Гравитационные пылёуловители. Простейшим типом пылеуловите­лей являются пылеосадочные камеры, относящиеся к гравита­ционным пылеуловителям. Их действие основано на том, что скорость потока запыленного воздуха, поступающего в камеру и расширяющего­ся в ней, уменьшается, вследствие чего находящиеся в нем твердые ча­стицы осаждаются под влиянием собственного веса На рис. XIII. 1 представлены простая и лабиринтовая пылеосадочные камеры.

Если в камере на расстоянии /нач устанавливается ламинарный режим движения с плоским параллельным течением воздуха, то может быть получена зависимость, определяющая условия для осаждения пыли:

Длина основного

— <— , (XIII.5)

Где Н—высота камеры, м, vB — скорость витания, м/с; 10сн участка камеры, м, v — скорость движения воздуха, м/с

Скорость витания, м/с, может быть определена как

Рп 8 J2

'

Диаметр (размер) частицы, м;

Рв

Где рп — плотность пылевой частицы, кг/м3- d - динамическая вязкость воздуха, Па с <кгс-с/м2).

Для повышения эффективности очистки и сокращения времени осаждения пылевых частиц, т. е. сокращения длины камеры, ее разби­вают на ряд каналов или устраивают лабиринты (рис. XIII.1, б).

Из-за своей громоздкости все эти камеры широкого распростране­ния не получили. Эффективность очистки в лабиринтовых камерах до­ходит до 55—60%.

Инерционные пылеуловители. К сухим инерционным пылеулови­телям относятся циклоны, струйные ротационные пылеуловители типа ротоклон и др.

А)

Разрез

Б) Разрез

Зд пыгтн ■ нш воздух-

Обеспылен "^ъыибоэдуя

Єн-—I

Запыт ныйбоздуГ^.

Ппан

WW

План

V/

№

О*

Рис XIII 1 Пылеосадочные камеры а — простая, б — лабиринтовая

Рис. XIII.2. Схема циклона

1 — входной патрубок; 2 — цилиндрическая часть; 3 — коническая часть; 4 — выхлопная труба

Циклоны. Циклоны представляют собой пыле­улавливающие аппараты, в которых улавливание пыли происходит в результате инерционной сепара­ции (рис. XIII.2).

Очищаемый воздух, поступая в верхнюю цилинд­рическую часть циклона тангенциально и вращаясь, опускается из кольцевого пространства, образуемого корпусом циклона и выхлопной трубой, в конусную часть и, продолжая вращаться, поднимается, выходя через выхлопную трубу. При этом как в нисходящем, так и в восходящем вихревом течении циклона про­исходит непрерывное изменение направления скоро­сти потока, а поэтому скорость частиц, движущихся в потоке, в каждый данный момент времени не совпадает со скоростью потока. Аэродинамические силы, которые возникают под влиянием раз­ности скоростей движения воздуха и частиц пыли, искривляют траек­тории частиц. Достигают же стенок циклона, т. е. сепарируются из по­тока, те частицы, вес которых достаточно велик.

Под влиянием силы тяжести, радиального стока, турбулентности, уменьшения угла конусности циклона и других гидродинамических факторов отделившиеся частицы опускаются в коническую часть цик­лона или в присоединенный к нему бункер.

Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляцион­ных выбросов, а также находят большое распространение во многих отраслях промышленности (горнорудной, керамической, энергетической и др.).

Особенно широкое распространение получили циклоны НИИОГаза, СИОТ и ЛИОТ.

Исследования изменения давления в циклоне с помощью уравнения Эйлера позволили А. И. Пирумову получить более полную картину циклонного течения и формулу для определения действующего по его оси разрежения:

(XIII.6)

Ру

R

Ро = Р + Р

Ri

Где р и v — соответственно давление и средняя скорость во входном патрубке циклона; Ri и R2 — соответственно радиус выхлопной трубы и наружный радиус циклона.

Для расчета фракционной эффективности циклона может быть ис­пользовано уравнение, полученное на основании учета существующего в циклонах радиального стока:

T

D2R dt2

1 dR

(k

У

Ф t R

+

+

0,

(XIII.7)

Dt

R3

Где t—время; k — постоянная, характеризующая течение в циклоне, м2/с; Ф — сток на единице высоты циклона Я, т. е. Ф = 1/(2лН) (здесь L— объемный расход воздуха).

Под влиянием стока радиальная скорость частицы убывает и ста­новится равной нулю на расстоянии Rx. В дальнейшем частица, вра­щаясь на стационарной орбите, опускается вниз. За время пребывания

Частицы в циклоне расстояние Rx может достигать значения, большего и меньшего R. і в зависимости от ее инерции и условий входа в циклон. Частицы, для которых RX>R, улавливаются циклонами.

Из рассмотрения качественной картины изменения производной ра­диуса по времени и дифференциального уравнения (XIII.7) получена формула для определения Rx: f

Т ( __*х _Jx

= + % )(k - f Зс0 е т ). (XIII.8)

При txfc>7 из уравнения (ХШ.8) имеем:

- (XIII. 9)

Если принять Rx=R2, т. е. ввести условие достижения частицей стенок циклона, то уравнение (XIII.8) дает связь между аэродинами­ческими и геометрическими параметрами циклона и размерами улавли­ваемых частиц:

D I Ф у/,

Т 4/1. _! q„ „ т

, (ХШЛО,

Где

9 (іву/.

(£ + с0е т )(k + 3c0e

С0— 'Л ' & •

I

В этих уравнениях величина т выражает время «релаксации» дви­жущейся частицы и характеризует особенности неравномерного движе­ния пылевых частиц:

M

Т =----------------------------------------------------------- ,

Зпр-В d

Где m — масса пылевой частицы; (хв — динамическая вязкость воздуха; d — диа­метр (размер) пылевой частицы.

Фракционная эффективность циклонов может быть выражена фор­мулой

Еф = (XIII.1I)

Где b — ширина входного патрубка циклона.

Эффективность очистки воздуха в циклоне зависит от дисперсного состава пыли, массы отдельных пылевых частиц, скорости движения воздуха в подводящем патрубке, от конструкции и размеров циклона (чем меньше диаметр циклона, тем выше его эффективность).

Циклоны могут устанавливаться как на всасывании, так и на наг­нетании.

Циклоны, в которых очищается воздух, содержащий влажную пыль (например, в литейных цехах), должны устанавливаться в отап­ливаемых помещениях, так как в противном случае возможны смерза­ние пыли и выход циклонов из строя.

Рис. ХШ. З. (ЦН-11)

Циклон НИИОГаз-11

Рис. XII 1.4. Группа из четырех циклонов ЦН-11

При содержании в воздухе большого количества пыли для умень­шения износа вентилятора его целесообразно устанавливать после цик­лона.

Из различных конструкций циклонов наибольшее распространение получили циклоны ЦН (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24), СИОТ и ВЦНИИОТ.

На основе оценки показателей действия циклонов — эффективно­сти, экономичности и удобства компоновки — циклон ЦН-11 утвержден Госстроем СССР[8] в качестве унифицированного пылеуловителя. Отно­сительные характеристики других циклонов представлены в табл. ХШ. З.

В циклоне ЦН-11 НИИОГаза повышенной эффективности (рис. ХШ. З) запыленный воздух поступает в тангенциально располо­женный входной патрубок 1. Вращаясь в цилиндрической части кор­пуса 2, частицы пыли, выделившиеся из воздуха, опускаются в бун­кер 3. Пыль удаляется из бункера через его нижнее отверстие. Очи­щенный воздух по выхлопной трубе поступает в улитку 5 и удаляется из циклона в атмосферу. Циклон ЦН-11 НИИОГаза выпускается с улиткой и без нее.

При необходимости очистки значительного количества запыленно­го воздуха рекомендуется вместо одного циклона большого размера устанавливать несколько циклонов меньших размеров. Так, при расхо­де воздуха более 5500 м3/ч рекомендуется компоновать циклоны ЦН-11 в группы по 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 циклонов. На рис. ХІІІ.4 показана группа из четырех циклонов ЦН-11.

Таблица ХШ. З

Относительные характеристики циклонов при аэродинамическом сопротивлении 981 Па (100 кгс/м2) и одинаковой пропускной способности

ЦН-11	1	1	1	1	1,96
ЦН-15	1,05	0,85	0,9	0,93	1,67
ЦН-15у	1,26	0,86	0,92	0,7	1,29
ЦН-24	1,35	0,55	0,75	0,72	1,09
СИОТ	1,05	0,92	1,62	0,7	1,82
ВЦНИИОТ	1,05	1 ,"05	1,25	1,91	2,22

Марка циклона

Степень выноса пыли

Площадь поверхности

Диаметр

Высота

Металлоемкость на 1000 м3/ч, м2

Циклоны конструкции НИИОГаза серии ЦН можно применять для улавливания золы из дымовых газов котельных, работающих на твер­дом топливе, сухой пыли из воздуха в системах аспирации помольных установок, пыли из сушилок и из воздуха пневматических транспортных систем при начальной запыленности от 0,3 до 400 г/м3. Циклоны НИИОГаза не следует устанавливать для очистки слипающейся, взрывоопасной и волокнистой пыли.

Циклон СИОТ (рис. XIII.5) состоит из корпуса 1, крышки корпу­са 2 с расположенным на ней входным патрубком 3, раскручивателя^, который заканчивается выходным патрубком 5, и пылеотводящего пат-

ШІ —чГ-^-fgr - 268

Рис. XII 1.5. Циклон СИОТ № 1

А-А

Б-Б

EL

Рис. XIII.6. Циклон ВЦНИИОТ № 1 с обрат­ным конусом

Рубка 6, находящегося в нижней части циклона. Конструкция циклона СИОТ характеризуется отсутствием цилиндрической части и треуголь­ной формой входного патрубка.

Циклоны СИОТ можно применять для очистки воздуха от сухой

Неслипающейся неволокни­стой пыли. Эти циклоны вы­пускают семи номеров (№ 1—7) пропускной спо­собностью от 1500 до 10 000 м3/ч.

Циклон ВЦНИИОТ (с обратным конусом, рис. XIII.6) состоит из цилинд­ра 1, обратного конуса 2, внутреннего конуса 3, вы­хлопной трубы 4, входного патрубка 5, бункера для приема пыли 6 и шибера 7.

Циклоны ВЦНИИОТ применяют для средней очистки воздуха от сухой неслипающейся неволокни­стой пыли и для очистки воздуха от абразивной пы­ли. Их можно применять также при слипающихся пылях типа сажи и талька. Для повышения эффектив­ности пылеосаждения и предохранения пыли от - взмучивания и уноса из пы - леприемного бункера в ниж­ней части циклона имеется внутренний конус.

Спиралъно-кон у с ные циклоны НИИОГаза СДК - ЦН-33 (рис. XIII.7) и СК-ЦН-34 относятся к ап­паратам с высоким аэроди­намическим сопротивлени­ем и могут устанавливаться только в тех случаях, когда при максимальной степени очистки аэродинамическое сопротивление не нормиру­ется.

Циклон ЛИОТ М 1 (рис. XIII.8) состоит из кор­пуса 1, конуса 2, входного патрубка 3, выхлопной тру­бы 4, спирали 5 и патрубка для выхода пыли 6. Цикло­ны изготовляются как пра - Рис. ХШ.9. Циклон Клайпедского ОЭКДМ вого, так и левого исполне-

/ —верхний конус; 2 — нижний конус; 3 — рассека - НИЯ. У ЦИКЛОНа ПрЭВОГО ИС - тель; 4 — внутренний стакан; 5 —конус циклона; „ „„„ „

Рис. XIII.8. Циклон ЛИОТ № 1

Рис. XIII.7. Цик­лон СДК-ЦН-33

Tm

Б - корпус циклона ПОЛНЄНИЯ ВОЗДуХ ДВИЖЄТСЯ

По часовой стрелке (если смотреть на циклон сверху), а у циклона ле­вого исполнения — против часовой стрелки (см. рис. XIII.8). Циклоны ЛИОТ могут устанавливаться как на всасывании, так и на нагнетании.

В деревообрабатывающей промышленности для улавливания дре­весных отходов применяют циклоны Гипродрева, Гипродревпрома и циклоны типа Клайпедского ОЭКДМ (рис. XI1I.9). Циклон Клайпед - ского ОЭКДМ можно применять для улавливания стружки, опилок, пыли и древесных отходов на деревообрабатывающих заводах и в це­хах производства древесностружечных плит. Циклон, устанавливаемый на нагнетании, может быть как правого, так и левого исполнения. Все циклоны для улавливания древесных отходов при установке следует за­землять.

Подбор циклонов. Аэродинамическое сопротивление циклонов, Па (кгс/см2), определяется по формуле

Pvl ptfL

Р = е о-у (XIII. 12)

Где Со и £вх — коэффициент местного сопротивления циклона, вычисленный соот­ветственно по скоростному давлению рск о в горизонтальном сечении корпуса циклона И ПО скоростному давлению РскЬх во входном отверстии циклона; коэффициенты мест­ного сопротивления циклонов наиболее распространенных марок приведены в табл. XIII.4; р — плотность воздуха, кг/м3 (кгс-с2/м4); v0 и увх — скорость движения воздуха соответственно в корпусе циклона и во входном отверстии циклона, м/с.

Таблица XIII.4 Коэффициенты местного сопротивления циклонов Коэффициенты местного сопротивления циклонов Коэффициенты местного сопротивления циклонов Марка циклона Без улитки С улиткой на выхлопной трубе Марка циклона Без улитки С улиткой на выхлопной трубе ^вх И ^вх To ^вх So £вх I go ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15у ЦН-24 СИОТ 6 1 7,8 8 2 10,9 6 250 160 170 80 5.2 6,7 7,5 12,5 4,2 210 140 160 90 ВЦНИИОТ ЛИОТ СДК цн-зз СК-ЦН-34 10,5 4,2 20,3 24,9 460 600 1270 10,4 3,7 31,3 30,3 411 920 1540

Коэффициент местного сопротивления группы циклонов ЦН-11 при прямоугольной их компоновке и расположении в одной плоскости с от­водом очищенного воздуха через общую камеру определяют как

£ор — £0 + 35 или £££ = £вх + 1, а с отводом очищенного воздуха через улитку — как

£5Р = £О + 28 ИЛИ £Р = С„ + 0,8.

Пропускная способность циклонов по воздуху, м3/ч, определяется в зависимости от скорости движения воздуха во входном отверстии или в сечении корпуса, от аэродинамического сопротивления и размера цик­лона по формуле

L = 3600 FBX vBX = 3600 FBX і/ -4е - (XIII. 13)

F PteBX

Рис. XIII. 10. Ротационный пы­леуловитель (ротоклон)

ИЛИ

L == 3600 F0 v0 = 3600 X 3xDa [ 2р

- <хшн>

Где D — диаметр корпуса циклона, мм.

Для расчета эффек­тивности выбранного цик­лона необходимо иметь данные о дисперсном со­ставе пыли и плотности пылевых частиц. Необхо­димо также знать диаметр корпуса циклона, принятое в проекте аэроди­намическое сопротивление, температуру воздуха, фракционный состав и размер частиц пыли.

Струйные ротационные пылеуловители типа ро­токлон. Ротационный пылеуловитель представляет собой вентилятор, который одновременно с перемещением воздуха очищает его от пыли. Очистка воздуха происходит под действием центробежных сил, возника­ющих при вращении рабочего колеса.

В ротационный пылеуловитель типа ротоклон (рис. XIII.10) запы­ленный воздух поступает через всасывающее отверстие 1. При вращении центробежного колеса пылевоздушная смесь движется по межлопаточ­ным каналам и под действием сил инерции и сил Кориолиса пылевые частицы прижимаются к поверхности диска колеса и к поверхностям на­бегающих лопаток. Пыль v, небольшим количеством воздуха (3—5%) поступает через зазор 2 между корпусом и диском колеса в кольцеобраз­ный приемник 3. Из приемника пыль через патрубок 4 направляется в бункер 5, где оседает. Воздух из бункера через отверстие 6 вновь возвра­щается в пылелриемник 3. Очищенный воздух поступает в улитку кожу­ха и через нагнетательное отверстие 7 покидает пылеуловитель.

Ротационные пылеуловители имеют высокую эффективность при улавливании пылевых частиц размером не менее 8 мкм (83%), а при улавливании частиц пыли размером более 20 мкм эффективность их до­стигает 97%.

При ротационном методе пылеотделения эффект пылезадержания может быть увеличен с помощью водяной пленки. В этом случае для очистки воздуха может быть использован центробежный вентилятор.