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

Подождите немного. Документ загружается.

271

сколько бункеров. К тому же, эффективность группового циклона с общим

бункером несколько ниже, чем одиночного аппарата.

Рекомендованные в табл. 2.6 рабочие объемы бункеров могут быть ис-

пользованы для циклонов других типов. Объемы бункеров для групп циклонов

типа СК-ЦН-34 без ухудшения аэродинамики циклонного процесса могут при-

ниматься несколько меньшими, чем рекомендованные в табл. 2.6. Но при высо-

кой запыленности газов и малой объемной массе пыли объемы бункеров оди-

ночных и групповых циклонов могут приниматься большими по сравнению с

объемами, рекомендованными в табл.

Влияние аэродинамических процессов, происходящих в бункере циклона,

на степень очистки подтверждается результатами испытания двух циклонов,

присоединенных к общему бункеру. Два варианта подвода воздуха через тан-

генциальные патрубки обусловили две разные

схемы вращения потоков в

бункере (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Взаимодействие вихрей в бункере под двумя циклонами:

а – правильная компоновка;

б – неправильная компоновка.

Опыт показал, что, когда в зоне взаимодействия вихрей касательные

скорости имели одно направление (рис. 2.10, а) и не нарушался основной

режим вращения потоков в б

ункере, степень очистки была выше (не ниже,

чем при одиночном циклоне); при неправильной компоновке (рис. 2.10,б) эф-

фективность аппарата снижается. Поэтому установка циклонов без бункеров, с

присоединением пылеотводящего отверстия в конусе циклона, например, непо-

средственно к пылеразгрузочному шнеку всегда приводит к ухудшению степе-

ни очистки. Когда пылеотводящее отверстие конуса расположено несколько

ниже верхней крышки бункера, рекомендуется соединять конус циклона с бун-

кером.

Нарушение вращающегося потока в выхлопной трубе циклона также при-

водит к снижению интенсивности его вращения в центральной зоне корпуса.

Поэтому вставка на входе в выхлопную трубу выпрямителей воздушного пото-

ка в виде звездочки или сот существенно снижает степень очистки.

В технической характеристике циклонов типа ЦН-15 приведены произво-

дительности, отнесенные к скорости в цилиндрической части циклона, 2,5 и 3,5

272

м/с; в обычных условиях оптимальной считается скорость 3,5 м/с. Скорость 2,5

м/с рекомендуется принимать при улавливании абразивной пыли.

Условное обозначение типоразмеров одиночного и группового циклона:

ЦН — циклон конструкции НИИОгаза; 15 —угол наклона оси входного патрубка

относительно горизонтали (град); П (Л) — «правое» («левое») вращение газа в

«улитке»; число после тире — внутренний диаметр цилиндрической части циклона

(мм); следующая цифра — количество циклонов в группе; У — с камерой очищен-

ного газа в виде сборника; П — пирамидальная форма бункера. Например ЦН-15П-

600П и ЦН-15Л-600Х2УП. Циклоны типа ЦН-15 изготовляют в соответствии с

ОСТ 26-14-1385—75 и ОСТ 26-14-1268—75; конструкционный материал — углеро-

дистая сталь.

Циклон типа СК-ЦН-34 разработан для очистки газов от такого трудно-

улавливаемого продукта, как сажа. Циклоны этого типа характеризуются боль-

шей, чем обычные циклоны, эффективностью, достигаемой за счет увеличения

гидравлических потерь в результате сужения сечений входного и выходного от-

верстий. Циклоны изготавливают одиночными с диаметром цилиндрической

части от 600 до 3600 мм, с «левым» и «правым» вращением пылегазового пото-

ка.

Аппараты бывают в следующем исполнении: с бункером и подогревате-

лем; с бункером без подогревателя.

Условное обозначение типоразмера циклона: СК — спиральный конический;

ЦН — циклон конструкции НИИОгаза; 34 — отношение диаметра выхлопной

трубы к диаметру цилиндрической части (равно 0,34); БП —с бункером и подог-

ревателем; Б —с бункером без подогревателя (при отсутствии Б или БП — без бун-

кера и подогревателя); последнее число — диаметр цилиндрической части цикло

на

(мм); П или Л — «правое» или «левое» вращение пылегазового

потока. Например, СК-ЦН-34БЦ-6000Л, СК-ЦН-34-600П.

Циклоны типа СК-ЦН-34 изготовляют в соответствии с

ОСТ 26-02-759—73; конструкционный материал: хромоникелевая

сталь («улитка», коническая часть циклона и бункера); углеро-

дистая сталь (остальные элементы).

Рис. 2.11. Циклон типа СК-ЦН-34

1 – входной патрубок; 2 – выходной патрубок; 3 – улитка; 4 – ко-

нус; 5 – опорные стойки; 6 – бункер; 7 – подогревател

ь.

273

Циклон типа СК-ЦН-34 имеет следующие технические

характеристики:

Допустимая концентрация пыли в газе………. 1000 г/м

Температура очищаемого газа……………………<250

Максимальное давление (разрежение)…………… 15 кПа

Коэффициент гидравлического сопротивления….…1150

Параметры пара в подогревателе: давление…………………...…….. 0.5 мПа

температура………………………...150

Эффективность очистки (от пыли d

=10мкм, ρ=2,7 кг/м

)……………. до 95 %

ВОПРОС №10:

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ

ЦИКЛОНОВ

Выбор типа и размера циклона производится на основании заданного

расхода газов, физико-механических свойств пыли, требуемого коэффициента

очистки, габаритов установки, эксплуатационной надежности и стоимости очи-

стки. При очистке больших объемов газов одиночные циклоны типа ЦН-11,

ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24 объединяются в группы по 2, 4, 6 и 8 элементов, рас-

положенных в два ряда, и по 10, 12 и 14 элементов при круговой компоновке.

Диаметр циклонов типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, объединенных в группы с пря-

моугольной компоновкой, не должен превышать 1800 мм, а при круговой ком-

поновке – 1000 мм.

При обеспыливании газа объемом более 80000-100000 м

/ч и при высоких

требованиях к очистке следует применять батарейные циклоны. Батарейные

циклоны имеют меньшие габариты, чем групповые, но требуют для своего из-

готовления большего расхода металла и стоимость их выше стоимости группо-

вых циклонов.

При выборе циклонов конструкции НИИОгаза следует обращать внима-

ние на надежность работы системы, особенно в тех случаях, когда ремонт или

ревизия системы газоочистки невозможны без остановки технологического

оборудования. Наиболее характерными нарушениями нормальной работы ци-

клонов являются истирание стенок циклонов абразивной пылью и залипание. С

увеличением диаметров циклонов и понижением скорости газового потока на

входе истирание стенок и залипание уменьшаются. Вследствие этого для улав-

ливания абразивной пыли рекомендуется применять циклоны типа СК-ЦН-34,

274

способные обеспечивать высокую степень очистки при сравнительно неболь-

шой скорости пылегазового потока на входе.

При одинаковой эффективности наиболее высокие технико-

экономические показатели имеют циклоны типа ЦН-11. Циклоны типа ЦН-15

отличаются меньшими габаритами, более устойчивой работой на пылях, склон-

ных к налипанию, поэтому их эксплуатация оправдана при очистке газов с вы-

сокой концентрацией мелкой пыли или улавливании средне- и сильно слипаю-

щихся пылей.

При невысоких требованиях к степени очистки, а также для очист

ки газов

от пылей со средним медианным диаметром >20 мкм предпочтит

ельно ис-

пользование циклонов типа ЦН-24. При больших расходах га-зов и высокой

концентрации пыли в газовом потоке применение циклонов типа ЦН-24 может

быть рекомендовано в качестве первой ступени очистки перед аппаратами,

обеспечивающими высокую эффективность, например перед циклонами типа

СДК-ЦН-33, рукавными фильтрами или электрофильтрами.

Циклоны типа ЦН-15У характеризуются низкими технико-

экономическими показателями, и их использование может быть оправдано

только в тех случаях, когда имеются строгие ограничения габаритов по высоте.

Для очистки газов от мелкой пыли со средним медианным диаметром 5—6

мкм, а также при высоких требованиях к качеству очистки следует использовать

наиболее высокоэффективные конические циклоны типа СДК-ЦН-33. При ог-

раничениях по габаритам рекомендуется применять циклоны типа СК-ЦН-34,

имеющие высокую эффективность при больших энергетических затратах. Для

обеспечения устойчивой работы, исключающей забивание пылевыпускных от-

верстий, условная скорость для циклонов типа СК-ЦН-34 должна составлять не

менее 2,0 м/с. При улавливании сажи в циклонах диаметром >1 м скорость мо-

жет понижаться до 1,5 м/с. Недостатками конических циклонов являются боль-

шие габариты, трудность комплектования их в группы и относительно высокий

удельный расход металла на 1000 м

/ч очищаемых газов.

Для снижения потерь давления в одиночных циклонах типа ЦН-15, ЦН-

15У и ЦН-24 при улавливании не слипающихся пылей можно использовать ре-

генераторы давления, выполненные в виде лопастных раскручивателей, сни-

жающих сопротивление аппарата на 18—25 % без ухудшения качества очистки. В

циклонах типа ЦН-24 установка раскручивателей способствует повышению

эффективности очистки. Для групповых циклонов типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У

и ЦН-24 рекомендуется применять только кольцевые диффузоры, позволяющие

снижать сопротивление аппаратов на 10—18 %. Дополнительные затраты металла

на диффузоры и лопастные раскручиватели и некоторое усложнение циклон-

ных аппаратов окупаются снижением энергетических затрат. Рекомендации по

подводу и отводу газов:

1. Одиночные и групповые циклоны устанавливают как на всасывающих, так

и на нагнетательных трактах системы газоходов.

2. Для очистки газов от абразивной пыли, вызывающей износ крыльчаток

вентиляторов, циклоны следует устанавливать перед вентиляторами.

275

3. Давление газов, поступающих на очистку, и их температура могут быть

любыми при условии обеспечения необходимой прочности и герметичности

аппарата. Нормализованные циклоны рассчитаны на давление (или разряжение)

2500 Па и температуру до 400

С.

4. При проектировании подводящих газоходов к циклонам следует обес-

печить равномерное распределение газопылевого потока на входе в циклон за

счет выполнения прямолинейных участков непосредственно перед входным

патрубком или установки специальных устройств, например направляющих лопа-

ток, распределяющих поток по сечению газоходов. Резкие повороты на отво-

дящих газоходах в непосредственной близости от циклонов могут отрицательно

влиять на равномерность распределения газов в циклонах и увеличивать сопро-

тивление аппаратов, поэтому их следует избегать. Для установки с переменным

расходом газов, например в котельных металлургических заводов с различной

производительностью летом и зимой, предусматривается использование не-

скольких групповых или одиночных циклонов, снабженных откачивающими

устройствами.

5. Наличие запорных или дроссельных устройств внутри группового циклона,

на коллекторах или выхлопных трубах не допускается во избежание нарушения

равенства гидравлических сопротивлений между циклонными элементами. Ис-

следования показали, что при отсутствии равенства гидравлических сопротив-

лений могут иметь место перетоки газов из бункера в циклон с малым сопро-

тивлением, что приводит к значительному снижению эффективности очистки.

Установка одиночных и групповых циклонов производится вертикально, так,

чтобы пылевыпускное отверстие было обращено книзу. В некоторых случаях

допускается горизонтальное расположение одиночных циклонов. В этом слу-

чае бункер должен иметь специальную конструкцию

ВОПРОС №11: БАТАРЕЙНЫЕ ЦИКЛОНЫ; ТИПЫ ЦИКЛОННЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

276

Рис. 2.19. Батарейный циклон

Практическое решение задач наилучшего распределения газов, уноса, от-

вода уловленной пыли и т. д. при необходимости установки большого числа

циклонов привело к созданию батарейного циклона. Последний представляет

собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого числа парал-

лельно включенных циклонных элементов, которые заключены в один корпус,

и имеющий общий подвод и отвод газов, а также

сборный бункер (рис.2.19).

В отличие от обычных циклонов сообщение газовому потоку вращатель-

ного движения, необходимого для выделения пыли, в элементах батарейного

циклона достигается не подводом к ним газов по касательной, а установкой в

каждом элементе направляющего аппарата в виде винта или розетки. В резуль-

тате размеры батарейного циклона (в плане) меньше размеров обычных цикло-

нов оди

наковой производительности. Например, высота единичного высокоэф-

фективного циклона типа ЦН-15 производительностью по газу 4600 м

/ч и ди-

ам. 900 мм составляет 7600 мм (циклон, бункер и выхлопная труба); для тех же

условий высота батарейного циклона 2400 мм.

Обеспыливаемый газ через входной патрубок

2 поступает в распредели-

тельную камеру

3, откуда он выходит в кольцевые зазоры между корпусами

элементов

4 и выхлопными трубами 6. В зазорах установлены направляющие

аппараты

5, закручивающие газовый поток таким образом, что создающаяся

центробежная сила отбрасывает частицы пыли к стенкам корпусов элементов и

пыль ссыпается через пылеотводящие отверстия

7 в сборный бункер 8. Очи-

щенный газ через выхлопные трубы поступает в камеру

1. Для крепления кор-

пусов элементов и выхлопных труб служат соответственно нижняя и верхняя

трубные доски

10. Поступившая в бункер пыль отводится по течке 9, на кото-

277

рой установлены разгрузочные устройства, подающие пыль в систему пы-

летранспорта.

Наиболее распространенные типы циклонных элементов показаны на

рис.2.20.

Рис. 2.20 . Элемент батарейного циклона:

а – с направляющим аппаратом типа «винт»; б – с направляющим аппаратом типа

«розетка»; в – с направляющим аппаратом типа «розетка» с безударным входом.

Циклонный элемент состоит из корпуса, выхлопной трубы и направляю-

щего аппарата. Газ из распределительной камеры поступает в элементы по оси.

Лопатки направляющего аппарата сообщают газу вращательное движение, и он

направляется по нисходящей в сторону отверстия для спуска пыли. Частицы

приобретают центробежное ускорение и перемещаются к периферии вращаю-

щегося потока. В результате концентрация пыли в верхних слоях газа, движу-

щихся у стенок корпуса элемента, во

зрастает, а в областях, расположенных

ближе к оси элемента, снижается. Частицы пыли, сконцентрировавшиеся на

внутренней поверхности корпуса, движутся вместе с вращающимся потоком и

поступают в сборный бункер. При этом в бункер поступает также небольшая

часть газов из нисходящего вихря, которая у нормально работающего элемен

та

полностью всасывается через центральную часть отверстия для спуска пыли,

давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа. Частицы пыли от-

деляются от входящих в бункер газов под действием сил инерции, возникаю-

щей при изменении направления движения на 180

. По мере движения этого

потока вверх (в сторону нижнего отверстия выхлопной трубы) к нему посте-

пенно присоединяются порции газа, отделяющиеся от внутренней части нисхо-

дящего вихря. Это явление незначительно увеличивает пылеунос в выхлопную

трубу, так как поток воздуха движется со скоростью, недостаточной для проти-

278

водействия движению частиц к периферии элемента из-за распределения по

значительной высоте.

При сопоставлении технико-экономических показателей батарейных и

обычных циклонов следует учитывать следующее:

степень очистки газов в батарейных циклонах несколько ниже той, кото-

рую можно достичь в равных по диаметру обычных циклонах. Принято счи-

тать, что примерно одинаковым КПД обладают обычные циклоны вдвое боль-

шего диаметра, чем батарейные;

большое число циклонных элементов, объединенных общим бункером в

одной секции батарейного циклона, требует равномерного распределения очи-

щаемых газов;

в случае применения элементов малого диаметра соответственно увели-

чивается их необходимое число, что повышает опасность неравномерного рас-

пределения газов и возрастания вредных перетоков газов между элементами

через общий бункер. Поэтому чаще всего для батарейных циклонов целесооб-

разно применять элементы диам. 250 мм.

Корпус и бункер батарейного циклона изготовляют сварными из листо-

вой стали. Все сварные швы должны быть не только прочными, но и плотными,

за исключением швов приварки ребер жесткости, которые должны удовлетво-

рять только условиям прочности. Корпус батарейного циклона часто выполня-

ется секционированным, что позволяет сохранять оптимальную скорость дви-

жения газов в циклонных элементах при переменных нагрузках (работа котель-

ных в летний и зимний периоды) путем отключения соответствующих секций.

Кроме того, секционирование уменьшает возможности заметного ухудшения

степени очистки газов за счет их перетока из одних элементов в другие через

пылевой бункер. Это может происходить из-за разного гидравлического сопро-

тивления отдельных элементов (неодинакового их изготовления и неравномер-

ного распределения газа по отдельным элементам). Для ограничения перетека-

ния газов из одних элементов в другие пылевой бункер часто разделяют на две

части перегородкой, располагаемой перпендикулярно движению газов. Для

обеспечения равномерного распределения газа по всем элементам газораспре-

делительная камера корпуса может быть выполнена клиновидной. Корпус

обычно имеет прямоугольную форму, реже — цилиндрическую.

На стенке бункера для монтажных работ, осмотра и очистки устраивается

люк. Если же в бункере установлена перегородка, таких люков делается два (по

обе стороны от перегородки).

Циклонные элементы характеризуются следующими особенностями. На-

правляющий аппарат типа «Винт» (см. рис. 2.20

) менее склонен к забив

анию

золой или пылью, имеет меньший коэффициент гидравлического сопротивле-

ния, но одновременно обеспечивает и меньшую степень очистки, чем аппарат

типа «Розетка». Последний с безударным входом

(рис. 2.20,

в)

обеспечивает ту

же степень очистки, что и обычный аппарат типа «Розетка», при значительно

меньшем коэффициенте гидравлического сопротивления. Угол наклона лопаток

способствует более высокому коэффициенту очистки, но увеличивает гид-

279

равлическое сопротивление по сравнению с сопротивлением при угле наклона

30°.

Циклонные элементы с направляющим аппаратом типа «Винт» ус-

танавливаются так, чтобы верхние кромки лопастей были расположены по ходу

газа; направляющие аппараты типа «Розетка» по отношению к потоку устанав-

ливаются произвольно. Однако все направляющие аппараты в одной секции ба-

тарейного циклона обязательно должны иметь одно и то же направление вра-

щения газа.

Наиболее распространены циклонные элементы диам. 100, 150 и 250 мм.

Опыт эксплуатации батарейных циклонов с элементами разного диаметра пока-

зывает, что аппараты, составленные из большого числа циклонных элементов

малого диаметра (100 и 150 мм) без отсоса газов из пылевого бункера, работают

недостаточно эффективно и надежно.

ВОПРОС №12: МЕТОДИКА РАСЧЕТА БАТАРЕЙНЫХ ЦИКЛОНОВ

Расчет батарейного циклона рекомендуется производить в следующей

последовательности:

1. Определяют расход газов, м3/с, при котором обеспечиваются опти-

мальные условия работы циклонного элемента:

опт

=0,785D

опт

где

опт

– оптимальная скорость потока в элементе, м/с (см. таблицу 2.24);

D – внутренний диаметр элемента, м.

2. Рассчитывают число циклонных элементов, необходимое для опти-

мальных условий работы батарейного циклона:

опт

= Q/q

опт

где Q – общий расход газа, м

/с.

3. По таблице 2.24 подбирают батарейный циклон с ближайшим к

опт

числом циклонных элементов

n. Число элементов выбранного батарейного ци-

клона n желательно выбрать таким, чтобы оно отличалось от

опт

не более чем

на 10%.

Далее определяют действительную скорость потока в элементе ω, м/с:

ω =

Q/n0,785D

Таблица 2.24

Технические характеристики батарейных циклонов

Тип циклона,

завод-

изготовитель,

ОСТ или ТУ

Число эле-

ментов в сек-

ции

Оптимальная

скорость газа

в элементе,

м/с

Производи-

тельность по

газу одной

секции, м

/с

Коэффи-

циент со-

противле-

ния

Области промыш-

ленного применения

ЦБ-254Р, Се-

мибратовский

25; 30; 40; 50;

60; 80

4,5 5,6-16,2 90 Обеспыливание газа

при температуре до

280

завод газо-

очиститель-

ной аппарату-

ры, ОСТ 26-

14-2002-77,

ОСТ 26-14-

2003-77

400

ЦБ-231У, Се-

мибратовский

завод газо-

очистной ап-

паратуры,

ОСТ 26-14-

2002-77

12; 16; 20; 25;

30; 42; 56; 63

4,5 2,2-11,7 110 То же

ЦБ-2, Кусин-

ский машино-

строительный

завод, ОСТ

108-033 вза-

мен ОСТ 24-

03-001

20; 25; 30; 36;

42; 56

4,5 4,84-13,6 70 Обеспыливание газа

при температуре до

150оС (аппараты

выпускаются во

взрывобезопасном

исполнении)

ПБЦ, Кара-

гандинский

машино-

строительный

завод № 2, ТУ

12-44-21-038-

24; 36; 48; 96 3,5 4,2-16,7 150 Обеспыливание газа

при температуре до

120оС (аппараты

выпускаются во

взрывобезопасном

исполнении)

4. Рассчитывают потери давления в батарейном циклоне, Па:

ωζρ

p =Δ

Коэффициенты гидравлического сопротивления батарейных циклонов

приведены в таблице 2.24.

5. Определяют коэффициент очистки газа в элементе возвратно-

поточного батарейного циклона, пользуясь схемой расчета, приведенной для

обычных циклонов. Необходимые для этого значения d

и lgσ

приведены в

таблице 2.25.

Коэффициент очистки газов в батарее, состоящей из прямоточных эле-

ментов, снижается примерно на 10 % по сравнению с коэффициентом очистки в

одиночном элементе и зависит при этом от коэффициента отсосного циклона.

Все это учитывается формулой

)1(9,01

9,0

бат

ηη

−−

где η

– коэффициент очистки газов в циклоне отсосной линии; η – коэф-

фициент очистки в одиночном циклонном элементе. Значения коэффициентов

очистки газов выражаются в долях единицы.

Таблица 2.25