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

ОБОСНОВАНИЕ ПОДБОРА КОНСТРУКЦИИ ЦИКЛОНОВ НИИОГАЗ

ОБОСНОВАНИЕ ПОДБОРА КОНСТРУКЦИИ ЦИКЛОНОВ НИИОГАЗ

В НИИОГАЗ разработано 7 основных типов циклонов (рис. 1). Четыре конструкции цилиндрического типа с винтообразным подводом газов – ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24; два конических циклона с спирально плоским подводом газов на очистку – СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34; одна конструкция цилиндрического типа с спирально плоским входом пылегазового потока – СЦН-40.

 

Рис. 1.

а – циклон типа ЦН-11, б – циклон типа ЦН-15, в – циклон типа ЦН-15у, г – циклон типа ЦН-24, д – циклон типа СДК-ЦН-33, е – циклон типа СК-ЦН-34, ж – циклон типа СЦН-40

Определение типов и размеров циклонов необходимо производить по следующим параметрам:

  1. Количество пылегазового потока (расход газа), который необходимо очистить;
  2. Физико-механические характеристики собственно газа и пыли;
  3. Необходимого коэффициента эффективности очистки;
  4. Габаритов помещений, где монтируется газоочистная установка;
  5. Долговечности и эксплуатационной надежности;
  6. Капиталозатрат и стоимости пылеулавливания в целом.

При очистке от пыли больших объемов пылегазовых потоков одинарные циклоны типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 и СЦН-40 монтируются в группы по 2, 4, 6 и 8 элементов, смонтированных, в большинстве случаев в два ряда, и по 10, 12 и 14 элементов с круговой группировкой.

Диаметр циклонных элементов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 и СЦН-40 смонтированных в группы с прямоугольной компоновкой, не должен превышать 1800 мм, а при круговой группировке — 1000 мм.

При очистке расходов пылегазовых потоков свыше 80000 — 100000 м3/час и при необходимости в высоком коэффициенте очистки и при меньших расходах следует использовать батарейные циклонные пылеуловители. Батарейные циклонные пылеуловители имеют малые габаритные размеры, чем групповые, но в своем изготовлении требуют больших расходов на металл, их капиталлозатраты выше затрат на групповых циклонные пылеуловители.

При подборе циклонов НИИОГАЗ необходимо учитывать надежность работы аспирационной системы, особенно тогда, когда поточные ремонты, обслуживание, ревизия аспирационной установки невозможны — без остановки производственного процесса.

Большой ассортимент типоразмеров циклонов ЦН разрешает обеспечить многие требования, а именно надежность и долговечность. Наиболее часто встречающимися нарушениями надежной работы циклонных пылеуловителей являются износ стенок циклонов высокоабразивной пылью и засорение за счет залипания. С повышением диаметров циклонных пылеуловителей и уменьшением скорости входа пылегазового потока  - износ стенок и залипание пыли уменьшаются. Поэтому, для очистки от высокоабразивной пыли необходимо использовать конические циклоны типа СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34, эффективность которых значительно выше цилиндрических циклонов.

Для ориентировочной технико-экономической оценки эффективности использования циклонов НИИОГАЗ  можно пользоваться материалами в таблице 1, а также результатами сравнительных исследований, которые производились на одной и той же пыли (рис. 2, 3).

Таблица 1. Сравнительные технико-экономические показатели циклонов НИИОГАЗ диаметром Д = 300 мм (Пыль – кварц; ρ = 2670 кг/м3; d50 = 13 мкм; газовая среда – воздух; μ = 1810-6 нсек/м2)

Показатели

Размерность

ЦН-11

ЦН-15

ЦН-15у

ЦН-24

СДК-ЦН-33

СК-ЦН-34

СЦН-40

Примечания

Сопротивление 1500 Па

Эффективность очистки

%

87,5

86,5

84,5

80,0

90,5

91,0

87,0

 

Условная скорость газового потока

м/с

3,0

3,8

3,65

5,5

2,0

1,6

3,3

Относительная пропускная способность, приведенная к циклону ЦН-11

-

1,0

1,27

1,19

1,84

0,66

0,53

1,12

Скорость во входном патрубке Wвх

м/с

26,4

22,6

21,1

19,5

11,0

12,0

19,8

Относительный абразивный износ Z

-

1

0,64

0,51

0,41

0,1

0,1

0,78

Сопротивление 800 Па

Эффективность очистки

%

84,5

83,5

81,5

77,5

88,0

87,3

83,0

При ΔР=800Па циклоны СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и СЦН-40 работают неустойчиво

Условная скорость газового потока

м/с

2,3

3,0

2,7

4,2

1,8

1,3

3,0

Относительная пропускная способность, приведенная к циклону ЦН-11

-

1,0

1,28

1,16

1,82

0,62

0,5

1,1

Эффективность очистки 86 %

Условная скорость газового потока

м/с

2,7

3,6

4,4

4,5

1,6

1,45

3,0

Для циклонов ЦН-24 показатели приведены при эффективности очистки 78%

Относительный абразивный износ Z, приведенный к циклону ЦН-11

-

1,0

0,92

1,7

0,4

0,09

0,09

0,83

Относительный расход энергии на очистку 1000м3 газов

-

1,0

1,15

1,9

0,86

0,9

1,25

1,05

Относительные затраты металла на очистку 1000м3 газов

-

1,0

0,92

0,75

0,73

1,36

1,4

0,95

 

Рис. 2. График зависимости коэффициента эффективности пылеулавливания η от скорости W для циклонов НИИОГАЗ

 

Рис. 3. График зависимости гидравлического сопротивления ΔР от скорости W для циклонов НИИОГАЗ

Основанием для технико-экономических расчетов послужили исследования циклонов различных типов диаметром 300мм, проведенные на кварцевой пыли с насыпной плотностью ρ = 2670 кг/м3 и медианным диаметром d50 = 13 мкм. При оценке стоимости очистки следует, в первую очередь, учитывать затраты на расход электроэнергии, которые обычно составляют от 80 до 90 % общих капиталозатрат на улавливание пыли в циклонах. Относительный расход электроэнергии для всех циклонных пылеуловителей, за исключением ЦН-24, определен при коэффициенте пылеулавливания 86 %.

Для циклонов типа ЦН-24, отличающихся огромной пропускной способностью при низком коэффициенте пылеулавливания, относительный расход электроэнергии определялся при эффективности очистки  равной 78,0 %.

При равных коэффициентах пылеулавливания максимально высокие технико-экономические характеристики имеются в циклонах типа ЦН-11. Циклоны типа ЦН-15 характеризуются меньшими габаритными размерами, имеет лучшие показатели работы на пылях, которые хорошо налипают, поэтому их применение целесообразно при очистке пылегазовых потоков с высоким содержанием мелкой и сильно слипающейся пыли.
При низких пожеланиях к эффективности пылеулавливания и для очистки газопылевых потоков от твердых частичек со средним медианным диаметром выше 20 мкм экономически целесообразно применение циклонов типа ЦН-24. При высоких расходах газов и высоком содержании пыли в газопылевом потоке использование циклонов типа ЦН-24 может быть целесообразным в качестве первой ступени очистки газов, перед пылеуловителями, которые обеспечивают высокую эффективность пылеулавливания, например перед циклонами СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, рукавными фильтрами различной конструкции или электрофильтрами.

Циклоны типа ЦН-15У имеют низкие технико-экономические характеристики, и их применение целесообразно только в тех случаях, которые обусловлены жесткими ограничениями габаритных размеров по высоте.

Для очистки пылегазовых потоков от мелкодисперсных пылей, со средним медианным диаметром d50 от 5 до 6 мкм, а также при высоких требованиях к эффективности пылеулавливания необходимо применять максимально высокоэффективные конические циклонные пылеуловители типа СДК-ЦН-33, обладающие также высокими технико-экономическими характеристиками. При ограничениях  габаритных размеров по высоте необходимо применять циклоны типа СК-ЦН-34, которые имеют высокую эффективность пылеулавливания, но энергетические характеристики тоже составляют высокие значения. Для обеспечения стабильной работы, предотвращающей засорение пылевыпускных отверстий, условная скорость в плане для конических циклонов СК-ЦН-34 должна составлять минимум 2,0 м/с, а для конических циклонов СДК-ЦН-33 — 2,2 м/сек. При улавливании сажи в циклонах диаметром более 1 м скорость пылегазового потока может уменьшатся до 1,5 м/сек.

Недостаток циклонов конического типа состоит в больших габаритах, трудности сборки их в группы и достаточно большой расход металла на 1000 м3/час очищаемых пылегазовых потоков.

Для уменьшения гидравлического сопротивления в одиночных циклонах ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24 при очистке газов от неслипающихся пылей целесообразно использовать регенераторы давления, которые выполнены в форме лопастных раскручивателей, понижающих гидравлическое сопротивление аппарата на 18 — 25 % без уменьшения эффективности пылеулавливания. В циклонах типа ЦН-24 использование раскручивателей повышает эффективность пылеулавливания. Для групповых циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24 целесообразней применение только кольцевых диффузоров, с помощью которых понижается гидравлическое сопротивление пылеуловителей циклонного типа на 10 — 18 %. Дополнительные затраты металла на диффузоры и лопастные раскручиватели и некоторое усложнение конструкции циклонных пылеуловителей окупаются снижением энергетических затрат.