Рис. 5.17. Схема циклона с нижним выводом газов: 1 — входной патрубок; 2 — обтекатель: 3 — корпус; 4 — патрубок очищенного газа; 5 — бункер
Рис. 5.18. Схема циклона с двойным выводом очищенного потока (размеры
даны в долях диаметра циклона).
диаметру на 17 %; диаметр циклона ЦН-15 на 10 % меньше, чем ЦН-11.
Циклоны с нижним и двойным выводом очищенного потока. Наряду с циклонами с верхним отводом очищаемого газа, находят применение аппараты, от которых отвод очищенных газов осуществляется через выпускной патрубок, проходящий через бункер (НВГ) (рис. 5.17.) и циклоны с двойным выводом очищенного потока (рис. 5.18.).
Циклоны НВГ, разработанные на базе известных циклонов ЦН-15, СДК-ЦН-33. Циклоны НВГ применялись в производстве синтетических моющих средств, для улавливания пыли кокса в системе аспирации объектов транспортирования и рассева в литейном производстве.. При улавливании коксовой пыли с медианным размером 65о = 120 мкм эффективность очистки составляла до 97 %.
Циклоны с двойным выводом очищенного потока исследовались Семибратовским филиалом НИИОГаз совместно с Уральским химическим институтом. Установлено, что при использовании двойного способа вывода очищенного потока из циклона снижаются удельные энергозатраты на очистку газа при эффективности, не меньшей, чем у циклонов ЦН-15. У исследованных циклонов разрежение в бункере в несколько раз ниже, чем у циклонов ЦН-15. В результате уменьшается подсос воздуха циклона и, следовательно, поддерживается на постоянном уровне эффективность пылеулавливания. Требования к герметичности пылевыпускных устройств могут быть снижены.
Благодаря этим преимуществам область применения циклонов с двойным выводом очищенного потока в последнее время расширяется. При использовании этих аппаратов в производстве ферромагнитных порошков получен существенный экономический эффект.
Циклоны, специально разработанные для улавливания определенных видов пыли. Такими аппаратами являются циклоны с конусом-коагулятором ЦКК, регулируемый циклон РЦ, циклон с внутренней
рециркуляцией ЦБР, разработанные в Ростовском Государственном строительном университете (б. РИСИ).
Циклон с конусом-коагулятором ЦКК (рис. 5.19.) предназначался для улавливания волокнистой пыли, выделяющейся при переработке семян хлопчатника. Применяется также для улавливания пыли шрота и пыли на деревообрабатывающих предприятиях. Характерной особенностью циклона является наличие дополнительного конического элемента — конуса-коагулятора. В конусе-коагуляторе в результате увеличения скорости происходит тур-булизация потока. Волокнистые пылевые частицы коагулируют, образуя устойчивые агрегаты. Вследствие этого эффективность очистки воздуха в циклоне повышается. Из конуса-коагулятора запыленный поток переходит в обратный конус. Выделившаяся из потока пыль поступает в бункер.
1 Циклон с конусом-коагулятором позволил решить проблему очистки выбросов в атмосферу от волокнистой пыли на предприятиях, перерабатывающих семена хлопчатника. Эффективность циклона при улавливании волокнистой пыли достигает 99%. Разработаны 11 номеров циклона с конусом-коагулятором (табл. 5.8.).
Регулируемый циклон РЦ* предназначен для улавливания слипающихся и маслянистых пылей. Он имеет обратный конус, снабжен спирально-винтовым закручивающим аппаратом и регулирующим устройством (рис. 5.20.), которое позволяет регулировать воздушный режим работы аппарата.
Рис. 5.19. Циклон с конусом-коагулятором ЦКК: а — общий вид: 1 — входной патрубок; 2 — конус-коагулятор; 3 — обратный конус; 4 — выходной патрубок; б — фракционная эффективность
Рис. 5.20. Циклон РЦ: 1 — корпус; 2 — выхлопная труба; 3 — регулирующая лопатка
Закручивающий аппарат выполнен в виде спирализованного винта. В нем размещено регулирующее устройство, которое представляет собой направляющую лопатку. Лопатка расположена на выходе запыленного воздуха из направляющего аппарата в обратный конус в нижней части закручивающего аппарата. С помощью рукоятки лопатка устанавливается под заданным углом.
Данная конструкция позволяет осуществлять коагуляцию пыли в закручивающем аппарате, предотвращать вынос крупных частиц, обладающих парусностью, регулировать угол входа, а также соотношение между осевой и тангенциальной составляющими скорости потока при входе в корпус циклона в зависимости от свойств пыли и ее концентрации в очищаемом воздухе.
При помощи направляющей лопатки можно периодически очищать внутреннюю поверхность корпуса циклона в случае налипания пыли. Для этого направляющую лопатку поворачивают несколько раз вверх на 135° и возвращают в первоначальное положение.
Размеры щели для внутренней рециркуляции в циклоне ЦБР
Циклон с внутренней рециркуляцией ЦВР**. Циклон предназначался для улавливания пыли сои и других видов сухой неслипающейся мелкодисперсной пыли. Разработан на базе циклона ЦН-15 и отличается от него тем, что в выхлопной трубе имеется щелевое отверстие и винтообразная направляющая лента (рис. 5.21.). Через щелевое отверстие наиболее насыщенная пылью часть потока, проходящего по выхлопной трубе, направляется в корпус циклона на повторную очистку. Винтообразная направляющая лента на внутренней поверхности выхлопной трубы предназначена для интенсификации процесса движения частиц пыли к щелевому отверстию. Благодаря применению внутренней рециркуляции повышается эффективность циклона. Размеры щели для внутренней рециркуляции в циклоне ЦВР приведены в табл. 5.6.
Таблица 5.6.
| Показатели | Диаметр циклона, мм | |||
| Высота щели, м | 0,2 | 0,4 | 0,667 | |
| Ширина щели, м | 0,0092 | 0,0176 | 0,03045 | |
| Площадь щели, м2 | 0,00183 | 0,00702 | 0,0203 |
Рис. 5.21. Циклон ЦВР:
1 — корпус; 2 — входной патрубок; 3 —направляющая лента; 4 — щель для подсоса воздуха с остаточной запыленностью; 5 — выхлопная труба
Соотношение размеров циклонов ЦКК, РЦ, ЦВР приведено в табл. 5.7.
Производительность циклонов ЦКК, РЦ, ЦВР дана в табл. 5.8.
Сферический* циклон (рис.5.22.) Корпус циклона.имеет сферическую форму. В верхней части корпуса находится выхлопная тpy6a. По касательной к верхней части корпуса с помощью не менее двух патрубков подводится запыленный воздух. В стенке корпуса по периметру наибольшего сечения сферы находятся вертикальные щелевые отверстия.
Пылесборник сферической формы с радиусом в 1,4 раза больше радиуса корпуса верхним краем прикреплен к корпусу на уровне верхних краев щелевых отверстий. На этом же уровне находится нижний обрез выхлопной трубы.
В нижней части пылесборника имеется пылевыпускное отверстие с патрубком, а в полости пылесборника — отражатель, состоящий из прямого и обратного конусов.
Рис. 5.22. Сферический циклон:
о — вид сбоку; б — вид сверху;
1 — корпус; 2 — выхлопная труба; 3 — входные тангенциальные патрубки; 4 — прорези; 5 — бункер пылесборника; 6 — пылеотводящий патрубок; 7 — отражатель
Г-патношение пазмеоов и доигие данные о циклонах IIKK. РП. IIBP
Таблица 5.7.
| Тип | Диаметр | Высота | Заглубление | а, гра- | Размеры входного | Скорость воздуха во | Коэффициент гидравлическо- | ||||||
| D | D1 | Do | d | Н | Нч | Hк | hr | выхлопной трубы | дусы | патрубка a×b | входном патрубке, м/с | го сопротивления, отнесенный к скорости во входном патрубке | |
| ЦБР | 1,0 | — | — | 0,56 | 4,56 | 2,26 | 2,0 | 1,74 | 1,44 | 0,66 0,26 | 16—18 | 9,6 | |
| Циклон с конусом-коагулятором | 1,0 | 1,0 | 0,7 | 0,5 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 0,9 | 0,7 | 0,5 0,25 | 17—22 | 5,2 | |
| Циклоны серии РЦ | 1,0 | 1,6 | — | 0,56 | 4,8 | 1,6 | 3,2 | 1,8 | 1,7 | 0,6 0,36 | 12—18 |
Производительность циклонов ЦКК, РЦ, ЦБР
Таблица 5.8.
| ЦКК | РЦ | ЦБР | |||
| № | производительность, мл/ч | № | производительность, м /ч | № | производительность, м /ч |
Для большинства циклонных аппаратов коэффициент С постоянен и не зависит от числа Ее.
Значения коэффициентов гидравлического сопротивления ряда
циклонов приведены в табл. 5.9.
Таблица 5.9.
Коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов
| Тип циклона | Диаметр, мм | Без улитки | С улиткой на выхлопной трубе | ||
| xц | xо | xц | x0 | ||
| ЦН-11 | 6,1 | 5,2 | |||
| ЦН-15 | 7,6 | 6,7 | |||
| ЦН-15у | 8,2 | 7,5 | |||
| ЦН-24 | 10,9 | 12,5 | |||
| СИОТ | 6,0 | - | 4,2 | - | |
| ВЦНИИОТ | 9,3 | - | 10,4 | - | |
| ЛИОТ | 4,2 | 3,7 | |||
| ЦКК | 5;2 | - | - | - | |
| РЦ | 5,0 | - | - | - | |
| ЦБР | 9,6 | - | - | - |
В значение коэффициента гидравлического сопротивления циклонов НИИОГаза вносят поправки, учитывающие диаметр циклона и запыленность воздуха (газа) при входе в циклон: z = K1 • К2 xтабл. где K1 — поправочный коэффициент на диаметр циклона; К2 — поправочный коэффициент на запыленность потока (табл. 5.10.); xтабл. — коэффициент местного сопротивления циклона по табл. 5.9.
Таблица 5.10
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 |
Поправочный коэффициент Кг на запыленность (D = 500 мм)
| Поправочный коэффициент К2, при запыленности г/м3 | |||||||
| Тип циклона | 0 10 | 20 40 | 80 120 | ||||
| ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15у ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М | 0,96 0,93 0,93 0,95 0,81 0,98 0,99 | 0,94 0,92 0,92 0,93 0,785 0,947 0,97 | 0,92 0,91 0,91 0,92 0,78 0,93 0,95 | 0,90 0,90 0,89 0,90 0,77 0,915 | 0,87 0,87 0,88 0,87 0,76 0,91 | 0,5 0,86 0,87 0,86 0,745 0,90 | |
Для расчета циклонов необходимы следующие данные:
— расход газа (воздуха), подлежащего очистке при рабочих условиях, Lp, м3/с;
— плотность газа при рабочих условиях рг, кг/м3;
— динамическая вязкость газа при рабочей температуре цг, Па- с;
— дисперсный состав пыли, который задается двумя параметрами: dm и lgdч,: dm — такой размер пыли, при котором количество частиц крупнее dm равно количеству частиц мельче dm; lgdч, — среднее квадратическое отклонение в функции распределения частиц по размерам;
— запыленность газа Свх, г/м3;
— плотность частиц пыли рч, кг/м3;: — требуемая эффективность очистки газа e, %.
Расчет циклонов выполняют в такой последовательности:
1. Задаются типом циклона. По табл. 5.11. определяют оптимальную скорость газа в аппарате nопт.
2. Определяют необходимую площадь сечения циклона, м:
3. Определяют диаметр циклона, м, задаваясь количеством циклонов N:
Диаметр циклона округляют до величины, приведенной в табл. 6.2. — 5.5.
4. Вычисляют действительную скорость газа в циклоне
Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.
5. Принимают по табл. 5.9. коэффициент гидравлического со-/ противления для данного циклона. Для циклонов НИИОГаз вносят поправки по табл. 5.10.
6. Определяют потери давления в циклоне, Па, по формуле
Если потери ДР приемлемы, переходят к определению эффективности очистки газа в циклоне.
7. Приняв по табл. 5.11. значения d50r lgdxr, для табличных условий, определяют значения d50 при рабочих условиях (диаметрециклона, скорости потока, плотности пыли, динамической вязкости газа) по уравнению
8. Определяют параметр х по формуле
9. По табл. 5.12. определяют значение Ф(х), которое представляет собой эффективность очистки газа, выраженную в долях единицы. Полученное значение сравнивают с требуемым. Если оно меньше требуемого, принимают другой циклон и рассчитывают его.
Приближенное определение эффективности улавливания пыли в циклоне может быть выполнено с помощью номограммы, рис. 5.23., с учетом типа циклона, его диаметра, гидравлического сопротивления, среднего медианного размера пыли, ее плотности, температуры среды.
Пользование номограммой (рис. 5.23.) показано на примерах:
Рис. 5.23. Номограмма для определения эффективности циклона.
Таблица 5.11. Параметры, определяющие эффективность циклонов
| Параметры | ЦН-24 | ЦН-15у | ЦН-15 | ЦН-11 | СДК-ЦН-33 | СК-ЦН-34М | СК-ЦН-34 | СИОТа | ВЦНИИОТа |
| d50r, мкм | 8,50 | 6,00 | 4,50 | 3,65 | 2,31 | 1,95 | 1,13 | 2,6 | 8,6 |
| lgdet | 0,308 | 0,283 | 0,352 | 0,352 | 0,364 | 0,308 | 0,340 | 0,28 | 0,32 |
| Vопт,м/с | 4,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 2,0 | 11,7 | 2,0 | 1,00 | 4,00 |
Пример 1. Определить гидравлическое сопротивление циклона СДК-ЦН-33 при следующих условиях: требуемая эффективность аппарата 75 %; средний медианный размер пыли 8 мкм; плотность пыли 3000 jcr/м3; диаметр циклона 1000 мм; температура очищаемого газа 400°С.
Точку на шкале в верхнем правом углу, выражающую сопротивление циклона, 1000 Па, соединяем с точкой 11, соответствующей циклону, и проводим прямую до пересечения с горизонтальной шкалой в правой средней части номограммы. Из точки пересечения проводим вертикальную линию до с пересечения с линией, Характеризующей температуру газа. Из точки пересечения — горизонтальную линию до пересечения с линией, выражающей диаметр циклона. Затем — вертикальную линию до пересечения с Линией, характеризующей плотность пыли. После этого — горизонтальную линию до пересечения с линией, выражающей средний медианный размер частиц пыли. Вертикальная линия, проведенная из точки пересечения до шкалы эффективности, пересекается с ней в точке, характеризующей эффективность 85 %.
Пример 2. Определить, каким будет гидравлическое сопротивление циклона ВЦНИИОТ при следующих условиях: требуемая Эффективность улавливания e = 75 %; средний медианный размер Пыли d50r = 8 мкм; плотность пыли р = 3000 кг/т3; диаметр циклона 1000 мм, температура газа 400°С.
На горизонтальной шкале в левой части номограммы находим точку, соответствующую эффективности 75 %. Из этой точки проводим линию до пересечения с линией d50 = 8 мкм, затем до пересечения с линией р = 3000 кг/м3; до линии Dц = 1000 мм; до линии t = 400°С. Из найденной точки подымаемся до горизонтальной шкалы в правой части номограммы. Найденную точку соединяем с точкой 8, характеризующей циклон ВЦНИИОТ. Продолжая линию до пересечения со шкалой сопротивлений Циклона в верхнем правом углу, находим Dp» 1500 Па.
Примечания:1. Значения d50r в таблице, соответствуют следующим условиям работы циклонов: средняя скорость газа в циклоне v = 3,5 м/с; диаметр циклона D = 0,6 м; плотность частиц рч = 1930 кг/м3; динамическая вязкость газа mr= 22,2 • 10-6 Н • с/м2(Па • с).
Таблица 5.12. Значения нормальной функции распределения
| X | Ф(х) | X | Ф(х) | X | Ф(х) | X | Ф(х) |
| — 2,70 | 0,0035 | — 1,06 | 0,1446 | 0,00 | 0.5000 | 1,08 | 0,8599 |
| — 2,60 | 0,0047 | — 1,04 | 0,1492 | 0,02 | 0,5080 | 1,10 | 0,8643 |
| -2,50 | 0,0062 | -1,02 | 0,1539 | 0,04 | 0,5160 | 1,12 | 0,8686 |
| — 2,40 | 0,0082 | — 1,00 | 0,1587 | 0,06 | 0,5239 | 1,14 | 0,8729 |
| — 2,30 | 0,0107 | — 0,98 | 0,1635 | 0,08 | 0,5319 | 1,16 | 0,8770 |
| — 2,20 | 0,0139 | — 0,96 | 0,1685 | 0,10 | 0,5398 | 1,18 | 0,8810 |
| -2,10 | 0,0179 | — 0,94 | 0,1736 | 0,12 | 0,5478 | 1,20 | 0,8849 |
| — 2,00 | 0,0228 | — 0,92 | 0,1788 | 0,14 | 0,5557 | 1,22 | 0,8888 |
| — 1,98 | 0,0239 | — 0,90 | 0,1841 | 0,16 | 0,5636 | 1,24 | 0,8925 |
| — 1,96 | 0,0250 | — 0,88 | 0,1894 | 0,18 | 0,5714 | 1,26 | 0,8962 |
| — 1,94 | 0,0262 | — 0,86 | 0,1949 | 0,20 | 0,5793 | 1,28 | 0,8997 |
| — 1,92 | 0,0274 | — 0,84 | 0,2005 | 0,22 | 0,5871 | 1,30 | 0,9032 |
| — 1,90 | 0,288 | — 0,82 | 0,2061 | 0,24 | 0,5948 | 1,32 | 0,9066 |
| — 1,88 | 0,0301 | — 0,80 | 0,2119 | 0,26 | 0,6026 | 1.34 | 0,9099 |
| — 1,86 | 0,0314 | — 0,78 | 0,2177 | 0,28 | 0,6103 | 1,36 | 0,9131 |
| — 1,84 | 0,0329 | — 0,76 | 0,2236 | 0,30 | 0,6179 | 1,38 | 0,9162 |
| -1,82 | 0,0344 | . - 0,74 | 0,2297 | 0,32 | 0,6255 | 1,40 | 0,9192 |
| — 1,80 | 0,0359 | — 0,72 | 0,2358 | 0,34 | 0,6331 | 1,42 | 0,9222 |
| — 1,78 | 0,0375 | — 0,70 | 0,2420 | 0,36 | 0,6406 | 1,44 | 0,9251 |
| — 1,76 | 0,0392 | — 0,68 | 0,2483 | 0,38 | 0,6480 | 1,46 | 0,9279 |
| — 1,74 | 0,0409 | — 0,66 | 0,2546 | 0,40 | 0,6554 | 1,48 | 0,9306 |
| — 1,72 | 0,0427 | — 0,64 | 0,2611 | 0,42 | 0,6628 | 1,50 | 0,9332 |
| — 1,70 | 0,0446 | — 0,62 | 0,2676 | 0,44 | 0,6700 | 1,52 | 0,9357 |
| — 1,68 | 0,0465 | — 0,60 | 0,2743 | 0,46 | 0,6772 | 1,54 | 0,9382 |
| — 1,66 | 0,0485 | — 0,58 | 0,2810 | 0,48 | 0,6844 | 1,56 | 0,9406 |
| — 1,64 | 0,0505 | — 0,56 | 0,2877 | 0,50 | 0,6915 | 1,58 | 0,9429 |
| — 1,62 | 0,0526 | — 0,54 | 0,2946 | 0,52 | 0,6985 | 1,60 | 0,9452 |
| — 1,60 | 0,0548 | — 0,52 | 0,3015 | 0,54 | 0,7054 | 1,62 | 0,9474 |
| — 1,58 | 0,0571 | — 0,50 | 0,3085 | 0,56 | 0,7123 | 1,64 | 0,9495 |
| — 1,56 | 0,0594 | — 0,48 | 0,3156 | 0,58 | 0,7190 | 1,66 | 0,9515 |
| — 1,54 | 0,0618 | — 0,46 | 0,3228 | 0,60 | 0,7257 | 1,68 | 0,9535 |
| — 1,52 | 0,0643 | — 0,44 | 0,3300 | 0,62 | 0,7324 | 1,70 | 0,9554 |
| — 1,50 | 0,0668 | — 0,42 | 0,3372 | 0,64 | 0,7389 | 1,72 | 0,9573 |
| — 1,48 | 0,0694 | — 0,40 | 0,3446 | 0,66 | 0,7454 | 1,74 | 0,9591 |
| — 1,46 | 0,0721 | — 0,38 | 0,3520 | 0,68 | 0,7517 | 1,76 | 0,9608 |
| — 1,44 | 0,0749 | — 0,36 | 0,3594 | 0,70 | 0,7580 | 1,78 | 0,9625 |
| — 1,42 | 0,0778 | — 0,34 | 0,3669 | 0,72 | 0,7642 | 1,80 | 0,9641 |
| — 1,40 | 0,0808 | — 0,32 | 0,3745 | 0,74 | 0,7703 | 1,82 | 0,9656 |
| — 1,38 | 0,0838 | — 0,30 | 0,3821 | 0,76 | 0,7764 | 1,84 | 0,9671 |
| — 1,36 | 0,0869 | — 0,28 | 0,3897 | 0,78 | 0,7823 | 1,86 | 0,9686 |
| — 1,34 | 0,0901 | — 0,26 | 0,3974 | 0,80 | 0,7881 | 1,88 | 0,9699 |
| -1,32 | 0,0934 | — 0,24 | 0,4052 | 0,82 | 0,7939 | 1,90 | 0,9713 |
| — 1,30 | 0,0968 | — 0,22 | 0,4129 | 0,84 | 0,7995 | 1,92 | 0,9726 |
| — 1,28 | 0,1003 | — 0,20 | 0,4207 | 0,86 | 0,8051 | 1,94 | 0,9738 |
| -1,26 | 0,1038 | — 0,18 | 0,4286 | 0,88 | 0,8106 | 1,96 | 0,9750 |
| — 1,24 | 0,1075 | — 0,16 | 0,4364 | 0,90 | 0,8159 | 1,98 | 0,9761 |
| -1,22 | 0,1112 | — 0,14 | 0,4443 | 0,92 | 0,8212 | 2,00 | 0,9772 |
| — 1,20 | 0,1151 | -0,12 | 0,4522 | 0,94 | 0,8264 | 2,10 | 0,9821 |
| — 1,18 | 0,1190 | — 0,10 | 0,4602 | 0,96 | 0,8315 | 2,20 | 0,9861 |
| — 1,16 | 0,1230 | — 0,08 | 0,4681 | 0,98 | 0,8365 | 2,30 | 0,9893 |
| — 1,14 | 0,1271 | — 0,06 | 0,4761 | 1,00 | 0,8413 | 2,40 | 0,9918 |
| — 1,12 | 0,1314 | — 0,04 | 0,4840 | 1,02 | 0,8461 | 2,50 | 0,9938 |
| — 1,10 | 0,1357 | — 0,02 | 0,4920 | 1,04 | 0,8508 | 2,60 | 0,9953 |
| — 1,08 | 0,1401 | — 0,00 | 0,5000 | 1,06 | 0,8554 | 2,70 | 0,9965 |