметров, соответствующие условиям, при которых получена величина = 4,5 мкм;

D, _n, , w_г – значения параметров, соответствующие действительным условиям работы циклона.

7. Вспомогательная величина x равна:

x = ;

x = =0,429.

8. Степень очистки газа в циклоне, определяемая исходя из значения аргумента x =0,429 по таблице 2.6, составляет:

 = Ф(x) = 0,6664 или 66,64 %.

2.5. Пример расчета батарейного циклона

Задание 2.3. Выбрать батарейный циклон для очистки газов агломерационной машины, определить его гидравлическое сопротивление p и эффективность  при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях V₀ = 120 тыс.м³/ч; плотность газа ₀ = 1,31 кг/м³, температура газа Т_г = 110 ⁰С (коэффициент динамической вязкости газа  = 24,8·10^-6 Па·с ), барометрическое давление Р_бар = 101,3 кПа, разрежение в циклоне р_г = 8 кПа, начальная концентрация пыли в газе z₁ = 8 г/м³, плотность частиц пыли _п = 4000 кг/м³. Дисперсный состав пыли характеризуется величинами d_m = 15 мкм; lg_n = 0,53.

Решение

1. Плотность газа при рабочих условиях:

;

=0,86 кг/м³.

2. Расход газа при рабочих условиях:

V_г = ;

V_г = = 50,8 м³/с.

3. Выбираем циклонный элемент диаметром D= 250 мм и розеткой с углом наклона  = 30⁰, расход газа через который, при оптимальной скорости w_опт = 4,5 м/с, равен:

V₁= ,

V₁ = = 0,22 м³/с.

4. Необходимое число циклонных элементов:

n = V_г/V₁;

n = 50,8/0,22 = 231.

5. По условиям компоновки максимальное число элементов в группе не должно превышать 96 (желательно чётное число групп). Примем компоновку из четырёх групп по 64 элемента каждая, с расположением по восемь элементов в каждом ряду. Скорость газа в циклонном элементе при такой компоновке:

w_ц= V_г/ 0,785D²n,

w_ц = 50,8/(0,785·0,25²·4·64) = 4,05 м/с ,

т.е. значение скорости не выходит из рекомендуемых пределов.

6. Гидравлическое сопротивление батарейного циклона:

p = /2;

р = 65·4,05²·0,84/2 = 448 Па.

7. Размер частиц d₅₀, улавливаемых в циклонном элементе при рабочих условиях с эффективностью 50 %:

d₅₀= ;

d₅₀ = 5 = 4,00 мкм,

где D_Т=0,250 м, _nТ=2200 кг/м³, _Т =23,7·10^-6 Па·с, w_Т=4,5 м/с – значения параметров, соответствующие условиям, при которых получена величина = 5 мкм;

D, _n, , w_г – значения параметров, соответствующие рабочим условиям циклона.

8. Вспомогательная величина x равна:

x = ;

x = = 1,166.

9. Степень очистки газов в единичном циклонном элементе, определяемая исходя из значения аргумента x =1,166 по таблице 2.6, составляет:

₁ = Ф(x) = 0,8779 или 87,79 %

10. Степень очистки газа в батарейном циклоне с учётом неравномерности распределения газа равна:

₁ = 0,85·₁ = 0,85·0,8779 = 0,746 или 74,6 %.