Циклоны на свинцовых заводах
|
Уже говорилось, что для более полного осаждения взвешенных в газе частиц пыли в циклонах используют центробежную силу. В основу различных конструкций циклонов положен принцип использования силы инерции, т. е. стремления твердых частиц, движущихся с газовым потоком, сохранить направление своего движения при изменении направления движения потока. В большинстве конструкций циклон (рис. 174) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, заканчивающегося конусом 2. Газы со взвешенными в них частицами пыли поступают по входному патрубку 3 в цилиндрическую часть циклона, закрытую крышкой 4. Газовый поток вводится в цилиндр циклона тангенциально по касательной (а в новейших конструкциях циклонов — по спирали) и далее продолжает двигаться, вращаясь вначале в кольцевом пространстве, между цилиндрической поверхностью циклона и центральной выходной трубой 5, а затем в конусе циклона, образуя так называемый внешний вращающийся вихрь. При этом развиваются центробежные силы, под воздействием которых частицы пыли из вращающегося газового потока отбрасываются к стенкам цилиндра и конуса циклона.  Приблизившись к конусу циклона, газовый поток начинает поворачиваться и двигаться вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь. Частицы пыли, достигшие стенок циклона, движутся вниз вместе с газовым потоком. Дойдя до низа конуса циклона, частицы пыли выносятся газами через пылеотводящий патрубок 6 из циклона. Движение частиц пыли вниз к патрубку 6 обусловлено не только влиянием силы тяжести. В первую очередь оно вызвано тем, что газовый поток у стенок цилиндрической и конической частей циклона не только вращается, но и движется по оси циклона к вершине его конуса. Для определения скорости движения частицы пыли в радиальном направлении w, т. е. скорости ее вывода из газа, следует приравнять центробежную силу, действующую на частицу, и сопротивление среды (газа) движению частицы. Как указывалось выше, сопротивление среды, по закону Стокса, составляет  В то же время величина центробежной силы  где v — скорость вращения газового потока в циклоне, принимаемая равной скорости газов во входном патрубке циклона и скорости частиц, находящихся в газах; R — расстояние от центра вращения газового потока (оси циклона) до частицы. Отсюда  или  Уравнение (13) служит качественной характеристикой для рассмотрения процесса осаждения пыли, в циклоне (следует учесть, что в уравнении (13) величины w и R переменные). Однако из этого уравнения можно сделать выводы по отношению зависимости w от следующих факторов. 1. С повышением скорости газового потока v возрастает и скорость w и улучшается улавливание пыли в циклоне; однако при больших значениях v рост к. п. д. циклона замедляется, а при переходе некоторого предела, зависящего от конструкции циклона и дисперсного состава пыли, начинает даже снижаться. Это вызвано возникновением завихрений, срывающих со стенок циклона уже осажденные частицы пыли. Обычно наиболее эффективные значения скорости входа газа в циклон v лежат в пределах 15—20 м/сек. 2. Крупные частицы пыли осаждаются с большей скоростью; увеличение удельного веса частиц γ также ускоряет их улавливание; наоборот, увеличение вязкости газов при повышении их температуры ухудшает улавливание пыли. 3. При одинаковых скоростях газа v с уменьшением диаметра циклонов улавливание пыли в них улучшается. Для получения высокой эффективности улавливания пыли при большом количестве очищаемых газов необходимо установить группу из нескольких циклонов малого диаметра (желательно, не более 800—1000 мм), а не один циклон большого диаметра. При групповой установке циклонов число их в одной группе не должно превышать восьми. Иначе ухудшается распределение газов между отдельными циклонами. Если этого недостаточно, надо переходить к батарейным циклонам. В отличие от обычных циклонов придание газовому потоку вращательного движения, необходимого для выделения пыли, достигается в циклонных элементах батарейного циклона подводом к ним газа не по касательной, а по оси каждого элемента через направляющий аппарат в виде винта или розетки. Диаметр цилиндрической части корпуса циклонных элементов батарейного циклона выбирают обычно в пределах 40—400 мм. При сравнении эксплуатационных показателей циклонов и батарейных циклонов следует прежде всего учесть, что установка циклонов требует почти вдвое меньшего расхода металла, чем батарейный циклон. Циклоны более надежны в эксплуатации, чем батарейные циклоны, проще в изготовлении, допускают очистку газов с более высоким содержанием пыли, в том числе и более слипающейся. У наиболее совершенных циклонов степень улавливания не ниже, чем у батарейных циклонов, даже при значительно большем диаметре циклонов. Это объясняется недостаточно хорошим распределением газов между многочисленными элементами батарейного циклона.  Циклоны и батарейные циклоны являются простыми и эффективными аппаратами для улавливания пыли с размерами частиц крупнее 5—10 мк; степень улавливания при этих условиях в них достигает до 90% и более. Частицы с размерами менее 5 мк в циклонах и батарейных циклонах почти не улавливаются. Эксплуатация циклонов несложна и сводится практически к обеспечению герметичности и своевременной выгрузке уловленной пыли. Использование конусов циклонов как сборников пыли не допускается. Под циклонами устанавливают дополнительные бункера. На свинцовых заводах применяют циклоны разных типов. На рис. 175 показаны наиболее распространенные конструкции: циклоны НИИОГАЗ и СИОТ. Размеры циклонов на рис. 175 приведены в долях диаметра аппарата d (циклон НИИОГАЗ) или диаметра входного штуцера d (циклон СИОТ). По своим показателям (степень улавливания пыли при одинаковом гидравлическом сопротивлении) циклоны НИИОГАЗ близки к циклонам СИОТ.  На рис. 176, а показаны циклонные элементы батарейных циклонов НИИОГАЗ (I — направляющий аппарат — винт и II — направляющий аппарат — розетка) и на рис. 176, а — общий вид батарейного циклона. Гидравлическое сопротивление циклонов и батарейных циклонов определяют по формуле  где ΔP — гидравлическое сопротивление циклона, н/м2; g — ускорение силы тяжести, м/сек2; ζ — коэффициент гидравлического сопротивления; γt — удельный вес газов при рабочей температуре в циклоне, н/м3; w — средняя скорость газов, м/сек, отнесенная к определенному сечению циклона (для этого же сечения должна быть известна и величина коэффициента гидравлического сопротивления). Для циклонов и батарейных циклонов скорость газов, а следовательно, и ζ обычно условно относят к полному сечению цилиндрической части циклона (или циклонных элементов батарейных циклонов). В табл. 78 приведены найденные экспериментально значения коэффициента гидравлического сопротивления для циклонов и батарейных циклонов.  |
