Принцип работы циклона

ВЫБОР И РАСЧЕТ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Методические указания по выполнению практических работ по курсу “Экология”

г. Н. Новгород, 2005 год

УДК: 502.7:621.311.1 Составители: А.Б. Елькин, О.В.Маслеева

Выбор и расчет средств очистки газов: Методические указания для практических работ по дисциплине "Экология" /НГТУ; Сост. А.Б. Елькин, О.В. Маслеева. Н.Новгород, 2005, 11с.

Цель работы

- Ознакомиться с принципом работы циклона - аппарата сухой очистки от пыли.

- выбрать и рассчитать циклон для заданного источника образования пыли.

Краткие сведения из теории

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются автомобили, промышленные предприятия и тепловые электростанции. Ежегодно в воздух предприятиями черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов выбрасывается более 250 млн т мелкодисперсной пыли. Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не человека, флору и фауну, различные сооружения и транспортные средства и др. Очистка промышленных выбросов осуществляется в аппаратах сухой и мокрой очистки. Одним из аппаратов сухой очистки является циклон.

Принцип работы циклона

Широкое применение для сухой очистки газов от пыли получили циклоны различных типов. В настоящее время применяется около двадцати типов циклонов. Сравнительные испытания циклонов различного типа показали, что для промышленного применения они могут быть ограничены в большинстве случаев цилиндрическими и коническими циклонами НИИОГАЗ (научно-исследовательский институт по промышленной и санитарной очистке газов). Наиболее часто применяются цилиндрические циклоны марок ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, конические СК ЦН-34, СК ЦН-34М, СДК ЦН-33, конструктивные схемы которых представлены на рис.1(1). Геометрические размеры цилиндрических и конических циклонов указываются в долях от внутреннего диаметра.

Газовый поток вводится в циклон через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру. На частицу пыли действуют - сила тяжести, сила сопротивления среды. центробежная сила. Центробежная сила направлена по радиусу к стенкам циклона и определяется по формуле:

где - диаметр частиц,

- тангенциальная составляющая скорости газа.

R - радиус циклона,

- плотность частиц пыли,

- плотность газа.

Циклон цилиндрический Циклон конический

рис. 1

Эффективность циклона выше, чем больше диаметр частиц пыли, её удельный вес, скорость вращения газового потока и чем меньше диаметр циклона. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенках циклона пылевой слой. который постепенно опускается в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер. происходит при повороте газового потока в бункере на. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит через выходную трубу. Циклоны не применяются для очистки влажных газов и взрывоопасных сред.

Циклоны НИИОГАЗ подразделяются на высокоэффективные и высокопроизводительные. Циклоны СДК ЦН-33, СК ЦН 34, ЦН-1 1 относятся к высокоэффективным циклонам. При диаметрах менее 1 м они обеспечивают степень очистки т] = 0.85 - 0.95 при улавливании частиц диаметром более 5 мкм. Циклоны типа ЦН-24 относятся к высокопроизводительным, они могут надежно и без забивания работать при высокой входной запыленности. Циклоны типа ЦН-15 занимают среднее положение и обеспечивают несколько меньшую степень очистки, чем циклоны ЦН-11, но обладают большей надежностью при работе в условиях повышенной запыленности.

При выборе и расчете циклонов необходимо учитывать свойства пыли - абразивность и слипаемость. Для уменьшения абразивного износа следует выбирать циклоны, исходя из наименьших значений скорости газа. При улавливании сильно слипающейся пыли не рекомендуется применять циклоны малого диаметра (менее 0,8 м), которые склонны к залипанию. Так для очистки газов от сажи применяются конические циклоны серии СК, которые обладают высокой эффективностью за счет более высоко гидравлического сопротивления

Расчет циклонов

Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений.

Таблица 1 - Параметры, определяющие эффективность циклонов

Параметры	Тип циклона
ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК ЦН-33	СКЦН-34	СК ЦН 34М
ωоп,м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0
dтоп, мкм	8,50	6,00	4,50	3,65	2,31	1,95	1,13
	0,308	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,340

ω_оп - скорость движения газа в циклоне, м/с,

d^т_оп - диаметр частиц освящаемых с эффективностью 50%, мкм,

- стандартное отклонение функции распределения порциальных коэффициентов очистки.

Расчет начинают с циклона, для которого диаметр частиц пыли должен быть ориентировочно d_м > 2d^т₅₀. d_м - медианный размер частиц, который представляет такой размер, при котором количество частиц крупнее d_м, равно количеству частиц мельче d_м.

Диаметр циклона вычисляется по формуле:

(1)

где Q - количество очищаемого газа, м³/с.

Полученное значение диаметра D округляется до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона D ц (табл.2).

Таблица 2 - Типовые значения внутреннего диаметра циклона

По выбранному диаметру циклона находится действительная скорость движения газа в циклоне:

(2)

Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более, чем на 15%

-При отклонении более чем 15% выбирают другой тип циклона.

Параметр определяют следующим образом. - диаметр частиц реально осаждаемых с эффективностью 50% при рабочих условиях. Величина определяется по формуле:

(3)

Значение d^т₅₀соответствует следующим параметрам работы циклона:

С учетом этих значений формула (3) принимает вид:

(4)

Полученное значение должно быть меньше d_м (заданного). Если это не выполнятся, то необходимо выбрать другой циклон с меньшим значением .

Расчет параметра X ведут по формуле:

(5)

По величине параметра X определяют значение нормальной функции распределения Ф(Х). Ф(Х) - это полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях.

Эффективность очистки газа в циклоне (η) определятся:

(6)

Полученное значение сопоставляют с требуемым. Если η окажется меньшетребуемого, то необходимо выбрать другой тип циклона с меньшим значением ω_оп и .

Определение коэффициента гидравлического сопротивления циклона:

(7)
где K ₁ -поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 3),

K ₂ - поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. 4),

- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм(табл. 5).

Таблица 3 - Поправочный коэффициент K ₁ (3)

Таблица 4 - Поправочный коэффициент K ₂ (3)

Таблица 5 - Коэффициент гидравлического сопротивления (2)

Тип циклона	ЦН-24	ЦН-15, ЦН-15У	ЦН-11	СДК ЦН-33	СК ЦН-34 СК ЦН-34М

Вычисление гидравлического сопротивления циклона производят по формуле

где - плотность газа,

- скорость газа в циклоне, м/с.

Расчет мощности привода подачи газа. Величина гидравлического сопротивления и объемный расход (Q) очищаемого газа определяют мощность (N) привода устройства для подачи газа к циклону:

(9)

- коэффициент запаса мощности, ( = 1,2)

- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору (г\_и - 0,8).

- КПД вентилятора ( = 0,8).

Определение концентрации пыли на выходе из циклона:

(10)

Задание к работе

По своему варианту рассчитать циклон для заданного источника выделения пыли. Начертить циклон с указанием размеров.

Пример расчета

Исходные данные:

оборудование - вращающаяся цементная печь,

Исходя из заданного размера частиц пыли (d_M = 18 мкм), выбираем циклон, который очищает от частиц пыли размером = 8,5 мкм.

Циклон: ЦН - 24

Определяем диаметр циклона

По таблице 2 выбираем ближайшее значение типового диаметра D_Ц = 1,8м

Выводы:

циклон ЦН - 24;

D_ц = 1,8м;

η = 0,82;

N = 22551 Вт;

Варианты заданий

Согласно заданию преподавателя (табл. 6) выбрать и рассчитать циклон, обеспечивающий требуемую эффективность очистки газа. Обозначения принятые в табл. 6.:

- объем очищаемого газа,

- плотность газа при рабочих условиях,

, Па с - вязкость газа при рабочей температуре,

,мкм - медианный размер частиц пыли,

- стандартное отклонение размеров частиц пыли,

- входная концентрация пыли,

- плотность частиц пыли,

- требуемая эффективность очистки газа.

6. Рекомендуемая литература

1. Очистка и рекуперация промышленных выбросов: Учебное пособие для вузов / В. Максимов, И.В. Вольф, Л.Н. Григорьев и др. - М.: Лесная промышленность, 1981, 640 с.

2. Охрана окружающей среды: Учебник для технических вузов / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, АЛ. Зозьяков и др.- М.: Высшая школа, 1991, 319 с.

3. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И.Мягков и др: Под ред. А.А. Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983, 312 с.

Таблица 6. Исходные данные для расчета циклона

№	Наименование оборудования
	Клинкерно-обжиговая печь		1,29	17,3		0,501			0,85
		1,29	17,3		0,602			0,80
		1,29	17,3		0,535			0,80
		1,29	17,3		0.497			0.80
	Шахтная мельница	0.1	1,29	17,3		0,97			0,80
	Крекинг установка		1,29	17,3		0,250			0,85
		1,29	17,3		0,250			0,85
	Крекинг установка		1,29	17,3		0,301			0,85
	Углесушильный барабан		1,29	17,3		0,334			0.80
	Шаровая мельница		1,29	17,3		0.468			0,80
	Вращающаяся цементная печь		1,29	17,3		0,345			0.80
	Вращающаяся цементная печь		1,29	17,3		0,652			0,85
	Электролизер алюминия		1.29	17,3		0,352			0,85
	Вращающаяся печь обжига		1,29	17,3		0.215			0,85
	Вращающаяся печь обжига		1.29	17,3		0,506			0.80
	Распылительная сушилка		1,29	17,3		0,210			0.80
	Барабанная сушилка		1,29	17,3		0,360			0,80
		1,29	17,3		0.360			0,80
	Барабанная сушилка		1,29	17,3		0,352			0,85
	Цементная мельница		1,29	17,3		0,468			0,85
	Наждачный станок	0,5	1.29	17,3		0.214			0.85
	Шаровая мельница		1,29	17,3		0,385			0,80
	Электролизер алюминия		1,29	17,3		0.468			0.85
	Наждачный станок	0,6	1,29	17,3		0.312			0,85
	Шаровая мельница		1,29	17,3		0,268			0.80
	Наждачный станок	0,8	1,29	17,3		0.314			0,85
	Наждачный станок		1,29	17,3		0,468			0.80
	Шаровая мельница		1,29	17,3		0.214			0,80
	Наждачный станок		1,29	17,3		0,385			0.80
	Барабанная сушилка		1,29	17,3		0.468			0,85

Поиск по сайту: