Муравьева Е.В., Романовский В.Л. Прикладная техносферная рискология. Экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

261

падения частицы:

1 ρ

— ρ

= —— ———— g d

. (2.1)

18 μ

Закон Стокса, а следовательно, и формула (2.1) применимы в случае,

если выполняется условие Re=d

ρ/μ<0,2. При Re=0,5 ошибка в вычис-

лениях по формуле (2-1) составляет 6,5%.

В таблице 2.1 приведены скорости осаждения сферических частиц, рас-

считанные по этому закону.

Таблица 2.1

Диаметр час-

тиц, мкм

Скорость осаждения по экспери-

ментальным данным, см/с

Скорость осажде-

ния, рассчитанная по зако-

ну Стокса, см/с

0,1 8,7·10

-5

8,71·10

-5

0,2 2,3·10

-4

2,27·10

-4

0,4 6,8·10

-4

6,85·10

-4

1,0 3,5·10

-3

3,49·10

-3

2,0 1,19·10

-2

1,19·10

-2

4,0 5,10·10

-2

5,0·10

-2

10,0 3,06·10

-1

3,06·10

-1

20,0 1,2 1,2

40,0 4,8 5,0

100,0 24,6 25,0

400,0 157,0 483,0

1000,0 382,0 3050,0

Как следует из приведенных данных, закон Стокса дает хорошее совпаде-

ние с экспериментом вплоть до диаметра частиц, равного 100 мкм.

При проектировании осадительных камер необходимо также иметь в виду

возможность вторичного уноса. Требуется, чтобы скорость газового потока бы-

ла не более 3 м/с.

Размеры полых пылеосадочных камер определяют, исходя из заданного

расхода газа L и минимального седиментационного диаметра частиц пыли d

которые вместе с более крупными частицами должны выпасть из потока. Соот-

ношение длины l и высоты H камеры находят из соотношения скорости газа υ

и скорости осаждения частиц υ

/ υ

= H/l.

Ширину камеры b определяют, исходя из принятых в расчете скорости

газа υ

, высоты камеры H и заданного расхода газа L: b = L/Н υ

262

Рис. 2.2. Вертикальные пылеосадительные камеры:

а – без отвода пыли;

б и в – с отводом пыли;

1- газоход; 2 – отражательный диск; 3 – огнеупорное покрытие; 4 – отража-

тельные конусы; 5 – наклонная плита.

Рис. 2.3. Инерционные пылеуловители: а – камера с перегородкой; б – камера с глав-

ным поворотом газового потока; в – камера с расширяющимся конусом; г – камера с заглуб-

ленным бункером.

Эффективность работы пылеосадительной камеры в значительной степе-

ни зависит от того, насколько равномерна раздача потока. Для этой цели каме-

ры оборудуют газораспределительными решетками или применяют диффузоры

с рассечками.

В вертикальных пылеосадительных камерах улавливаются частицы со

скоростью оседания выше скорости пылегазового потока. Эти аппараты приме-

няются для улавливания крупных частиц из газов небольших вагранок (рис. 2.2,

а); более сложными являются камеры дефлекторного типа, в которых пыль со-

бирается в кольцевом коллекторе, окружающем дымовую трубу (рис. 2.2, б, в).

Инерционные пылеуловители. Эффективность обеспыливания в простой

пылеосадительной камере может быть увеличена, а габариты ее уменьшены,

263

если к эффекту гравитационного осаждения частиц придать дополнительный

момент движения вниз. Этот принцип положен в основу многих конструкций

пылеуловителей.

Типичным представителем этого класса пылеуловителей являются «пы-

левые мешки» (рис. 2.3), которые нашли применение в металлургии. В таком

аппарате входная цилиндрическая труба придает частицам дополнительно к

гравитационной силе момент, равный примерно

g/3.

Например, такой пыле-

уловитель, установленный за доменной печью, обеспечивает степень улав-

ливания частиц >30 мкм до 65—80 %.

В современных конструкциях инерционных пылеуловителей механизм

осаждения частиц основан на изменении направления движения. Пылегазовый

поток проходит вертикально вниз по цилиндрическому газоходу, затем изменя-

ет направление движения на 180

и проходит через кольцевой зазор; уловлен-

ная пыль ссыпается в бункер. Эффект пылеулавливания в значительной степени

зависит от правильно подобранного кольцевого зазора.

Как видно из рис. 2.4, фракционная эффективность этих пылеуловителей

позволяет применять их в качестве самостоятельных аппаратов вместо, напри-

мер, циклонов.

Рис. 2.4. Схема и кривая фракционной эффективности инерционных пылеуловителей

ВОПРОС №7: ЖАЛЮЗИЙНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Жалюзийные пылеуловители относятся к простейшим типам инерцион-

ных сепараторов. В отличие от гравитационных, они работают при более высо-

ких скоростях потоков и имеют меньшие габариты.

Поскольку улавливают только крупные частицы (D>60…70 мкм), в на-

стоящее время используются в основном для предварительного осаждения

крупных частиц с целью уменьшения абразивного износа технологического

оборудования или облегчения работы очистных устройств последующих

ступеней. Для предварительного улавливания крупных частиц золы из ды-

мовых газов разработаны жалюзийные золоулов

ители ВТИ, имеющие 6 ва-

264

риантов исполнения для установки в горизонтальных и вертикальных (при

движении газов снизу вверх) газоходах. Часто жалюзийные пылеуловители

используются совместно с циклонами и служат концентраторами пыли для

них (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Жалюзийный пылеуло-

витель в газоходе.

1-входная камера, 2-отсосная

щель, 3-диффузор, 4-подводящий к

циклону, 5-отсосный циклон, 6-

отходящий от циклона воздуховод, 7-

основной газоход по месту подсое-

динения отводящего воздуховода, 8-

инжектор, 9-основной газоход после

инжектора

Жалюзийная решетка, уста-

новленная в газоходе, разделяет

поток аэрозоля на две части.

Основная часть потока, проходя

через лопасти решетки, в неко-

торой степени освобождается

от крупных фракций пыли и

уходит по газоходу, а меньшая

часть, отбираемая циклоном (до

20%), насыщается пылью, что

облегчают ее очистку. После

циклона поток вновь возвраща-

ется в газоход. Отношение расхода газов через циклон к общему расходу,

принимается обычно равным 10 или 20 %. Движение концентрированного

потока через отсосный циклон может происходить за сч

ет разрежения, обра-

зующегося при прохождении основного потока через инжектор или вентиля-

тор, если величина разрежения недостаточно для преодоления сопротивле-

ния циклона, подводящих и отводящих воздуховодов.

ВОПРОС №8:

ЦИКЛОНЫ: КОНСТРУКЦИЯ, МЕХАНИЗМ ОСАЖДЕ-

НИЯ ЧАСТИЦ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Циклонные аппараты вследствие дешевизны и простоты устройства и экс-

плуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производи-

265

тельности являются наиболее распространенным типом механического пыле-

уловителя. В целях промышленной сепарации аэрозолей циклоны используют-

ся уже более 100 лет. Первый запатентованный циклон представлял собой ко-

нус с тангенциальным подводом воздуха и центральным выхлопом в верхней

части (рис.2.6).

Рис. 2.6. Первый запатентованный циклон.

С тех пор разработаны сотни конструкций, иногда не-

значительно различающихся между собой. Циклонные пыле-

уловители имеют следующие преимущества перед другими

аппаратами: отсутствие движущихся частей; надежная работа

при температуре до 500

С без конструктивных изменений;

пыль улавливается в сухом виде; возможность улавливания

абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов

покрываются специальными материалами; возможность рабо-

ты циклонов при высоких давлениях; стабильная величина гидравлического со-

противления; простота изготовления и возможность ремонта; повышение кон-

центрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппара-

та. К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, дос-

тигающее 1250-1500 Па, и низкую эффективность при улавливании частиц раз-

мером <5 мкм. Работа циклона основана на использовании центробежных сил,

возникающих при вращении газопылевого потока внутри корпуса аппарата.

Вращение достигается путем тангенциального ввода потока в циклон. В резуль-

тате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке, отбра-

сываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Чистый газ, продолжая

вращаться, совершает поворот на 180

С и выходит из циклона

через располо-

женную по оси выхлопную трубу. Частицы

пыли, достигшие стенок корпу-

са, под действием перемещающегося в осевом направлении потока и сил тяже-

сти движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из

циклона. Ввиду того что решающим фактором, обусловливающим движение

пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно

располагать наклонно и даже горизонтально. На практике из-за компоновочных

решений, а также для размещения пылетранспортных систем циклоны, как пра-

вило, устанавливают в вертикальном положении. При движении во вращаю-

щемся криволинейном

потоке газа частица пыли находится под действием силы тяжести, центробеж-

ной силы и силы сопротивления. Масса частицы обычно настолько мала, что

ею пренебрегают, поэтому скорость частиц в циклоне без большой ошибки

можно принять равной скорости вращения газопылевого потока.

Область циклонного процесса, или зона улавливания пыли, расположена

между концом выхлопной трубы и пылеотводящим отверстием циклона. Часть

этой зоны занимает конусный патрубок, в нем оканчивается циклонный вихрь.

В цилиндрическом циклоне (без конусного патрубка) циклонный вихрь опира-

ется на пылевой слой в бункере аппарата. При этом частицы вторично уносятся

266

из бункера, т. е. происходит явление, аналогичное действию атмосферных вих-

рей на предметы, находящиеся на поверхности земли. Вторичный унос частиц

возникает и тогда, когда выбран чрезмерно большой угол конусности нижнего

патрубка циклона.

Бункер участвует в аэродинамике циклонного процесса, поэтому ис-

пользование циклонов без бункера или с уменьшенным по сравнению с реко-

мендуемыми размерами бункером снижает КПД аппаратов. Существенное

влияние на циклонный процесс оказывает турбулентность, которая во многом

определяет степень очистки. Поток, поступающий в выхлопную трубу, про-

должает интенсивно вращаться. Затухание этого вращательного движения, свя-

занное с невосполнимыми потерями энергии, происходит сравнительно мед-

ленно.

Хотя первые циклоны появились в промышленности более 100 лет назад,

работы по улучшению их конструкции и повышению эффективности продол-

жаются.

ВОПРОС №9:

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ И КОНИЧЕСКИЕ ЦИКЛОНЫ

КОНСТРУКЦИИ НИИОГАЗА

Циклоны конструкции НИИОгаза (цилиндрические и конические) полу-

чили широкое распространение. К цилиндрическим (рис. 2.8. . и табл. 2.3) отно-

сятся циклоны типа ЦН-11, ЦН-15: ЦН-15У и ЦН-24. Характерными особенно-

стями аппаратов этой группы являются: наличие удлиненной цилиндрической

части; угол наклона крышки и входного патрубка равен соответственно 11, 15 и

; отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона, равное 0,59.

Циклон типа ЦН-15У имеет меньшую высоту.

К коническим (рис. 2.9. и табл. 2.4) относятся циклоны типа СДК-ЦН-33,

СК-ЦН-34 и СК-ЦН-22. Они характеризуются длинной конической частью,

спиральным входным патрубком и малым отношением диаметров выхлопной

трубы и корпуса циклонов (соответственно 0,33; 0,34; 0,22). Циклон типа СК-

ЦН-22 применяется для улавливания пылей, обладающих повышенной абра-

зивностью или высокой слипаемостью. Потери давления в этом аппарате зна-

чительно выше, чем в других конических циклонах.

Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводительным аппара-

там, а конические — к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов

обычно не превышает 2000, а конических 3000 мм. С увеличением диаметра

циклона при постоянной тангенциальной скорости потока центробежная сила,

воздействующая на пылевые частицы, уменьшается и эффективность пыле-

улавливания снижается. Кроме того, установка одного высокопроизводитель-

ного циклона вызывает затруднения из-за его большой высоты. В связи с этим в

технике пылеулавливания широкое применение нашли групповые и батарейные

циклоны.

267

Рис. 2.8. Цилиндрический циклон Рис. 2.9. Спирально-конический циклон ЦН

конструкции НИИОгаза.

При определении гидравлического сопротивления групповых установок к

коэффициенту сопротивления одиночного циклона, отнесенному к скорости

воздушного потока в горизонтальном сечении корпуса, при круговой компо-

новке следует добавлять 60, при двухрядной с отводом очищенного газа через

общую камеру 35, при двухрядной с отводом очищенного газа через улитки 28.

Степень очистки в группе циклонов принимается равной степени очистки в

одиночном циклоне, входящем в эту же группу, хотя экспериментально это не

доказано. Есть некоторые основания полагать, что она несколько ниже, чем в

одиночном циклоне.

Конические циклоны при равных производительностях с цилиндриче-

скими отличаются от последних большими габаритами и поэтому обычно не

применяются в групповом исполнении. Для подвода газа к отдельным цикло-

нам при установке их в группу рекомендуется применять коллекторы. Обход-

ные патрубки циклонов присоединяют к коллектору посредством фланцев.

Коллектор выполняется из одного или нескольких патрубков, которые с одной

стороны подсоединяются к циклонам, а с другой – заканчиваются общей каме-

рой.

Таблица 2.3.

268

Соотношение размеров в долях внутреннего диаметра Dц для циклонов ЦН-11, ЦН-

15, ЦН-15У, ЦН-24

Наименование Циклон ЦН-15 Циклон ЦН-15У Циклон ЦН-24 Циклон ЦН-11

Внутренний диаметр вы-

хлопной трубы d

0,59 0,59 0,59 0,59

Внутренний диаметр пыле-

выпускного отверстия

0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,4

Ширина входного патрубка

в циклоне (внутренний раз-

мер) b

0,2 0,2 0,2 0,2

Ширина входного патрубка

на входе b

0,26 0,26 0,26 0,26

Длина входного патрубка

0,6 0,6 0,6 0,6

Диаметр средней линии ци-

клона D

0,8 0,8 0,8 0,8

Высота установки фланца

0,1 0,1 0,1 0,1

Угол наклона крышки и

входного патрубка циклона

α, град

15 15 24 11

Высота входного патрубка

0,66 0,66 1,11 0,48

Высота выхлопной трубы

1,74 1,5 2,11 1,56

Высота цилиндрической

части циклона

2,26 1,51 2,11 2,06

Высота конуса циклона

2 1,50 1,75 2,0

Высота внешней части вы-

хлопной трубы h

0,3 0,3 0,4 0,3

Общая высота циклона

4,56 3,31 4,26 4,38

* Больший размер принимается при малых D и большой запыленности.

Отвод очищенного газа в циклонах может осуществляться несколькими

способами: с помощью улитки, служащей для преобразования вращательного

движения газов в поступательное, колена, общего сборника для группы цикло-

нов или через выхлопную трубу. Сечения выходного отверстия улитки и вход-

ного патрубка циклонов следует выполнять одинаковыми.

Группа циклонов снабжается общим бункером для сбора пыли. Диаметр

пылевыпускного отверстия бункера подбирают таким, чтобы выпуск уловлен-

ной пыли происходил без задержки, а размер фланца соответствовал размеру

устанавливаемого под ним пылевого затвора. Угол наклона стенок бункера

принимается большим, чем угол естественного откоса пыли; обычно он состав-

ляет 55—60°.

Таблица 2.4.

Соотношение размеров в долях диаметра D для циклонов типов СДК-ЦН-33, СК-

ЦН-34, СК-ЦН-34М.

Наименование Циклон

СДК-ЦН-33

Циклон

СК-ЦН-34

Циклон

СК-ЦН-34М

269

Внутренний диаметр цилиндрической час-

ти D

>3000 мм >3000

мм

>4000 мм

Высота цилиндрической части H

0,535 0,515 0,4

Высота

конической части

3,0 2,110 2,6

Внутренний диаметр выхлопной трубы

0,334 0,340 0,22

Внутренний диаметр пылевыпускного от-

верстия d

0,334 0,229 0,18

Ширина входного патрубка

0,264 0,214 0,18

Высота внешней части выхлопной трубы

0,2-0,3 0,515 0,3

Высота установки фланца

0,1 0,1 0,1

Высота входного патрубка

0,535 0,2-0,3 0,4

Длина входного патрубка

0,6 0,6 0,6

Высота заглубления выхлопной трубы

0,535 0,515 0,4

Радиус улитки r D/2+bφ/2

D/2+bφ/

D/2+bφ/π

В группах циклоны компонуются в два ряда или имеют круговую компо-

новку в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 2.5. Рабочие

объемы бункеров для групп циклонов рекомендуется принимать по табл. 2.6.

Для увеличения срока службы циклонов, подвергающихся абразивному износу,

в местах наибольшего износа (в нижней части корпуса, во входной части улит-

ки) рекомендуется приваривать дополнительные листы с наружной стороны

стенок аппаратов. Циклоны диаметром <0,8 м из-за повышенного абразивного

износа нельзя применять для улавливания абразивных пылей.

При необходимости обеспечить повышенную степень очистки (для более

эффективного улавливания частиц размером 5—10 мкм) можно устанавливать

аппараты типа ЦН-11 с углами наклона крышки и входного патрубка 11°. Со-

гласно ГОСТ 9617—67 для циклонов принят следующий ряд диаметров: 200,

300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000

мм. Однако для цилиндрических циклонов в одиночном исполнении этот ряд

рекомендуется ограничивать значением 2000, а в групповом исполнении 1800

мм.

Кроме того, для ограничения числа типоразмеров групповых циклонов ре-

комендуется аппараты диаметром 300, 500 и 700 мм заменять равноценными по

производительности циклонами других диаметров.

Таблица 2.5

Рекомендации по компоновке циклонов типа ЦН в группы

Диаметр циклона, мм Количество циклонов в группе

Прямоугольная компоновка Круговая компоновка

2 4 6 8 10 12 14

200 П П П П - - -

270

300 О О О О - - -

400 П П П П - - -

500 О О О О - - -

600 П П П П П П П

700 О О О О - - -

800 П П П П П П П

900 П П П П - - -

1000 П П П П П П П

1200 П П - - - - -

1400 П П - - - - -

1600 П П - - - - -

1800 П П - - - - -

Примечание. П – группы, рекомендуемые для преимущественного применения;

О – группы ограниченного применения (по возможности не применять).

Таблица 2.6

Рабочие объемы бункеров для групп циклонов, м

Количество цикло-

нов в группе

Диаметры циклонов, мм

400 450 500 550 600 650 700 750 800

2 - - 0,6 0,7 0,9 1,1 1,3 1,6 2,0

3 - - - - - 2,8 2,9 3,8 4,3

4 0,6 0,7 1,1 1,3 1,6 2,1 2,6 3,3 4,2

6 - - 2,1 2,9 3,6 4,2 5,7 7,0 7,8

8 - - - - - - - 14,0 15,0

Для всех одиночных циклонов бункера выполняются цилиндрической

формы. Диаметры бункеров принимаются в соответствии с ГОСТ 9617-67:

бункера

= 1,5D (для цилиндрического циклона); D

бункера

= 1,1-1,2D (для кониче-

ского циклона). Высота цилиндрической части бункера принимается равной

0,8D, днище бункера выполняется по ГОСТ 1260—67 с углом стенок 60°. При

отсутствии необходимой площади для размещения бункера разрешается умень-

шение его до значения 0,8D при обязательном сохранении расчетного объема.

Группы чаще всего составляют из циклонов основной серии ЦН (типа

ЦН-24, ЦН-15У, ЦН-15, ЦН-11). Как правило, группы циклонов имеют общий

коллектор грязного газа, общий сборник очищенного газа и общий пылевой

бункер. Пылевые бункера циклонных групп могут иметь либо круглую, либо

прямоугольную форму. Для групп из двух и четырех циклонов применяют обе

формы бункеров, а для групп из шести и восьми циклонов — только прямоуголь-

ные. Необходимые объемы пылевых бункеров определяются их назначением.

Объем бункера, оборудованного устройствами для непрерывной выгрузки пы-

ли, может быть выбран меньшим, чем объем бункера, предназначенного для

накопления и периодической выгрузки пыли. Минимальное расстояние от оси

циклона до стенки бункера должно быть не менее 0,4D, где D— диаметр ци-

клона. Высота прямоугольной (или цилиндрической) части бункера должна

быть не менее 0,5D. Угол наклона стенок бункера к горизонту принимается не

менее 60

. Конусы циклонов опускаются в бункер на глубину, равную 0,8 диа-

метра отверстия в них. Для уменьшения общей высоты бункера при непрерыв-

ной выгрузке пыли допускается устанавливать в одной группе циклонов не-