Рекомендации по выбору батарейных циклонов
Практическая работа № 7
Аппараты сухой очистки газов. Расчет батарейных циклонов
Цель работы: ознакомление обучающихся с основами процесса очистки газов от примесей в батарейных циклонах, освоение методики расчета батарейных циклонов приобретение навыков по выбору и расчету батарейных циклонов.
Задание:
1. Ознакомиться с теоретическим материалом по теме занятия.
2. Изучить методику расчета батарейного циклона. Разобрать пример расчета батарейного циклона.
3. Выполнить расчет батарейного циклона в соответствии с выданным вариантом.
4. Ответить на контрольные вопросы для самопроверки в письменной форме.
Теоретические сведения
Практическое решение задач наилучшего распределения газов, уноса, отвода уловленной пыли и т. д. при необходимости установки большого числа циклонов привело к созданию батарейного циклона.
В батарею объединяют обычно большое число маленьких циклонных элементов, так называемых мультициклонов. Снижение диаметра D циклонного элемента в этом случае преследует цель увеличения эффективности очистки, которая, возрастает с уменьшением D.
Батарейные циклоны – это пылеуловители, состоящие из нескольких десятков, а иногда и сотен параллельно соединенных циклонов малого диаметра (100–250 мм).
Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого числа параллельно включенных циклонных элементов, которые заключены в один корпус, и имеющий общие камеры подвода и отвода газа, а также общий сборный бункер (рисунок 1).
|
|
|
Рис. 1 – Батарейный циклон
Направление закручивания газового потока во всех элементах батарейного циклона должно быть одинаковым. Эффективность установки в целом обычно на 20–25 % ниже эффективности отдельных элементов. Это объясняется перетоками газов из элементов с большим сопротивлением (из-за неточности изготовления и сборки) в элементы с меньшим сопротивлением. Основной недостаток батарейных циклонов заключается в том, что их элементы вследствие малого диаметра подвержены повышенному абразивному износу.
В отличие от обычных циклонов сообщение газовому потоку вращательного 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. Таким образом, элементы батарейного циклона имеют для закручивания запыленного газового потока направляющие лопасти типа «винт» или «розетка».
В результате размеры батарейного циклона (в плане) меньше размеров обычных циклонов одинаковой производительности. Например, высота единичного высокоэффективного циклона типа ЦН-15 производительностью по газу 4600 м3/ч и диаметром 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 распределительную 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. Очищенный газ через выхлопные трубы поступает в камеру 1. Для крепления корпусов элементов и выхлопных труб служат соответственно нижняя и верхняя трубные доски 10. Поступившая в бункер пыль отводится по течке 9, на которой установлены разгрузочные устройства, подающие пыль в систему пылетранспорта.
Корпус и бункер батарейного циклона изготовляют сварными из листовой стали. Все сварные швы должны быть не только прочными, но и плотными, за исключением швов приварки ребер жесткости, которые должны удовлетворять только условиям прочности. Корпус батарейного циклона часто выполняется секционированным, что позволяет сохранять оптимальную скорость движения газов в циклонных элементах при переменных нагрузках (работа котельных 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 сопротивления отдельных элементов (неодинакового их изготовления и неравномерного распределения газа по отдельным элементам). Для ограничения перетекания 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 газораспределительная 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).
|
|
|
Для закручивания потока газа в циклонных элементах используют тангенциальные или осевые завихрители. К тангенциальным относятся короткие сужающие патрубки (рисунок 2, а) и входные улитки (рисунок 2, б). При использовании осевых завихрителей элементы не имеют крышек и газ поступает в зазор между отводной трубой и корпусом, где установлен завихритель типа «винт» (рисунок 2, в) или «розетка» (рисунок 2, г).
Рисунок 2 – Элементы батарейных циклонов
Наиболее распространенные типы циклонных элементов показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 – Элементы батарейного циклона:
а – с направляющим аппаратом типа «винт»; б – с направляющим аппаратом типа «розетка»;
в – с направляющим аппаратом типа «розетка» с безударным входом (базовый вариант)
Примечание. 1. Угол наклона лопастей розетки к горизонтали для базового варианта – 25°. 2. Элемент с направляющим аппаратом типа «винт» в ЦБ-254Р не применяется (приведен для сравнения).
Циклонный элемент состоит из корпуса, выхлопной трубы и направляющего 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 вращающегося потока. В результате концентрация пыли в верхних слоях газа, движущихся у стенок корпуса элемента, возрастает, 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 элемента полностью всасывается через центральную часть отверстия для спуска пыли, давая начало внутреннему восходящему вихрю чистого газа. Частицы пыли отделяются от входящих в бункер газов под действием сил инерции, возникающей при изменении направления движения на 180о. По мере движения этого потока вверх (в сторону нижнего отверстия выхлопной трубы) к нему постепенно присоединяются порции газа, отделяющиеся от внутренней части нисходящего вихря. Это явление незначительно увеличивает пылеунос в выхлопную трубу, так как поток воздуха движется со скоростью, недостаточной для противодействия движению частиц к периферии элемента из-за распределения по значительной высоте.
Циклонные элементы характеризуются следующими особенностями. Газ поступает в элементы не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом и выхлопной трубой.В кольцевом зазоре установлено закручивающее лопастное устройство в виде «винта», имеющего две лопасти, наклоненные под углом 25°, или «розетки» с восемью лопатками, расположенными под углом 25° или 30°. Направляющий аппарат типа «Винт» (см. рисунок 3, а) менее склонен к забиванию золой или пылью, имеет меньший коэффициент гидравлического сопротивления, но одновременно обеспечивает и меньшую степень очистки, чем аппарат типа «Розетка». Последний с безударным входом (рисунок 3, в) обеспечивает ту же степень очистки, что и обычный аппарат типа «Розетка», при значительно меньшем коэффициенте гидравлического сопротивления. Угол наклона лопаток 25о способствует более высокому коэффициенту очистки, но увеличивает гидравлическое сопротивление по сравнению с сопротивлением при угле наклона 30°.
Циклонные элементы с направляющим аппаратом типа «Винт» устанавливаются так, чтобы верхние кромки лопастей были расположены по ходу газа; направляющие аппараты типа «Розетка» по отношению к потоку устанавливаются произвольно. Однако все направляющие аппараты в одной секции батарейного циклона обязательно должны иметь одно и то же направление вращения газа.
Наиболее распространены циклонные элементы диаметром 100, 150 и 250 мм. Опыт эксплуатации батарейных циклонов с элементами разного диаметра показывает, 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.
Для нормальной работы батарейного циклона необходимо, чтобы все его элементы имели одинаковые размеры, а очищаемый газ – равномерно распределялся между элементами. В этих условиях гидравлическое сопротивление элементов будет одинаковым.
Батарейные циклоны целесообразно применять, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и исключена возможность ее прилипания к стенкам аппарата, что затрудняло бы очистку элементов.
К недостаткам батарейных циклонов относятся:
– сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400–700 Н/м2, или 40–70 мм вод. ст.);
– невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм (70 %);
– повышенный абразивный износ корпуса аппарата (механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли);
– перетоки газов из элементов с большим сопротивлением (из-за неточности изготовления и сборки) в элементы с меньшим сопротивлением;
– чувствительность к колебаниям нагрузки по газу;
– невозможность использовать для улавливания слипающейся пыли;
– недолговечность.
При сопоставлении технико-экономических показателей батарейных и обычных циклонов следует учитывать следующее:
– степень очистки газов в батарейных циклонах несколько ниже той, которую можно достичь в равных по диаметру обычных циклонах. Принято считать, что примерно одинаковым КПД обладают обычные циклоны вдвое большего диаметра, чем батарейные;
– большое число циклонных элементов, объединенных общим бункером в одной секции батарейного циклона, требует равномерного распределения очищаемых газов;
– в случае применения элементов малого диаметра соответственно увеличивается их необходимое число, что повышает опасность неравномерного распределения газов и возрастания вредных перетоков газов между элементами через общий бункер. Поэтому чаще всего для батарейных циклонов целесообразно применять элементы диаметром 250 мм.
Рекомендации по выбору батарейных циклонов
Для правильного выбора циклонных элементов следует проанализировать свойства пылегазового потока, подлежащего обеспыливанию. Важными параметрами, определяющими эффективность работы установки, являются аутогезионная прочность пылевого слоя, влагосодержание и запыленность пылегазового потока.
На практике наибольшее применение имеют циклонные элементы диаметром 250 мм. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показывает, что аппараты, составленные из большого числа циклонных элементов малого диаметра (100 и 150 мм), работают недостаточно эффективно и надежно.
Циклонные элементы с направляющими аппаратами типа «Розетка» обеспечивают большую степень очистки газа, чем элементы с направляющими аппаратами типа «Винт», однако они в большей степени подвержены забиванию. Поэтому при выборе типа элемента необходимо учитывать не только КПД аппарата, но и надежность его работы. Элементы обоих типов можно применять для улавливания пылей с аутогезионной прочностью слоя 200-2000 мг/см2, а для пылей с аутогезионнй прочностью слоя выше 2000 мг/см2 лучше применять аппараты типа «Винт». В связи с повышенной склонностью к забиванию розеточные аппараты применяют при небольших концентрациях пыли в газе.
Расчет батарейных циклонов
Расчет батарейных циклонов аналогичен расчету группы обычных циклонов. Сначала в зависимости от запыленности газов и свойств пыли выбирают диаметр циклонного элемента D (при большой запыленности газов и слипающейся пыли принимают элементы больших диаметров).
Далее определяют расход газа V 1 (м3/с) через один циклонный элемент при оптимальной условной скорости газа по формуле
V 1 =0,785 D 2 w опт , (1)
где wопт – оптимальная условная скорость газов в циклонном элементе. Для большинства циклонных элементов w опт = 4,5 м/с.
Необходимое число циклонных элементов n опт при оптимальных условиях работы равно
n опт = V / V 1 ,
где V - общий объемный расход газов, поступающих на очистку, м3/с.
Руководствуясь правилами компоновки элементов в батарее, а также каталожными данными, определяем число элементов в батарее n и действительную скорость газа в элементе, которая не должна отличаться от оптимальной более чем на 10 %.
Действительная скорость газа в циклоне (м/с):
w ц = V /0,785 D 2 n . (2)
Потеря давления в батарейном циклоне, D р (Па) определяется, как и для одиночных циклонов, по формуле
D p = 
, (3)
где x - коэффициент сопротивления батарейного циклона, который можно принимать равным:
– x = 85 для винтовых завихрителей;
– x = 65 для розеточных завихрителей с a = 30о;
– x = 90 для розеточных завихрителей с a =25о.
Эффективность батарейных циклонов можно рассчитывать по той же методике, что и одиночных циклонов, используя при этом расчетные формулы (4) - (6) [2]. Параметры 
и lgs 
для различных типов батарейных циклонов можно принять из таблицы 2.
Таблица 2
Параметры и lgs для различных типов батарейных циклонов
| Параметры | Тип закручивающего устройства | |||||
| Винт | Розетка | Розетка | Энергоуголь 1 | Энергоуголь 2 | Четырехзаход-ный завихритель | |
| Угол a, град | 25 | 25 | 30 | |||
| D, мм | 250 | 250 | 250 | 250 | 230 | 500 |
| , мкм
| 4,5 | 3,85 | 5,0 | 3 | 2,85 | 4,0 |
| lgs
| 0,46 | 0,46 | 0,46 | 0,325 | 0,325 | 0,525 |
Приведенные в таблице 2 данные соответствуют следующим условиям работы циклонов:
– скорость газов wТ = 4,5 м/с;
– диаметр циклона DТ = 0,250 м;
– плотность частицы пыли rпТ = 2200 кг/м3;
– динамический коэффициент вязкости газа mТ = 23,7×10-6 Н×с/м2
Опыт эксплуатации показывает, что эффективность батарейного циклона на 10-20 % ниже эффективности отдельного циклонного элемента.
Ниже приводятся параметры, необходимые для расчета эффективности батарейных циклонов:
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 218; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!