Расчет батарейного циклона (стр. 2 из 3)
Рукавные фильтры применяют для тонкой очистки газов от сухой или трудноувлажняемой пыли, размеры частиц которой превышают 1 мкм,например для улавливания цемента, сажи, окислов цинка и т. д. Они эффективно работают при очистке газов от волокнистой пыли, например, асбестовой, но не пригодны для удаления липкой и влажной пыли.
Для весьма полной очистки газов от мелкодисперсной пыли используют мокрые пылеуловители и электрофильтры. Мокрые пылеуловители применяют тогда, когда желательно или допустимо охлаждение и увлажнение очищаемого газа, а отделяемая пыль химически не взаимодействует с орошающей жидкостью и может быть впоследствии выделена из жидкости, если пыль является ценным продуктом. Эти пылеочистители достаточно просты в изготовлении, а стоимость аппаратуры и затраты на ее обслуживание меньше, чем для электрофильтров.
При электрической очистке газов можно получить весьма высокую степень улавливания взвешенных частиц. При этом расход энергии невелик вследствие малого потребления тока и низкого гидравлического сопротивления электрофильтров. Расход энергии на очистку 1000 м3/чгаза составляет в них обычно 0,2–0,3 кВт·ч. Для очистки сухих газов используют преимущественно пластинчатые электрофильтры, а для отделения трудноулавливаемой пыли и туманов – трубчатые. Электрофильтры являются относительно дорогостоящими и сложными в эксплуатации аппаратами. Они мало пригодны для очистки газов от твердых частиц, имеющих очень малое удельное электрическое сопротивление и в некоторых других случаях.
1. Теоретическое обоснование метода очистки в батарейном циклоне
Циклоны - наиболее распространенные аппараты пылеочистки. Применяются на предприятиях металлургии, химической и нефтяной промышленности, в энергетике, деревообработке и других отраслях.
При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны в зависимости от характеристик улавливаемой пыли, типа и режима работы циклона обеспечивают эффективность очистки газов 80-95% частиц пыли размером более 10 мкм.
Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед высокоэффективными пылеулавливающими агрегатами (например, фильтрами и электрофильтрами). В ряде случаев достигаемая эффективность циклонов оказывается достаточной для выброса газов или воздуха в атмосферу.
Циклоны выбирают в зависимости от:
· объема воздуха, необходимого для аспирации,
· размера частиц продукта,
· требуемой степени очистки,
· условий выгрузки осажденного продукта
изготовляют в климатических исполнениях: У1-4 и УХЛ4 по ГОСТ 15150-69.
Преимущества предлагаемых пылеулавливающих агрегатов:
· эффективная очистка воздуха в помещениях;
· экономия энергии на подогрев наружного воздуха;
· локализация отходов в бункер-накопитель (пыли, стружки и др.).
Циклоны могут использоваться как для предварительной очистки газов и устанавливаться перед тканевыми фильтрами или электрофильтрами, так и самостоятельно.
В зависимости от расхода очищаемого газа циклоны могут устанавливаться по одному (одиночные циклоны) или объединяться в группы из двух, четырех, шести или восьми циклонов (групповые циклоны). Циклоны могут применяться для очистки газов от нескольких сотен до сотен тысяч кубометров в час.
Циклоны могут изготавливаться с «левым» и «правым» вращением газового потока. Обычно «правым» принято называть вращение потока в циклоне по часовой стрелке (если смотреть со стороны выхлопного патрубка), «левым» - вращение потока против часовой стрелки. Направление вращения выбирают исходя из условий компоновки циклона в схеме, а также расположения циклонов в группе.
Эффективность очистки газа в циклоне в основном определяется его типом, размером, дисперсным составом и плотностью частиц улавливаемой пыли, а также вязкостью газа.С уменьшением диаметра циклона и повышением до определенного предела скорости газа в циклоне эффективность очистки возрастает.
Особенностью работы циклонов является то, что эффективность очистки газа резко снижается при подсосе атмосферного воздуха внутрь циклона, особенно через бункер. Экспериментальные исследования показали, что 1 % подсоса воздуха снижает эффективность очистки на величину от 1 до 4 %, поэтому подсос должен быть сведен к минимуму.
Для пыли заданного дисперсного состава она может быть рассчитана исходя из кривых фракционной эффективности, приведенных в соответствующих нормативных материалах, таких как: «Руководящие указания по Проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации циклонов НИИОГАЗ» (Всесоюзное объединение по очистке газов и пылеулавливанию, Ярославль, 1971), и ряде других.
Важной величиной, характеризующей энергетические затраты на очистку газа циклоном, является его коэффициент гидравлического сопротивления. Коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов, приведенные в специальном каталоге, отнесены к средней скорости газов в поперечном сечении цилиндрической части корпуса циклонов.
Другой, весьма важной характеристикой циклона, является его стойкость к абразивному износу, которая определяет долговечность работы аппарата. Абразивный износ возникает вследствие концентрации частиц у стенок циклона и динамического воздействия частиц со стенками.
Исследования характера износа различных элементов циклона показывают, что наибольший износ наблюдается в верхней части корпуса циклона на участке входа запыленного газа в циклон и внизу конической части циклона. Интенсивность абразивного износа циклонов в зависимости от конкретных условий эксплуатации может достигать 12-20 мм в год.
Циклоны пылеуловители(рис. 1) состоят из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крышкой 3. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20–30 м/с) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник 5. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу 6.
Движение частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращательным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.
Фиктивная скорость очищаемого газа (в м/с)в цилиндрической части циклона может быть определена по формуле
где ρ – плотность газа, кг/м3.
Для широко распространенных циклонов НИИОгаз отношение Δр/ρ равно 500 – 750 м2/с2. Значение коэффициента гидравлического сопротивления ζп , отнесенного к wn, принимают, согласно опытным данным, после чего определяют диаметр Dцилиндрической части циклона по уравнению расхода. Остальные размеры аппарата находят по значению D.
Степень очистки газов определяют по нормалям и номограммам, составленным на основе опытных данных, в зависимости от фракционного состава пыли и ее плотности, начальной запыленности газов, допускаемого гидравлического сопротивления и т. д.
Циклоны из углеродистой стали (нормализованные) применяются для очистки газов, имеющих температуру не более 673 К (400 °С). Газы с более высокими температурами очищают в циклонах, изготовленных из жаропрочных материалов; в этих случаях корпус циклона часто футеруют изнутри термостойкими материалами (шамотным кирпичом, огнеупорными плитками и др.).
Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15–20 оС выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.
Как известно, степень очистки газа в циклонах зависит от величины фактора разделения Кр= w2/rg. Из этого выражения видно, что степень очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возрастание гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются батарейными циклонами, или мультициклонами.
1.2 Очистка запыленных газов в батарейном циклоне
На рис. 2 показан батарейный циклон, состоящий из параллельно работающих циклонных элементов, смонтированных в общем корпусе 1. Запыленный газ через входной патрубок 2 попадает в газораспределительную камеру 3, ограниченную трубными решетками 4, в которых герметично закреплены циклонные элементы 5. Газ равномерно распределяется по отдельным элементам, действие которых основано на том же принципе, что и работа обычных циклонов. Очищенный газ выходит из элементов в общую камеру и удаляется через патрубок 6. Пыль собирается в коническом днище (бункере) 7.