Расчет эффективности газоочистной установки типа ЦН-11

• Введение
• 1. Задание
• 2. Исходные данные
• 3. Назначения, область применения
• 4. Общие сведения о циклонах НИИОГаз
• 5. Работа циклонного аппарата
• 6. Требования к установкам циклонов
• 7. Эксплуатация циклонов НИИОГаз
• 8. Основные физико-химические свойства золы и пылей
• 9. Расчетная часть
• 10. Вывод
• 11. Список литературы

Циклонными аппаратами называются сухие инерционные уловители, в которых для отделения пыли используется центробежная сила, возникающая вследствие вращательного движения газа в каналах и полостях уловителя, корпус которого имеет цилиндрическую, цилиндро-коническую или коническую формы.

По схеме направления винтового движения газа из корпуса циклона в выхлопную трубу циклонные аппараты разделяются на две сильно отличающиеся группы:

Обычные — обратноточные.

Прямоточные.

Обе эти группы в свою очередь разделяются

а) по своим габаритам, определяемым величиной внутреннего диаметра корпусаD на:

циклоны D 400 мм

батарейные циклоны D =! 00−350 мм

мультициклоны D < 100 мм

б) по конструкции закручивающего аппарата на:

патрубковые с тангенциальным подсоединением к корпусу,

патрубковые со спиральным подсоединением к корпусу,

винтовые,

розеточные;

в) по конфигурации корпуса на:

цилиндрические,

цилиндро-конические сужающиеся,

цилиндро-конические расширяющиеся.

конические;

г) по особым отличительным признакам, например:

с огнеупорной футеровкой,

с отводом пыли,

с приспособлением для улавливания слипающейся пыли, приспособленным для работы при высоких давлениях, при высоких температурах с отсосной системой и т. п.

Циклонные аппараты в основном предназначены для улавливания неслипающихся, малослипающихся и средне-слипающихся пылей.

Используя ряд мероприятий и вспомогательных устройств, можно добиться нормальной работы аппаратов и на некоторых сильнослипающихся пылях.

Циклонные аппараты могут работать при запыленности до 3000 г/м³, при диаметре корпуса 1000−2000 мм.

Обычные циклонные аппараты обеспечивают грубую и среднюю степени очистки газов, т. е. улавливают частицы пыли более 10 мк.

Специально отработанные батарейные циклоны обеспечивают полутонкую очистку, улавливая частицы пыли более 2,5−3,0 мк. При значительном перепаде давлений специальные батарейные циклоны и мультициклоны могут улавливать и более мелкую пыль, например, сажу.

Циклонные аппараты, собранные в установку по обычной безотсосной схеме, нормально работают только при высокой герметизации.

Нарушение герметизации немедленно снижает степень очистки обычных типов циклонов на 4−6% на каждый процент подсоса воздуха относительно расхода газа через циклон.

Также значительное снижение степени очистки вызывается забиванием пылью каналов, полостей и отверстий циклонных аппаратов.

В результате этого степень очистки аппарата приходится делить на: парадную-получаемую в лабораторных условиях, эксплуатационную-получаемую в эксплуатационных условиях.

Разница между парадной и эксплуатационной степенями очистки в безотсосных пылеуловителях колеблется от 3 до 30%, в зависимости от условий эксплуатации и конструктивных особенностей самого аппарата.

Одним из действенных способов повышения эксплуатационной степени очистки и приближения ее к парадной является применение в установке циклонных аппаратов отсосным схем. Последние не требуют тщательной герметизации пылеспускного тракта и допускают подсос воздуха, не превосходящий величину отсоса газа отсосной системой.

Чем более липкая пыль, тем (при прочих равных условиях) большего диаметра необходимо устанавливать циклон. В то же время увеличение диаметра снижает эффективность пылеулавливания аппарата.

Поэтому правильный выбор диаметра аппарата является одним из определяющих условий для его эффективной работы.

Циклонные аппараты могут работать как на всасывании, так и на нагнетании и изготавливаются как правого, так и левого вращения.

При установке аппарата и газопроводов внутри производственного помещения предпочтительней работать под разрежением, которое гарантирует устранение попадания пыли из газопровода и аппарата в помещение.

Перепад давления в обычном циклоне и разность давления между ним и атмосферой большей частью не превосходит 250 мм вод. ст. В то же время батарейные циклоны, например, на аглофабриках работают под разрежением порядка 1000−1500 мм вод. ст.

При обеспечении соответствующей прочности и жесткости циклоны, особенно малых размеров, могут работать при любых давлениях.

При выполнении циклонных аппаратов из углеродистой стали и обычного чугуна максимальная рабочая температура газа, проходящего через аппарат, 400 °C.

При изготовлении из жаропрочных материалов или металлов допускаемая рабочая температура газа в циклоне будет определяться только свойствами материала, из которого будет изготовлен аппарат.

При работе на абразивных пылях корпус циклонного аппарата изготавливают из износоустойчивого чугуна, а его наиболее изнашиваемые части утолщают или защищают специальными деталями.

Многие типы циклонов могут устанавливаться группами, например, ЦН-15 до 8 шт. в группе, батарейные циклоны до 120 шт. в одной секции (эти цифры относятся к безотсосной схеме установки).

Весьма часто циклонные аппараты работают совместно с другими пылеулавливающими устройствами, например, электрофильтрами, рукавными фильтрами и др., выполняя роль первой ступени очистки газа от пыли.

1. Задание

Спроектировать газоочистную установку на основе циклона типа ЦН-11.

2. Исходные данные

Циклон типа ЦН-11

Q₀ = 25 м/с

с _г = 1 кг/м³

с _ч = 1930 кг/м³

С_вх = 20 мг/м³

N = 4

W_опт = 3,5 м/с

м = 20*10^-6 Па*с

lgу_з^r = 0,352

3. Назначения, область применения

Циклоны ЦН предназначены для улавливания из газов взвешенных в них твердых частиц. В зависимости от требований, предъявляемых к очистки газов, от свойств и дисперсного состава частиц. ЦН могут применяться самостоятельно или использоваться в качестве аппаратов первой и второй ступени очистки в сочетании с другими газоочистными аппаратами. Эффективность очистки циклонами зависит от их диаметра и типа. При увеличении диаметра циклона уменьшается центробежная сила, а следовательно, и эффективность очистки.

Установки ЦН могут применяться для очистки газов от нескольких сотен кубометров в час до сотен тысяч м³/час. Для очистки значительных количеств газов циклоны выбранного диаметра объединяются в группы по 2, 4, 6, 8, 10,12 и 14 элементов.

Допускаемая концентрация пыли в очищаемых газах зависит от свойств пыли и диаметра циклона. При очистке газов от неслипающихся пылей в циклонах диаметром 800 мм и более ее содержание в газах не должно превышать 2,5 кг /м³; для циклонов меньшего диаметра концентрация пыли в газах должна быть меньше. При больших концентрациях пыли, а также в случае улавливания слипающейся пыли возможно забивание пылевыпускного отверстия, что приводит к нарушению нормальной работы аппарата.

Циклоны предназначенные для улавливания легко взрывающихся или самовозгорающихся частиц пыли, не должны иметь узлов, на которых может происходить скопление пыли: аппараты должны быть снабжены достаточным количеством взрывных клапанов.

Циклоны рекомендуется применять для улавливания:

1. золы из дымовых газов котельной установки;

2. пылевидных продуктов, уносимых из различного типа сушилок;

3. зернистого катализатора в процессах каталитического крекинга;

4. пыли, удаляемой после полома;

5. зернистых и пылевидных продуктов, перемещающихся пневмотранспортом;

6. пыли, уносимой из аппаратов, в которых протекают процессы со взвешенными в газах частицами;

7. пыли, выбрасываемой вентиляционными установками.

4. Общие сведения о циклонах НИИОГаз

К цилиндрическим циклонам НИИОГаз в первую очередь относятся аппараты ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24 (в данной работе подробно рассмотрен циклон ЦН-11). Отличительной особенностью аппаратов является наличие удлиненной цилиндрической части корпуса, наклон крышки входного патрубка под углом 11°, 15° или 24°, а также одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона.

Циклоны ЦН могут применяться как в одиночном, так и в групповом исполнении. В группах циклоны компонуются в два ряда или имеют круговую компоновку в соответствии с рекомендациями.

Циклоны могут выполняться как для «правого», так и для «левого» вращения газового потока. «Правым» принято называть вращение газового потока в циклоне по часовой стрелке, если смотреть со стороны выхлопной трубы, «левым» — вращение против часовой стрелки. Согласно 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.

Для ограничения числа типоразмеров групповых циклонов, сборки из аппаратов с диаметрами 300, 500 и 700 мм рекомендуется по возможности не применять, а заменять их равноценными по производительности группами из циклонов других диаметров.

Высота цилиндрической части бункера принимается 0,8D, днище бункера выполняется по ГОСТ 1260–67 с углом стенок 60⁰.

Тип опорных лап выбирается в зависимости от массы аппарата с пылью и условий его установки. Плоские крышки цилиндрических бункеров должны быть снабжены ребрами жесткости, размеры которых определяются исходя из давления (разрежения) в аппарате и действующих нагрузок.

Для осмотра и очистки бункеров предусматриваются люки диаметром 250 или 500 мм.

Отверстия для выгрузки пыли приняты в зависимости от емкости бункеров и производительности циклонов 200, 300 и 500 мм.

В виде исключения для бункеров диаметром 300 и 500 мм приняты пылевыпускные отверстия соответственно 100 и 150 мм. Группы циклонов чаще всего составляют из циклонов основной серии. Как правило, группы циклонов имеют общие коллектор грязного газа, сборник очищенного газа и пылевой бункер. Пылевые бункеры циклонных групп могут иметь круглую либо прямоугольную форму. Для групп из двух и четырех циклонов применяются обе формы бункеров.

Рис 1. Компоновки циклонных групп а - прямоугольная, 6 - круговая.

Необходимые объемы пылевых бункеров определяются их назначением. Объем бункера, оборудованного устройствами для непрерывной выгрузки пыли может быть выбран меньшим, чем объем бункера предназначенного для накопления и периодической выгрузки пыли. Минимальное расстояние от оси циклона до стенки бункера не должно быть меньше 0,4D, где D - диаметр циклона. Высота прямоугольной 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 диаметра отверстия в них. Для уменьшения общей высоты бункера при непрерывной выгрузке пыли допускается устанавливать в одной группе циклонов несколько бункеров.

Отвод очищенного газа от циклонов группы выполняется либо через улитки, устанавливаемые на каждом циклоне и объединяемые общим коллектором, либо непосредственно через общий коллектор группы.

Для осмотра бункеров и объединяющих циклоны коллекторов предусматриваются съемные люки диаметром 250 или 500 мм. В некоторых случаях съемные люки устанавливают на выходных улитках циклонов.

Рис 2. Спирально-конический циклон ЦН.

Кроме того нормализованы размеры бункеров пыленакопителей и исключены компоновки с отводом газов от циклонов через раскручивающие улитки. Это приводит к неоправданному увеличению металлоемкости групповых циклонов.

5. Работа циклонного аппарата

Суммарный винтовой поток газа в циклонном аппарате состоит из трех составляющих потоков: вращательного, осевого и радиального. Соотношение скоростей составляющих потоков на различных участках аппарата существенно отличается друг от друга.

На ряде участков на основной поток накладываются вторичные потоки, существенно влияющие на процесс пылеотделения и износ стенок аппарата. Таким образом, общая аэродинамическая картина движении потоков газа в циклонном аппарате характеризуется значительной сложностью. Чтобы систематизировать анализ столь сложных потоков, в его основу было положено рассмотрение:

1. Движения потоков газа и частиц пыли по отдельным участкам аппарата, следуя ходу движения в нем основного потока газа.

2. Одновременного воздействия на процесс пылеотделения основного и вторичного потоков, определяющих явления сепарации и десепарации пыли.

3. Как основного типа циклонного аппарата — обратноточного патрубкового циклона с исследованием отличительных явлений, протекающих на отдельных участках других типов циклонов.

Во время анализа учтены следующие важные положения о характере воздействия сил трения на составляющие потоки газа:

1. В осевом потоке энергия трения компенсируется уменьшением потенциальной энергии давления, т. е. этот поток можно характеризовать как установившийся.

2. Во вращательном потоке при условии, что конфигурация канала, по которому он движется, не будет задавать форму этого потока, энергия трения компенсируется уменьшением кинетической энергии потока, т. е. этот поток можно характеризовать как неустановившийся. Такой поток характерен для всех участков циклона, кроме закручивающего аппарата типа «Розетка» и «Винт» .

Входной участок.

Основным назначением участка является упорядочение движения потока газа перед входом в закручивающий аппарат с минимальными потерями напора.

В циклонах с закручивающим аппаратом типа «патрубок» входной участок отсутствует. Этот участок, расположенный перед закручивающим аппаратом, имеется в батарейных циклонах типа «Винт» и «Розетка» .

На этом участке запыленный газ входит в циклонный аппарат, при этом сепарация пыли в потоке не происходит.

Вход во входной участок стремятся сделать плавнее, а его относительную длину, равную h_вх/b_вх, выдержать, например, у батарейных циклонов типа «Винт» и «Розетка» с Д = 150−250мм, в пределах 1,24−1,37.

Закручивающий аппарат.

Закручивающий аппарат предназначен для преобразования потенциальной энергии давления в кинетическую энергию осесимметричного винтового потока в циклонном аппарате и создание при этом наилучших условий для сепарации пыли при наименьших потерях напора. Вход в патрубок является одновременно входом в закручивающий аппарат.

Вошедший в сужающийся патрубок запыленный поток упорядочивает свое движение, имевшиеся перед входом в него завихрения интенсивно затухают: эпюра скоростей выравнивается. При прохождении потока в патрубке постоянного сечения упорядочение движения происходит менее интенсивно. Потери напора от местного сопротивления в сужающемся патрубке всегда меньше, чем в патрубке постоянного сечения.

При движении газа в патрубке происходит весьма важное явление: на его стенках образуется пограничный слой, толщина которого возрастает по мере продвижения потока в глубь патрубка.

При достижении критического значения критерия Рейнольдса ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный, при этом его толщина скачкообразно увеличивается в 4−5 раз.

Из патрубка поток газа с пылью тангенциально входит в корпус циклона и приобретает вращательное осесимметричное винтовое движение. Пыль, поступившая вместе с потоком газа, по инерции устремляется к стенке корпуса циклона. Это движение частиц пыли поддерживается и усиливается воздействием центробежной силы, возникающей в каждой частице пыли при движении в осесимметричном вращательном потоке. В результате этого основная масса пыли достигает стенки корпуса уже на первой четверти или половине витка потока в корпусе — в зависимости от дисперсного состава пыли. Как только вращательное движение осуществилось, на стенке корпуса создается большее статическое давление, а на стенке выхлопной трубы — меньшее давление. Эта разность статических давлений почти по всему сечению потока динамически уравновешивается центробежной силой вращающегося потока газа.

Только в пограничных слоях горизонтальных стенок патрубка, на его входе в корпус, это равновесие нарушается, так как окружная скорость снижается за счет тормозящего эффекта стенок.

В результате этого под влиянием разности статических давлений начинает происходить перетекание газа с пылью от стенки через пограничный слой к стенке выхлопной трубы.

Перетекающий газ увлекается основным осесимметричным потоком и сворачивается в два вихревых жгута на выходе из нижней и верхней горизонтальных стенок патрубка в кольцевое пространство корпуса.

Такие вихревые жгуты носят название парный вихрь.

Парный вихрь увеличивает потери напора в закручивающем аппарате и, самое главное, переносит отсепарированную пыль со стенки корпуса к стенке выхлопной трубы, а затем и по всему сечению винтового потока десепарируя пыль, уменьшая этим степень очистки циклонного аппарата. Таким образом, в закручивающем аппарате одновременно идет процесс сепарации и десепарации пыли.

Интенсивность верхней ветви парного вихря столь велика, что этот вихревой жгут способен образовать сквозной износ в 8-миллиметро — вой стальной стенке корпуса патрубкового батарейного циклона на первой четверти оборота потока от входного патрубка при одногодичной работе его на золовой пыли парового котла.

В патрубковом закручивающем аппарате наибольшей интенсивностью обладает верхняя ветвь парного вихря. Нижняя ветвь обладает меньшей интенсивностью и очень быстро размывается. Интенсивность парного вихря определяется скоростью и количеством поперечно-перетекаемого через пограничный слой газа, т. е. зависит от толщины пограничного слоя и разности давления между стенками корпуса и выхлопной трубы.

В свою очередь, толщина пограничного слоя зависит от числа R_e, определяемого длиной стенки патрубка и скоростью течения газа в патрубке. Поэтому, чем больше размер циклонного аппарата, тем при одинаковых условиях больше число R_e и толщина пограничного слоя. Это приводит к тому, что скорость газа в патрубке ограничивают величиной 12 — 22 м/сек для циклонов значительных размеров. Чем меньше аппарат, тем большую можно допустить скорость, без риска снизить степень очистки в результате действия парного вихря.

Чтобы снизить вредное влияние парного вихря, ряд исследователей эмпирически пытались найти наиболее подходящий закручивающий аппарат. К таким удачным решениям надо отнести спиральное подсоединение патрубка к корпусу, в результате которого уменьшается разность давления на единицу ширины между стенками корпуса и выхлопной трубы, что приводит к снижению интенсивности парного вихря при одновременном улучшении инерционной сепарации пыли на начальном участке патрубка.

Газ с пылью, поступивший в кольцевое пространство корпуса вместе с парными вихрями, сохраняя с некоторой деформацией профиль поперечного сечения патрубка, движется по винтовой линии.

В конце витка часть отсепарированной пыли, движущейся вдоль стенки корпуса, попадает в зону действия потока, входящего в корпус из входного патрубка, и вновь распыливается.

Успокоительный участок.

Успокоительный участок предназначен для рассеивания парного вихря и сепарации к стенке корпуса максимально возможного количества пыли, чтобы перед поворотом потока к входному сечению выхлопной трубы количество пыли в сечении кольцевого пространства было бы минимальным. Такое распределение пыли в сечении кольцевого пространства должно обеспечивать наиболее высокую эффективность циклонного аппарата. Вытекая из каналов закручивающего аппарата, газ на определенной длине продолжает двигаться по спирали в кольцевом пространстве.

При этом спиральный поток газа ограничен по ширине стенками выхлопной трубы и корпуса, а сверху лопастями закручивающего аппарата или крышкой корпуса.

По направлению вниз поток не имеет ограничивающих стенок, что позволяет ему несколько расшириться книзу, увеличивая сечение потока и угол его наклона. Этому явлению способствует торможение трением окружной составляющей потока. В результате этого окружная и абсолютная скорости потока уменьшаются.

Положительное влияние успокоительного участка на процесс сепарации заключается в том, что парный вихрь, зародившийся в каналах закручивающего аппарата, не имея твердых границ в кольцевом пространстве, которые могли бы его поддерживать, быстро гаснет от воздействия сил трения о твердые стенки и от сопряжения с потоками газа. Подавление парного вихря уменьшает вероятность рассеивания в кольцевом пространстве, отсепарированной на стенке корпуса пыли, что способствует повышению степени очистки циклонного аппарата.

Одновременно с этим в кольцевом пространстве происходит уменьшение окружной скорости, что вызывает снижение сопротивления циклонного аппарата и некоторое снижение скорости сепарации.

Таким образом, на длине закручивающего аппарата и успокоительного участка происходит предварительная сепарация пыли из потока на стенку корпуса, в значительной мере определяющая степень очистки на участках окончательной сепарации. Поэтому эти участки называют участками предварительной сепарации.

Поворот потока от кольцевого пространства к выхлопной трубе.

На этом участке происходит одна из решающих операций по окончательной сепарации пыли; на нем сосредоточены основные потери энергии давления в циклонном аппарате. В своем винтовом движении в кольцевом пространстве успокоительного участка поток выходит к горизонтальному сечению, лежащему в одной плоскости с входным сечением выхлопной трубы.

Ниже этого сечения поток разделяется на два: основная масса очищенного газа стекает к входному сечению выхлопной трубы, а небольшая часть очень запыленного газа движется по винту вдоль стенок корпуса до пылевыводного отверстия.

Поток к выхлопной трубке, вращаясь вокруг вертикальной оси, поворачивается на 180° по линиям тока т. е. меняет направление движения. В результате чего движение потока состоит из трех составляющих скоростей: v_u-окружной, ± v_z-осевой и v_r - радиальной. Окружная составляющая этого потока подчиняется зависимости v_urⁿ= const, где n приближается к единице. Во всем остальном объеме циклонного аппарата закономерность распределения скоростей во вращающемся потоке имеет n менее единицы, обычно 0,5.

Вследствие этого, по линиям тока основного винтового потока с радиальным стоком создается наибольшее разрежение на одинаковых радиусах по сравнению с остальными сечениями циклонного аппарата.

Подсасывающее действие этого потока вызывает появление двух вторичных осевых потоков, идущих к нему по оси аппарата: верхнего — из выхлопной трубы с поворотом на 180° и нижнего — из пылевыводного отверстия с поворотом на 180°.

Таким образом, ниже входного сечения выхлопной трубы, кроме основного винтового движения относительно оси аппарата, наблюдается движение потоков, подобных таким, которые получаются от наложения на основной винтовой поток трех вихревых колец: двух — большего и одного — малого диаметров.

Первое большое вихревое кольцо, поворачивающее основной поток газа из кольцевого пространства в выхлопную трубу, имеет ориентировочный радиус центров тора кольца r₀= (d-d₀) /2, с расположением их на нижнем срезе входного сечения выхлопной трубы.

Второе — большое вихревое кольцо, поворачивающее вторичный поток газа, идущий по оси аппарата от пылевыводного отверстия вверх, имеет радиус центров тора несколько больший г₀, ориентировочно на расстоянии 1,5 — 2,0 d₀ от нижнего среза входа в выхлопную трубу.

Малое вихревое кольцо, поворачивающее вторичный поток газа, идущий по оси аппарата из выхлопной трубы вниз, вверх — обратно в выхлопную трубу, имеющее радиус центров тора порядка 0,05 — 0,1 d₀.

Радиальный сток основного винтового потока прекращается на радиусе r_а. В результате чего на оси аппарата образуется обособленный вращающийся поток малого диаметра, который простирается на всю длину циклонного аппарата от сечения пылевыводного отверстия до выходного сечения выхлопной трубы. Закономерность ядра этого потока v_u =щ•r. Размер r_а колеблется в пределах 0,125 — 0,2 d₀. Указанные свойства позволяют признать этот поток вихревым шнуром.

Разряжение в ядре шнура максимальное, это приводит к тому, что, например, у гидроциклонов на оси образуется воздушный вакуумный шнур. Величина интенсивности вихревого шнура задается моментом количества движения основного винтового потока с радиальным стоком у входа в выхлопную трубу.

От этого сечения в оба конца циклонного аппарата к пылевыводному отверстию и в сторону выхода из выхлопной трубы интенсивность вихревого шнура снижается как за счет трения, так и за счет затрат энергии на создание вторичных осевых потоков.

Известно, что чем меньше радиус линии тока вокруг центра тора вихревого кольца, тем скорость движения выше. Отсюда скорость стекания отдельных струек основного потока к выхлопной трубе будет тем выше, чем ближе их линии тока к стенке выхлопной трубы, а это значит, что и вероятность увлечения частиц пыли этими струйками будет выше.

Поэтому характер распределения частиц пыли в конце успокоитель — ного кольцевого участка (в плоскости сечения входа в выхлопную трубу) в значительной мере определяет степень очистки циклонного аппарата. В свете этого становится ясным, что на участке предварительной сепарации необходимо: как можно больше частиц отсепарировать на стенку. Повышения степени очистки также можно достигнуть за счет отбрасывания линий тока с запыленными частицами на большие радиусы от центра тора вихревого кольца.

Выхлопная труба.

На этом участке происходят: вывод очищенного газа из циклонного аппарата, небольшая по величине сепарация пыли и в некоторых случаях довольно значительные потери статического напора на трение.

В выхлопной трубе мы наблюдаем два винтовых потока; основной — восходящий, идущий по периферии трубы и рециркуляционный — нисходящий, идущий по оси. При продвижении винтового потока вдоль трубы скорость его вращения уменьшается, что вызывает перераспределение разрежений в сечении трубы. Чем длиннее труба, тем значительнее уменьшение скорости вращения, что увеличивает опасность забивания пылью выхлопной трубы и ухудшает дополнительную сепарацию пыли. Последняя определяется интенсивностью всасывания по оси обратно в выхлопную трубу газа с пылью, выбрасываемой основным потоком из выхлопной трубы в камеру очищенного газа. Потеря напора в выхлопной трубе определяется в основном длиной выхлопной трубы и осевой скоростью основного потока.

Отмечено, что с уменьшением относительного диаметра выхлопной трубы d_o/D, степень очистки медленно повышается, но при этом сопротивление участка стремительно растет.

Объем окончательной сепарации.

Объемом окончательной сепарации принят объем циклонного аппарата в пределах сечений входа в выхлопную трубу и пылевыводного отверстия корпуса. В этот объем входит и участок поворота потока от кольцевого пространства к выхлопной трубе; в нем происходят процессы как сепарации, так и десепарации пыли, которые окончательно определяют степень очистки циклонного аппарата. Геометрически этот объем характеризуется величинами: относительной длиной l/d₀, относительным диаметром пылевыводного отверстия d₁/D, относительным диаметром выхлопной трубы d_o/D и геометрией стенок корпуса.

Небольшая часть очень запыленного газа движется по винту вдоль стенок корпуса, доходит до пылевыводного отверстия и по его периферийному кольцу выходит в бункер.

Вследствие действия вращательной составляющей, в разных точках сечения пылевыводного отверстия давление будет различным. На периферии давление будет выше, а на оси ниже. В результате этого, при работе циклонного аппарата по безотсосной схеме по оси будет засасываться из бункера в аппарат газ с пылью. Осевой поток газа с пылью движется вверх, затем поворачивается на 180° к стенке корпуса, присоединяется к основной массе пыли, идущей в бункер, и сбрасывается в бункер. После чего цикл возобновляется. Это приводит к тому, что в объеме окончательной сепарации циркулирует огромное количество пыли, истирающей стенки корпуса и подтверждаемой износом, работавших на абразивной пыли циклонов.

В точке поворота рециркулируемого потока у выхлопной трубы часть пыли выбрасывается в поток газа, идущий в последнюю, что приводит к снижению степени очистки циклонного аппарата.

При достаточном отсосе газа из бункера возврат газа с пылью в аппарат через пылевыводное отверстие прекращается. В результате чего устраняются все отрицательные качества, сопровождающие это явление: снижение степени очистки и сильный износ стенок конической части корпуса.

6. Требования к установкам циклонов

Групповые циклоны устанавливаются как на всасывающих, так и на нагнетательных трактах системы газоходов.

Для очистки газов от абразивной пыли, вызывающей износ крыльчаток вентиляторов, циклоны следует устанавливать перед вентиляторами.

Давление газов, поступающих на очистку, и их температура могут быть любыми при условии обеспечения необходимой прочности аппарата.

При проектировании подводящих газоходов к циклонам следует обеспечить равномерное распределение газопылевого потока на входе в циклон, за счет выполнения прямолинейных участков непосредственно перед входным патрубком или за счет установки специальных устройств.

Резкие повороты на отходящих газоходах в непосредственной близости от циклонов могут отрицательно влиять на равномерность распределения газов в циклонах и увеличивать сопротивление аппаратов, поэтому их следует избегать.

Наличие запорных или дроссейных устройств внутри группового циклона на коллекторах или выхлопных трубах не допускается во избежание нарушения равенства гидравлических сопротивлений между циклонными элементами.

Присоединение подводящих и отводящих газоходов к циклонам следует выполнять преимущественно сварочным, на бандажах, что обеспечивает надежность и герметичность соединения. В отдельных случаях при небольших размерах подводящих и отводящих газоходов возможна установка фланцевых соединений по соответствующим ГОСТам.

Установка групповых циклонов производится вертикально, так, чтобы пылевыпускное отверстие было обращено книзу.

7. Эксплуатация циклонов НИИОГаз

За работой циклонных аппаратов должно быть организованно постоянное наблюдение.

Для надежности работы циклонных аппаратов температура газов должна быть выше точки росы на 20 — 25 С при негигроскопичной пыли и газах с большой влажностью.

При выборе допускаемой запыленности газов рекомендуется учитывать склонность прилипания пыли к стенкам циклона, зависящую от физико — химических свойств, дисперсного состава пыли, влажности газов, материала и состояния поверхности стенок.

В качестве общего правила следует иметь в виду, что чем Тоньше пыль, тем легче она прилипает. Пыли у которых 60 — 70% частиц имеют диаметр меньше 10 мкм ведут себя как липкие хотя те же пыли крупнее 10 мкм обладают хорошей сыпучестью.

Для облегчения надежной работы циклонов при очистке газов от среднеслипающихся пылей допустимая запыленность газов должна быть уменьшена в 4 раза, а для сильно слипающихся в 8 — 10 раз

Длительная надежная работа ЦН в значительной степени зависит от интенсивного абразивного износа. При улавливании крупной аброзивной пыли, концентрация ее должна снижаться в 2 — 3 раза против допустимого, для чего следует производить предварительную очистку газом от наиболее крупных частиц в пыли отстойнике, коллектора, разгрузителя и других простейших пыли уловителях.

Уменьшению степени абразивного износа также способствует снижение скоростей газового потока на входе в циклон, хотя в последнем случае будет иметь место и некоторое уменьшение эффективности очистки. При улавливании абразивной пыли толщина стенок должна увеличиваться в 2 раза или стенки циклона должна иметь покрытия из резины, каменного литья или других износоустойчивых материалов.

На эффективность работы ЦН существенное влияние оказывает режим работы аппарата. Для обеспечения наиболее высоких показателей в расходе газов не должно превышать 10 — 12%.

После окончания монтажа и испытания аппарата на гидравлическое сопротивление и коэффициент очистки должен быть составлен паспорт. В паспорте указываются все основные технические характеристики аппарата, время установки и пуска, эксплуатационные качества и результаты испытания. К паспорту прилагаются установочные чертежи. Если в процессе монтажа и изготовления были внесены какие-либо изменения, они должны быть внесены в паспорт.

При эксплуатации циклоны должны подвергаться систематическим техническим осмотрам.

Два раза в год, приурочивая к остановке основного оборудования, производят детальный внутренний и наружный осмотр циклонов. Если в работе циклонов не обнаруживается неисправностей, полный технический осмотр может производится и более редко.

В процессе технических проверяется состояние теплоизоляции, наличие отложений пыли во входном патрубке, на стенках корпуса. В конусной части и бункере. Производится осмотр, ремонт наладка затворов, средств, транспортирующих уловленную пыль, люков и взрывных клапанов, сигнализаторов уровня пыли, замена изношенных деталей, ремонт теплоизоляций и заварка не плотностей.

О ремонте помечают в паспорте.

1. Пуск установки

Пуск производится после тщательного осмотра, в процессе которого проверяется отсутствие посторонних предметов в подводящем коллекторе, бункере, чистота внутренних поверхностей, надежность работы пылевых затворов, герметичность люка. Как правило пред пуском имеющееся в бункере пыль должна быть выпущена.

циклонный аппарат газоочистительная установка После осмотра и устранения обнаруженных неисправностей аппарат может быть включен в работу по распоряжению начальника основного агрегата

2. Обслуживание работающей установки.

Количество газов, поступающих в установку, должно находиться в пределах, предусмотренных для данного аппарата. При уменьшении количества газов снижается скорость их движения в циклонах, что приводит к снижению коэффициента. При значительном увеличении количества газов возрастает гидравлическое сопротивление установки, При этом в некоторых случаях коэффициент очистки может уменьшиться.

В рабочей установке гидравлическое сопротивление измеряется постоянно включенным манометром и не должно отклоняться более чем на 25 — 30% от номинала.

Уменьшение гидравлического сопротивления с одновременным ухудшением очистки газов происходит либо вследствие уменьшения расхода газов, либо из — за того, что частично газы, минуя циклоны, уходят через неплотности в шиберах или фланцевых соединениях.

Увеличение гидравлического сопротивления установки с одновременным ухудшением очистки газов явл. результатом увеличения расхода газов или указывает на большое скопление пыли в бункере.

Для контроля за уровнем пыли циклонные установки снабжаться сигнализаторами уровня, при этом датчик верхнего уровня должен быть установлен выше высоты бункера. Путем легкого остукивания, по звуку, проверяют, не разбита ли течка после пылевыгрузных устройств.

Пылевые затворы и средства транспорта условленной пыли должны действовать безотказно. Подсосы воздуха через пылевые затворы недопустимы, так как при работе аппарата под разрежением происходит резкое снижение коэффициента очистки.

Подсос воздуха в циклоне может быть обнаружен путем определения содержания какого — либо газа, например СО2 — прибором ВТИ — 2 или другими средствами до и после циклонной установи.

Кроме негерметичности пылезатворов присосы могут быть вызваны неплотностями в корпусе, фланцевых соединениях, в прокладках люка.

В процессе эксплуатации установки следует постоянно наблюдать за температурой газов на входе и выходе из циклонов.

В циклонных аппаратах не должно происходить конденсации паров воды. Температура стенок циклонов и бункера должна быть выше точки росы очищаемых газов.

Особенно опасно снижение температуры при улавливании пылей, имеющих повышенное содержание СаО или других компонентов, вызывающих слипание пыли при наличии влаги и забивании течек. Кроме того, конденсация водяных паров приводит к коррозии внутренней поверхности стенок циклонов, бункеров и газопроводов. Наличие слоя пыли на стенках усугубляет процесс коррозии металла.

Таким образом, меры по предотвращению коррозии стенок циклонов сводятся прежде всего к содержанию в исправном состоянии наружной теплоизоляции, недопущению процессов, вызывающих снижение температуры газов до точки росы.

По температуре выходящих из циклонной установки газов можно судить о возгорании пыли в аппарате.

Возгорание может иметь место при попадании в бункер большого количества сажи, несгоревших частиц торфа или угля.

Во время работы необходимо не менее трех раз в смену производить осмотр установки и контролировать показания расходометров, термометров. Манометров, а также работу пылевыгрузных устройств.

Результат наблюдения регистрировать в журнале.

3. Выключение циклонной установки.

Выключение циклонной установки происходит путем перекрытия газохода шиберной заслонкой или отключением вентилятора, обеспечивающего транспортирование газов.

Пылевыгрузочные устройства, работающие непрерывно, должны отключаться через 5 — 10 мин. После выключения циклонной установки.

Пылевыгрузные устройства, работающие переодически, должны быть открыты, и необходимо принять меры для полного опорожнения бункера так как оставшаяся пыль теряет сыпучесть и может образовать пробку в пылевыпускном отверстии бункера.

Эксплуатационные дефекты.

Определение влияния эксплуатационных дефектов циклонных аппаратов на эффективность их работы производилась на воздухе, запыленном молотой золовой пылью, при температуре 32єС, концентрацией 20−30 г/м, удельным весом г 2,2 г/м и дисперсностью, приведенной в таблице:

Таблица

Ниже в таблице приведены данные по снижению степени очистки всего уловителя на каждый процент забитых батарейных циклонов в зависимости от места забивания пылью.

Таблица

Наиболее массовые дефекты в батарейных золоуловителях, работающих на слабослипающихся пылях, являются:

1. При горизонтальной решётке крепления выхлопных труб БЦ в камере очищенного газа, частичное забивание сечений выхлопных труб до 30−40% от общего количества БЦ.

2. Полное забивание пылеводного отверстия корпуса БЦ-254 В до 8% от общего количества БЦ.

Наблюдается полное забивание закручивающей розетки в БЦ-254Р комками агломерата в пылеуловителях аглофабрик, при отсутствии грубых уловителей перед основным пылеуловителем. Наблюдается налипание липкой пыли, например, фталевого ангидрида на стенки корпуса в циклоне ЦН-15 в зоне первой половины оборота потока, считая от входного патрубка и на конической части корпуса. Слой налипшей пыли может полностью перекрыть сечение каналов циклона.

Таким образом, при неудачном выборе циклонных аппаратов и неудачной компановке пылеуловителя снижение парадной степени очистки только по причине заноса пылью проходных сечений и каналов циклонов может доходить до 20 и более процентов.

Абразивный износ.

Абразивный износ является основной причиной необходимости производства средних и капитальных ремонтов пылезолоуловителей, работающих на абразивных пылях. Интенсивность износа циклонного аппарата в значительной мере определяет экономичность и надежность пылеуловителя и даже заинтересованность потребителей в установке тех или иных конструкций уловителей.

Наблюдения показали, что местами максимального износа стенок циклонного аппарата вплоть до сквозного являются такие, где одни и те же частицы пыли многократно трутся об один и тот же участок поверхности стенки аппарата, где концентрация пыли и скорость потока являются максимальными.

К таким местам мы относим:

Стенка нижней части конуса корпуса вблизи пылевыводного отверстия — зона действия рециркуляционного потока в объеме окончательной сепарации.

Стенки верхней части корпуса на первой четверти оборота, считая от входного патрубка — зона действия верхней ветви парного вихря.

Стенка верхней части корпуса БЦ с закручивающим аппаратом «Винт» и «Розетка» по торцам лопаток закручивающих аппаратов — зона действия верхних и нижних ветвей парного вихря

Стенка выхлопной трубы вне корпуса первых рядов БЦ в пылезолоуловнтеле, при подаче запыленного воздуха для питания БЦ в зазор между выхлопными трубами.

5. Места опор БЦ на нижней трубной решетке при наличии в них щелей, сообщающих бункер с распределительной камерой уловителя.

Меры безопасности при эксплуатации циклонов НИИОГаз.

При эксплуатации ЦН должны применяться меры безопасности против ожогов о горячие поверхности аппаратов или горячей пылью, золой и газами, против отравлений токсичными газами, против воспламенения и взрывов взрывоопасных пылей. Для предотвращения ожогов поверхность циклонов должна быть изолирована и все отверстия в корпуса аппаратов, через которые могут выходить нагретые газы, тщательно уплотнены.

Циклоны, работающие в атмосфере легковоспламеняющихся или взрывоопасных пылей, снабжаются взрывными пластинами. При необходимости принять меры, исключающие возможность выбросов вредных и взравоопасных газов в помещение, а также искрообразование и травмирование осколками и частями мембран при их срабатывании. Накопление взрывоопасной пыли в бункерах не допускается.

При обнаружении циклонов на высоте более 1,8 м для доступа к люкам, шиберам и другой арматуре выполняются стационарные лестницы и площадки с ограждением.

Все движущиеся и вращающиеся части затворов, вентиляторов должны быть надежно ограждены. Снимать ограждение для ремонта механизмов разрешено после полной остановки.

За состояние аппаратов и газоходов, работающих в условиях, вызывающих коррозию, должен быть установлен специальный надзор путем периодического осмотра и определения при ремонте толщины стенок аппарата. Результат заносят в паспорт.

При остановках циклонов для очистки или ремонта аппараты должны быть отключены от газопроводов с помощью шиберов. Закрытые шиберы запирают на замок, и возле них вывешивают плакат: «ремонт циклона» .

При работе внутри аппаратов рабочие должны пройти инструктаж по технике безопасности, Лица не прошедшие его к обслуживанию не допускаются. При работе в атмосфере токсичных газов или пылей рабочие должны иметь средства индивидуальной защиты.

При работе внутри аппаратов применяются только взрывозщитные светильники. Применение переносных электрических светильников с напряжением выше 12 в — ВОСПРЕЩАЕТСЯ.

Ремонтные работы с применением открытого огня в пожаровзрывоопасных производствах должны проводиться в соответствии с «Типовыми положениями по организации огненных работ в пожаровзрывоопасных производствах химической и металлургической промышленности». Также должны применяться меры безопасности, предусмотренные инструкциями, действующими на предприятиях, эксплуатирующих циклоны.

8. Основные физико-химические свойства золы и пылей

Надежность и эффективность работы систем газоочистки в значительной мере зависит от физико-химических свойств пыли и от основных параметров газовых потоков, которые должны учитываться как при проектировании систем газоочистки, так и при организации их эксплуатации. Рассмотрим основные свойства пыли.

Химический состав пыли.

Химический состав пыли является существенным параметром при проектировании и эксплуатации газоочистного оборудования. Он всегда является характерным для данного производство. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из оксидов этих металлов, флюсов и добавок; пяль, выделяющаяся при обработки металлов абразивным инструментом, содержит мелкие частицы металла и абразивного инструмента; текстильная пыль состоит из мельчайших частиц перерабатываемых волокон и т. д.

По химическому составу пыли судят о ее токсичности. Зная химический состав пыли, можно обосновано выбрать мокрый или сухой способ очистки газа. Если пыль содержит компоненты, способные образовывать с водой или другой жидкостью, подаваемой на орошение аппаратов, соединения, которые при оседании на стенках аппарата и газоходов трудно удалить, применять мокрый способ очистки нельзя. При наличии в руде серы во время металлургических процессов в газ переходят ее оксиды, которые при мокром способе очистки образуют кислоты. В этом случае необходимо применять меры по защите аппаратов и газоходов от коррозии и обеспечивать нейтрализацию шламовых вод. При наличии в составе пыли оксидов кремния необходимо принимать меры по защите аппаратов и газоходов от истирания. Учет химического состава пыли является обязательным при проектировании газоочистных аппаратов.

Плотность частиц.

Важнейшей характеристикой золы и пылей является их плотность. Различают истинную плотность, насыпную и кажущуюся. В процессах, происходящих в золоулавливающих аппаратах, используют понятие кажущейся плотности. Кажущейся плотностью дисперсной частицы называется ее вес, отнесенный к объему, определяемому ее внешней формой, включая поры, пустоты, неровности и т. д. гладкая монолитная частица имеет кажущуюся плотность, практически совпадающую с истинной. Такие частицы в сухих инерционных аппаратах улавливаются лучше, чем пористые. И наоборот, частицы с меньшей кажущейся плотностью лучше улавливаются в таких газоочистных установках, как пенные аппараты и фильтры из-за большей вероятности захвата частиц водой или фильтровальной тканью.

Кажущаяся плотность дисперсных частиц изменяется в очень широких пределах. В уносе встречаются частицы, состоящие из окислов железа, они представляют собой оплавленные шарики с кажущейся плотностью, близкой к 5 г/см^3. таких частиц особенно много образуется при сжигании углей с повышенным содержанием железного колчедана. Среди частиц уноса встречаются также полые шарики с кажущейся плотностью порядка 0,7 г/см³. такие частицы плавают по водной поверхности золоотстойных бассейнов в виде пены. Весьма малой кажущейся плотностью обладают частицы несгоревшего топлива, если содержание летучей составляет более 8−10%. Кажущаяся плотность таких частиц может составлять 0,1 г/см³. Среднее значение кажущейся плотности различных проб золы и пыли составляет 1,7−2,5 г/см³.

Понятие насыпной плотности используется в основном при расчетах различных емкостей для хранения уловленной золы и пыли. Насыпной плотностью называют вес единицы объема, заполненного пылью, включая объем самих частиц и пустот между ними.

Адгезионные свойства.

От слипаемости золы и пыли, определяемой их адгезионными свойствами, зависит эксплуатационная надежность работы систем пыле — и золоулавливания. Одной из распространенных причин снижения эффективности улавливания твердых частиц является зарастание (частичное или полное) золоулавливающих аппаратов. Поэтому для многих газоочистных аппаратов установлены границы применимости в зависимости от слипаемости улавливаемой пыли. Для установления таких границ используется условное разделение золы и пылей по степени слипаемости на четыре группы. Классификация золы и пылей по этому признаку приведена в таблице 1.1. Для определения адгезионных свойств широкое распространение получил прибор Е. И. Андриянова, с помощью которого определяют разрывную прочность пылевых слоев, Па.

Со слипаемостью пылей тесно связана ее другая характеристика — сыпучесть. Сыпучесть оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпном состоянии. Этой величиной определяется поведение пыли в бункерах и хранилищах золоулавливающих установок, крутизну стенок и диаметр которых выбирают в зависимости от сыпучести улавливаемых частиц.

Таблица — Оценка слипаемости золы и пылей

Абразивность.

При проектировании и эксплуатации систем газоочисток приходится считаться с абразивностью золы и пыли. Интенсивность износа металла при одинаковых скоростях газа и концентрациях золы и пыли зависит от их твердости. Формы, размера и плотности. Если твердые частицы одинакового веса, летящие с одинаковой скоростью, ударяясь под одинаковым углом с поверхностью металла, одинаково истирают его, то это определяется различием их абразивности.

Коэффициент абразивности определяет утонение стенки поперечно обтекаемой трубы из стали 20 в местах ее максимального износа при концентрации частиц 1 г/м³ при комнатной температуре в течении 1 часа.

Прежде всего абразивность зависит от внешних форм частиц. В зависимости от наличия острых граней у частиц их абразивность может изменяться в широких пределах. Шарообразные оплавленные частицы, ударяясь о поверхность металла, вызывают лишь пластическую деформацию в поверхностном слое, но не повреждают металл. При ударе о поверхность металла частиц, имеющих острые грани, происходит отделение мельчайших стружек металла с поверхности, что значительно интенсифицирует износ металла. Помимо внешних форм абразивность определяется прочностью самого материала частиц. Частицы, имеющие малую прочность, сами разрушаются при ударе о металлическую поверхность и вследствие этого меньше разрушают металл.