§ 66. Сухие пылеуловители

Гравитационные пылёуловители. Простейшим типом пылеуловите­лей являются пылеосадочные камеры, относящиеся к гравита­ционным пылеуловителям. Их действие основано на том, что скорость потока запыленного воздуха, поступающего в камеру и расширяющего­ся в ней, уменьшается, вследствие чего находящиеся в нем твердые ча­стицы осаждаются под влиянием собственного веса На рис. XIII.1 представлены простая и лабиринтовая пылеосадочные камеры.

Если в камере на расстоянии 1_пач устанавливается ламинарный режим движения с плоским параллельным течением воздуха, то может быть получена зависимость, определяющая условия для осаждения пыли:

— , (XIII.5)

v_B V

где Н—высота камеры, м, v_B — скорость витания, м/с; 1₀сн—длина основного участка камеры, м, v — скорость движения воздуха, м/с

Скорость витания, м/с, может быть определена как

Png

d\

18(х_п

где рп — плотность пылевой частицы, кг/м^3- d — диаметр (размер) частицы, м; р_в — динамическая вязкость воздуха, Па с \кгс-с/м²).

Для повышения эффективности очистки и сокращения времени осаждения пылевых частиц, т. е. сокращения длины камеры, ее разби­вают на ряд каналов или устраивают лабиринты (рис. XIII.1,6).

Из-за своей громоздкости все эти камеры широкого распростране­ния не получили. Эффективность очистки в лабиринтовых камерах до­ходит до 55—60%.

Инерционные пылеуловители. К сухим инерционным пылеулови­телям относятся циклоны, струйные ротационные пылеуловители типа ротоклон и др.

!

it

а/

Разрез

6} Разрез

За пы/wh ныи воздух—

Обеспылен

^ныибоздуя

ен—I

Зйпр/ле, ныйбоздух^.

ШШУ'

План

WW

План

Рис XIII 1 Пылеосадочные камеры

а — простая, б — лабиринтовая

Рис. XIII.2. Схема циклона

/ — входной патрубок; 2 — цилиндрическая часть; 3 — коническая часть; 4 — выхлопная труба

Циклоны. Циклоны представляют собой пыле­улавливающие аппараты, в которых улавливание пыли происходит в результате инерционной сепара­ции (рис. XIII.2).

Очищаемый воздух, поступая в верхнюю цилинд­рическую часть циклона тангенциально и вращаясь, опускается из кольцевого пространства, образуемого корпусом циклона и выхлопной трубой, в конусную часть и, продолжая вращаться, поднимается, выходя через выхлопную трубу. При этом как в нисходящем, так и в восходящем вихревом течении циклона про­исходит непрерывное изменение направления скоро­сти потока, а поэтому скорость частиц, движущихся

в потоке, в каждый данный момент времени не совпадает со скоростью потока. Аэродинамические силы, которые возникают под влиянием раз­ности скоростей движения воздуха и частиц пыли, искривляют траек­тории частиц. Достигают же стенок циклона, т. е. сепарируются из по­тока, те частицы, вес которых достаточно велик.

Под влиянием силы тяжести, радиального стока, турбулентности, уменьшения угла конусности циклона и других гидродинамических факторов отделившиеся частицы опускаются в коническую часть цик­лона или в присоединенный к нему бункер.

Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляцион­ных выбросов, а также находят большое распространение во многих отраслях промышленности (горнорудной, керамической, энергетической и др.).

Особенно широкое распространение получили циклоны НИИОГаза, СИОТ и ЛИОТ.

Исследования изменения давления в циклоне с помощью уравнения Эйлера позволили А. И. Пирумову получить более полную картину циклонного течения и формулу для определения действующего по его оси разрежения:

(XIII.6)

где р и v — соответственно давление и средняя скорость во входном патрубке циклона; Ri и Rz— соответственно радиус выхлопной трубы и наружный радиус циклона.

Для расчета фракционной эффективности циклона может быть ис­пользовано уравнение, полученное на основании учета существующего в циклонах радиального стока:d²R , 1 dR

dt^{2 1} х dt

(k + c₀e ^т)² , Ф

R³ ‘ т R

(XIII.7)

где t—время; k — постоянная, характеризующая течение в циклоне, м²/с; Ф — сток на единице высоты циклона Н, т. е. Ф = £/(2лН) (здесь L— объемный расход воздуха).

Под влиянием стока радиальная скорость частицы убывает и ста­новится равной нулю на расстоянии R_x. В дальнейшем частица, вра­щаясь на стационарной орбите, опускается вниз. За время пребывани

я

частицы в циклоне расстояние R_x может достигать значения, большего и меЕ1ьшего Ri в зависимости от ее инерции и условий входа в циклон. Частицы, для которых R._X>Rь улавливаются циклонами.

Из рассмотрения качественной картины изменения производной ра­диуса по времени и дифференциального уравнения (XIII.7) получена формула для определения R_x-

т

= — U + c°e ^х J(k + 3c₀e ^т ). (XIII.8)

При (*/т>7 из уравнения (XIII.8) имеем:

R_x= k ("ф^)⁷* • (XIII.9)

Если принять R_x=R₂, т. е. ввести условие достижения частицей стенок циклона, то уравнение (XIII.8) дает связь между аэродинами­ческими и геометрическими параметрами циклона и размерами улавли­ваемых частиц:

^d =с(~Y'* , (XIII. 10)

D \k_. где

* I 2 р ) ’

-1л -1л

-с₀е ^т )(k + 3c₀e ^х );

Cq= VqRo ^ •

t

В этих уравнениях величина т выражает время «релаксации» дви­жущейся частицы и характеризует особенности неравномерного движе­ния пылевых частиц:

Злц._в d ⁵

где m — масса пылевой частицы; ц_в — динамическая вязкость воздуха; d — диа­метр (размер) пылевой частицы.

Фракционная эффективность циклонов может быть выражена фор­мулой

= . (XIII.11)

где b — ширина входного патрубка циклона.

Эффективность очистки воздуха в циклоне зависит от дисперсного состава пыли, массы отдельных пылевых частиц, скорости движения воздуха в подводящем патрубке, от конструкции и размеров циклона (чем меньше диаметр циклона, тем выше его эффективность).

Циклоны могут устанавливаться как на всасывании, так и на наг­нетании.

Циклоны, в которых очищается воздух, содержащий влажную пыль (например, в литейных цехах), должны устанавливаться в отап­ливаемых помещениях, так как в противном случае возможны смерза­ние пыли и выход циклонов из строя.

(ЦН-11)

ЦН-11

При содержании в воздухе большого количества пыли для умень­шения износа вентилятора его целесообразно устанавливать после цик­лона.

Из различных конструкций циклонов наибольшее распространение получили циклоны ЦН (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24), СИОТ и ВЦНИИОТ.

На основе оценки показателей действия циклонов — эффективно­сти, экономичности и удобства компоновки — циклон ЦН-11 утвержден Госстроем СССР¹⁰в качестве унифицированного пылеуловителя. Отно­сительные характеристики других циклонов представлены в табл. XIII.3.

В циклоне ЦН-11 НИ ИОГаза повышенной эффективности (рис. XIII.3) запыленный воздух поступает в тангенциально располо­женный входной патрубок 1. Вращаясь в цилиндрической части кор­пуса 2, частицы пыли, выделившиеся из воздуха, опускаются в бун­кер 3. Пыль удаляется из бункера через его нижнее отверстие. Очи­щенный воздух по выхлопной трубе поступает в улитку 5 и удаляется из циклона в атмосферу. Циклон ЦН-11 НИИОГаза выпускается с улиткой и без нее.

При необходимости очистки значительного количества запыленно­го воздуха рекомендуется вместо одного циклона большого размера устанавливать несколько циклонов меньших размеров. Так, при расхо­де воздуха более 5500 м/ч рекомендуется компоновать циклоны ЦН-11 в группы по 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 циклонов. На рис. XI11.4 показана группа из четырех циклонов ЦН-11

.

Таблица XIII.3 Относительные характеристики циклонов при аэродинамическом сопротивлении 981 Па (100 кгс/м32) и одинаковой пропускной способности Марка циклона	Степень выноса пыли	Площадь поверхности	Диаметр	Высота	Металлоемкость на 1000 м3/ч, м2
ЦН-11	1	1	1	1	1,96
ЦН-15	1,05	0,85	0,9	0,93	1,67
ЦН-15у	1,26	0,86	0,92	0,7	1,29
ЦН-24	1,35	0,55	0,75	0,72	1,09
сиот	1,05	0,92	1,62	0,7	1,82
ВЦНИИОТ	1,05	1 ,*05	1,25	1,91	2,22

Циклоны конструкции НИИОГаза серии ЦН можно применять для улавливания золы из дымовых газов котельных, работающих на твер­дом топливе, сухой пыли из воздуха в системах аспирации помольных установок, пыли из сушилок и из воздуха пневматических транспортных систем при начальной запыленности от 0,3 до 400 г/м³. Циклопы НИИОГаза не следует устанавливать для очистки слипающейся, взрывоопасной и волокнистой пыли.

Циклон С НОТ (рис. XII 1.5) состоит из корпуса /, крышки корпу­са 2 с расположенным на ней входным патрубком 3, раскручивателя 4, который заканчивается выходным патрубком 5, и пылеотводящего пат- Рис. XI11.6. Циклон ВЦНИИОТ № 1 с обрат­ным конусом X в-в						1
	ч
			13		0

А-А

б-В

рубка 6, находящегося в нижней части циклона. Конструкция циклона

СИОТ характеризуется отсутствием цилиндрической части и треуголь­

ной формой входного патрубка.

Циклоны СИОТ можно применять для очистки воздуха от сухой

неслилающейся неволокни­стой пыли. Эти циклоны вы­пускают семи номеров (№ 1—7) пропускной спо­собностью от 1500 до 10 000 м³/ч.

Циклон ВЦИИИОТ (с обратным конусом, рис. XIII.6) состоит из цилинд­ра 1, обратного конуса 2, внутреннего конуса 3, вы­хлопной трубы 4, входного патрубка 5, бункера для приема пыли 6 и шибера 7. Циклоны ВЦНИИОТ Плян применяют для средней

очистки воздуха от сухой неслилающейся неволокни­стой пыли и для очистки воздуха от абразивной пы­ли. Их можно применять также при слипающихся пылях типа сажи и талька. Рис. XIII.7. Цик- Рис. XIII.8. Циклон Для повышения эффектив-

лон СДК-ЦН-33 ЛИОТ № 1 ности пылеосаждения и

предохранения пыли от- взмучивания и уноса из пы­леприемного бункера в ниж­ней части циклона имеется внутренний конус.

Спирально-кон у с ные циклоны И И ЙОГ аза СДК- ЦН-33 (рис. XIII.7) и СК-ЦН-34 относятся к ап­паратам с высоким аэроди­намическим сопротивлени­ем и могут устанавливаться только в тех случаях, когда при максимальной степени очистки аэродинамическое сопротивление не нормиру­ется.

Рис. XIII.9. Циклон Клайпедского ОЭКДМ

/—верхний конус; 2 — нижний конус: 3—рассека­тель; 4— внутренний стакан; 5 — конус циклона; С — корпус циклона

Циклон ЛИОТ № 1 (рис. XIII.8) состоит из кор­пуса 1, конуса 2, входного патрубка 3, выхлопной тру­бы 4, спирали 5 и патрубка для выхода пыли 6. Цикло­ны изготовляются как пра­вого, так и левого исполне­ния. У циклона правого ис­полнения воздух движется

по часовой стрелке (если смотреть на циклон сверху), а у циклона ле­вого исполнения — против часовой стрелки (см. рис. XII1.8). Циклоны ЛИОТ могут устанавливаться как на всасывании, так и на нагнетании.

В деревообрабатывающей промышленности для улавливания дре­весных отходов применяют циклоны Гипродрева, Гипродревпрома и циклоны типа Клайпедского ОЭКДМ (рис. XI1I.9). Циклон Клайпед­ского ОЭКДМ можно применять для улавливания стружки, опилок, пыли и древесных отходов на деревообрабатывающих заводах и в це­хах производства древесностружечных плит. Циклон, устанавливаемый на нагнетании, может быть как правого, так и левого исполнения. Все циклоны для улавливания древесных отходов при установке следует за­землять.

Подбор циклонов. Аэродинамическое сопротивление циклонов, Па (кгс/см²), определяется по формуле

Р^уо

о— = — . (XIII. 12)

где £о и £bi — коэффициент местного сопротивления циклона, вычисленный соот­ветственно по скоростному давлению р_ско в горизонтальном сечении корпуса циклона и по скоростному давлению р_сних во входном отверстии циклона; коэффициенты мест­ного сопротивления циклонов наиболее распространенных марок приведены в табл. XIII.4; р — плотность воздуха, кг/м³ (кгс-с²/м⁴); t>o и v_BX — скорость движения воздуха соответственно в корпусе циклона и во входном отверстии циклона, м/с.

Таблица XIII.4 Коэффициенты местного сопротивления циклонов Марка циклона	Коэффициенты местного сопротивления циклонов						Марка циклона		Коэффициенты местного сопротивления циклонов
	без улитки			с улиткой на выхлопной трубе					без улитки			с улиткой на выхлопной трубе
	^вх	С.	^вх |					^вх		С.	^вх I		Ь
ЦН-11	6 1	250	5.2		210	ВЦНИИОТ		10,5			10,4
ЦН-15	7,8	160	6,7		140	ЛИОТ		4,2		460	3,7		411
ЦН-15у	8 2	170	7,5		160	СДК ЦН-33		20,3		600	31,3		920
ЦН-24	10,9	80	12,5		90	СК-ЦН-34		24,9		1270	30,3		1540
СИОТ	6	—	4,2		—

Коэффициент местного сопротивления группы циклонов ЦН-11 при прямоугольной их компоновке и расположении в одной плоскости с от­водом очищенного воздуха через общую камеру определяют как

С5Р = С₀+35или^=^_вх+1, а с отводом очищенного воздуха через улитку — как £о^{Р =} £о + ^{28 или} ?в^Р==С_вх+ 0,8.

Пропускная способность циклонов по воздуху, м³/ч, определяется в зависимости от скорости движения воздуха во входном отверстии или в сечении корпуса, от аэродинамического сопротивления и размера цик­лона по формулеРис. XIII.10. Ротационный пы­леуловитель (ротоклон)

ИЛИ

L — 3600 F₀ v₀ = 3600 X л D ² -« f 2p

*~Vl£- ^(X,,,,4)

где D — диаметр корвуса циклона, мм.

Для расчета эффек­тивности выбранного цик­лона необходимо иметь данные о дисперсном со­ставе пыли и плотности пылевых частиц. Необхо­димо также знать диаметр корпуса циклона, принятое в проекте аэроди­намическое сопротивление, температуру воздуха, фракционный состав и размер частиц пыли.

Струйные ротационные пылеуловители типа ро­токлон. Ротационный пылеуловитель представляет собой вентилятор, который одновременно с перемещением воздуха очищает его от ныли. Очистка воздуха происходит под действием центробежных сил, возника­ющих при вращении рабочего колеса.

В ротационный пылеуловитель типа ротоклон (рис. XIII.10) запы­ленный воздух поступает через всасывающее отверстие 1. При вращении центробежного колеса пылевоздушная смесь движется по межлопаточ- ным каналам и под действием сил инерции и сил Кориолиса пылевые частицы прижимаются к поверхности диска колеса и к поверхностям на­бегающих лопаток. Пыль v. небольшим количеством воздуха (3—5%) поступает через зазор 2 между корпусом и диском колеса в кольцеобраз­ный приемник 3. Из приемника пыль через патрубок 4 направляется в бункер 5, где оседает. Воздух из бункера через отверстие 6 вновь возвра­щается в пылеприемник 3. Очищенный воздух поступает в улитку кожу­ха и через нагнетательное отверстие 7 покидает пылеуловитель.

Ротационные пылеуловители имеют высокую эффективность при улавливании пылевых частиц размером не менее 8 мкм (83%), а при улавливании частиц пыли размером более 20 мкм эффективность их до­стигает 97%.

При ротационном методе пылеотделения эффект пылезадержания может быть увеличен с помощью водяной пленки. В этом случае для очистки воздуха может быть использован центробежный вентилятор.