Значение поправочных коэффициентов К3 для групп циклонов

Расчет степени очистки выбранных циклонов производится на основе методики, разработанной в институте НИИОГАЗ.

Совершенство циклонного процесса наиболее характеризуется фракционной степенью очистки, т. е. отношением массы уловленных частиц пыли данной фракции к массе частиц той же фракции, внесенных газами в циклон за то же время. При использовании критических зависимостей оказалось возможным выразить фракционную степень очистки в циклонах, %, путем математической обработки уравнения для вероятности функций [12]

η_фр = 50[1+Ф(Х)]; (40)

:σ_ц , (41)

где δ – диаметр частицы, для которой определяется фракционная степень очистки, мкм; – диаметр частиц, улавливаемых в циклоне со степенью очистки 50 %; мкм (принимается из табл.3); σ_ц – величина, характеризующая дисперсию частиц, уловленных условным циклоном; w_ц – условная (фиктивная) скорость в корпусе циклона, м/с; μ – вязкость газа при рабочих условиях, Па∙с; ρ_т – плотность частиц пыли, кг/м³; K – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей циклона (принимается из табл.3); Φ(X) – значения нормальной функции распределения, приводятся в табл.2.

Полная степень очистки в циклоне, %, может определяться по выражению [11]

η = Ф( Х' ); (42)

, (43)

где δ_m – медианный размер частиц пыли при входе в циклон, мкм; δ_15,9 – диаметр частиц пыли на входе в циклон, при котором суммарная масса всех частиц, имеющих меньший размер, составляет 15,9% от общей массы пыли; величина δ_50ц представляет собой размер частиц, улавливаемых при фактических условиях работы выбранного циклона со степенью очистки 50%. Эта величина может быть найдена из выражения

, (44)

где D_т, ρ_т, μ_г, w_т – параметры, соответствующие условиям, при которых получены значения табл. 3; D, ρ_ч, μ, w – параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона.

Для определения фракционной степени очистки циклонов можно также пользоваться графиками, полученными П.А. Коузовым (рис.13) с пересчетом из стандартных условий к фактическим по формуле (44).

Циклоны можно устанавливать как на всасывающей, так и на нагнетательной линии. Однако для того, чтобы продлить срок службы вентилятора, особенно на газах с абразивными или липкими пылями, циклоны следует устанавливать на всасывающей линии перед вентилятором. В противном, случае пыль попадает в вентилятор и вызывает его преждевременный износ и поломку.

Следует уделять внимание тому, чтобы в циклоне не конденсировалась влага, температура газа в нем должна быть примерно на 10–25ºС выше температуры точки росы. Чтобы обеспечить выполнение этого условия применяют тепловую изоляцию циклона, иногда его стенки подогревают.

Стандартные конструкции циклонов способны работать при температуре газа не выше 400ºС и давлении (разрежении) не более 2,5 кПа.

В химической промышленности наибольшее распространение получили циклоны конструкции НИИОГАЗа: цилиндрические ЦН–11,
ЦН–15, ЦН–24; конические серии С (сажевые) типов СК–ЦН–34,
СК–ЦН–22, СДК–ЦН–33. Обозначения циклонов означают следующее: СК–ЦН–34: СК – спиральный конический, ЦН – циклон НИИОГАЗа,
34 – отношение диаметров выхлопной трубы и цилиндрической части. От угла наклона оси входного патрубка к горизонтали и отношения диаметров выхлопной трубы и цилиндрической части зависят эффективность циклона и перепад давления в нем. Конические циклоны имеют более высокую степень очистки, чем цилиндрические циклоны, у них выше гидравлическое сопротивление. При одинаковой производительности габаритные размеры конических циклонов намного больше, чем цилиндрических. В ряде производств нашел применение циклон с корпусом в виде расширяющегося книзу конуса конструкции ВЦНИИОТ (рис.14).

Вследствие расширения корпуса закручивание газа и давление частиц на стенку аппарата уменьшаются, поэтому такой циклон можно применять для улавливания пылей с повышенной абразивностью или склонных к истиранию.

В этом циклоне часть потока газовзвеси через кольцевую щель между полым нижним конусом и стенкой аппарата попадает в пылевой бункер, а поток газа возвращается из бункера в сепарационное пространство циклона через отверстие полого нижнего конуса.

Довольно широкое применение нашли также циклоны ЛИОТ (Ленинградского института охраны труда) и СИОТ (Свердловского института охраны труда) (рис.15). Эти циклоны по основным параметрам близки к циклонам НИИОГАЗа, но отличаются от них по габаритным размерам.

Циклоны ЛИОТ по сравнению с цилиндрическими циклонами НИИОГАЗа имеют удлиненную цилиндрическую часть, выхлопная труба у них более глубоко опущена в корпус, а также угол раскрытия конуса больше.

Циклоны СИОТ фактически не имеют цилиндрической части, выхлопная труба у них опущена в конический корпус, входной патрубок имеет треугольное сечение. Общая высота при одинаковой производительности у этих циклонов меньше, а поперечный размер больше, чем у аналогичных циклонов НИИОГАЗа, поэтому их используют в тех случаях, когда высота помещения недостаточна для установки циклонов НИИОГАЗа.

В настоящее время разработано много разных конструкций циклонов с целью повышения степени очистки газа, улучшения их аэродинамических характеристик, снижения вторичного выноса пыли. С этой целью в циклонах может осуществляться отбор части наиболее запыленного потока газа с последующей его очисткой отдельно от основного потока, отбор части газового потока из бункера циклона и другие технические решения.

При работе на газах, имеющих высокую температуру, внутреннюю поверхность циклонов футеруют керамическими огнеупорными плитками, а выхлопную трубу выполняют из жаростойких материалов.

Для нормальной эксплуатации циклонов необходимо обеспечить условия, исключающие конденсацию влаги, например, за счет термоизоляции внешней поверхности циклонов. Особенно важное значение это имеет при очистке газов от пыли, склонной к налипанию, так как конденсация влаги из газа при его охлаждении ниже точки росы приводит к росту адгезионных сил, что сопровождается изменением аэродинамических условий в циклонах, снижением степени очистки и может привести к полному забиванию циклонов.

Для циклонов диаметром 800 мм и более и неслипающихся пылей концентрация пыли допускается до 400 г/м³, для слипающихся пылей и циклонов меньшего диаметра концентрация должна быть в 2–4 раза ниже.

При очистке газов от пыли, обладающей абразивными свойствами, внутренняя поверхность циклонов быстро истирается. Для уменьшения абразивного износа циклоны футеруют изнутри плитками из материалов, обладающих стойкостью к истиранию, например, плавленого базальта и других каменных пород, броневыми плитами. Возможно также изготовление самих циклонов из износостойких материалов: чугуна, современных композитных материалов, используемых в военной, космической и авиационной промышленности. Однако стоимость таких материалов относительно велика, что препятствует их широкому применению.

Циклоны являются одними из самых распространенных аппаратов пылегазоочистки, их достоинствами является относительная простота конструкций, невысокое гидравлическое сопротивление, отсутствие движущихся частей, простота в обслуживании при эксплуатации.

Однако высокую степень очистки эти аппараты обеспечивают только для крупно- и среднедисперсной пыли, медианный размер которой превышает 10 мкм. Для пылей с диаметрами частиц менее 5 мкм степень очистки циклонов быстро падает, что вызывает необходимость применения более эффективных аппаратов.