Логотим Метталум
Проектування, виготовлення, монтаж, запуск, паспортизація
+38 (048) 706 26 73
+38 (097) 743 69 84
metallum_office@ukr.net

ОБГРУНТУВАННЯ ПІДБОРУ КОНСТРУКЦІЇ ЦИКЛОНІВ НДІОГАЗ

ОБГРУНТУВАННЯ ПІДБОРУ КОНСТРУКЦІЇ ЦИКЛОНІВ НДІОГАЗ

У НДІОГАЗ розроблено 7 основних типів циклонів (рис. 1). Чотири конструкції циліндричного типу з гвинтоподібним підведенням газів – ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24; два конічні циклони із спірально плоским підведенням газів на очищення – СДК-ЦН-33 та СК-ЦН-34; одна конструкція циліндричного типу із спірально плоским входом пилогазового потоку – СЦН-40.

 

Рис. 1.

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

Визначення типів та розмірів циклонів необхідно проводити за такими параметрами:

  1. Кількість пилогазового потоку (витрата газу), який необхідно очистити;
  2. Фізико-механічні характеристики власне газу та пилу;
  3. Необхідного коефіцієнта ефективності очищення;
  4. Габаритів приміщень, де монтується газоочисне встановлення;
  5. Довговічності та експлуатаційної надійності;
  6. Капіталовитрат і вартості пиловловлення в цілому.

При очищенні від пилу великих обсягів пилогазових потоків одинарні циклони типу ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 та СЦН-40 монтуються в групи по 2, 4, 6 та 8 елементів, змонтованих, у більшості випадків у два ряду, і по 10, 12 та 14 елементів з круговим угрупованням.

Діаметр циклонних елементів ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24 та СЦН-40 змонтованих у групи з прямокутним компонуванням, не повинен перевищувати 1800 мм, а при круговому угрупованні - 1000 мм.

При очищенні витрат пилогазових потоків понад 80000 - 100000 м3/год і при необхідності у високому коефіцієнті очищення і при менших витратах слід використовувати батарейні циклонні пиловловлювачі. Батарейні циклонні пиловловлювачі мають малі габаритні розміри, ніж групові, але у своєму виготовленні вимагають великих витрат на метал, їх капіталовитрати вищі за витрати на групові циклонні пиловловлювачі.

При підборі циклонів НДІОГАЗ необхідно враховувати надійність роботи аспіраційної системи, особливо тоді, коли потокові ремонти, обслуговування, ревізія аспіраційної установки неможливі без зупинки виробничого процесу.

Великий асортимент типорозмірів циклонів ЦН дозволяє забезпечити багато вимог, зокрема надійність і довговічність. Найчастіше зустрічаються порушеннями надійної роботи циклонних пиловловлювачів є знос стінок циклонів високоабразивним пилом і засмічення за рахунок залипання. З підвищенням діаметрів циклонних пиловловлювачів та зменшенням швидкості входу пилогазового потоку - знос стінок та залипання пилу зменшуються. Тому для очищення від високоабразивного пилу необхідно використовувати конічні циклони типу СДК-ЦН-33 і СК-ЦН-34, ефективність яких значно вища за циліндричні циклони.

Для орієнтовної техніко-економічної оцінки ефективності використання циклонів НДІОГАЗ можна користуватися матеріалами в таблиці 1, а також результатами порівняльних досліджень, які проводилися на тому самому пилу (рис. 2, 3).

Таблиця 1. Порівняльні техніко-економічні показники циклонів НДІОГАЗ діаметром Д = 300 мм (Пил – кварц; ρ = 2670 кг/м3; d50 = 13 мкм; газове середовище – повітря; μ = 1810-6 нсек/м2)

Показники

Розмірність

ЦН-11

ЦН-15

ЦН-15у

ЦН-24

СДК-ЦН-33

СК-ЦН-34

СЦН-40

Примітки

Гідравлічний опір 1500 Па

Ефективність пиловловлення циклону

%

87,5

86,5

84,5

80,0

90,5

91,0

87,0

 

Умовна швидкість газового потоку

м/с

3,0

3,8

3,65

5,5

2,0

1,6

3,3

Відносна пропускна здатність віднесена до циклона ЦН-11

-

1,0

1,27

1,19

1,84

0,66

0,53

1,12

Швидкість у вхіднім патрубці Wвх

м/с

26,4

22,6

21,1

19,5

11,0

12,0

19,8

Відносне абразивне зношення Z, приведене до циклона ЦН-11

-

1

0,64

0,51

0,41

0,1

0,1

0,78

Гідравлічний опір 800 Па

Ефективність пиловловлення циклону

%

84,5

83,5

81,5

77,5

88,0

87,3

83,0

При ΔР=800Па циклони СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 і СЦН-40 працюють не стабільно

Умовна швидкість газового потоку

м/с

2,3

3,0

2,7

4,2

1,8

1,3

3,0

Відносна пропускна здатність віднесена до циклона ЦН-11

-

1,0

1,28

1,16

1,82

0,62

0,5

1,1

Ефективність пиловловлення циклонів 86 %

Условная скорость газового потока

м/с

2,7

3,6

4,4

4,5

1,6

1,45

3,0

Для циклонів ЦН-24 показники наведенні при ефективності пиловловлення 78%

Відносне абразивне зношення Z, приведене до циклона ЦН-11

-

1,0

0,92

1,7

0,4

0,09

0,09

0,83

Відносні затрати енергії на очищення 1000м3 газів

-

1,0

1,15

1,9

0,86

0,9

1,25

1,05

Відносні затрати металу на очищення 1000м3 газів

-

1,0

0,92

0,75

0,73

1,36

1,4

0,95

 

Рис. 2. Графік залежності коефіцієнта ефективності пиловловлення η від швидкості W для циклонів НДІОГАЗ

 

Рис. 3. Графік залежності гідравлічного опору ΔР від швидкості W для циклонів НДІОГАЗ

Підставою для техніко-економічних розрахунків стали дослідження циклонів різних типів діаметром 300 мм, проведені на кварцовому пилу з насипною щільністю ρ = 2670 кг/м3 та медіанним діаметром d50 = 13 мкм. Оцінюючи вартості очищення слід, насамперед, враховувати витрати витрат електроенергії, які зазвичай становлять від 80 до 90 % загальних капіталовитрат на вловлювання пилу в циклонах. Відносна витрата електроенергії для всіх циклонних пиловловлювачів, за винятком ЦН-24, визначена при коефіцієнті пиловловлення 86 %.

Для циклонів типу ЦН-24, що відрізняються величезною пропускною здатністю при низькому коефіцієнті пиловловлення, відносна витрата електроенергії визначалася при ефективності очищення, що дорівнює 78,0 %.

При рівних коефіцієнтах пиловловлення максимально високі техніко-економічні характеристики є в циклонах типу ЦН-11. Циклони типу ЦН-15 характеризуються меншими габаритними розмірами, має кращі показники роботи на пилах, які добре налипають, тому їх застосування доцільно при очищенні пилогазових потоків з високим вмістом дрібного пилу, що сильно злипається.

При низьких побажаннях до ефективності пиловловлення та для очищення газопилових потоків від твердих частинок із середнім медіанним діаметром вище 20 мкм економічно доцільно застосування циклонів типу ЦН-24. При високих витратах газів і високому вмісті пилу в газопиловому потоці використання циклонів типу ЦН-24 може бути доцільним як перший ступінь очищення газів, перед пиловловлювачами, які забезпечують високу ефективність пиловловлення, наприклад перед циклонами СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 , рукавні фільтри різної конструкції або електрофільтри.

Циклони типу ЦН-15У мають низькі техніко-економічні характеристики, та його застосування доцільно лише у випадках, які зумовлені жорсткими обмеженнями габаритних розмірів за висотою.

Для очищення пилогазових потоків від дрібнодисперсних пилів, із середнім медіанним діаметром d50 від 5 до 6 мкм, а також при високих вимогах до ефективності пиловловлення необхідно застосовувати максимально високоефективні конічні циклонні пиловловлювачі типу СДК-ЦН-33, що володіють також високими техніками. При обмеженнях габаритних розмірів по висоті необхідно застосовувати циклони типу СК-ЦН-34, які мають високу ефективність пиловловлення, але енергетичні характеристики теж становлять високі значення. Для забезпечення стабільної роботи, що запобігає засміченню пиловипускних отворів, умовна швидкість у плані для конічних циклонів СК-ЦН-34 повинна становити мінімум 2,0 м/с, а для конічних циклонів СДК-ЦН-33 – 2,2 м/сек. При уловлюванні сажі в циклонах діаметром понад 1 м швидкість пилогазового потоку може зменшуватися до 1,5 м/сек.

Недолік циклонів конічного типу полягає у високих габаритах, проблеми складання їх у групи і досить велика витрата металу на 1000 м3/годину пилогазових потоків, котрі очищаються.

Для зменшення гідравлічного опору в одиночних циклонах ЦН-15, ЦН-15У і ЦН-24 при очищенні газів від пилу, котрий не налипає, доцільно використовувати регенератори тиску, які виконані у формі лопатевих розкручувачів, що знижують гідравлічний опір апарату на 18 - 25 %. У циклонах типу ЦН-24 використання розкручувачів підвищує ефективність пиловловлення. Для групових циклонів ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У і ЦН-24 доцільніше застосування тільки кільцевих дифузорів, за допомогою яких знижується гідравлічний опір пиловловлювачів циклонного типу на 10 – 18 %. Додаткові витрати металу на дифузори та лопатеві розкручувачі та деяке ускладнення конструкції циклонних пиловловлювачів окупаються зниженням енергетичних витрат.