Циклони для аспіраційних установок чорної та кольорової металургії

Циклони є дуже поширеним типом пиловловлювачів. Вже протягом кількох десятків років їх застосовують виділення з газових потоків твердих і краплинних частинок. У циклонах найбільш досконалих конструкцій можна досить повно вловлювати частки розміром від 5 мкм і більше. Як було зазначено вище, уловлювання пилу в циклонах засноване на використанні інерції частинок (відцентрової сили).

Запилений газовий потік зазвичай вводиться у верхню частину корпусу циклону, що є в більшості випадків циліндром (радіусом R₂), що закінчується в нижній частині конусом (рис. 1). Патрубок входу газу в циклон, переважно прямокутної форми, обов'язково розташовують по дотичній до кола циліндричної частини. Гази виходять із апарата через круглу трубу (радіусом R₁), розташовану по осі циклону.

Рис. 1. Схема руху пилогазових потоків в циклоні

--- низхідний пилогазовий потік, – висхідний потік, 1 – вхід запиленого газу, 2 – пил, котрий осідає в бункер, 3 – вихід очищеного газу

Після входу в циклон гази рухаються зверху вниз, обертаючись спочатку в кільцевому зазорі між зовнішньою циліндричною поверхнею циклону і центральною вихідною трубою, а потім у корпусі циклону, створюючи низхідний потік, що обертається.

В зв’язку з цим створюються відцентрові сили, під впливом яких частинки пилу (краплі), зважені в газовому потоці, що обертається, відкидаються до внутрішніх стінок корпусу циклону як циліндричної, так і конічної його частини. Наблизившись до конуса циклону, газовий потік повертається і рухається вгору до вихідної труби, утворюючи висхідний потік, який обертається.

Пилові частинки (краплі), котрі дісталися стінок циклону, переміщуються разом з газами вниз, звідки через патрубок, що відводить пил, виносяться з циклону.

Рух пилових частинок вниз до пилевідвідного патрубка обумовлено не тільки впливом на них сили тяжіння. Насамперед воно викликане тим, що пилогазовий потік у стінок циліндричної та конічної частин корпусу циклону не тільки обертається, а й рухається вздовж осі циклону до вершини конуса.

Тому циклон можна розташовувати як вертикально конусом вниз, але похило, горизонтально і навіть вертикально конусом вгору з рухом газу знизу вгору по спіралі.

Зі значної кількості різних конструкцій циклонів у кольоровій металургії найбільш поширені циклони НДІОГАЗу, ЛІОТу та СІОТу.

Як правило, циклони виготовляють із листової сталі товщиною від 1,5 до 8 мм (при очищенні від абразивного пилу вибирають лист більшої товщини).

Циклони НДІОЗАЗу

Циклони НДІОЗАЗу представлені чотирма конструкціями циліндричного типу з гвинтовим входом запиленого газу (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24), двома конструкціями конічного типу де запилений потік заходить тангенційно-плоско (СК-ЦН-34, СДК-ЦН-33) і конструкцією циліндричного типу з плоским входом СЦН-40.

Відмінною особливістю циклонів циліндричного типу (рис. 2) є похилий патрубок (замість розташованого під кутом 90° вертикальної осі циклону).

Рис. 2. Циліндричні циклони НДІОГАЗу

а – схема установки циклонів НДІОГАЗу, б – циклон типу ЦН-15

Циклон складається з вхідного патрубка прямокутної форми 2, циліндричної частини корпусу циклону 1 та вихідного патрубка 3. У верхній циліндричній частині корпуса циклону є кришка 4, зігнута по гвинтовій лінії на 360° з кроком, що дорівнює висоті вхідного патрубка; нижня частина корпусу 5 виконана у вигляді конуса.

На вихідній трубі можна встановлювати равлика 7, що служить для перетворення обертального руху газів у поступальне.

Під циклоном обов'язково встановлюють бункер для збирання уловленого пилу (при групі циклонів - один загальний бункер).

Є три типи циклонів НДІОЗАЗу, що відрізняються один від одного кутом нахилу вхідного патрубка: у циклонів типу ЦН-15 (нормального) і ЦН-15у (укороченого) кут становить 15; типу ЦН-24 підвищеної продуктивності (з найменшим коефіцієнтом гідравлічного опору призначеного для уловлювання великого пилу) кут 24°; типу ЦН-11 підвищеної ефективності (з найбільшим коефіцієнтом гідравлічного опору ζ) кут 11°.

Основним типом циклонів НДІОЗАЗу є тип ЦН-15. У цьому циклоні забезпечується найбільший ступінь уловлювання пилу при найменшому значенні коефіцієнта гідравлічного опору.

Геометричні розміри всіх циліндричних типів циклонів НДІОЗАЗу, виражені в частках внутрішнього діаметра циліндричної частини циклонів Д наведені нижче у табл. 1.

Табл. 1

На підставі матеріалів порівняльних випробувань ефективності очищення газів у циклонах НДІОЗАЗу циклони типу ЦН-24 рекомендують тільки при низьких вимогах, що пред'являються до очищення, наприклад, для попереднього очищення перед електрофільтрами тощо.

На рис. 3 показана група, що складається з шести циклонів НДІОЗАЗу.

Рис. 3. Група з шести циклонів ЦН

Рис. 4. Циклон СЦН-40

Рис. 5. Циклон СІОТ

Для циклонів конструкції СІОТ характерні відсутність циліндричної частини та трикутна форма вхідного патрубка (рис. 5). Цей циклон у ефективності не поступається циклону ЦН-15.

Циклони спірально-конічні СК-ЦН-34; СДК-ЦН-33; УЦ-38 та ін.

У циклонах цього введення запиленого газу здійснюється по спіралі Архімеда (рис. 6).

Рис. 6. Конічні циклони ЦН з спірально-плоским входом

Основні розміри цих циклонів (у частках діаметра циклону D) наведено нижче в табл. 2.

Табл. 2

Циклони СК-ЦН-34 та СДК-ЦН-33 відрізняються відносно малим діаметром вихлопної труби та подовженою конічною частиною. Ці циклони мають великий гідравлічний опір, але при цьому висока ефективність уловлювання. Їх доцільно встановлювати у тих випадках, коли потрібний високий ступінь очищення газів та гідравлічний опір не лімітується.

Циклони ВЦНДІОП

Нижня частина циклону цього типу (рис. 7) виконана у вигляді конуса, що трохи розширюється. Пил, сконцентрований у газі, виходить у бункер по периферійній щілині. У бункері циклону конструкції ВЦНДІОG тиск завжди позитивний, що дуже важливо.

Рис. 7. Циклони ВЦНДІОП

Циклони цього типу доцільно використовувати у випадках, коли є побоювання заростання пилом конуса циклону.

Наявний внизу внутрішній зворотний конус закриває центральну зону розрідження в конусі та усуває підсмоктування повітря через бункер, що сприятливо для роботи циклону.

Циклон Ван-Тонгерена

У верхній частині цього циклону під кришкою є щілинний отвір, з'єднаний каналом з конусною частиною. Потік газу, що обертається, збагачений пилом, проходить по цьому каналу і відводиться в конусну частину циклону. В іншому різновиді цього тину циклонів газовий потік, збагачений пилом, з периферії циліндричної частини відводиться в інший циклон малого діаметра.