Логотим Метталум
Проектирование, изготовление, монтаж, запуск, паспортизация
+38 (048) 706 26 73
+38 (097) 743 69 84
metallum_office@ukr.net

Расчет основных параметров циклонов пылеуловителей для пневмосепараторов

Расчет основных параметров циклонов пылеуловителей для пневмосепараторов

Циклон (рис. 1) состоит из двух концентрично расположенных цилиндров 1 и 2, конуса 5, крышки 3 и входного патрубка 4, изготовленных из листовой стали.

 

Рис. 1. Циклон пылеуловитель

Воздух подастся во входное отверстие и получает центробежное ускорение в кольцевом пространстве между цилиндрами. При этом взвешенная в воздухе пыль под воздействием центробежных сил перемещаются к наружному цилиндру и прижимаются к его стенке, затем опускаются вниз и удаляются через выпускное отверстие. Выпускное отверстие циклона закрыто герметизирующим выпускным механизмом 6 (шлюзовым затвором, грузовым клапаном и т. п.), с помощью которого выводится осажденный материал.

Очищенный воздух удаляется из циклона через внутренний цилиндр.

В зерноперерабатывающей промышленности (элеваторы, зерносклады, мельницы, крупо- и комбикормовые заводы, семенные калибрующие предприятия и др.) наибольшее распространение получили следующие типы циклонов:

  1. Циклон типа 4БЦШ. Их еще иногда маркируют как У21-ББЦ. Они представлены 16-ти типоразмерами (4БЦШ-200; 4БЦШ-225; 4БЦШ-250; 4БЦШ-275; 4БЦШ-300; 4БЦШ-325; 4БЦШ-350; 4БЦШ-375; 4БЦШ-400; 4БЦШ-425; 4БЦШ-450; 4БЦШ-475; 4БЦШ-500; 4БЦШ-525; 4БЦШ-550; 4БЦШ-600).
  2. Циклон типа ЦОЛ. Являются высокопроизводительными пылеуловителями циклонного типа. В основном используется 12 основных конструкций (ЦОЛ-1; ЦОЛ-1,5; ЦОЛ-3; ЦОЛ-4,5; ЦОЛ-6; ЦОЛ-7,5; ЦОЛ-9; ЦОЛ-10; ЦОЛ-12; ЦОЛ-12; -15; ЦОЛ-18; ЦОЛ-20).
  3. Циклон типа УЦ-38. Это циклон конического типа. В нормализованном ряде разработано 13 конструкций (УЦ-250; УЦ-300; УЦ-350; УЦ-400; УЦ-450; УЦ-500; УЦ-550; УЦ-600; УЦ-650; УЦ-700; УЦ-750; УЦ-800; УЦ-850). Для увеличения производительности данные циклоны компонуют у групп до 8шт.

В последнее время в аспирационной технике довольно часто используются оригинальные разработки пылеулавливающего оборудования, которые конкретно «заточены» под особенности технологического процесса и требования экологии и санитарных норм.

Циклоны обладают достаточно высоким эффектом пылеотделения, они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Циклоны пригодны для отделения не только тяжелых, но и легких частиц, таких как пыль. Эффект пылеотделения циклона практически не зависит от количества поступающего в него для осаждения материала. Благодаря перечисленным, а также некоторым другим достоинствам, циклоны находят широкое применение для очистки воздуха, участвующего в процессе пневмосепарирования.

Эффект пылеотделения в циклонах зависит от факторов, которые могут быть разбиты на две группы:

  1. Первая включает физические свойства частиц, поступающих в циклон, а именно: их удельный вес, фракционный состав, форму, влажность и др.;
  2. Вторая относится к самому циклону — это скорость воздушного потока при входе в циклон, размеры циклона, соотношение отдельных размеров, степень герметичности выпускного отверстия и др.

Факторы, относящиеся к первой группе, зависят от свойств обрабатываемого материала и от технологического процесса, в ходе которого воздухом выделяются примеси, и не зависят от конструкции циклона. Эти факторы являются как бы заданными, постоянными, поэтому для улучшения работы циклонов следует искать оптимальные показатели, характеризующие конструкцию циклона.

Скорость воздушного потока при входе в циклон.

Из установившегося взгляда на процесс, протекающий в циклоне, следует, что увеличение окружной скорости движения частиц должно привести к улучшению эффекта очистки, так как при этом возрастают центробежные силы, действующие на частицы. Действительно, центробежная сила равна:

С=mV2/R

где m — масса частицы в кг;

V — окружная скорость частицы в м/сек;

R — радиус циклона (R=Dц/2, где Dц — диаметр циклона) в м.

Указанная сила будет тем больше, чем больше окружная скорость частицы, характеризуемая скоростью воздушного потока при входе в циклон.

Увеличение центробежной силы должно ускорить перемещение наиболее мелких и легких частиц к наружной стенке циклона, т. е. будет способствовать повышению эффекта пылеулавливания. Это подтверждается многочисленными опытами, в том числе опытами, проведенными во ВНИИЗе.

На графике рис. 2 приведена зависимость между эффектом очистки и скоростью воздушного потока во входном патрубке циклонов УЦ-38 и УЦ-45.

Однако увеличение скорости воздушного потока при входе в циклон целесообразно лишь до 20 м/сек, так как дальнейшее увеличение указанной скорости уже не приводит к улучшению эффекта очистки, в то же время оно связано с увеличением сопротивления циклона, которое растет пропорционально квадрату входной скорости.

Практически скорость воздушного потока при входе в циклоны выбирают в пределах 12 — 18 м/сек в зависимости от требуемого эффекта очистки, конструкции циклона и характеристики пыли. Для очистки воздуха, поступающего из пневмосепарирующих каналов, скорость воздушного потока при входе в циклон выбирается в тех же пределах.

 

Рис. 2. Зависимость величины уноса пыли из циклонов от скорости воздушного потока во входном патрубке (пыль, взятая из всасывающего фильтра) при концентрации μ = 10г/м3: 1 — УЦ-45; 2 — УЦ-38.

Диаметр циклона.

Из формулы выше следует, что центробежная сила, действующая на частицу, будет тем больше, чем меньше радиус вращения частицы, т. е. чем меньше диаметр циклона, так как частица вращается вокруг оси циклона. Основываясь на этом положении, пришли к выводу о целесообразности уменьшения диаметра циклона.

Однако уменьшение диаметра циклона связано со снижением его пропускной способности. Следовательно, чем меньше диаметр циклона, тем большее количество циклонов нужно установить для того, чтобы обеспечить заданную пропускную способность. Так, вместо одного циклона типа ЛИОТ пропускной способностью 9000 м3/час, диаметр которого равен 1370 мм, потребуется шесть циклонов того же типа, каждый диаметром 560 мм и пропускной способностью 1500 м3/час.

Циклон, составленный из нескольких элементов, носит название батарейного циклона. На схеме рис. 3 показан батарейный циклон ВНИИЗ—НИОГАЗ, состоящий из четырех элементов.

 

Рис. 3. Батарейный циклон ВНИИЗ—НИОГАЗ 4БЦШ-350 (У21-ББЦ-350)

С увеличением числа элементов ухудшается работа батарейного циклона. Так как нагрузка каждого элемента и его сопротивление вследствие неизбежных отклонений в размерах, форме и состоянии поверхности, а также других причин будут отличаться друг от друга, то могут возникнуть перетоки воздуха снизу из одного элемента в другой или из одной группы элементов в другую группу через объединяющий их бункер (рис. 3). Поступление воздуха в циклон через его выпускное отверстие приводит к уносу некоторой части выделенной уже пыли и, следовательно, ухудшает эффект очистки. Чем больше число элементов в батарее, тем более вероятно возникновение явления перетока.

Чрезмерное уменьшение диаметра циклона и увеличение числа элементов в батарее нежелательно также потому, что при этом усложняется конструкция циклона, а при диаметре менее 250 мм возникает угроза закупорки соломистыми и волокнистыми примесями его выпускного отверстия.

Практически в батарейные установки для зерноочистительных машин включают не более 8 элементов, диаметр каждого элемента выбирается в пределах 350 — 800 мм.