14.2.2. Розрахунок циклонів

При проектуванні циклону вибирають його геометрію, потім визначають розмір, фракційну ефективність, перепад тиску і потрібну для кожного циклону потужність. Ці розрахунки ґрунтуються на заданих швидкості потоку газу, складі, температурі, тиску, концентрації пилу, а також на даних про дисперсний склад пилу. Ці дані необхідні, щоб сформулювати вимоги до пристрою для вторинного уловлювання пилу, якщо таке передбачається використовувати.

Циклони зазвичай вибирають з числа серійних, виходячи з продуктивності по газовому потоку. Надалі проводять розрахунок критичного (мінімального) діаметру частинок d, повністю уловлюваних апаратом, ефективності уловлювання пилу г\ і гідравлічного опору циклону АРЦ.

Критичний розмір частинок може бути знайдений, наприклад, по наступній залежності:

d9 = 3{*>Д <рч +b)/[_PMJ²f⁵MD₄ +b)/2D₄r, (14.22)

де Гг - об’ємна витрата газу, м /с; ярма - швидкість газу на вході в циклон, м/с;

D4,b - характерні розміри циклону, показані на рис. 4.11.

Рис. 14.11. До розрахунку одиночного циклону: 1 - вхідний патрубок; 2 - вихідна труба; 3 - циліндрова камера; 4 -коническая камера; 5 - пилоосаджувальна камера.

Об’єм циклону V4 розраховують по залежності на основі геометричних параметрів, приведених на рис. 14.11:

V„ = (*/4){[(Я-Я)/(2Э, -D.)W>1 " Д3)/3] +

Ефективність уловлювання можна розраховувати по залежності:

* = 1 - ехр[-2(з ^²«⁺²) ]. (14.24)

Величину з в залежності (4.24) розраховують по рівнянню:

г 21 ₂ i ‘^(14.25)

^ f^l ^я (^{DA 1} до

x 1ч—-ч- — - ч ->

D [D } D [ D } D D

ц V ц J ц V ц J ц ц

де

l/D4 = IXDjDJIEilFji*; (14.26)

A/A =[4 -(A, -ЗД(А„ +/-Я,)/(Я-Я )]//>. (14.27)

Величина ^ у рівнянні (14.24) є не що інше, як модифікований інерційний параметр, що характеризує стан пилогазової суміші:

Г = [d24pyJ\S^D4)](n + \). (14.28)

Значення п може бути знайдене по формулі

п = 1 - (1 - 0,016Z>„ )^0Д4 (Тг /283)^0’3 (14.29)

де Тг - абсолютна температура газів, До.

Гідравлічний опір циклонів можна розрахувати по загальноприйнятій для однофазних потоків формулі:

Ар,=^,2л/2 (14.30)

де ярем - швидкість газу у вільному перетині циклону;

Ј_ц - коефіцієнт опору циклону, розрахований за швидкістю ярем і залежний від стану поверхні апарату, концентрації і властивостей частинок, тому визначається для кожної конструкції по довідниках.

У циклонних апаратах формуються складні потоки, аеродинамічні параметри яких (швидкості, тиск, концентрації частинок забруднювачів і їх фракційний склад) безперервно міняються. Методи теоретичного визначення коефіцієнтів очищення із-за значної розбіжності результатів з досвідом непридатні для практичного використання. З емпіричних методів найбільш надійні розрахунки по парціальних коефіцієнтах очищення, знайдених експериментально.

Як показує досвід, величини парціальних коефіцієнтів осадження для багатьох типів циклонів цілком задовільно апроксимуються прямою лінією в імовірнісно-логарифмічній системі координат. Це дозволяє використовувати функції нормального розподілу при підрахунку повного коефіцієнта осадження.

Циклони вибирають по розрахунковій продуктивності апарату і розрахункової швидкості газу (повітря) при вході в циклон із забезпеченням необхідної ефективності очищення при мінімальних енергетичних витратах (тобто при мінімальному гідравлічному опорі).

Загальний гідравлічний опір циклону рівний

АРЦ = Свх vJ-p/2 (14.31)

де Ј_вх - коефіцієнт гідравлічного опору циклону; vBX - швидкість потоку у вхідному патрубку, м/с.

Загальний гідравлічний опір циклону визначають також по умовній швидкості газу (повітря) в циклоні v0, віднесеною до площі вільного перетину циліндрової частини циклону

АРЦ = Cov02p/2 (14.32)

де Ј₀ - коефіцієнт гідравлічного опору циклону, віднесений до швидкості в повному перерізі циклону;

v0 - знаходиться зазвичай в межах З...3,5 м/с.

Для більшості циклонних апаратів коефіцієнт З, постійний і не залежить від числа Re.

Значення коефіцієнтів гідравлічного опору ряду циклонів приведені в табл. 14.8.

Таблиця 14.8.

Коефіцієнти гідравлічного опору циклонів

У значення коефіцієнта гідравлічного опору циклонів НДІгазу вносять поправки, що враховують діаметр циклону і запилена повітря (газу) при вході в циклон: З = Лухг’^абл, - де Ki - поправочний коефіцієнт на діаметр циклону (табл. 14.9); К2 - поправочний коефіцієнт на запилену потоку (табл. 14.10); ^_таб_л. - коефіцієнт місцевого опору циклону по табл. 14.8.

Таблиця 14.9

Поправочний коефіцієнт К\ на діаметр циклону

Таблиця 14.10

Поправочний коефіцієнт К2 на запилену (D = 500 мм)

Для розрахунку циклонів необхідні наступні дані:

• витрата газу (повітря), підмета очищенню за робочих умов, До,, м /с;

• щільність газу за робочих умов рг, кг/м ;

• динамічна в’язкість газу при робочій температурі цг, Па з;

• дисперсний склад пилу, який задається двома параметрами: dm і lga4:

• dm - такий розмір пилу, при якому кількість частинок більше dm рівне кількості частинок дрібніше dm\ lga4, - середнє квадратичне відхилення у функції розподілу частинок по розмірах;

• запилена газу Свх, г/м3;

• щільність частинок пилу рч, кг/м ;

• необхідна ефективність очищення газу е %.

Розрахунок циклонів виконують в такій послідовності: 1. Задаються типом циклону. По табл. 14.11. визначають оптимальну швидкість газу в апараті vonT-

Таблиця 14.11.

Параметри, що визначають ефективність циклонів

Примітки: 1. Значення d5o в таблиці, відповідають наступним умовам роботи циклонів: середня швидкість газу в циклоні v = 3,5 м/с; діаметр циклону D = 0,6 м; щільність частинок рч = 1930 кг/м ; динамічна в’язкість газу ц_г = 22,2 10"⁶ Пас.

2. Визначають необхідну площу перетину циклону, м:

F = ^. (14.33)

v

опт

3. Визначають діаметр циклону, м, задаючись кількістю циклонів N:

D = \. (14.34)

⁴ \ 0,785-N

Діаметр циклону округляють до стандартної величини.

4. Обчислюють дійсну швидкість газу в циклоні

v = (4.35)

Швидкість газу в циклоні не повинна відхилятися від оптимальної більш ніж на 15 %.

5. Приймають по табл. 4.8. коефіцієнт гідравлічного опору для даного циклону. Для циклонів Ніїогаз вносять поправки по табл. 4.8-4.10.

6. Визначають втрати тиску в циклоні, Па, по формулі

АР = ^. (14.36)

Якщо втрати АР прийнятні, переходять до визначення ефективності очищення газу в циклоні.

7. Прийнявши по табл. 4.11. значень d5oT і lg ачт для табличних умов, визначають значення d50 за робочих умов (діаметрі циклону, швидкості потоку, щільності пилу, динамічної в’язкості газу) по рівнянню

( \¹¹²

^5о=^о • (14.37)

KDm Рч v )

8. Визначають параметр jc по формулі

_х= —(4.38)

9. По табл. 14.1 визначають значення Ф(х), яке є ефективністю очищення газу, вираженою в долях одиниці. Набутого значення порівнюють з потрібним. Якщо воно менше потрібного, приймають інший циклон і розраховують його.

Наближене визначення ефективності уловлювання пилу в циклоні може бути виконане за допомогою номограми, мал. 4.12., з урахуванням типу циклону, його діаметру, гідравлічного опору, середнього медіанного розміру пилу, її щільності, температури середовища.

Користування номограмою (рис. 14.12) показане на прикладах:

Рис. 14.12. Номограма для визначення ефективності циклону.

Розрахунок послідовно встановлених циклонів. У практиці експлуатації очисних пристроїв іноді застосовують послідовну установку циклонів, що розрізняються по конструкції. Розрахунки таких груп циклонів найпростіше виконувати по величині парціального проскакування через кожен апарат.

Можна прийняти наступний порядок розрахунку:

1. Визначають значення d5o для кожного зі встановлених циклонів як для що самостійно працюють по викладеній вище методиці.

2. Для кожного з циклонів знаходять діаметри частинок, що уловлюються на 15,9%, по формулі:

lg</15>9=lgo- +lgrf₅₀. (14.40)

3. У імовірнісно-логарифмічній системі координат наносять точки d\5$ і d5o і проводять через них прямі, отримуючи тим самим лінії парціальних проскакувань через кожен циклон.

4. Визначають величини парціальних проскакувань е, через всі циклони перемножуванням парціальних проскакувань е, через кожен циклон:

*у=П*м (14.41)

i=i

де N- кількість послідовних циклонів.

5. Набутих значень е, наносять на графік, апроксимують крапки прямою лінією, знаходять по ній значення D50 і lgcr .

6. По рівнянню (14.38) знаходять значення jc, а з таблиці 14.1 - Ф(х), яке вважають рівним повному коефіцієнту очищення газів, що послідовно пройшли через всі циклони.

Послідовна установка однотипних циклонів не практикується, хоча є зведення про успішний досвід застосування і такого способу сепарації.

Розрахунок групових і батарейних циклонів. Розрахунки циклонів, що працюють паралельно в груповій установці, виконують так само, як і індивідуальних. Погіршення ступеня очищення із-за нерівномірності розподілу потоків і перетікань пилу з одного циклону в іншій через загальний бункер до уваги не приймається.

Розрахунки батарейних циклонів виконують в наступному порядку.

1. Задаються оптимальною швидкістю потоку w0IIr в межах ЗД..5 м/с. Нижня межа лімітується небезпекою забивання направляючого апарату, верхній - інтенсифікацією абразивного зносу елементів і віднесення пилу.

2. Розраховують витрату газу через один елемент V\.

Г1= 0,785 w^.irVc. (14.42)

Діаметр циклонного елементу D зазвичай приймають в межах 250 мм. Подальше зменшення діаметру не приводить до збільшення ступеня очищення.

3. Визначають кількість елементів:

N = VIVX. (14.43)

4. Приймають типову конструкцію батарейного циклону з близькою пропускною спроможністю і числом елементів так, щоб швидкість в окремому елементі не виходила за межі оптимальних значень.

5. По уточненій швидкості потоку в елементі визначають аеродинамічний опір циклону АР:

AP = gpw2/2, Па. (14.44)

Коефіцієнт гідравлічного опору д приймають за досвідченими даними.

6. Коефіцієнт очищення газу в елементі циклону т\х визначають по методиці розрахунку індивідуального циклону, використовуючи досвідчені значення d50 і lgcr прийнятого типу елементу. Коефіцієнт очищення газу в батарейному циклоні при великій кількості елементів може бути нижче на 20...25%, чим в одиночному елементі, що обов’язково слід враховувати при вибиранні засобів очищення.