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

Сухие циклоны пылеуловители

Сухие циклоны пылеуловители

Широкое применение во всех отраслях промышленности аппаратов циклонного типа объясняется простотой конструкции, изготовления и высокой надежностью. Недостатком является относительно высокий пылеунос, особенно высокодисперсных механических примесей.

Известно, что аэрозоли при поступлении в циклон расслаиваются под воздействием центробежной силы. При этом образуются две зоны: пристенный слой с повышенной концентрацией механических примесей и центральная зона с малой концентрацией. После перехода основной массы отделяемых частиц в пристенный слой его ширина и концентрация пыли в слое в среднем остаются постоянными. С этого момента дальнейший контакт между зонами нецелесообразен и они должны быть изолированы друг от друга. Переход же основной массы в пристенный слой происходит при повороте потока в пределах 180°.

В некоторых предлагаемых конструкциях циклонных аппаратов предусматривается предотвращение захвата пристенного слоя восходящим потоком у входного отверстия центральной трубы.

В циклоне на (рис. 1, а) кольцевой прямоугольного сечения впускной канал 1 не соприкасается с выпускной трубой 2. Благодаря такой конструкции нисходящий спиральный поток формируется на некотором расстоянии от выпускной трубы, что значительно уменьшает возможность захвата восходящим потоком пылевых частиц из прилегающего к выпускной трубе слоя нисходящего потока. Расстояние "а" определяется скоростью газа в канале 1 и видом пыли, но оно должно быть не меньше ширины канала "в". Высота канала в аппаратах разного исполнения может быть постоянной или уменьшаться по ходу газа. Отношение с/В целесообразно принимать большим 4.

На принципе рециркуляции пристенного слоя основана схема циклона, изображенная на рис. 1.

 

Рис. 1.

В верхней части циклона находится гильза 5, стенка которой образует с выхлопным штуцером 3 кольцевой зазор. Через этот зазор пристенная часть выходящего потока, наиболее насыщенная пылью, отсасывается вспомогательным вентилятором 6 и возвращается в коническую часть циклона для доочистки. Если содержание мелких фракций пыли в очищаемом воздухе невелико, то вентилятор можно устранить, так как для отсоса пристенного слоя потока с крупными частицами достаточно разрежения, которое создается в кольцевой щели 4 благодаря основному потоку.

Для предотвращения попадания пыли в выхлопную трубу циклона предложено расположить в ее нижней части закручивающие поток лопатки и под ними пластину, закрывающую прямой вход в трубу снизу. С этой же целью предусмотрено продолжить внутреннюю стенку входного штуцера параллельно корпусу циклона (в виде разделительной перегородки). Таким образом, при входе запыленного газа в циклон сначала происходит осаждение частиц при круговом движений тока, и затем, когда осаждение в основном закончено, начинается радиальное движение газа от стенки к оси циклона в направлении выходного отверстия.

Ряд исследований и конструктивных разработок в последние годы направлен на снижение аэродинамического сопротивления циклонов.

Известно, что основная потеря напора в циклоне связана с вращательным движением потока и потерей им кинетической энергии в выхлопной трубе. Оборудование циклонов раскручивателями потока позволяет сократить эти потери. Эффективность пылеулавливания при этом несколько снижается. Установлено, что раскручиватели, помещенные внутри циклонов, например винтолопастная розетка, уменьшает сопротивление эффективнее, чем устройства, расположенные на выходе из циклона.

В промышленных условиях проверялась эффективность кольцевых диффузоров, устанавливаемых на выхлопной трубе одиночных и групповых циклонов. Внутренний сердечник, помещенный в диффузоре и образующий кольцевой проход, способствует растеканию в нем газа без больших потерь. Выявлено, что снижение сопротивления таким способом составляет до 17%.

Кольцевые диффузоры предпочтительнее некоторых других устройств вследствие конструктивной простоты и отсутствия влияния на эффективность очистки. Они рекомендую тс я также и для циклонных элементов батарейных циклонов.

В другой конструкции снижение сопротивления достигается встраиванием в выхлопную трубу ряда труб меньшего диаметра, в результате чего: сечение выхлопной трубы разбивается на ряд малых каналов и путь прохождения газа сокращается (газ проходит по спирали меньшего диаметра, чем в обычной выхлопной трубе). Промежутки между трубами могут быть открыты или заглушены, как и центральная труба, в которой вследствие разрежения очищенный газ может перемещаться в обратную сторону. Площадь заглушенного сечения не должна превышать 40% площади поперечного сечения выхлопной трубы. Экономичность такого решения проверена серией экспериментов с различным количеством труб.

Усовершенствование патрубков для отвода газа из циклона оказалось настолько эффективным, что позволило при очистке выхлопных газов установок каталитического крекинга заменить трехступенчатую циклонную очистку двухступенчатой. Выхлопные газы содержали 0,25-1,25 г/м3 твердых частиц (60-80% частиц размером менее 40 мк, а 10-20% - менее 10 мк). Производительность системы очистки 1130-1700 м3/мин. Известно, что геометрические размеры циклона зависят от его производительности по пылегазовой смеси. При существенных колебаниях расхода смеси эффективность циклона падает, возрастает пылеунос, либо аэродинамическое сопротивление аппарата. Предложена конструкция циклона, позволяющая регулировать геометрические размеры (диаметр корпуса, размер входного патрубка) в зависимости от расхода газа.

Внутренняя поверхность циклона (рис. 2, а) образована притертыми друг к другу пластинами 2, которые размещены в корпусе 1 параллельно его продольной оси и перемещаются от общего приводного механизма, изменяя тем самым внутренний объем циклона. Пластины имеют износоустойчивое покрытие. Для регулирования линейной скорости поступающего в циклон газа во входном патрубке 4 предусмотрена шарнирная заслонка 3, свободный конец которой скользит по пластине, направляя газ в рабочий объем аппарата. Приводной механизм, пластин в этом аппарате может быть сблокирован с расходомером газа таким образом, чтобы автоматически изменять окружную скорость газа в циклоне, поддерживая ее в оптимальных пределах. Недостаток конструкции — замена правильной окружности стенки многоугольником, что увеличивает турбулентность пристенного слоя газового потока и степень уноса.

 

Рис. 2

Для максимального уменьшения габаритных размеров циклона (особенно вертикального) и повышения эффективности пылеочистки можно использовать корпус циклона на уровне нижнего конца выхлопного патрубка выполнить в виде конического диффузора (рис. 2, б), а нижнюю часть корпуса опустить в пылевой бункер.

Таким образом, верхняя часть корпуса от нижней отделяется кольцевым зазором. На этом участке создаются дополнительные условия для разделения пыли и газа за счет того, что угол раскрытия диффузора превышает угол естественного раскрытия газового потока, и частицы пыли центробежной силой отбрасываются из него. Очищенный газовый поток поступает в нижнюю часть корпуса циклона, вторично очищается. На нижней части корпуса циклона отделенной кольцевым, зазором, размещены отбойныё козырьки, уменьшающие пылеунос. При необходимости регулирования высоты кольцевого зазора нижняя часть корпуса может быть выполнена на подвесках.

Для разделения пылегазовых смесей очень высоких концентраций по пыли можно использовать четырехступенчатый сепаратор. Установка используется для улавливания пылевидно катализатора плотностью 3,1 г/м3 с фракциями размером 10; 10-20, 20-30, 30-40 и 40 мк, содержанием фракций соответственно 10, 10, 7, 20 и 53%. Коэффициент очистки при запыленности на входе 27000 г/м3 превышает 97,1%.

В установку входит центробежный пылеотделитель разгрузитель (І ступень), прямоточный циклон (II ступень), циклоны конструкций НИИОгаз: ЦН-15 (III ступень) и СДК-ЦН-33 (ІV ступень). Особый интерес представляет простая конструкция центробежного пылеотделителя разгрузителя, позволяющего отделить основную массу пыли, что облегчает работу последующих циклонов при высокой запыленности потока.

Разгрузитель (рис. 2, в) изготовлен в виде трубы колена с углом поворота 180°. На внешней стороне колена находится продольная щель, через которую отброшенная к внешней стенке пыль поступает в периферийный желоб и выводится с частью газа отдельно от основного потока. Эффективность отделения в разгрузителе 80-83%. Диаметр трубы 50 мм, радиус изгиба трубы 360мм, ширина щели 15 мм, глубина пылеотводного желоба 20 мм. Скорость газа в разгрузителе 9—10 м/сек.

В НПФ Металлум, разработаны прямоточные циклоны с частичной рециркуляцией газового потока путем отсасывания части его из конической части и прохождения его через промежуточный циклон. Этот метод предотвращает забивание циклонов, уменьшает вредные перетоки между элементами. Отсос газа из бункерной части повышает эффективность улавливания до 10% за счет соответствующего увеличения затрат энергии, также известно, что один сажеулавливающий циклон с отсасыванием из бункера 10-15% газов может заменить в определенных условиях четыре циклона с выгрузкой, продукта (сажи) из них шлюзовыми затворами.

Опыт эксплуатации и наблюдения за сравнительной эффективностью циклонных аппаратов конструкции НИИОгаза позволил сделать следующие выводы: циклоны ЦН-11 и СДК-ЦН-33 (спирально-длинноконические) целесообразно, применять при высоких требованиях к очистке газов, поскольку при этом достигаются наиболее низкие эксплуатационные расходы. Недостатком конических циклонов СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34 являются их сравнительно большие габаритные размеры и вес. Их компоновка в группы затруднена. Циклоны ЦН-15 рекомендуются при ограничениях габаритных размеров и при очистке газов от пыли, склонной к налипанию Циклоны ЦН-24 можно использовать только для улавливания грубой пыли с частицами средних размеров 25 мкм и более. Применение циклонов ЦН-15У целесообразно только при ограничениях размера аппарата по высоте. При оценке стоимости газоочистки следует учитывать, что затраты на электроэнергию обычно составляют 80-90% общих затрат на очистку в циклонах.