Проектирование циклона

Циклоны - аппараты инерционного действия для сухой очистки воздуха и газов от пыли. Получили широкое распространение благодаря прос­тоте конструкции и более высокой, чем у других инерционных пылеулови­телей, эффективности пылеулавливания.

Конструкции аппаратов приведены в [10 ]. Основные узлы- тангенциальный вход газа, цилиндрический и конический корпус, центральная выхлопная труба, бункер.

Принцип действия. Поток газов после поступления в циклон закру­чивается, вследствие чего на частицы пыли действует центробежная сила, отбрасывая их к стенке, вдоль которой они движутся по спирали вниз в пылевой бункер. Газовый поток по мере движения сверху вниз меняет свое направление, поступая в осевую зону циклона. Часть газового потока снизу поворачивает вверх, частицы пыли вследствие своей инерционности этого сделать не успевают и попадают в бункер.

На частицу пыли действуют три силы:

центробежная F_Ц = m_ч×W²_T/R

сопротивления газа F_C = c×f_ч×(S_г× W²_r)/2

тяжести Р = m₂g

Здесь; m_ч - масса частицы; W_Т - тангенциальная составляющая скорости движения частицы; R- радиус траектории движения частицы; С - коэффициент сопротивления движению частицы в газе; f_ч - площадь миделевого сечения частицы; S_г - плотность газа; W_r - радиальная составляющая скорости движения частицы; g - ускорение свободного падения.

Условием осаждения частиц является то, что за время движения в циклоне они пройдут расстояние (D – d)/2 под действием силы F_C=F_ц. Из баланса действующих сил, упростив картину движения частицы, можно получить соотношение для минимального диаметра частицы, которая может быть уловлена в аппарате:

D, d - диаметры корпуса и выходной трубы циклона; n - число кругов, совершаемых частицей в циклоне; r_ч - плотность частицы.

Реальная величина d_min будет больше. Учитывая, что D-d » D, W_T » W_r (скорость газа на пустое сечение циклона), формулу переписывают так:

, м (1)

В циклоне уловятся все частицы d ³ d_min.

Для частиц d_0.5 £ d_x < d_min, мкм, степень улавливания

h= p (d/0.9d_min) ^s, где

p,s - константы, см. таблицу; d_0.5 – диаметр частиц, улавливаемых на 50%.

Для частиц d_x < d_0.5

h= 0.5(d/d_0.5)²

Полный коэффициент очистки:

(2)

Ф_min - массовая доля фракции диаметром частиц d ³ d_min.

Ф_i - массовые доли других фракций;

h_i - степень улавливания i-й фракции.

Через концентрации пыли начальную С_н и конечную С_к коэффициент h выражается формулой

(3)

Для того, чтобы гарантированно улавливать пыль с заданной эффективностью h, необходимо, чтобы расчетный диаметр частицы d_расч ³ d_min. Если d_расч < d_min, то нужно проверять полный коэффициент очистки по формуле (2).

В промышленности применяются различные конструкции циклонов с различными режимами работы и эффективностями улавливания пыли. В таблице 1 приведены значения оптимальных скоростей газа w_r, коэффициентов

аэродинамического сопротивления x, коэффициентов к в формуле (1) некоторых из них.

Таблица

	p	s	k	Примечание
ЦН - 24	0.85	0.22	2,12	Циклоны
ЦН - 15	0.85	0.22	1,44	повышенной
ЦН - 11	0.85	0.22	1,01	производительности
СК - ЦН - 34	0.9	0.21	0,42	Циклоны повышенной
СДК - ЦН - 33	0.9	0.21	0,51	эффективности очистки

Диаметр циклонов можно рассчитать по формуле:

Сопротивление циклонов вычисляется по формуле:

Относительные размеры циклонов в долях диаметра корпуса и коэффициенты сопротивления приведены в [10].