РАЗДЕЛ III
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выполненные ранее экспериментальные исследования очистки запыленных газов в прямоточных и противоточных циклонных аппаратах в целом подтвердили основные преимущества процесса центробежной сепарации промышленных пылей. Авторы этих исследований [14, 40, 41, 68, 90, 115, 119-128] сосредоточили свое внимание на определении параметров высокоэффективной работы этих устройств, т.е. допустимые расходы, концентрации пыли, геометрические характеристики аппаратов. Главным в этих исследованиях было установление максимального эффекта очистки при минимальном гидравлическом сопротивлении, т.е. минимизации эксплуатационных затрат по электроэнергии, в том числе за счет снижения износа внутренней поверхности. Также велся поиск новых конструкций, которые были бы приемлемыми с точки зрения капитальных затрат.
Полученные результаты экспериментальных исследований позволили уточнить область применения циклонов, дать рекомендации по их проектированию и эксплуатации в различных отраслях промышленности.
Особо следует выделить исследования прямоточных циклонов Разумовым И.М. ?40?, Коузовым П.А. и Смухниным П.Н. ?41?, Падвой В.Ю. ?108? и др. [123-128]. Так, Разумовым И.М. на основе полученных им результатов были разработаны рекомендации по проектированию прямоточных циклонов. Коузовым П.А. и Смухниным П.Н на полупромышленных моделях были получены регрессионные зависимости эффективности сепарации промышленных пылей. Авторами исследований отмечаются некоторые особенности и недостатки прямоточных циклонов, требующие конструктивных изменений.
К недостаткам следует отнести проскок крупных частиц на выходе, частичную потерю энергии на циркуляционные потоки, так называемые "возвратные течения", т.е. увеличение гидравлического сопротивления аппарата - повышение эксплуатационных затрат.
Эти недостатки и особенности работы частично устраняются за счет особенностей конструкций центробежного циклона-классификатора и циклона с периферийным отведением частиц, в которых целесообразно отводить твердые частицы в закрученном потоке через щелевые отверстия, что позволяет использовать прямоточную схему движения закрученного газового потока, т.е. без разворота его на 1800, снижает сопротивление аппарата, уменьшает износ корпуса и повышает эффективность очистки.
3.1. Методы расчета и подбора циклонов
Запыленный поток вращается в циклоне вокруг его оси по нисходящей и восходящей спирали (для противоточных циклонов) и по нисходящей спирали (для прямоточных циклонов). Скорость движения газа в каждой точке можно разложить на три составляющих: тангенциальную , радиальную и осевую .
Наибольшее значение по абсолютной величине в циклоне имеет тангенциальная скорость. В цилиндрической части циклона величина повышается от периферии к центру. В конической части величина для одного и того же радиуса больше, чем в цилиндрической, так как поперечное сечение для прохода газов меньше.
Эксперименты по определению значений составляющих скоростей проводились Тер. Линденом ?40?. Автор построил эпюры распределения составляющих этих скоростей по сечению циклона (рис. 3.1).
Радиальная скорость направлена к центру. В верхней зоне она мала, и ею можно пренебречь. В нижней зоне скорость направлена к центру, ее значения примерно постоянны. Эта составляющая скорости отрицательно влияет на отделение пыли от газа, и для лучшей разделяющей способности циклона необходимо сочетание высоких значений с малыми значениями .
Рис.3.1. Профили скоростей:
а) - тангенциальная и радиальная скорости газа в различных точках циклона;
б) - радиальная и осевая скорости газа в различных точках циклона.
Вертикальная составляющая направлена по периферии вниз, вдоль наружной стены, а в центре циклона вверх. В верхней зоне на высоте, примерно равной высоте входного патрубка, ее величина постоянна.
В нижней зоне вертикальная составляющая меняется с изменением радиуса вращения. Скорость входа газа выбирается в определенных оптимальных пределах, обусловленных следующим.
При скорости вращения менее 10 м/с во входном патрубке может выпадать значительное количество пыли. При большой запыленности и крупной пыли минимальная скорость принимается 15 м/с. Эффективность циклона растет с увеличением скорости входа. Однако сильное увеличение скорости не оправдывает себя из-за сильной эрозии циклонов и захвата уже отделенных частиц потоком очищенного газа.
Исходя из экспериментальных данных и обобщений опыта эксплуатации, ряд авторов ?40? приводит пределы оптимальных величин скоростей входа (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Пределы оптимальных величин скоростей входа
АвторРаботаОптимальный предел скорости входа, м/сКасаткин?40?18-20Плановский?40?20-25Гордон, Пейсахов?40?20-25Ромадин?40?16-25Хавеман и Бхактаватсала?40?5-15Гурвич?40?18-21Истрати?40?6-21
В таблице 3.2 приведены работы, в которых даны рекомендации в отношении скорости выхода очищенного газа (скорости в выхлопной трубе).
Таблица 3.2
Пределы оптимальных величин скоростей выхода
АвторРаботаОптимальный предел скорости входа, м/сКасаткин?40?4-8Истрати?40?12-42
Такое расхождение в рекомендуемых величинах скоростей выхода очищенного газа свидетельствует о том, что этот вопрос еще не решен. Скорость выхода их циклона не должна быть высокой, так как при высоких скоростях выхода будут обеспечиваться транспортирование пыли из циклона и снижаться эффективность пылеулавливания.
Работа циклонов оценивается эффективностью очистки. На частицу, движущуюся в циклоне, действуют: центробежная сила , сила тяжести (которой пренебрегают), сила сопротивления среды , коэффициент сопротивления . Величина эффективности очистки зависит от соотношения этих сил. Следовательно, в общем виде
, (3.1)
где - удельный вес газа, кг/м3;
- диаметр частиц, м;
- абсолютная вязкость газа, кг/с?м2;
- удельный вес пыли, кг/м3;
- скорость осаждения частицы, м/с;
- радиус,
- Київ+380960830922