Основные размеры циклонов пылеуловителей для пневмосепараторов и их соотношение
В настоящее время, исходя из опыта конструирования и эксплуатации, разработана некоторая методика расчета циклонных аппаратов, которая позволяет определять размеры циклонов в зависимости от характеристики пыли и требуемого эффекта пылеотделения. Также выбираются размеры и разрабатываются конструкции циклонов, основываясь на экспериментальных данных. Останавливаться на описании и характеристике циклонов всех существующих конструкций нет необходимости, так как многие из них являются либо малоэффективными, либо непригодными для очистки воздушного потока, поступающего из пневмосепарирующих каналов.
Также необходимо учитывать сведения о циклонах ЦОЛ, 4БЦШ (У21-ББЦ), которые уже нашли значительное распространение в зерноочистительных установках, а также о циклонах, которые, как более совершенные, приходят им на смену (УЦ-38, УЦ-45).
Рис. 1.
На рис.1 изображен циклон ЛИОТ (ЦОЛ), а в паспортах приведены его размеры и пропускная способность. Последняя определена для скорости воздушного потока при входе в циклон 18 м/сек, которая для этого циклона рекомендована как оптимальная. Эффект очистки циклона ЛИОТ при работе в сетях воздушных сепараторов не превышает 95%. Указанный эффект во многих случаях не обеспечивает снижения запыленности воздуха до санитарных норм (150 мг/м3). Сопротивление циклона определяется по формуле
ΔН=ζρV2вх/2, Па
где ζ — коэффициент сопротивления, равный 2,8—4,0;
ρ — удельный вес воздуха в кг/м3;
Vвх— скорость воздушного потока во входном патрубке в м/сек;
Проектная нормаль циклонов ВНИМЗ— НИОГАЗ, ВТИ, УЦ-38 и УЦ-45 приведена на рис. 2. Таблица нормали содержит основные размеры в долях диаметра, рекомендуемые скорости воздушного потока при входе в циклон и коэффициенты сопротивления.
Известно, что наиболее эффективным из циклонов является циклон УЦ-38. Остальные циклопы имеют худшие показатели эффективности, причем унос пыли из циклона УЦ-45 оказался в 3 раза из циклона ВИИИЗ — НИИОГАЗ в 9 раз и из циклона ВТИ в 15 раз больше, чем унос пыли из циклона УЦ-38.
Также подтверждается высокая эффективность циклонов типа УЦ-38 по сравнению с циклонами ВНИИЗ—НИОГАЗ.
Эффект пылеотдслення является основным, но не единственным показателем, определяющим достоинства циклона. В некоторых случаях выбор циклона может диктоваться заданными габаритными размерами или предельным сопротивлением.
Сравнительная оценка циклонов по этим показателям, при одной и той же пропускной способности, дает следующие результаты. Наименьшую высоту и наименьший объем имеют циклоны ВТИ и УЦ-45, далее следуют циклоны УЦ-38 и ВНИИЗ—НИОГАЗ.
Наибольшее сопротивление имеет циклон УЦ-38, примерно равное с ним имеет циклон УЦ-45 и значительно меньшее — циклоны ВНИИЗ—НИОГАЗ и ВТИ.
Таким образом, в тех случаях, когда применение циклона УЦ-38 невозможно из-за ограничений по высоте, вместо него можно устанавливать циклон УЦ-45; в тех же случаях, когда применение циклона УЦ-38 невозможно из-за его высокого сопротивления, следует применять циклон ВНИИЗ—НИОГАЗ или ВТИ (предпочтительно первый).
Размеры циклона определяют следующим образом. Находят диаметр циклона по таблицам и каталогам согласно производительности, т.е. количества газа которое циклон эффективно очищает.
Значение коэффициентов сопротивления для разных циклонов приведено в таблице 1 к рис. 2.
Табл. 1.
Циклон |
Д |
д |
д1 |
Н0 |
Н1 |
Н2 |
h |
а |
Ь |
R |
с |
Рекомендуемая скорость воздуха при входе в циклон в м/с |
Коэффициент гидравлического сопротивления ζ |
ВНИИЗ- НИОГАЗ |
Д |
0,6Д |
0,4Д |
4.18Д |
2.18Д |
2Д |
1.65Д |
0,58Д |
0,2Д |
— |
— |
12-18 |
4.4 |
ВТИ |
200-500 мм |
0,6Д |
150мм |
948 мм |
415 мм |
533 мм |
367 мм |
0,37 Д |
0.2 Д |
— |
— |
12—18 |
3,7 |
ВТИ |
600 - 850 мм |
0,585Д |
150мм |
1,925Д |
0.825 Д |
1.1 Д |
0.74 Д |
0,37 Д |
0.2Д |
— |
— |
12-18 |
3.7 |
УЦ-38 |
Д |
0,38Д |
Для циклонов с диаметром Д= 100—700мм д1 = 150 мм |
3,1 Д |
0,8 Д |
2,8 Д |
0,5 Д |
0,25 Д |
0,25Д |
0,5(Д+а) |
0,125 Д |
12 |
20 Д (где Д в мм ) |
УЦ-45 |
Д |
0,45Д |
Для циклонов с диаметром Д=300-550мм д1= 150 мм |
2,8 Д |
0,8 Д |
2 Д |
0.5 Д |
0,35 Д |
0,3Д |
0,5(Д+в) |
0,15Д |
12 |
25 Д (где Д в мм) |
Рис. 2. Проектная нормаль циклонов:
а — ВНИИЗ-НИОГАЗ; б — ВТИ; в — УЦ-38; д — УЦ 45.
Рассмотрим пример. Необходимо подобрать циклон для очистки 3000 м3/час воздуха, поступающего из пневмосепарируюшего канала.
Определим размеры и сопротивление одиночного циклона УЦ-38 (см. таблицу 1 к рис. 2). Дц=1,05м. Высота циклона без отводного воздухопровода и герметизирующего устройства будет Но=3,3м. Сопротивление циклона ΔНц=1850Па.
Полученные значения высоты и сопротивления (особенно последнего) для обычных условий эксплуатации зерноочистительных машин являются нежелательными. Столь высокое сопротивление циклона вызовет повышенный расход энергии, а значительная высота — затруднения в размещении циклона. Поэтому в данном случае целесообразно применять не один, а несколько циклонов, объединив их в батарею.
Сопротивление батареи больше сопротивления одиночного циклона, такой же пропускной способности. Это объясняется наличием у батареи распределительного воздухопровода на входе и коллектора на выходе. Ориентировочно сопротивление батареи нужно принимать на 15…20 % выше сопротивления одиночных циклонов.
В целях экономии энергии, расходуемой на очистку, сопротивление циклона не должно превышать 800—1000 Па. В рассмотренном примере указанным условиям отвечает батарея из 6—8 элементов.
Для сравнения с данными, характеризующими батарейный циклон УЦ-38 (табл. 2), приведем данные, характеризующие батарейный циклон ВНИИЗ - НИОГАЗ при одинаковой пропускной способности (табл. 3).
Сравнение данных табл. 2 и 3 показывает, что батарейный циклон ВНИИЗ — НИОГАЗ при одинаковой пропускной способности будет значительно меньше батарейного циклона из элементов УЦ-38. При одном и том же сопротивлении (порядка 800 Па) первый будет состоять из четырех элементов диаметром 320 мм, а второй из восьми элементов диаметром 370 мм. Однако следует напомнить, что эффект очистки циклона УЦ-38 будет выше, чем циклона ВНИИЗ — НИОГАЗ, и поэтому циклон следует выбирать с учетом всех факторов, определяющих пригодность циклона для заданных условий, а именно: допустимой запыленности воздуха, удаляемого из циклона, и установленных габаритных размеров.
Таблица 2
Данные для выбора числа элементов батарейного циклона УЦ-38
Число элементов в батарее |
Размеры элемента в мм |
Сопротивление циклона в Па |
||
диаметр Дц |
высота Но |
одиночного ΔНц |
6атарейного ΔНбц |
|
2 |
0.74 |
2.30 |
1300 |
1495 |
3 |
0.61 |
1.89 |
1070 |
1230 |
4 |
0.525 |
1.63 |
920 |
1058 |
5 |
0.47 |
1.45 |
830 |
954 |
6 |
0.43 |
1.33 |
760 |
874 |
8 |
0.37 |
1.15 |
650 |
748 |
Таблица 3
Данные для выбора числа элементов батарейного циклона БЦ
Число элементов в батарее |
Размеры элемента в мм |
Сопротивление циклона в Па |
||
диаметр Дц |
высота Но |
одиночного ΔНц |
6атарейного ΔНбц |
|
2 |
0.47 |
1.96 |
1034 |
1189 |
4 |
0.32 |
1.33 |
704 |
810 |
6 |
0.28 |
1.17 |
616 |
708 |
8 |
0.24 |
1.0 |
528 |
607 |
На схеме рис. 3 показана батарея циклонов типа УЦ-38, состоящая из шести элементов, расположенных в два ряда. Батарея имеет один подводящий воздухопровод 2 и два отводящих коллектора 3, по одному на каждый ряд. Осажденный материал собирается и удаляется из циклонов двумя шнеками 4 и двумя шлюзовыми затворами 5. Последние являются герметизирующим устройством.
Возможны и другие варианты компоновки батареи циклопов. Во всех случаях батарея должна отвечать следующим требованиям: иметь минимальные габаритные размеры, подвод воздуха, обеспечивающий равномерное распределение его по элементам, удобство сбора и удаления осажденного материала с соблюдением необходимой герметичности.
Рис.3. Батарейный циклон из шести элементов типа УЦ-38 (в плане коллектор условно снят).