Циклон сухой очистки. Циклоны. Теоретические основы расчета циклонов

Наиболее универсальные и общеупотребительные циклоны. Предназначены для отделения от газообразной среды взвешенных частиц сухой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках, при транспортировании сыпучих материалов, а также летучей золы. Для волокнистой и слипающейся пыли, для очистки газообразной среды, в которой имеются капельно-жидкая фаза или возможна конденсация паров, данные циклоны применять не следует. Циклон ЦН-15 отличается большей производительностью.
Циклон СЦН-50 Один из лучших циклонов НИИОГАЗа. Циклоны СЦН-50 используются для очистки воздуха или газов от пыли мелкой (более 10 мкм) и средней дисперсности, а так же абразивной пыли в различных областях промышленности. Увеличенные по сравнению с СЦН-40 входной и выходной патрубки, позволили разработчику снизить сопротивление циклона и увеличить производительность циклона СЦН-50. При этом габаритные размеры циклона СЦН-50 стали ближе к ЦН-15 аналогичной производительности.
Циклон ЦН-24 отличается высокой пропускной способностью при небольшой степени очистки. Использование данных циклонов оправданно в качестве предварительной ступени очистки, как циклон-разгрузитель, а также для очистки газов от пылей со средним диаметром более 20 мкм.
Циклон СЦН-40 предназначен для эффективной очистки газов и аспирационного воздуха от мелкой и среднедисперсной пыли. Имеет наиболее высокую степень очистки по сравнению с циклонами ЦН-15, СК-ЦН-34 и УЦ-38.
Циклон СДК-ЦН-33 применяется для очистки газов от мелкой пыли, со средним диаметром 5-6 мкм, а также при высоких требованиях к качеству очистки. Способен обеспечивать высокую степень очистки при сравнительно небольшой скорости газового потока на входе в циклон.
Циклон СК-ЦН-34 pазpаботан для улавливания твepдых частиц вспомогатeльных систeм пpоизводства тeхничeского углepода, установки каталитического крекинга нефтепродуктов, дегидрирования бутана. Цeлeвоe назначeниe данных циклонов - сажeвоe пpоизводство.
Циклон СК-ЦН-34М применяют для улавливания пылей, обладающих высокой абразивностью частиц или их высокой слипаемостью. Наиболее эффективный из серии ЦН. Однако потери давления в этих циклонах примерно в 2 раза больше, чем в циклонах СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34.

Циклоны для удаления древесных отходов

Циклоны для мукомольной промышленности

Циклоны с обратным конусом для улавливания абразивных и слипающихся пылей

Циклоны и вихревые пылеуловители для сухой пыли

Циклоны являются весьма распространенным типом пылеуловителей. Уже в течение нескольких десятков лет их применяют для выделения из газовых потоков твердых и капельных частиц. В циклонах наиболее совершенных конструкций можно достаточно полно улавливать частицы размером от 5 мкм и больше. Как было отмечено выше, улавливание пыли в циклонах основано на использовании инерции частиц (центробежной силы).

Запыленный газовый поток обычно вводится в верхнюю часть корпуса циклона, представляющего собой в большинстве случаев цилиндр (диаметр D ), заканчивающийся в нижней части конусом (рис. 5.7). Патрубок входа газа в циклон – в большинстве случаев прямоугольной формы – обязательно располагают по касательной к окружности цилиндрической части циклона.Газывыходят из аппарата через круглую трубу (диаметрd ), расположенную по оси циклона. После входа в циклон газы движутся сверху вниз, вращаясь сначала в кольцевом пространстве между наружной цилиндрической поверхностью циклона и центральной выходной трубой, а затем и в основном корпусе циклона, образуя внешний вращающийся вихрь. При этом развиваются центробежные силы, под воздействием которых частицы пыли (или капли жидкости), взвешенные во вращающемся газовом потоке, отбрасываются к стенкам корпуса циклона как цилиндрической, так и конической его части. На этой стадии процесс осаждения пыли осуществляется за счет центробежных сил.

На второй стадии у конической стенки циклона на газовый поток, имеющий очень высокую и предельную концентрацию частиц пыли (особенно возле стенок циклона), начинает сказываться перепад давления между входным и выходным патрубками циклона, сжимающее усилие которого значительно превышает центробежные силы. Концентрация частиц в газовом потоке начинает предельную нагрузку, т.е. то количество пыли, которое в состоянии переносить газовый поток в данных условиях. В итоге происходит выделение частиц пыли из основного потока и их дальнейшее осаждение за счет вторичного пристенного вихря, который увлекает за собой основную часть пыли в бункер. Очищенный основной газовый поток, освобожденный от пыли, за счет перепада давления начинает поворачиваться и двигаться вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь.

5.4.3. Теоретические основы расчета циклонов

Сложность процесса улавливания пыли в циклонах не позволяет пока рассчитывать их конструкции и эффективность только на основе теоретических разработок. Это объясняется тем, что в теоретических положениях допускается ряд упрощений, в результате которых расчетные данные не совпадают с данными, полученными на практике. В то же время с помощью теоретических положений можно отчетливо выявить влияние факторов на процессулавливания пыли в циклонах.

Расчетная схема циклона представлена на рисунке 5.10. При выводе теоретических формул для расчета циклона рассматривают движениечастицымассойm ч в радиальном направлении (к стенкам циклона), происходящее при равновесии действующей на частицу пыли центробежной силы F ЦБ и силы сопротивления F С газовой среды движению частицы. После того как эти две силы уравновесятся, частица будет двигаться к стенке циклона по инерции с постоянной скоростью v R .

Величина центробежной силы, выбрасывающей частицу из вращающегося газового потока к стенкам аппарата, выражается следующей формулой:

где v г = v ч – скорость газового потока в циклоне, принимаемая равной скорости газов во входном патрубке циклона и скорости частиц v ч, находящихся в газах, м/сек;

R – текущее расстояние от центра вращения газового потока (оси циклона) до частицы, м;

m ч – масса частицы, кг.

Под действием центробежной силы частица движется в радиальном направлении к стенке циклона со скоростью v R . Этому движению газовая среда оказывает сопротивление, величину которого определяют по формуле Стокса:

. (5.2)

При входе в циклон центробежная сила F ЦБ значительно превышает силы сопротивления среды F С, так как начальное значение скорости пылинки в радиальном направлении было равно нулю. Но по мере возрастания этой скорости, практически через сотые доли секунды, эти силы становятся равными, и с этого момента частица продолжает двигаться в радиальном направлении с постоянной скоростью v R , которую определяют из равенства

.

Учитывая, что масса частицы равна
, скорость осаждения частиц на стенки циклона v R можно оценить по следующему выражению:

(5.3)

где d ч – диаметр частицы, м;

ρ ч – плотность частицы, кг/м 3 ;

μ г – динамическая вязкость газовой среды, н · с/м 2 .

Наиболее длинный путь в радиальном направлении будет у той частицы, которая при входе в циклон находилась около внутренней (выходной) трубы. Этот путь равен R 2 – R 1 , где R 2 – радиус циклона, а R 1 – радиус выходной трубы (толщиной стенок пренебрегаем). Оценим время t , которое требуется для того, чтобы такая частица успела пройти путь от R 1 до R 2:

. (5.4)

Заметим, что в выражении (5.3) величина R является переменной величиной, её в среднем можно принять равной
. Учитывая это значение величины R в формуле (5.3) и далее подставляя v R из (5.3) в (5.4), получим

Выражение (5.5) легко также получить учитывая, что

.

Интегрируя это выражение от R 1 до R 2 , получим формулу для времени осаждения частицы t , аналогичную формуле (5.5):

.

Из выражения (5.5) можно найти размер наименьших частиц d ч min , которые успевают пройти путь (R 2 –R 1) за время прохождения циклона газовым потоком, т. е. за время t пребывания пылинки в циклоне:

. (5.6)

Принимая среднее время нахождения частицы в циклоне
, где n – число кругов (оборотов), которые совершает газовый поток в циклоне (обычно его считают равным 2), выражение (5.6) можно переписать в следующем виде:

(5.7)

Рассматривая выражения (5.6) и (5.7), можно проследить влияние различных факторов на степень улавливания пыли в циклоне.

1. С повышением скорости газового потока v ч улучшается улавливание пыли в циклоне. Однако при больших скоростях рост эффективности очистки в циклоне замедляется, а при переходе некоторого предела, зависящего от конструкции циклона и дисперсного составаулавливаемой пыли, начинает даже снижаться. Это вызвано возникновением завихрений, срывающих уже осевшие частицы пыли. Обычно наиболее эффективные скорости входа газа в циклон находятся в интервале 20…25 м/с, но не менее 15 м/с.

2. Крупные частицы пыли осаждаются быстрее. Увеличение плотности вещества частиц ρ ч также ускоряет их улавливание.

3. В (5.6) и (5.7) выражение (R 2 2 – R 1 2) может быть представлено как (R 2 + R 1)·(R 2 – R 1). Таким образом, при уменьшении (R 2 – R 1), сокращается путь, проходимый пылинкой, следовательно, облегчается ее осаждение. Однако если величина (R 2 – R 1) будет очень небольшой, то возможно забивание пыльювходного патрубка. Это следует иметь в виду в тех случаях, когда пыль склонна к слипанию, прилипанию к стенкам и когда концентрация пыли в газовом потоке значительная.

4. Если разность величин (R 2 – R 1) остается постоянной, но растут абсолютные значения R 1 и R 2 , то возрастает и их сумма (R 2 + R 1) и осаждениепыли замедляется. Отсюда следует, что увеличение диаметра циклона ухудшает эффективность его очистки. Для получения высокой эффективности улавливания пыли лучше применять циклоны малого диаметра, но это приводит или к значительному увеличению скорости газа, что не всегда допустимо (см. пункт 1), или к необходимости пропускания газа через несколько параллельно установленных циклонов. При этом рекомендуют устанавливать циклоны диаметром не более 800…1000 мм, группируя их, но так, чтобы в одной группе было не больше восьми циклонов.

5. Вязкость газов μ г увеличивается при повышении их температуры, и это снижает эффективность улавливания пыли в циклоне.

Выше было указано на то, что теоретические расчеты и полученные формулы (5.5) и (5.6) связаны с рядом упрощений и допущений. Например: 1) не учитывается влияние беспорядочного вихревого движения вращающегося газового потока, нарушающего нормальное осаждениечастиц пыли; 2) принимается, что частицы пыли шарообразной формы не изменяются и некоагулируютв процессе осаждения; 3) достигнув стенок циклона, они не вовлекаются повторно в газовый поток; 4) не учитывается влияние конической части циклона; 5) допускается, что пыль равномерно распределена по сечению входного патрубка и т. д.

При рассмотрении работы циклонов следует также учитывать их гидравлическое сопротивлениепрохождению газового потока ∆р , определяемое по формуле

, Па, или
, мм вод. ст.,

где ρ г – плотность газовой среды (в рабочих условиях), кг/м 3 ;

v вх – скорость газа во входном патрубке, м/сек;

ξ΄ коэффициент гидравлического сопротивления.

Часто величину гидравлического сопротивления циклона определяют как функцию условной скорости газа, отнесенной к площади всего сечения цилиндра циклона v усл:

, Па, или
, мм вод. ст.

Значения коэффициентов ξ΄, ξ зависят от конструкции циклонов; их обычно дают при описании данной конструкции. Необходимо заметить, что при установке циклонов и виде группы (батареи) коэффициент сопротивления возрастает примерно на 10 %.

Преимущества:

Групповые циклоны Батарейные циклоны

D d

Виды сточных вод. Механические и физико-химические методы очистки сточных вод.

Сточная вода - это вода бывшая в употреблении, а также вода, прошедшая какую-либо загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на хозяйственно-бытовые, атмосферные (или поверхностные) и промышленные.

Хозяйственно-бытовые – это стоки столовых, бань, прачечных, туалетов и другие. Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков и стекающие с территорий предприятий. Они загрязняются органическими и минеральными веществами.

На территории промышленных предприятий образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные, и производственные.

Бытовые сточные воды предприятий образуются при эксплуатации на его территории душевых, туалетов прачечных и столовых. Предприятие не отвечает за качество сточных вод этого вида и направляет их на городские станции очистки.

Поверхностные сточные воды промышленных предприятий образуются в результате смывания дождевой, талой и поливочной водой примесей скапливающихся на крышах и стенах производственных зданий и на территории предприятия. Основными примесями этих вод являются твердые частицы (песок, камень, стружки и опилки, пыль, сажа, остатки растений и деревьев и т.п.), нефтепродукты (масла, бензин, керосин),. Каждое предприятие отвечает за загрязнение водоемов, поэтому необходимо знать объем сточных вод данного типа.

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Их количество и состав определяются типом предприятия, его мощностью, видами используемых технологических процессов, от состава исходной свежей воды и от местных условий, схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий.

Все применяемые методы можно разделить на механические, физико-химические, химические и биохимические. Механические методы применяются для очистки сточных вод от грубодисперсных примесей (например, отстаивание, процеживание и фильтрация, центробежное фильтрование). Физико-химические методы применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей, от минеральных и органических примесей (например, коагуляция, флокуляция, ионный обмен, сорбция, осмос, экстракция и др.). К химическим методам относят нейтрализацию, окисление и восстановление, реагентные методы очистки, применяемые для удаления ионов тяжелых металлов. Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, нитритов, аммиака) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Использование физико-химических методов имеет ряд преимуществ.

1.Возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимически не окисляемых органических загрязнений.

2.Достижение более глубокой и стабильной степени очистки по сравнению с механической.

3. Меньшие размеры сооружений (по сравнению с механической очисткой).

4. Меньшая чувствительность к изменениям нагрузок.

5. Возможность полной автоматизации.

6.Более глубокая изученность кинетики процессов, происходящих при физико-химической очистке, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчета аппаратуры.

7.Методы не связаны с контролем за деятельностью живых микроорганизмов в отличие от биохимической очистки.

8. Возможность рекуперации различных веществ.

Принцип работы центробежных циклонов. Конструкции циклонов

Преимущества: отсутствие движущихся частиц в аппарате;надежное функционирование при высоких температурах газов; возможность улавливания абразивных материалов;пыль улавливается в сухом виде;гидравлическое сопротивление аппаратов практически не изменяется во время работы, что важно при выборе вентиляционного оборудования;технологически просты в изготовлении; рост запыленности газов не приводит к снижению фракционной эффективности очистки.

Циклоны различают по способу подачи очищаемого газа в аппарат: подача газа в аппарат по спирали; тангенциальная подача газа; винтообразная; подача газа через «розетку» с возвратом газа; подача газа через «розетку» с прямоточным выходом.

Конструктивно также различают: цилиндрические и конические; групповые;батарейные. Групповые циклоны применяются для очистки газов больших объемов, а также с целью повышения степени очистки. Батарейные циклоны применяются для очистки дымовых газов тепловых электростанций, промышленных котельных, сжигающих твердое топливо.

Принцип действия и устройство циклонов

Запыленный газовый поток вводится в верхнюю часть корпуса циклона, представляющего собой цилиндр (диаметр D ), заканчивающийся в нижней части конусом. Патрубок входа газа в циклон прямоугольной формы – обязательно располагают по касательной к окружности цилиндрической части циклона. Газы выходят из аппарата через круглую трубу (диаметр d ), расположенную по оси циклона. После входа в циклон газы движутся сверху вниз, вращаясь сначала в кольцевом пространстве между наружной цилиндрической поверхностью циклона и центральной выходной трубой, а затем и в основном корпусе циклона, образуя внешний вращающийся вихрь. При этом развиваются центробежные силы, под воздействием которых частицы пыли, взвешенные во вращающемся газовом потоке, отбрасываются к стенкам корпуса циклона как цилиндрической, так и конической его части. На этой стадии процесс осаждения пыли осуществляется за счет центробежных сил.

На второй стадии у конической стенки циклона на газовый поток начинает сказываться перепад давления между входным и выходным патрубками циклона, сжимающее усилие которого значительно превышает центробежные силы. Концентрация частиц в газовом потоке достигает предельную нагрузку. В итоге происходит выделение частиц пыли из основного потока и их дальнейшее осаждение за счет вторичного пристенного вихря, который увлекает за собой основную часть пыли в бункер. Очищенный основной газовый поток, освобожденный от пыли, за счет перепада давления начинает поворачиваться и двигаться вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь.

Процесс удаления пыли из газов в циклоне ЦН происходит в два этапа. Первый этап - попадание частиц в зону осаждения за счет центробежной силы. Второй этап - отделение частиц, происходящее в тот момент, когда плотность частиц в определенной газовом объеме потока превышает допустимое значение. Т.е. газовый поток уже не способен переносить такое большое количество пыли.

В общих чертах циклоны работают следующим образом:

Газы от различных установок поступают в цилиндрическую часть циклона, стремительно разгоняются за счет центробежной силы, двигаясь к центру от периферии и спускаясь по наружной спирали. После чего поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу.

Как правило, ускорение в корпусе циклона в сотни и тысячи раз больше ускорения силы тяжести. В следствие чего, даже небольшие частицы пыли выносятся к стенками корпуса и не способны дальше двигаться в общем потоке газа. В камере циклона, имеющая форму цилиндра, статическое давление стремительно падает в направлении от периферии к центру. Пограничный слой, текущий у стенки циклона имеет меньшую центробежную силу. У конической же стенки циклона и в районе его крышки появляется результат перепада давления, усилие же, сжимающее поток становиться в разы больше центробежной силы. В итоге, поток сильного вторичного вихря стремится внутрь, захватывая с собой достаточное количество частиц пыли. Но здесь есть нюанс, поток газа, двигаясь в направление нижней части, еще несколько раз будет вращаться вокруг выхлопной трубы и частицы могут опять быть выброшены к станкам установки. На помощь приходит вторичный поток, который искривляясь вдоль конической стенки, зацепляет вновь отброшенную к стенке корпуса пыль и направляет ее в нижнюю часть к бункеру циклона. Без этого вновь отброшенные частицы пыли не смогли бы попасть в бункер, т.к. центробежная сила направленная вверх сильнее силы тяжести. Вторичный поток очень сильно влияет на эффективность очистки запыленных газов, пыль может спокойно выноситься из лежачих и даже перевернутых циклонных установок. В пылеосадочной камере из-за сужения корпуса в месте соединения поток газов циркулирует намного меньше, чем в основной цилиндрической части корпуса. Но в этом случае на оси вихрь имеет давление ниже. Некоторая часть повторного потока в пылеосадочной камере, передвинувшись в нижнюю часть, опять возвращается в ядро вихря. Вследствие этого уже очищенная пыль может быть захвачена и перемещена в район оси вихря. Напомним, что аэродинамические силы движения пыли намного сильнее силы тяжести, которая в циклонной установке практически не имеет значения, и циклоны можно устанавливать в любом пространственном положении.