Принцип действия циклонов

Санкт- Петербург

Цели и задачи

Целью проведения данного практического занятия является ознакомление студентов металлургических специальностей с инерционными пылеочистителями типа «циклон» и методикой расчета подобных аппаратов.

В результате выполнения данной работы студент должен

знать

- что понимают под пылеочистными аппаратами инерционного действия;

- какой тип пылеочистных аппаратов относится к циклонам;

- принцип действия циклонных аппаратов;

- разновидности циклонных аппаратов;

- что понимают под расчетом циклонных аппаратов;

уметь

- выбрать необходимый циклонный аппарат;

- рассчитать циклонный аппарат.

Принцип действия циклонов

Инерционными пылеочистными аппаратам называются аппараты, принцип действия которых основан на использовании инерционных сил. Аппараты, в которых в качестве инерционной используется центробежная сила, называются циклонами.

Рисунок 1. Циклон серии ЦН с указанием оптимальных размеров: 1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – выходной патрубок

Циклонные аппараты по форме рабочей камеры подразделяются на цилиндрические и конические, а по компоновке на одиночные, групповые и батарейные.

Наиболее распространенным типом циклонных аппаратов являются цилиндрические циклоны. Принципиальная схема цилиндрического циклона представлена на рисунке 1.Рабочая камера цилиндрического циклона состоит из удлиненной цилиндрической части и относительно короткой конической части (в конических циклонных аппаратах наоборот) К цилиндрической части рабочей камеры тангенциально и под небольшим углом к горизонту крепится входной патрубок. Выходной патрубок заглублен в цилиндрическую часть рабочей камеры и установлен соостно с нею. Выходное отверстие конической части соединяется с бункером для сбора пыли.

Принцип действия циклонов следующий. Газовый поток, проходя через тангенциально установленный патрубок (1), закручивается в цилиндрической части циклона (2). Вместе с ним во вращательном движении участвуют пылевые частицы, которые под действием центробежной силы начинают двигаться к стенкам циклона, а за счет силы тяжести и наклонного входа патрубка одновременно опускаться вниз. Достигнув стенок циклона, пылевые частицы ссыпаются по ним в бункер, а очищенный газовый поток покидает корпус циклона через выходной патрубок. Бункер циклона время от времени очищается от пыли. Для обеспечения эффективной работы циклона необходимо:

- соблюдать строгое соотношение между основными размерами отдельных частей циклонного аппарата (рис 1);

- обеспечить герметичность всей конструкции;

- не допускать зарастания рабочей камеры циклона пылью;

- не допускать подъема уровня пыли в бункере выше трех диаметров выходного отверстия конической части рабочей камеры.

При расчете циклона определяют его основные геометрические размеры, эффективность улавливания пыли и величину гидравлического сопротивления.

Расчет геометрических размеров циклона начинают с определения диаметра цилиндрической части рабочей камеры

(1)

где V- расход очищаемого газа; w_г- скорость газа в живом сечении циклона, которая принимается равной 3, 5 м / с.

В случае если расчетный диаметр циклона превышает 500 мм, целесообразно установить группу циклонов или батарейный циклон, т.к. работа одиночного циклона большого диаметра не эффективна. Далее по соотношениям, указанным на рисунке 1, рассчитываются остальные линейные размеры циклона

Расчет эффективности работы циклона задача сложная. С наибольшей степенью точности она может быть рассчитана с помощью методики разработанной для циклонов конструкции НИИОгаза типа ЦН и СК-ЦН.

Согласно данной методике эффективность улавливания пыли в циклоне рассчитывается по формуле

(2)

Здесь Х- функция многих переменных, определяемая по формуле:

, (3)

, (4)

где d₅₀ и – соответственно медианный размер и дисперсия улавливаемой пыли; - дисперсия экспериментальной пыли, логарифм этой величины в зависимости от типа циклона определяется по таблице 1.

Таблица 1. Значения поправочных коэффициентов

Тип циклонного аппарата	d50т	Lg2	K1	K2
ЦН­-15	4, 5	0, 352	1 -*0, 9 (бат)
СК ЦН­–34	1, 95	0, 308	1-*0, 9 (бат)
* коэффициент для батарейного циклона

Величина d¹₅₀ рассчитывается по формуле

, (5)

где d₅₀^Т– экспериментальная величина, зависящая от типа циклона; D– диаметр циклона; – вязкость газа; – истинная плотность частиц; – скорость газа в циклоне, оптимальная величина которой, для большинства циклонов, равна 3, 5 м/с.

При рассчитанной величине Х значение эффективности улавливания пыли в циклоне определяется по табличным значениям (таблица 2).

Величина потерь энергии на преодоление местного сопротивления, которое создает циклонный аппарат, может быть рассчитана по уравнению

(6)

где ρ _г – плотность газа (1, 29 кг/м³); – коэффициент местного сопротивления для циклонов серии ЦН рассчитываемый по формуле

(7)

Все входящие в это выражение величины - экспериментальные коэффициенты, зависящие от типа циклона и других факторов: ₅₀₀ – коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм; К₁– коэффициент учитывающий влияние циклона, он изменяется в диапазоне 0, 85-1; К₂– коэффициент учитывающий запыленность газов изменяется в диапазоне 0, 85- 1; К_3­– коэффициент учитывающий групповую компоновку циклонов. Для одиночного циклона К₃ = 0, при двухрядной компоновке К₃= 35, а при круговой – 60.

В металлургической промышленности чаще всего применяют циклоны типа ЦН –15 и СК ЦН­ 34. Значение эмпирических коэффициентов, необходимых для расчета этих циклонов, приведены в таблице 1.

Эффективность работы циклонов зависит от его конструкции и физических свойств улавливаемой пыли. При улавливании мелкодисперсной металлургической пыли величина его эффективность составляет 20-80 %, в связи с чем, циклонные аппараты в металлургическом производстве могут использоваться только в качестве первой ступени очистки. Степень очистки газов в батарейных циклонах на 20% ниже, чем в одиночных циклонах такого же диаметра.

Задача №1

Выбрать циклон типа ЦН-15 для очистки газов отходящих от аспирационной системы дробильной камеры за и рассчитать его линейные размеры, эффективность улавливания пыли и величину гидравлического сопротивления, если расход газового потока составляет 1 м/c, вязкость 17* 10^-6 м³/с, температура 20⁰ С, плотность пыли кг/м³, дисперсный состав пыли приведен в таблице 3.