Конструкції циклонів

В промисловості використовують різноманітні конструкції. Найбільш поширеними є циклони конструкції “НИОГАЗ”, які відрізняються тим що вхідний патрубок, через який вводиться запилений газ, розташований під кутом 10 – 12° і має прямокутний переріз. Циклон конструкції НИОГАЗ наведено нарис 2.7. Та обставина, що газ набуває спірально направлений рух вже на вході до циклону сприяє зменшенню гідравлічного опору апарата та запобігає збуренню газового потоку при виконанні одного оберту.

Ступінь очистки газів від пилу в циклонах становить для частинок діаметром 5 мкм – 70-85%, діаметром 20 мкм – 95-97%.

Циклон складається з вертикального циліндричного корпусу 1 з конічним дном 2. Газ, який містить тверді частинки, вводять через патрубок 3 по дотичній до циліндра (тангенціально) із швидкістю 15 - 25 м/с. В центрі циклону встановлена труба 4 для виведення очищеного газу. Потік газу закручується і рухається по гвинтовій лінії. Під час обертання газ робить декілька обертів.

Під дією відцентрової сили тверді частинки відкидаються на периферію і осідають на внутрішній поверхні корпуса циклону. Під дією результуючої сили вони рухаються вниз до конічного днища і через патрубок надходять до бункера 5. Очищений потік виводиться через вивідну трубу 4.

Рис. 2.7. Схема циклону конструкції НИОГАЗ

Перевагами циклонів є: простота конструкції (відсутність деталей, що обертаються) та обслуговування, компактність і низька вартість.

Недоліками циклонів є:

- низька ефективність вловлювання частинок менше 5 мкм;

- незадовільне вловлювання частинок у вологих газах та при зменшенні робочої швидкості в циклоні більше ніж 20%.

Ступінь очистки газу зростає із збільшенням фактора розділення
Фр= , це можна досягнути шляхом зменшення радіуса кривизни траєкторії руху газового потоку, або збільшенням швидкості запиленого газу у вхідному патрубку. Але збільшення швидкості газу призведе до збільшення аеродинамічного опору та турбулентності, що значно погіршує процес осадження твердих частинок через перемішування очищеного газу із запиленням.

Аеродинамічний опір циклона визначаться за формулою:

(2.38)

де z - коефіцієнт гідравлічного опору, віднесений доW_вх;

W_вх – швидкість газу у вхідному штуцері;

r_г – густина газу при даній температурі.

Разом з тим, зменшення радіуса циклону призводить до зменшення його продуктивності. Тому для забезпечення заданої продуктивності замість циклона великого діаметра застосовують декілька циклонних елементів, об'єднаних в одному корпусі. Такі апарати називають батарейними циклонами або мультициклонами, рис. 2.8.

б)

а)

Рис.2.8. Батарейний циклон (а) та його елементи (б)

1 – корпус; 2 – газорозподільна камера; 3 – корпуса циклонних елементів; 4 – трубні решітки; 5 – бункер для пилу; 6 – лопатеві пристрої для завихрювання газового потоку всередині елементів.

В спільному корпусі 1, рис. 2.8, розташовані циклонні елементи 3, які герметично закріплені в трубних решітках 4. Запилений газ через вхідний штуцер надходить до газорозподільної решітки 2 і далі до циклонних елементів, а саме в кільцевий простір між корпусом елемента 3 та патрубком для відведення очищеного газу. В цьому просторі розміщені лопатеві пристрої 6, які надають газовому потоку обертовий рух. Пил під дією відцентрових сил відводиться до стінок, рухається вниз по спіралі та вивантажується із всіх елементів до спільного бункеру 5. Очищений газ виходить з циклонних елементів по трубам в спільну камеру і відводиться з апарата через верхній штуцер.

Діаметр циклонних елементів змінюється від 150 до 250 мм.

В батарейних циклонах ступінь очистки газу менше залежить від розмірів частинок: для вказаних вище розмірів (5, 10 і 20 мкм) цей параметр відповідно становить 65-85, 85 – 90, 90 –95%. Більша ступінь очистки газів досягається в циклонах з більшим гідравлічним опором.

Ефективність очищення в циклонах визначається за виразом:

(2.39)

де С_м і С_к – об'ємна концентрація пилу на вході та виході із циклону, кг/м₃ (г/м₃)