циклон осадителем
джерело:
Довідник "Захист атмосфери від промислових забруднень"
під редакцією С. Калверта і Г. М. Інглунда (частина 1)
изд. "Металургія" м.Москва 1988р.
Використання відцентрової сили
Частка масою m, що рухається по круговій траєкторії радіуса r з тангенціальною швидкістю Ut, схильна до дії відцентрової сили mv ^ 2t / r. Для типових умов Ut = 15 м / с, г = 0,6 м ця сила приблизно в 39 разів перевищує силу тяжіння. Тому зазначена сила може різко збільшити осадження в камері. На практиці система уловлювання частинок створюється шляхом додання запиленості потоку закрученого або обертального руху, обмеженого циліндричними стінками. Частинки осідають при відкиданні на стінки. Такий пристрій називається циклоном. Фракційна ефективність уловлювання його може становити> 80% навіть для частинок діаметром 10 мкм.
типи циклонів
Існують циклони двох основних типів з тангенціальним входом і з осьовим входом. На рис. показана геометрія циклону звичайного типу з тангенціальним входом і протитечією. Такий циклон встановлюється вертикально.
Як видно з рис. геометрія циклону з тангенціальним входом визначається вісьмома розмірами. Сім відносних параметрів
визначають конфігурацію і один параметр, в якості якого вибирають D, визначає розмір. У табл. 1 наведені варіанти поєднань параметрів для ряду стандартних конструкцій, які опинилися практичними і ефективними.
Геометричні параметри конструкції циклону з тангенціальним входом:
Конструктор може вибрати інші варіанти геометрії, але при цьому слід мати на увазі наступні корисні вказівки:
- 1. Необхідно вибрати. щоб запобігти «коротке замикання» вхідного потоку на вихідну трубу.
- 2. Щоб уникнути надмірного перепаду тиску необхідно забезпечити умову
- 3. Для утримання кінчика вихору в межах конуса необхідно
- 4. Для успішного зісковзування пилу кут конуса повинен складати 7- 8 °
- 5. Максимальна ефективність забезпечується, коли
Батарейні циклони (мультициклони)
проектування циклонів
При проектуванні циклону вибирають його геометрію, потім визначають розмір, фракційну ефективність, перепад тиску і потрібну для кожного циклону потужність. Ці розрахунки грунтуються на заданих швидкості потоку газу, складі, температуру, тиск, концентрації пилу, а також на даних про дисперсному складі пилу. Ці дані необхідні, щоб сформулювати вимоги до пристрою для вторинного уловлювання пилу, якщо таке передбачається використовувати.
Траєкторія частки в обертовому газі
Метод проектування повинен бути заснований на знанні шляху, по якому рухається частинка в осадителем. Траєкторія частки визначається дією відцентрової сили на частку, захоплюється закрученим потоком газу. Тангенціальна швидкість газу на лініях струму залежить від радіуса обертання по зворотному степеневим законом (вихревому закону):
Як встановлено експериментально, n можна знайти за допомогою співвідношення:
де D - діаметр циклону, м; T- абсолютна температура газу, K.
Форма траєкторії зазвичай добре описується виразом:
де t - час, який потрібен частці, спочатку знаходиться на відстані R1 від осі для того, щоб досягти координати R.
Воно виходить з рівняння заміною gm на відцентрову силу, припускаючи, що радіальна складова сили опору підкоряється закону Стокса, і. приймаючи, що радальная швидкість зсуву постійна, т. е. що
Обидва цих припущення можуть привести до помилки для занадто малих часів. Рівняння розглядає тільки горизонтальне рух. Вертикальний рух визначається стаціонарної швидкістю осідання.
розміри циклонів
Розміри циклону визначаються вибором геометричних співвідношень (див. Табл.), А також значенням необхідної швидкості на виході циклону. Щоб забезпечити високу ефективність уловлювання, швидкість на вході повинна бути по можливості великою, але не викликати відскоку або виносу обложених частинок і не перевищувати значення, при якому починаються пульсації витрати. Це граничне значення можна оцінити за допомогою виразу Каллена і Ценца
Це емпіричне співвідношення, в якому використані одиниці системи СІ. Для частинок, які мають густину в інтервалі 1 - 2,5 т / м ^ 3, загальноприйнятого діапазону швидкостей в типових циклони 15 - 30 м / с і значення Кь = 0,2 цей вислів дає робочі значення Ut1. Для даної об'емйой швидкості газу Q і обраної швидкості на вході розміри циклону визначаються геометричними відносинами
Загальна і фракційна ефективність
Загальна ефективність уловлювання Е може бути розрахована за допомогою рівняння:
. яке вимагає знання фракційної ефективності уловлювання Е в функції розміру. Її дозволяє визначати модель Лайтха і Ліхта (Leith, D. and Liht, W. AIChE Sympos. Ser. 68 (126), 196 (1972)).
Ця модель використовує рівняння в поєднанні з концепцією радіального противоточного перемішування неосажденних частинок, а також визначення часу уловлювання.
Результуюче рівняння має вигляд:
50% -ний діаметр відсікання можна знайти за допомогою формули:
Це еквівалентно твердженням, що для циклону Еg залежить від числа Стокса і параметра геометрії циклону К. Геометричний параметр розраховується на підставі тільки відносин розмірів і не залежить від абсолютного розміру циклону. Його значення для різних стандартних конструкцій наведено в табл. "Геометричні параметри конструкції циклону з тангенціальним входом"
Метод розрахунку для циклонів інший геометрії описаний Ліхт (Licht, W, Air Pollution Control Engineering, Dekker, New York, 1980, p.243.).
Ця модель придатна для циклонів звичайних розмірів, скажімо, з D> 0,2 м. Модель непридатна для дуже маленьких циклонів, таких як використовувані для забору проб респирабельной пилу, а також при роботі в умовах високих тисків. Є деякі вказівки, що Еg залежить і від числа Рейнольдса циклону, а не тільки від числа Стокса, що входить в М.
Ця модель дає обережну оцінку для робочих характеристик, наприклад, які можуть бути отримані для сильно розбавлених систем, т. Е. При низькій запиленості, скажімо, менше 10 кг / m ^ 3. На підставі обмежених доступних даних можна очікувати, що ефективність уловлювання зростає зі збільшенням запиленості Це поліпшення можна грубо оцінити по співвідношенню:
Для заданих робочих умов і геометрії величину Еg можна розрахувати за рівнянням. а потім разом з даними про функції розподілу за розмірами пилу на вході використовувати для розрахунків Е за рівнянням загальної ефективності уловлювання. Зазвичай це роблять графічно, як показано на рис.
Перепад тиску і потреби витрачається енергії
Перепад тиску на циклоні можна розрахувати за методом Шеферда і Лепан (Shepherd, G. B. and Lapple, G. E. Ind. Eng. Chem. 31, 972 (1939)).
Величина N H залежить від геометрії і може бути оцінена як:
Більш складні рівняння для N H є в літературі Strauss, W. Industrial Gas Cleaning, 3rd edition, Pergamon Press, Oxford, 1975, p. 263. але вони не краще наведеного вище рівняння числа струменів на вході циклону для сухого очищення газів.
Прийнятний рівень ΔP при роботі циклону зазвичай не перевищує 2 кПа.
Кількість енергії, яке треба повідомити газовому потоку за допомогою вентилятора, дається виразом:
Потужність = 9,81Q ΔP,
де Q - об'ємна швидкість, м / с; ΔP - перепад давленіяб Па.
оптимізація проектування
Для оптимізації конструкції необхідно мати критерій, який був би пропорційний відношенню доходів і витрат для циклону даної геометрії. «Дохід», або здійснення уловлювання, можна прийняти пропорційним геометричному параметру К, використаному в рівнянні і цього в таблиці геометричних параметрів конструкції циклону з тангенціальним входом. Відзначимо, що він обернено пропорційний діаметру відсікання. Вартість в основному складається з двох статей: по-перше, початкової вартості конструкції, яка пропорційна сумарній площі використаних конструкційних матеріалів і, по-друге, вартості експлуатації, яка пропорційна витраті енергії. Витрата енергії також відображає початкову вартість системи подачі газу. Корисний параметр оптимізації (ПО) можна тому визначити наступним чином:
ПО
К / загальна поверхня * потужність.
Загальну поверхню можна розрахувати, використовуючи вираз (πD² Пов), де «Пов» є функцією тільки геометрії. Значення цього параметра для циклонів стандартної геометрії наведені в таблиці, а методи його розрахунку для інших конфігурацій описані Ліхт (Licht, W. loc. Cit. P. 250.). Потужність розраховують шляхом поєднання рівнянь перепаду тиску і кількості енергії газового потоку. Для даного набору робочих параметрів отримуємо:
Тут опущені постійні множники.
твір
. можна замінити на
В результаті отримуємо:
Для даної об'ємної швидкості течії ПО залежить тільки від геометричних параметрів К, К a До b. N H і Пов. Використовуючи їх значення, наведені в таблиці. отримуємо такі величини ПО: