6.3 Вихрові пиловловлювачі

Вихрові пилоосаджувачі вибирають виходячи з витрат запиленого газу, за яким можливо розрахувати діаметр апарату:

, (6.32)

де V_г – об’ємна витрата запиленого газу, м³/с; ν_г – швидкість газу в робочій зоні пиловловлювача, м/с (вибирається в межах 5- 12 м/с).

Критичний діаметр часток, які повністю осаджуються у пиловловлювачі, може бути розрахований за однією з залежностей:

(6.33)

(6.34)

де Н – висота пилоосаджувальної камери, м; D_Тр – діаметр патрубка для підводу запиленого газу, м; w – кутова швидкість газового потоку в апараті, с^-1; s – число обертів потоку газу в пиловловлювачі; – час перебування газу в ядрі потоку, с; R – радіус ядра потоку, який приймається рівним радіусу вводу первинного потоку, м; V₁, V₂ – об’ємні витрати первинного і вторинного потоків газу, м³/с.

Ефективність пиловловлювання (у %) є основним критерієм, за яким оцінюється робота вихрового пиловловлювача, і визначається як відношення кількості вловленого пилу до загальної кількості пилу, який надходить в апарат:

. (6.35)

Оскільки запилений газ в пиловловлювач може подаватися двома потоками – через верхній і нижній патрубки, то загальна ефективність очищення визначається в залежності від розподілення потоків по вводу:

, (6.36)

де ε₁, ε₂ – ефективність пиловловлення в первинному і вторинному потоках газу.

Величини ε₁ і ε₂ ( в %) можуть бути розраховані за залежностями:

, (6.37)

(6.38)

де D_1n – діаметр вводу первинного потоку, м; D_вт – діаметр втулки аксіального завихрювача, м; r_1i, r_2i – радіус, по якому частки входять в апарат з потоком газу, м. D_а – діаметр аппарату, м; D_2n – внутрішній діаметр вторинного потоку, м.

Гідравлічний опір вихрових пиловлювачів розраховують за залежністю, аналогічною тій, що використовується для розрахунку циклонів:

, (6.39)

де ν_г – швидкість газу в робочій зоні апарату, м/с; ξ_пу – коефіцієнт гідравлічного опору, який розраховано за швидкості ν_г.

Приклад 7. Визначити конструкційні розміри, гідравлічний опір і ефективність очищення пилу в вихровому пиловловлювачі при наступних початкових даних:

Потужність по запиленому газу, м3/год	2 400
Швидкість повітря в робочій зоні апарату, м/с	до 10
Температура повітря, яке поступає на очищення, ºС	95
Густина частки, кг/м3	4280
Початкова запиленість повітря, кг/кг	0,0167
Тиск в апараті, МПа	0,1

Дисперсний склад пилу:

dt,мкм	0-5	5-10	10-30	30-50
ΔR, %	10	80	5	5

Визначаємо геометричні розміри апарату. Діаметр вихрового пиловловлювача

м.

Приймаємо діаметр апарату D=0,3 м.

Дійсна швидкість газу в апараті :

м/с.

Визначаємо значення коефіцієнтів χ₁ і χ₂, задаючись коефіцієнтом α=F₂/F₁=2 і коефіцієнтом γ=ν₁, ν₁=0,5 (де F₂, F₁ – прохідний перетин патрубку верхнього і нижнього потоків, ν₁ – швидкість газу у верхньому патрубку):

Діаметр вводу нижнього потоку:

м.

Діаметр патрубку виводу очищеного повітря:

м.

Висота робочої зони апарату:

м.

Приймаємо Н_р.з.=1 м.

Діаметр відбійної шайби

м.

Площа вводу верхнього і нижнього потоків:

м²,

м².

Фактичне співвідношення величини α:

.

Оскільки для промислових апаратів значення α повинно бути в межах 2-4, то корекцію геометричних розмірів апаратів проводити не слід.

Діаметр витиснювача:

м.

Лопатки завихрювачів нижнього і верхнього потоків рекомендується встановлювати під кутом β=30º до горизонту.

Розрахуємо втрати тиску в апараті.

Конструктивний параметр інтенсивності кручення потоку:

.

Коефіцієнт гідравлічного опору нижнього потоку:

Коефіцієнт гідравлічного опору верхнього потоку

.

Загальний коефіцієнт гідравлічного опору:

Гідравлічний опір апарату

Па.

Розрахуємо ефективність пиловловлювання.

Площу введення нижнього потоку розбиваємо на кільцеві ділянки з радіусами r_1i= 0,02; 0,035; 0,055.

Значення емпіричних коефіцієнтів а і b, що характеризують аеродинаміку апарату:

Радіус розділення потоків:

м.

Розрахуємо поправочний коефіцієнт для визначення мінімального діаметру уловлюваних частинок для r_1i=0,015 м:

Розрахуємо мінімальний діаметр уловлюваних частинок, що вилітають з радіусу r_1i=0,015 м

Аналогічно розраховуємо К_1і і d_1i для радіусів: r_1i= 0,02 м; r_1i = 0,035 м; r_1i = 0,055 м.

Розраховуємо фракційну ефективність вловлювання частинок, що поступають в пиловловлювач з нижнім потоком і що вилітають з радіусу r_1i=0,015 м:

.

Аналогічно проводимо розрахунок для радіусів г₁₂ = 0,02 м; г₁₃ = 0,035 м; г₁₄ = 0,055 м.

Результати розрахунків представлені нижче:

r1i, м	К1і, м	D1i, м	εфi %
0,015 0,02 0,035 0,055	6,9410-3 5,68-10-3 3,43-10-3 1,18-10-3	2,94-10-6 2,18-10-6 1,47-10-6 1,3-10-6	100 94,8 70,4 17,0

Визначаємо поправочний коефіцієнт для розрахунку мінімального діаметру вловлюваних частинок. Введення верхнього потоку розбиваємо на кільцеві ділянки з радіусами r_2i = 0,11; 0,12, 0,13, 0,14.

Для r_2i = 0,11:

Розраховуємо мінімальний діаметр вловлюваних частинок, що вилітають з радіусу r_2i=0,11 м:

Аналогічно розраховуємо значення К_2ш і d_2i для радіусів r_2i = 0,12; 0,13; 0,14.

Визначаємо фракційну ефективність пиловловлювання часток, що поступають в пиловловлювач з верхнім потоком для r_1i=0,11 м:

.

Аналогічно розраховуємо ефективність пиловловлювання часток, що вилітають з радіусів r_2i=0,12; 0,13; 0,14 м. Результати розрахунків представлені нижче:

r2i, м	К2і, м	D2i,, м	εф1і %
0,11 0,12 0,13 0,14	2,39-10-2 2,28-10-2 2,0-10-2 1,5510-2	3,2-10-6 2,810-6 1,9410-6 1,8010-6	100 77,9 53,9 27,9

Аналіз отриманих даних показує, що частинки розміром більше 3,2∙10^-6 м повністю уловлюються в пиловловлювачі. З метою визна­чення загальної ефективності пиловловлювання наведемо додатковий аналіз фракції 0-5 мкм. Розподіл виглядає таким чином: 0-2 мкм – 3 %, 2-4 мкм – 3 %, 4-5 мкм – 7 %.

Загальна ефективність пиловловлювання апарату:

– для нижнього потоку

;

- для верхнього потоку

;

- загальна ефективність

.