Расчет эффективности циклонов

Наиболее обобщенным и надежным является метод расчета эффективности с использованием элементов теории вероятностей.

Дисперсный состав пыли можно характеризовать двумя параметрами: среднемедианным размером d_m и среднеквадратичным отклонением lg s _п функции распределения. Кривые парциальной эффективности циклонов также могут быть охарактеризованы двумя аналогичными параметрами: и lg s , численные значения которых для различных типов циклонов конструкции НИИОгаз и прочих приведены в табл. 2.4.

 

Таблица 2.4

Параметры , lg s  и w _Т, определяющие

эффективность для различных типов циклонов

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15у	ЦН-15	ЦН-11	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34	СИОТ
, мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	2,6
lg s	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,28
wопт., м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	1,00

Приведенные в табл. 2.4 данные соответствуют следующим условиям работы циклонов:

– скорость газов w_Т =3,5 м/с;

– диаметр циклона D_Т = 0,6 м;

– плотность частицы пыли r_пТ = 1930 кг/м³;

– динамический коэффициент вязкости газа

m_Т = 22,2×10^-6 Н×с/м² (Па·с).

Математическая обработка уравнения для вероятностных функций дает следующее выражение для полного коэффициента очистки газа в циклоне

 

                                      h = Ф(x).                                     (2.4)

 

Величина аргумента x применительно к циклонам может быть определена из выражения

 

                     x = .                                (2.5)

 

Численное значение функции Ф(x) находят в зависимости от величины аргумента x по табл. П.4.

Входящая в формулу (2.5) величина d ₅₀  представляет собой размер частиц, осажденных при фактических условиях работы выбранного циклона с эффективностью 50 %.

Эта величина может быть найдена из выражения

 

                   d ₅₀ = ,                                  (2.6)

 

где D_T, r _чТ, m _Т, w _Т - параметры, соответствующие условиям, при которых получены табличные значения и lg s ; D, r _ч, m, w - параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона.

При очистке газов с высокой концентрацией пыли (z >10 г/м³) степень очистки газа в циклоне обычно несколько увеличивается и может быть определена по следующей эмпирической зависимости

 

            h ¢ = h + (100 - h) 0,12 z ₁ lg 0,1 z ₁ /100,                        (2.7)

 

где z ₁ – начальная концентрация пыли в газе, г/м³; h - степень очистки газа в циклоне при его начальной запыленности 10 г/м³.

В случае, когда полученная в результате расчета эффективность оказывается недостаточной, следует уменьшить размеры циклона, т. е. повысить скорость и гидравлическое сопротивление. При этом степень очистки газа в циклоне возрастает.

Пример расчета циклонов

Задание. Выбрать циклон типа ЦН-15, определить его гидравлическое сопротивление D p и эффективность h при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях                    V _о = 4100 м³/ч; плотность газа r _о = 1,29 кг/м³, температура газа   Т =110 ^оС, коэффициент динамической вязкости m _г =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 z ₁ = 50 г/м³, характеристики дисперсного состава пыли d_m =10 мкм, коэффициент полидисперсности пыли lg s _п = 0,7, плотность частиц пыли                  r _п = 3000кг/м³ . Циклон работает в сети без раскручивателя.

Решение:

1. Плотность газа при рабочих условиях

r _г = ;

r _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 = ;

w_ц = = 3,2 м/с.

Действительная скорость отклоняется от оптимальной:

[(w_опт-w_ц)/ w_опт]∙100 % = [(3,5-3,2)/3,5] 100 % = 8,57 м/с.

Поскольку действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15 %, остановимся на выбранном диаметре циклона и, исходя из принятых соотношений размеров для данного типа циклонов, можно определить остальные размеры (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2. Циклон конструкции НИИОгаз (цилиндрический)

4. Коэффициент сопротивления циклона

 

x = К₁ · К₂ · x ₅₀₀;

x = 1·0,91·155 = 141,

где значения коэффициентов К₁, К₂ и x ₅₀₀  принимаем в соответствии с данными, приведёнными в таблицах 2.1, 2.2, 2.3: К₁ = 1, К₂ = 0,91, x ₅₀₀ = 155.

5. Гидравлическое сопротивление циклона

D p = ;

D 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, r _nТ, m _Т, w _Т - значения параметров, соответствующие условиям, при которых получена величина = 4,5 мкм                 (см. табл. 2.4); D, r _n, m _г, 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 табл. П.4 составляет

 

h = Ф(x) = 0,6664 или 66,64 %.

Рекомендации по использованию и эксплуатации

Циклонов

В процессе эксплуатации циклонные установки следует подвергать систематическим осмотрам, наружные осмотры необходимо производить несколько раз в смену. Результаты осмотров записывают в журнал начальника смены. Внутренние осмотры выполняют во время остановки основного технологического оборудования. В батарейных циклонах обращают внимание на степень изношенности элементов, наросты пыли на направляющих лопатках, герметичность затворов и питателей.

С повышением крупности частиц и ее плотности эффективность очистки возрастает. Повышение температуры газов, которое обусловливает увеличение их вязкости, а также увеличение диаметра цилиндрической части циклона вызывает снижение эффективности очистки.

С повышением скорости газового потока улучшается улавливание пыли в циклоне. Однако при больших скоростях рост КПД замедляется, а при переходе некоторого предела, зависящего от конструкции циклона и дисперсного состава улавливаемой пыли, начинает даже снижаться. Это вызвано возникновением завихрений, срывающих уже осевшие частицы пыли, и дроблением скоагулированных пылевых агрегатов. Эффективные скорости входа газа в циклон колеблются от 20 до 25 м/с, но не менее 15 м/с.

Поток, поступающий в выхлопную трубу, продолжает интенсивно вращаться. Затухание этого вращательного движения происходит медленно. Для устранения вращательного движения на выходе из циклона и уменьшения гидравлических потерь, иногда применяют специальные устройства, например раскручиватели.