Розділ і. Розрахунок пилоочисної апаратури

1. Розрахунок циклона

Циклони розраховують різними способами, але, як правило, для розрахунку і вибору циклонних пиловловлювачів необхідні наступні дані: об’ємна витрата газу V_Г, який поступає на очистку, м³/с; динамічна в’язкість газу μ_г за робочої температури, Па·с; густина газу ρ_г, кг/м³; дисперсний склад пилу, який задається параметрами d_м, мкм і lg σ_ч; початкова концентрація пилу С_вх, г/м³; густина частинок пилу ρ_ч, кг/м³; необхідна степінь очистки газу від пилу (ефективність роботи апарата, або установки) η, %.

Технологічний розрахунок.

Кінцевою метою технологічного розрахунку одиночного або групового циклону є визначення основних геометричних розмірів апарату та розрахунок ефективності роботи установки.

Технологічний розрахунок виконують за наступною схемою:

Методика розрахунку

1.1.1. Складають принципову технологічну схему установки. Наносять на схему параметри потоків, доповнюючи їх по мірі виконання розрахунків.

1.1.2. На основі загальних даних про циклони різних марок, їх ефективність та гідравлічний опір, тип пилу, що вловлюється, його природи, фізичних властивостей, властивостей газової фази, запиленості на вході та температури, вибирають тип циклону. [1, 2, 3]

1.1.3. В залежності від вибраного типу циклону на основі довідникових даних [1, 2, 3] визначають оптимальну фіктивну швидкість газу в робочій зоні апарата,W_опт.

В табл.1.1. наведені робочі характеристики найпоширеніших типів промислових циклонів.

Характеристики промислових циклонів

табл. 1.1.

Параметри	ЦН-24	ЦН-15У	ЦН-15	ЦН-11	СДК- ЦН-33	СК- ЦН-34	СК- ЦН-34М	СИОТ	ВЦНИИОТ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
dT50, мкм	8,5	6,0	4,5	3,65	2,31	1,95	1,13	2,6	8,6
lg σТη	0,3	0,283	0,352	0,352	0,364	0,308	0,34	0,28	0,32
Wопт, м/с	4,5	3,5	3,5	3,5	2,0	1,7	2,0	1,0	4,0

1.1.4. Розраховують необхідну площу поперечного перерізу апарата F та його діаметр d_ап:

, (1.1)

де V_Г – витрата запиленого газу, м³/с; W_опт – оптимальна фіктивна швидкість газу в апараті, м/с (вибирають з табл. 1.1).

(1.2)

1.1.5. По каталогу [1, 2, 3] згідно ГОСТ 9617-67 підбирають циклон стандартного діаметру.

В промисловості використовують одиночні циклони діаметром від 400 до 2000 мм. При виборі одиночного циклону необхідно враховувати, що із збільшенням діаметру циклона при постійній тангенціальній швидкості газового потоку відцентрова сила, яка діє на частинки пилу, зменшується, відповідно зменшується ефективність. Крім того, одиночний апарат значного діаметру складно монтувати і обслуговувати.

Тому, коли діаметр апарату надто великий, рекомендується проектувати установку з кількома одиночними апаратами – груповий, або батарейний циклон.

1.1.6. Уточнюють фіктивну швидкість газу в апараті вибраного стандартизованого діаметру. Дійсна швидкість не повинна відрізнятися від рекомендованої більш ніж на 10-15%.

1.1.7. Розраховують коефіцієнт опору циклону:

(1.3)

ξ₅₀₀- коефіцієнт гідравлічного опору одиночного циклону діаметром 500 мм, який вибирають згідно табл. 1.2.

К₁ - поправочний коефіцієнт на діаметр циклону, (табл. 1.3);

К₂- поправочний коефіцієнт на запиленість газу, (табл. 1.4);

Коефіцієнт опору групового циклону розраховують, як , де

К₃ - коефіцієнт, що враховує втрати тиску, пов’язані з компоновкою циклонів в групу (для одиночних циклонів К₃=0).

Коефіцієнти гідравлічного опору циклонів

(D=500 мм; w = 3 м/с)

табл. 1.2.

Тип циклону	d/D	Без додаткових пристроїв		З кільцевим дифузором		З „уліткою” ξcц	З відводом 900 R/d=1.5
		ξcц	ξпц	ξcц	ξпц		l/d=0-12 ξcц	l/d>12 ξcц
ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М	0.59 - - - 0.33 0.34 0,22	245 155 165 75 520 1050 -	250 163 170 80 600 1150 2000	207 132 140 64 - - -	215 140 148 70 - - -	235 150 158 73 500 - -	245 155 165 75 - - -	250 160 170 80 560 - -

Індекс „с” означає, що циклон працює в мережі, а індекс „п”, що циклон працює без мережі – прямо на вихлоп в атмосферу.

Поправочний коефіцієнт гідравлічного опору К₁ на діаметр циклону

табл. 1.3.

Діаметр циклону, мм	ЦН-11	ЦН-15; ЦН-15У; ЦН-24	СДК-ЦН-33; СК-ЦН-34; СК-ЦН-34М
1	2	3	4
150 200 300 450 500	0,94 0,95 0,96 0,99 1,0	0,85 0,9 0,93 1,0 1,0	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Поправочний коефіцієнт гідравлічного опору К₂ на запиленість газу

табл. 1.4.

Тип циклону	Поправочний коефіцієнт К2 при запиленості газу, 103 кг/м3
	0	10	20	40	80	120	150
ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М	1 1 1 1 1 1 1	0,96 0,93 0,93 0,95 0,81 0,98 0,99	0,94 0,92 0,92 0,93 0,785 0,947 0,97	0,92 0,91 0,91 0,92 0,78 0,93 0,95	0,9 0,9 0,89 0,9 0,77 0,915 -	0,87 0,87 0,88 0,87 0,76 0,91 -	0,5 0,86 0,87 0,86 0,745 0,9 -

Поправочний коефіцієнт гідравлічного опору К₃, на компоновку циклонів у групу

табл. 1.5.

Характеристика групового циклону	К3
Колова компоновка, нижній організований підвід газу Прямокутна компоновка, організований підвід газу, циклонні елементи розміщені в одній площині Те ж саме, але відвід газу з циклонних елементів через „улітку” Прямокутна компоновка. Вільний підвід потоку в загальну камеру	60 35 28 60

1.1.8. Визначають гідравлічний опір циклону або установки з кількох циклонів:

, (1.4)

де ξ – коефіцієнт опору одиночного, чи групового циклону;

w – дійсна фіктивна швидкість газу в апараті, м/с;

ρ- густина газу, кг/м³.

1.1.9. Визначення ефективності роботи циклону проводять з використанням теорії ймовірності.

Відомо, що у ймовірно-логарифмічній системі координат дисперсний склад більшості зразків пилу на вході в циклон апроксимується прямою лінією і характеризується двома параметрами: середньомедіанний розмір d_м і середньоквадратичне відхилення функції розподілу lg σ_п.

На основі даних про дисперсний склад пилу на вході в циклон (задано в завданні), будують графік у ймовірно-логарифмічній системі координат D=f(d_п), де D(%) - величина проходу (фракційний склад пилу), а d_п (мкм) – діаметр частинок пилу, (рис.1.1). Оскільки, в завданні вказаний дисперсний склад пилу, як R=f(d_п), де R (%) - величина залишку, то для побудови графіку у ймовірно-логарифмічній системі координат D=f(d_п) необхідно визначити величину проходу: D=100- R, (%).

Р ис. 1.1. Графік розподілу частинок пилу за розмірами

1.1.10. Згідно графіку D=f(d_п) визначають два основні параметри, що характеризують дисперсний склад пилу на вході в циклон:

d_м - середньомедіанний розмір, або медіанний діаметр, при якому величина проходу D(%) і залишку R(%) в інтегральній функції розподілу рівні між собою і кожна з них складає 50 %. На графіку, d_м – абсциса точки, ордината якої D = 50%.

lg σ_п - стандартне середньоквадратичне відхилення функції розподілу, яке характеризує дисперсію, а також кут нахилу прямої лінії, яка представляє собою графік інтегральної функції розподілу, побудованої в логарифмічно- ймовірних координатах.

(1.5)

d_84,1 і d_15,9 – абсциси точок, ординати яких D = 84,1% і D = 15,9%, відповідно.

1.1.11. Криві фракційної ефективності циклону, характеризуються двома аналогічними параметрами d₅₀^T і lg σ_η, числові значення яких для різних типів циклонів наведені в довідниковій літературі [1, 2, 3] та табл. 1.1.

Оскільки, наведені дані з табл. 1.1 і lg σ_η, відповідають певним умовам роботи циклона, то розраховують розмір частинок, що вловлюються за фактичних умов роботи вибраного циклону з ефективністю 50%:

, (1.6)

де D_Т, ρ_чТ, μ_Т, W_Т – параметри, що відповідають умовам, за яких одержані табличні значення d₅₀^T і lg σ_η;

D, ρ_ч, μ, W – параметри, які відповідають фактичним умовам роботи циклону.

Дані наведені в табл. 1.1 відповідають наступним умовам роботи циклонів: W_Т=3.5, м/с; D_Т = 0.6 м; ρ_чТ = 1930 кг/м³; μ_Т = 22.2·10^-6 Па·с.

1.1.12. На основі математичної обробки функцій ймовірності було одержане рівняння, яке описує загальну ефективність очистки газу в циклоні η = Ф(х).

Величина „х” для циклонів може бути визначена, як

(1.7)

Числові значення функції Ф(х) знаходять в залежності від величини „х” згідно табл. 1.6 [1, 2, 3], що по суті є повним коефіцієнтом очистки газу, вираженим в частках від одиниці.

табл. 1.6.

продовження табл. 1.6

Якщо η виявиться менше необхідного, то потрібно збільшити кількість циклонів, зменшивши їх діаметр, або вибрати інший тип циклону.