Расчет и выбор циклонов.

Циклоны рассчитывают или выбирают различными методами. Наиболее целесообразным считается метод обобщения и использования показате­лей, получаемых при испытании циклонов в промышленных условиях или на полупромышленных стендах. При помощи этого метода по ряду циклонов различных типов были получены данные о фракционной сте­пени улавливания для определенных значений скорости очищаемого газа и плотности пыли, о коэффициенте гидравлического сопротивления и др. Эти сведения с достаточной полнотой отражены в соответствую­щих нормалях и сопроводительной технической документации.

Для расчета или выбора циклонов необходимы следующие данные: объемный расход газов, подлежащих обеспыливанию при рабочих усло­виях, Q_p, м³/с; динамическая вязкость газов при рабочей температуре µ, Па-с; плотность газа при рабочих условиях р_г, кг/м³; дисперсный состав пыли, задаваемый параметрами d_m, мкм, и ; концентрация пыли в газах с_м, г/м³; плотность частиц пыли р, кг/м³; требуемая сте­пень очистки, ή, %.

Параметры, определяющие активность циклонов.

Параметры	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СК-ЦН_34М
, мкм	8,5	6,00	4,5	3,65	2,31	1,95	1,13
	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,340
,м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0

 

Примечания:

1.Значения d5o приведенные в таблице, соответствуют следующим условиям работы циклонов: средняя скорость газа в циклоне = 3,5 м/с; диаметр циклона D = 0,6 м; плотность частиц р_ч =1930 кг/м*; динамиче­ская вязкость газа µг = 22,2·10^-6 Нс/м².

2. Для циклона типа ЦМС параметры не определялись.

1. Задавшись типом циклона, определяют оп­тимальную скорость газа в аппарате

2. Рассчитывают необходимую площадь сечения циклонов, м²:

F = Q_p/w_oпт.

3. Определяют диаметр циклона, м, задаваясь количеством цикло­нов N:

D=VF/0,785N.

Диаметр циклона округляют до рекомендуемой величины.

Вычисляют действительную скорость газа в циклоне:

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

Параметры, определяющие эффективность циклонов.

	Циклон конструкции
Параметр	СИОТа	ВЦНИИОТа	Гипродревпрома (тип Ц)
, мкм	2,6	8,6	4,12
	0,28	0,32	0,34
,м/с	1,00	4,00	3,3

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦИКЛОНОВ

(D=500мм, = 3м/с.)

 

Тип циклона	d/D	Без дополнительных устройств	С кольцевым диффузором	С выходной улиткой с	С отводом 90º, R/d =1,5
							l/d = 0-12	l/d>l2
ЦН-11	0,59
ЦН-15	—
ЦН-15У	—
ЦН-24.	—
СДК-ЦН-33.	0,33			_	—		_
СК-ЦН-34.	0,34			—	_	_	_
СК-ЦН-34М.	0,22	—		—	—	—	—	—

5. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления оди­ночного циклона или группы циклонов:

=

где — коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диам. 500 мм, выбираемый по табл. Индекс «с» означает, что циклон работает в гидравлической сети, а индекс «п» — без сети, т.е. работает прямо на выхлоп в атмосферу; К1 — поправочный коэф­фициент на диаметр циклона, определяемый по табл.; К2 — попра­вочный коэффициент на запылённость газа, определяемый по табл.; Кз — коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу, определяемый по табл.

ТАБЛИЦА

»

ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ К1 НА ДИАМЕТР ЦИКЛОНА

 

Диаметр циклона, мм	ЦН-11	ЦН-15; ЦН-15У; ЦН-24	СДК-ЦН-33; СК-ЦН-34; СК-ЦН-34М
	0,94	0,85	1,0
	0.95	0,90	1.0
	0,96	0.93	1,0
	0,99	1,0	1,0
	1,0	1,0	1,0

 

Значения поправочных коэффициентов на запыленность газов(D=500мм)

Тип циклона	Поправочный коэффициент К2 при запыленности газа, 103, кг/м3
ЦН-11		0,93	0,94	0,92	0,90	0,87	0,5
ЦН-15		0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15У		0,95	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24		0,81	0,93	0,92	0,90	0,87	0,86
СДК-ЦН-33		0,95	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-ЦН-34		0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90
СК-ЦН-34М		0,99	0,97	0,95	-	-	-

Для одиночных циклонов К3 = 0.

6. Определяют потери давления в циклоне, Па, по формуле:

Если потери давления оказались приемлемыми, переходят к рас­чету полного коэффициента очистки газа в циклоне. При этом принима­ется, что коэффициент очистки газов в одиночном циклоне и в группе циклонов одинаков. В действительности коэффициент очистки газа в группе может оказаться несколько ниже, чем в одиночном циклоне. Это объясняется возможностью возникновения перетоков газа через общий бункер, снижающих коэффициент очистки газов в группе циклонов.

7. Взяв из табл. 2.8 или 2.9 два параметра ( и ), характе­ризующих парциальную эффективность выбранного типа циклона при указанных в таблице условиях, определяют значение параметра d5o при рабочих условиях (диаметре циклона, скорости потока, плотности пы­ли, динамической вязкости газа) по уравнению:

d5o ,

Коэффициент Кз, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с групповой компоновкой.

Характеристика группового циклона	Значение коэффициента
Круговая компоновка, нижний организованный подвод
Прямоугольная компоновка, организованный подвод, циклонные элементы расположены в одной плоскости
То же, но улиточный отвод из циклонных элементов
Прямоугольная компоновка. Свободный подвод потока в общую камеру

8. Определяют параметр х по формуле:

х_i= .

9. определяют значение Ф(х), представляющее собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях.

По окончании расчета полученное значение ή сопоставляется с требуемым. Если ή окажется меньше требуемого, необходимо выбрать дру­гой тип циклона с большим значение коэффициента гидравлического сопротивления. Для ориентировочных расчетов необходимого значения рекомендуется следующая зависимость:

,

где индекс «1» относится к расчетным, «2» - к требуемым параметрам циклона.

Пример расчета циклона.

Имеются следующие данные:

Производительность печи G = 6,2 т/ч (м³/с);

Число часов работы в году N = 8200;

Расход газа V = 10500м³/ч;

Состав газа: 25,6% СО2, 12,6% Н2О, 0,4% О2, 61,4% N2.

Давление в циклоне 30 Па;

Температура газа 220ºС,

Плотность, р_пыли, 1370 кг/м³, р_газа = 1,38 кг/м³

Рбар = 101,3 кПа;

Концентрация пыли в газе Свх = 30 г/м³

Размер частиц пыли перед циклоном dч = 5 мкм, =0,53.

1)Определяем плотность газа

= =1,38 кг/м³

2)Плотность газа при рабочих условиях

=0,76 кг/м³.

3)Расход газа V, м³/ч, при рабочих условиях бу­дет равен:

_, м³/ч.

м³/ч.

4)диаметр циклона при = 3 м/с:

D = 1,39→ближайший стандартный 1400мм.

м/с.(разность с < 15%, значение удовлетворительно).

5) коэффициент сопротивления циклона:

= = =492,6

6) Гидравлическое сопротивление

= =641 Па.

7) Вязкость газа при Т=0ºС и Р = 0,101 мПа

= =

8) Размер частиц, улавливаемых циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50%:

d5o ,

d5o

9) Среднеквадратичное отклонение:

=0,53

10) х==

= - 0,17, где - заданная величина;

для х = -0,17 Ф(х) = 0,4327.

11)(1+0,4327) = 71,6 %.

12) Свых →;

Общий коэффициент очистки:

,

Если циклон групповой:

,

Свых=.

 

БАТАРЕЙНЫЕ ЦИКЛОНЫ.

очищенный газ

Практическое решение задач наилучшего распределения газов, уноса, отвода уловленной пыли и т. д. при необходимости установки большого числа циклонов привело к созданию батарейного циклона. Последний

запыленный газ

запыленный газ

Рис.11Батарейный

циклон

 

представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из боль­шого числа параллельно включенных циклонных элементов, которые заклю­чены в один корпус, и имеющий об­щий подвод и отвод газов, а также сборный бункер (рис.).

уловленная пыль

В отличие от обычных циклонов сообщение газовому потоку враща­тельного движения, необходимого для выделения пыли, в элементах бата­рейного циклона достигается не под­водом к ним газов по касательной, а установкой в каждом элементе на­правляющего аппарата в виде винта или розетки. В результате размеры батарейного циклона (в плане) мень­ше размеров обычных циклонов оди­наковой производительности.

Обеспыливаемый газ через вход­ной патрубок 2 поступает в распре-

делительную камеру 3, откуда он выходит в кольцевые зазоры между корпусами элементов 4 и выхлопными трубами 6. В зазорах установле­ны направляющие аппараты 5, закручивающие газовый поток таким образом, что создающаяся центробежная сила отбрасывает частицы пы­ли к стенкам корпусов элементов и пыль ссыпается через пылеотводящие отверстия 7 в сборный бункер 5. Очищенный газ через выхлопные трубы поступает в камеру 1.

Циклонный элемент состоит из корпуса, выхлопной трубы и направ­ляющего аппарата. Газ из распределительной камеры поступает в эле­менты по оси. Лопатки направляющего аппарата сообщают газу враща­тельное движение, и он направляется по нисходящей в сторону отверстия для спуска пыли. Частицы пыли приобретают центробежное ускорение и перемещаются к периферии вращающегося потока. В результате кон­центрация пыли в верхних слоях газа, движущихся у стенок корпуса элемента, возрастает, а в областях, расположенных ближе к оси элемен­та, снижается.

 

Рис. 12 Элемент батарейного циклона:

а —с направляющим аппаратом типа «винт»: б — с направляющим аппаратом типа «розетка»; в—с направляющим аппаратом типа «розетка» с безудар­ным входом.

Частицы пыли, сконцентрировавшиеся на внутренней поверхности корпуса, движутся вместе с вращающимся потоком и поступают в сборный бункер. При этом в бункер поступает также небольшая часть газов из нисходящего вихря, которая у нормально работающего элемента полностью всасывается через центральную часть отверстия для спуска пыли, давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа. Частицы пыли отделяются от входящих в бункер газов под дейст­вием сил инерции, возникающей при изменении направления движения на 180º. По мере движения этого потока вверх (в сторону нижнего от­верстия выхлопной трубы) к нему постепенно присоединяются порции газа, отделяющиеся от внутренней части нисходящего вихря. Это явле­ние незначительно увеличивает пылеунос в выхлопную трубу, так как поток воздуха движется со скоростью, недостаточной для противодей­ствия движению частиц к периферии элемента из-за распределения по значительной высоте.

При сопоставлении технико-экономических показателей батарейных и обычных циклонов следует учитывать следующее:

- степень очистки газов в батарейных циклонах несколько ниже той, которую можно достичь в равных по диаметру обычных циклонах. При­нято считать, что примерно одинаковым к. п. д. обладают обычные цик­лоны вдвое большего диаметра, чем батарейные;

- большое число циклонных элементов, объединенных общим бункером в одной секции батарейного циклона, требует равномерного распределе­ния очищаемых газов;

- в случае применения элементов малого диаметра соответствен увеличивается их необходимое число, что повышает опасность неравномерного распределения газов и возрастания вредных перетоков газов между элементами через общий бункер. Поэтому чаще всего для бата­рейных циклонов целесообразно применять элементы диам. 250 мм.

Циклонные элементы характеризуются следующими особенностями. Направляющий аппарат типа «Винт» менее склонен к забиванию золой или пылью, имеет меньший коэффициент гидрав­лического сопротивления, но одновременно обеспечивает и меньшую степень очистки, чем аппарат типа «Розетка». По­следний с безударным входом обеспечивает ту же степень очистки, что и обычный аппарат типа «Розет­ка», при значительно меньшем коэффициенте гидравлического сопротивление. Угол наклона лопаток 25º способствует более высокому коэффициенту очистки, но увеличивает гидравлическое сопротивление по сравнению с сопротивлением при угле наклона в 30º.

 

Выход газа

Рис.13. Элементы батарейных циклонов:

а - циклон «Энергоуголь»; б — циклон конструкции Семибратовского филиала НИИОгаза.

 

Рис.14 Прямоточный батарейный циклон ПКН.