Загрузил Л К

Циклоны и их расчет

реклама
Циклоны и их расчет
К аппаратам сухих центробежных пылеуловителей относятся циклоны,
которые получили широкое распространение в системах газоочистки и
аспирационной вентиляции. В зависимости от требований, предъявляемых к
очистке газа, и дисперсного состава пыли циклоны применяют
самостоятельно или используют в качестве аппаратов для грубой очистки
газа в сочетании с другими аппаратами, предназначенными для тонкой
очистки. В циклонах с достаточной полнотой газ очищается от пыли с
размерами частиц более 5 мкм. Наиболее эффективно улавливается пыль,
имеющая размеры частиц 15-20 мкм и выше. Эффективность очистки газов
от пыли в циклонных аппаратах изменяется в широких приделах (50-100%) в
зависимости от количества и свойств очищаемых газов и пыли, а также от
конструктивных и эксплуатационных особенностей аппаратов.
Работа циклона основана на использовании центробежных сил,
возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это
вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклоне. В
результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке
газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ,
освобожденный от пыли, продолжая вращаться совершает поворот на 180˚ и
выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу. Частицы
пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом
направлении вращающегося потока и сил тяжести движутся по направлению
к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что
центробежные силы во много раз больше сил тяжести, в центробежных
аппарата быстрее и полнее очищается газ от пыли по сравнению с очисткой в
пылеуловителях. Кроме того, их можно располагать наклонно и даже
горизонтально.
Выбор типа и размеров циклонной установки производится по
заданному расходу очищаемых газов на основании рекомендуемой
оптимальной скорости газа в поперечном сечении циклона. При этом
учитываются физико-химические параметры газа: температура, давление,
влажность, свойства и дисперсный состав пыли, требуемая степень очистки,
величины гидравлического сопротивления, технико-экономические
показатели (эффективность очистки, стоимость аппарата и очистки),
надежность эксплуатации.
Одиночные циклона применяются для очистки сравнительно
небольшого количества газа. В промышленных условиях при больших
расходах газа рекомендуется устанавливать группы из 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14
циклонов.
Для очистки газов объемом более 80 тыс. м3/ч рекомендуется
применять батарейные циклоны БЦ. В отличие от обычных циклонов,
вращательное движение газа в элементах батарейного циклона достигается за
счет тангенциального ввода путем размещения в них специальных устройств.
Они представляют собой направляющие аппараты в виде винтов или розетки,
состоящей из лопаток, устанавливаемых на выхлопной трубе каждого
элемента под углом к оси 25-30˚. Расчет батарейных циклонов производится
в том же порядке, как и для группы обычных циклонов.
Считают, что движение частиц пыли в радиальном направлении к
стенкам циклона происходит при равновесии центробежной силы,
отбрасывающей частицу из вращательного газового потока, и силы
сопротивления движению частицы со стороны газового потока.
Из равновесия этих сил можно получить формулу.
𝑑п =
3√(𝑅22 −𝑅12 )𝜇
𝑤г √𝜌𝑛 𝜏
,
Где µ - динамическая вязкость, Па·с, Wг – скорость газа, м/с,
Ρп – плотность пыли, кг/м3, Τ – время, с.
После ввода в циклон частица может пройти путь от внешней
поверхности выхлопной трубы радиусом R1 до внутренней поверхности
цилиндрической части корпуса циклона радиусом R2. Наибольший путь
частицы в радиальном направлении составит R2 - R1.
Из полученной формулы можно сделать следующие выводы.
1)
С повышением скорости газа Wг улавливание пыли в циклоне
будет улучшаться. Однако при скоростях газа выше оптимальных (20-25 м/с)
завихренный газовый поток будет срывать успевшие осесть в циклоне
частицы пыли и снова возвращать их в газовый поток.
2)
Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем скорее и
полнее они будут отделяться от газового потока и улавливаться в циклоне.
3)
Чем выше температура газа, тем больше его вязкость и хуже
проходит процесс улавливания пыли в циклоне.
4)
Чем больше высота цилиндрической части циклона, тем выше
эффективность его работы.
5)
Чем больше диаметр цилиндрической части циклона, тем
больший путь должна пройти частица в процессе выделения из газа, тем
меньше будет центробежная сила, отбрасывающая частицу пыли к стенкам
циклона и следовательно, меньше будет степень очистки газа. Поэтому
одиночные сухие центробежные циклоны не рекомендуют делать диаметром
более 1000 мм.
Задание
Исходные данные к задаче № 1 (циклон)
Номер
V0,
варианта м3/ч
6
3600
ρ0,
кг/м3
1,32
µ,
Па·с
22,6·10-6
t,
˚С
101
Pб,
кПа
101,3
Pг, Па
Z1, г/м3
29
47
Выбрать циклон типа ЦН – 15, определить его гидравлическое
сопротивление и эффективность при следующих исходных: расход газа при
нормальных условиях V0 = 3600 м3/ч; плотность газа ρ0 = 1,32 кг/м3;
температура газа t = 101˚С; вязкость газа µ = 22,6·10-6 Па·с; барометрическое
давление Pб = 101,3 кПа; разряжение в циклоне Pг = 29 Па ; начальная
концентрация пыли в газе Z1 = 47 г/м3.
Циклон работает в сети без раскручивателя.
Решение
Определим плотность газа в рабочих условиях.
273(𝑃бар ± 𝑃г )
273(101,3 ∙ 103 − 29)
𝑃г = 𝜌0
= 1,32 ∙
= 0,96 кг/м3
3
3
(273 + 𝑡г )101,3 ∙ 10
(273 + 101)101,3 ∙ 10
Найдем расход газа при рабочих условиях.
𝑉0 (273 + 𝑡г )101,3 ∙ 103
𝑉г =
273(101,3 ∙ 103 − 𝑃г )
3600 ∙ (273 + 101)101,3 ∙ 103
𝑉г =
= 4933,28 м3 /ч
273 ∙ (101,3 ∙ 103 − 29)
Вычислим диаметр циклона.
𝐷ц = √
𝑉г
1,37
=√
= 0,71 м,
0,785 ∙ 𝑤опт
0,785 ∙ 3,5
Где 𝑤опт – оптимальная скорость газа в циклоне, принимаем 3,5 м/с.
Принимаем Дц = 0,70 м
Определим действительную скорость газа в циклоне wд:
𝑤д =
𝑉г
1,37
=
= 3,56 м/с
0,785 ∙ 𝐷ц2
0,785 ∙ 0,72
Невязка составляет (3,56-3,50)/3,56·100 = 1,61
Так как действительная скорость отличается от оптимальной менее чем
на 15%, остановимся на выбранном диаметре циклона и найдем его
остальные параметры.
Гидравлическое сопротивление циклона определим из выражения
𝜌г 𝑤г2
∆𝑃 = 𝜗г
2
Где 𝜗г – коэффициент гидравлического сопротивления. Он зависит от
ряда факторов – диаметра, концентрации пыли, компоновки циклонов в
группе, организации выхода из выхлопной трубы, т. е.
𝜗г = 𝐾1 𝐾2 𝜂г500 +𝐾3
Где 𝜗г500 - коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм;
K1 - поправочный коэффициент, устанавливающий влияние диаметра
циклона;
K2 - поправочный коэффициент, устанавливающий влияние
запыленности газа;
K3 - поправочный коэффициент устанавливающий групповую
компоновку циклонов.
Коэффициенты 𝜗г500 , 𝐾1 , 𝐾2 , 𝐾3 приведены в прил. 1.
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона составит:
𝜗г = 𝐾1 𝐾2 𝜂г500
𝜗г = 1 ∙ 0,91 ∙ 155 = 141,05
Отсюда:
𝜌г 𝑤г2
0,96 ∙ 3,562
∆𝑃 = 𝜗г
= 141,05 ∙
= 858,05 Па
2
2
Определим размер частиц d50, устанавливаемых выбранным циклоном
при рабочих условиях с эффективностью 50%:
𝑑50 =
𝐷𝜌чм 𝜇𝑤т
0,7 ∙ 1930 ∙ 22,6 ∙ 10−6 ∙ 3,5
= 4,5 ∙ √
𝐷т 𝜌ч 𝜇т 𝑤д
0,6 ∙ 3000 ∙ 22,2 ∙ 10−6 ∙ 3,56
𝑑 50
𝑇 √
Где 𝐷т , 𝜌чм , 𝑤т – табличные величины, соответствующие условиям, при
которых получена табличная величина 𝑑 50
𝑇 = 4,5 мкм, характерная данному
типу циклона; 𝐷т , 𝜌ч , 𝜇т , 𝑤д – величины, соответствующие условиям работы
циклона.
Степень очистки газа в циклоне находят по зависимости 𝜗 = 𝜑 (𝑋) .
аргумент функции 𝜑(𝑋) определяется по формуле:
lg
𝑋=
𝑑𝑚
Т
𝑑50
√𝑙𝑔2 𝜎𝜗𝑇 + 𝑙𝑔2 𝜎𝜗
Где 𝜎𝜗𝑇 - табличное значение, характеризующее дисперсию частиц,
улавливаемых в циклоне.
𝑙𝑔𝜎𝜗 = 𝑙𝑔
𝑑84,1
17
= 𝑙𝑔
= 0,53
𝑑𝑚
5
Где 𝑑84,1 = 17 мкм находим из графика.
5
4,64
𝑋=
= 0,0509.
√0,3522 + 0,532
lg
Из таблицы для величины 𝑋 = 0,0509 находим значение
𝜑(𝑋) = 0,5198.
Эффективность циклона определяем из выражения, %:
𝜂 = 50 ∙ (1 + 𝜑(𝑋)) = 50 ∙ (1 + 0.5199) = 75,995.
Конечная запыленность газа составит, г/м3:
𝑍2 = (1 − 𝜂) ∙ 𝑍1 = (1 − 0,75995) ∙ 47
Выводы:
Рассмотрим принцип работы циклона и влияние на его работу
различных факторов: скорости газа, гранулометрического состава пыли,
температуры и диаметра цилиндрической части циклона. Проведен расчет
циклонного аппарата типа ЦН – 15. Определено его гидравлическое
сопротивление и эффективность работы, а также конечная запыленность газа.
Расчет рукавного фильтра
Задание
Необхоодимо рассчитать рукавный фильтр из ткани лавсан,
предназначенный для очистки газов электросталеплавильной печи при
следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях
Температура газа перед фильтром
Барометрическое давление
Разрежение перед фильтром
Динамический коэффициент вязкости
Плотность газа
Концентрация пыли в газе перед фильтром
Среднемедианный размер частиц пыли
Гидравлическое сопротивление фильтра
Регенерация осуществляется обратной продувкой со встряхиванием в
течение
Решение
Учитывая допустимую температуру газа для ткани лавсан, равную
, опрделим подсос воздуха с температурой до
Из уравнения теплового баланса при условии, что теплоемкости смеси,
газа и воздуха равны следует, что расход воздуха на охлаждение газа при
нормальных условиях составит:
Рсход газа, идущего на фильтровании при нормальных условиях
составит:
При рабочих условиях будем иметь:
Найдем запыленность газа перед фильтром в рабочих условиях:
Удельная газовая нагрузка на фильтр составит:
Где
- нормативная величина
- для регенерации с обратной продувкой
- при начальной рабочей запыленности
- при
- при
- при остаточной концентрации пыли более
Скачать