Схема работы циклона. Принцип работы циклонов. Батарейные циклоны: особенности конструкции

Наиболее универсальные и общеупотребительные циклоны. Предназначены для отделения от газообразной среды взвешенных частиц сухой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках, при транспортировании сыпучих материалов, а также летучей золы. Для волокнистой и слипающейся пыли, для очистки газообразной среды, в которой имеются капельно-жидкая фаза или возможна конденсация паров, данные циклоны применять не следует. Циклон ЦН-15 отличается большей производительностью.
Циклон СЦН-50 Один из лучших циклонов НИИОГАЗа. Циклоны СЦН-50 используются для очистки воздуха или газов от пыли мелкой (более 10 мкм) и средней дисперсности, а так же абразивной пыли в различных областях промышленности. Увеличенные по сравнению с СЦН-40 входной и выходной патрубки, позволили разработчику снизить сопротивление циклона и увеличить производительность циклона СЦН-50. При этом габаритные размеры циклона СЦН-50 стали ближе к ЦН-15 аналогичной производительности.
Циклон ЦН-24 отличается высокой пропускной способностью при небольшой степени очистки. Использование данных циклонов оправданно в качестве предварительной ступени очистки, как циклон-разгрузитель, а также для очистки газов от пылей со средним диаметром более 20 мкм.
Циклон СЦН-40 предназначен для эффективной очистки газов и аспирационного воздуха от мелкой и среднедисперсной пыли. Имеет наиболее высокую степень очистки по сравнению с циклонами ЦН-15, СК-ЦН-34 и УЦ-38.
Циклон СДК-ЦН-33 применяется для очистки газов от мелкой пыли, со средним диаметром 5-6 мкм, а также при высоких требованиях к качеству очистки. Способен обеспечивать высокую степень очистки при сравнительно небольшой скорости газового потока на входе в циклон.
Циклон СК-ЦН-34 pазpаботан для улавливания твepдых частиц вспомогатeльных систeм пpоизводства тeхничeского углepода, установки каталитического крекинга нефтепродуктов, дегидрирования бутана. Цeлeвоe назначeниe данных циклонов - сажeвоe пpоизводство.
Циклон СК-ЦН-34М применяют для улавливания пылей, обладающих высокой абразивностью частиц или их высокой слипаемостью. Наиболее эффективный из серии ЦН. Однако потери давления в этих циклонах примерно в 2 раза больше, чем в циклонах СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34.

Циклоны для удаления древесных отходов

Циклоны для мукомольной промышленности

Циклоны с обратным конусом для улавливания абразивных и слипающихся пылей

Циклоны и вихревые пылеуловители для сухой пыли

Процесс удаления пыли из газов в циклоне ЦН происходит в два этапа. Первый этап - попадание частиц в зону осаждения за счет центробежной силы. Второй этап - отделение частиц, происходящее в тот момент, когда плотность частиц в определенной газовом объеме потока превышает допустимое значение. Т.е. газовый поток уже не способен переносить такое большое количество пыли.

В общих чертах циклоны работают следующим образом:

Газы от различных установок поступают в цилиндрическую часть циклона, стремительно разгоняются за счет центробежной силы, двигаясь к центру от периферии и спускаясь по наружной спирали. После чего поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу.

Как правило, ускорение в корпусе циклона в сотни и тысячи раз больше ускорения силы тяжести. В следствие чего, даже небольшие частицы пыли выносятся к стенками корпуса и не способны дальше двигаться в общем потоке газа. В камере циклона, имеющая форму цилиндра, статическое давление стремительно падает в направлении от периферии к центру. Пограничный слой, текущий у стенки циклона имеет меньшую центробежную силу. У конической же стенки циклона и в районе его крышки появляется результат перепада давления, усилие же, сжимающее поток становиться в разы больше центробежной силы. В итоге, поток сильного вторичного вихря стремится внутрь, захватывая с собой достаточное количество частиц пыли. Но здесь есть нюанс, поток газа, двигаясь в направление нижней части, еще несколько раз будет вращаться вокруг выхлопной трубы и частицы могут опять быть выброшены к станкам установки. На помощь приходит вторичный поток, который искривляясь вдоль конической стенки, зацепляет вновь отброшенную к стенке корпуса пыль и направляет ее в нижнюю часть к бункеру циклона. Без этого вновь отброшенные частицы пыли не смогли бы попасть в бункер, т.к. центробежная сила направленная вверх сильнее силы тяжести. Вторичный поток очень сильно влияет на эффективность очистки запыленных газов, пыль может спокойно выноситься из лежачих и даже перевернутых циклонных установок. В пылеосадочной камере из-за сужения корпуса в месте соединения поток газов циркулирует намного меньше, чем в основной цилиндрической части корпуса. Но в этом случае на оси вихрь имеет давление ниже. Некоторая часть повторного потока в пылеосадочной камере, передвинувшись в нижнюю часть, опять возвращается в ядро вихря. Вследствие этого уже очищенная пыль может быть захвачена и перемещена в район оси вихря. Напомним, что аэродинамические силы движения пыли намного сильнее силы тяжести, которая в циклонной установке практически не имеет значения, и циклоны можно устанавливать в любом пространственном положении.

Циклоны одиночные, групповые и батарейные относятся к инерционным пылеуловителям центробежного типа. Пылеулавливание в циклонах основано на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока. Такое движение создается либо при тангенциальном или спиральном подводе газов в корпус циклона, либо вследствие применения закручивающих устройств при осевом подводе газов в циклон.

Одиночные циклоны предназначены для осаждения крупной пыли, опилок и стружек. Принцип действия их основан на центробежной силе, под влиянием которой взвешенные частички, прижимаясь к внешним цилиндрическим или коническим стенкам пылеотделителя, теряют скорость и опускаются через нижнюю коническую часть к выпускному отверстию -- сборнику пыли. Очищенный воздухе мелкой пылью выбрасывается вверх через выходную трубу. При неправильной эксплуатации пожаро- и взрывоопасная пыль может взорваться в циклонах от разрядов статического электричества, поэтому устанавливать их в производственных помещениях запрещено. Если при расчете степени очистки оказывается, что требуемая степень ее не обеспечивается, возможна установка циклонов в две последовательные ступени.

Групповые циклоны получают путем объединения одиночных циклонов. Обычно в групповом исполнении применяют цилиндрические циклоны малых размеров, устанавливая их по 2, 4, 6 и 8 одинаковых циклонов в группу с одно- или двухрядной прямоугольной компановкой (рис.2,а) или по 10, 12 и 14 одиночных циклонов в группу с круговой компановкой (рис. 2,б).

При очистке больших объемов вентиляционных выбросов более рационально устанавливать групповые циклоны меньших размеров вместо одного циклона больших размеров.

В циклонах малых размеров (мультициклонах) величина центробежной силы обратно пропорциональна расстоянию частицы от оси циклона, поэтому в циклонах малого диаметра величина этой силы возрастает. Кроме того, вместе с уменьшением размеров циклона уменьшается расстояние от внутренней цилиндрической до внешней стенки циклона, т. е. уменьшается путь частицы до ее осаждения. Циклоны меньшего диаметра имеют большой коэффициент очистки, поэтому их применяют для улавливания мелкой, сухой и легкой пыли из воздуха и газов. Производительность мультициклона ограничена, поэтому несколько циклонов объединяют в группы или батареи, которые получили название групповых и батарейных.

Промышленность выпускает несколько типов циклонов. Наибольшее распространение получили циклоны конструкции Ц, ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24, При выборе и расчете циклонов следует учитывать характеристику улавливаемой пыли: минимальный диаметр частиц пыли, абразивность, слипаемость, температуру и влажность газов, кор-розийность, пожаро- и взрывоопасность. Уловленная пыль из бункеров удаляется через пылевыгрузочные устройства -- пылевые затворы.

Рисунок 2. Групповые циклоны: а -- ЦН-11 на постаменте (для выгрузки пыли из пылесборника автомашины); б -- НИИОГаз ЦН -- группа из 10 и более циклонов; 8 -- батарейный циклон; 1 -- входная труба; 2 -- циклонные элементы; 3 -- перегородка: г -- элемент батарейного циклона: 1 -- корпус; 2 -- выводная труба; 3 -- винтовые лопасти.

Важнейшим требованием, предъявляемым к пылевому затвору, является его герметичность. Негерметичность пылевого затвора приводит к подсосу воздуха в бункер, а далее через пылевыпускные отверстия в циклоны, так как в соответствии с требованиями производственной санитарии большинство циклонов работают под разряжением, степень очистки резко снижается.

Рисунок 3. Жалюзийно-циклонный пылеуловитель: 1 -- пылесборник; 2 -- циклон; 3 -- жалюзи

Батарейные циклоны (рис.2,в) представляют собой пылеулавливающие аппараты, составленные из большого числа цикло-новых элементов малого диаметра, объединенных в одном корпусе и имеющих общий подвод и вывод газов, а также общий бункер-сборник улавливаемой пыли.

Очистка газов в батарейных циклонах основана на использовании центробежных сил. В отличие от одиночных и групповых циклонов в большинстве типов батарейных циклонов вращательное движение очищаемых газов создается за счет установки в каждом циклонном элементе закручивающего направляющего аппарата.

Жалюзийно-циклонное пылеулавливание. Конструкция жалюзийно-циклонного пылеулавливания (рис.3) представляет собой простейший инерционный аппарат 1 с жалюзийной решеткой 3. Жалюзи состоят из перекрывающих друг друга рядов пластин или колец с зазором 2...3 мм, причем всей решетке придана некоторая конусность для поддержания постоянства скорости газового потока. Запыленный поток проходя через решетку со скоростью 15 м/с, резко меняет направление. Крупные частички пыли, ударяясь о наклонные плоскости жалюзийной решетки, по инерции отражаются от решетки к оси конуса и осаждаются. Освобожденный от крупной пыли газ, прошедший через решетку, выходит из аппарата.

Часть газового потока (5.10 %), отсасываемого из пространства перед жалюзийной решеткой, содержит основное количество мелкой пыли направляется в циклон 2, где очищается от мелкой пыли под действием центробежных сил и затем присоединяется к основному потоку запыленного газа. В таких аппаратах газ приблизительно на 60 % освобождается от пыли, размер частиц которой составляет 25 мкм. Из-за сравнительно низкой эффективности и высокого гидравлического сопротивления эти аппараты не получили широкого распространения и не производятся серийно, однако в отдельных случаях (особенно в комбинации с другими пылеулавливающими устройствами) их применение вполне оправданно.

При выборе и расчете циклонов нужно учитывая такие свойства улавливаемой пыли как абразивность и слипа-емость. Для снижения абразивного износа следует рассчитывать циклоны для работы на наименьших из допустимых значений скорости газов. При улавливании среднеслипшейся и сильнослипшейся пыли не следует применять циклоны малого диаметра (600-800 мм), которые склонны к забиванию.

При проектировании циклонов, особенно для очистки нагретых и влажных газов, необходимо предотвратить образование водяных паров из газов во избежании забивания циклонов влажной пылью. Для этого следует поддерживать температуру газов, поступающих на очистку, выше температуры точки росы, не менее чем на 20. . .25°; корпус должен быть покрыт тепловой изоляцией определенной толщины.

При проектировании групповых циклонов очень важно равномерно распределить очищаемые газы по циклонам (обеспечить симметричную подводку). При нарушении этого условия из-за разного гидравлического сопротивления отдельных циклонов будет происходить переток части газов из одного циклона в другой через пылевыпускные отверстия, находящиеся в общем бункере.

В деревообрабатывающих предприятиях для очистки вентиляционного воздуха в системах пневмотранспорта и аспирации применяют циклоны Гипродрева, Гипродревпрома, Клайпедского ОЭКДМ и типа УЦ. Циклоны Гипродрева эффективно улавливают щепу и крупную стружку.

Циклоны типа «Ц» Гипродрева и Клайпедского ОЭКДМ предназначены для улавливания стружки, опилок древесной пыли. Они устанавливаются только на нагнетательной стороне схемы и работают на выхлоп в атмосферу. В избежание захвата стружки из переходящего потока воздуха в циклонах типа «Ц» под выхлопной трубой смонтирован сепаратор.

Для улавливания мелкой древесной пыли, а также полиэфирной пыли в деревообработке применяют циклоны типа УЦ-38, заимствованные из мукомольной промышленности, по своей конфигурации, геометрическим соотношениям и показателям работы циклоны УЦ аналогичны коническим циклонам НИИОГаз.

Работа циклонов основана на использовании силы инерции. Газ поступает в патрубок со скоростью 20-25 м/с. Будучи подведен тангенциально, газ получает вращательное движение и разворачивается вниз, одновременно совершает вращательное и поступательное движение. Приближенно можно считать, что все частицы газа движутся с постоянной угловой скоростью. Статическое давление по диаметру цилиндра непостоянно. В центре создается разрежение. Пыль, вследствие инерции, отжимается к стенкам цилиндра. Частицы, касаясь стенок, теряют скорость и выпадают из потока. По мере движения к вершине конуса внутренние слои газа поворачивают к оси циклона и начинают двигаться в сторону выхлопной трубы, образуя по центру трубы восходящий вращающийся вихрь. Пыль осаждается в нижней части, входя в золоспускную трубу. Работа циклона может происходить при любом его геометрическом положении.

Дисперсионный состав пыли, и ее удельный вес влияют на КПД улавливания. Чем крупнее частицы, тем лучше они улавливаются.

В обычных циклонах с увеличением концентрации степень очистки повышается. Так по опытам Кирпичева Е. Ф. с увеличением концентрации с 10 до 75 г/м 3 КПД увеличивается с 65 до 70 %. Концентрация пыли может колебаться в широких пределах. Предельно допустимые концентрации зависят от слипаемости пыли, формы и строения ее частиц, влажности, температуры и давления транспортируемого газа, а также размеров циклона и, в первую очередь, размеров пылевыпускного патрубка.

Температура и вязкость газа влияют на КПД циклона очень незначительно. С увеличением вязкостиКПД падает. При снижении температуры КПД также снижается. Так, при снижении температуры с 360 до 150 °СКПД падает с 77,7 % до 75 %.

Циклоны, изготавливаемые из обычных сталей, могут быть применены для температуры не выше 400 °С, а с литыми чугунными корпусами - до 500 °С. Циклоны из специальных сталей могут использоваться до температуры 750 °С, а в случае наличия при этом жаростойких внутренних покрытий соответствующей толщины - до 1000 °С и больше.

Влажность газов сильно влияет на очистку от пыли, в особенности, если возможна конденсация влаги на поверхности частиц. Для устранения отложения пыли на стенках циклона температура за циклоном должна быть на 15–20 °С выше точки росы.

Скорость поступления газов сильно влияет на КПД циклона. Теоретически с увеличением скорости КПД должен расти. Практически рост возможен только до определенного предела, а затем начинается падение. Наилучшая скорость от 20 до 29 м/с.

Абсолютные размеры циклона, вне зависимости от его конструктивных особенностей, существенно влияют на степень очистки газа. При геометрически подобном уменьшении размеров циклона КПД растет, при увеличении - падает. Исходя из принципа улавливания наиболее тонкой пыли, рекомендуется применять единичные циклоны и блоки параллельно включенных одинаковых циклонов диаметром до 800 мм, но не более1000 мм. Для малых расходов газа диаметр циклона может быть принят менее 300 мм. При уменьшении размеров уменьшается ширина входного патрубка, а следовательно, и расстояние, которое частицы должны пройти, чтобы достигнуть стенки; с уменьшением диаметра цилиндра увеличивается угловая скорость газов, а следовательно, увеличиваются и силы, действующие на частички. Это свойство используется при проектировании мультициклонов.

Экспериментально установлено, что при уменьшении отношения диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона КПД растет, но растет и сопротивление циклона. Большей частью это отношение поддерживается от 0,55 до 0,65. Опытами установлено оптимальное отношение диаметра пылеотводящего патрубка к диаметру циклона от 0,16 до 0,18. Уменьшение угла раскрытия конуса несколько увеличивает степень очистки газа. Так, при изменении угла с 60 до 30° КПД изменяется от 74 до 78 %. При увеличении высоты цилиндрической части циклона степень очистки газов незначительно возрастает. Своевременный отвод из циклона уловленного уноса - непременное условие нормальной работы аппарата.

Максимальная часовая производительность единичных циклонов рекомендуемых диаметров, при проходе газов с плотностью р = 1,32 кг/м 3 и поддержании гидравлических сопротивлений 500–850 Па приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Максимальная тяговая производительность единичных циклонов

При компоновке в блоках эти циклоны могут быть использованы на производительность (по газам) до 50000 – 60000 м/ч.

Рисунок 1 - Устройство циклона и схема движения в нем газового потока: 1 - цилиндрическая часть аппарата; 2 - входной патрубок с осью, перпендикулярной оси цилиндра, присоединенный тангенциально к цилиндрической части аппарата; 3 - крышка, закрывающая верхнюю часть цилиндра; 4 - выхлопная труба; 5 - коническая часть корпуса; 6 - выходная улитка; 7 - пылевыпускное отверстие; 8 - бункер; 9 - пылевой затвор

Конструкцией, объединяющей при минимальном диаметре элементов в один аппарат большое их количество, явились батарейные циклоны с диаметром цилиндрического корпуса каждого элемента 40-250 мм.

На рисунке 2 приведена схема батарейного циклона с противоточными элементами конструкции ЦКТИ.

Рисунок 2 – Схема батарейного циклона

Корпус элемента литой чугунный, внутренним диаметром 250 мм; выхлопная труба элемента стальная, диаметром 150 мм; направляющий аппарат – либо винтовая лента, либо розетка; угол наклона центральной линии лопастей 25 °С. Трест газоочистки проектирует элементы и с диаметром корпуса элемента 150 мм.

Обычно на практике батарейные циклоны дают более низкую степень очистки газов, чем в опытных образцах с меньшим количеством циклонов.

Батарейные циклоны имеют общий пылевой бункер для всех элементов. Это снижает КПД батарейного циклона по сравнению с КПД одного элемента (коэффициента улавливания). Нарушение работы происходит не только из-за неравномерности распределения газов по элементам и различных сопротивлений элементов, но и за счет нарушения обмена газов между пылевым бункером и элементами мультициклона.

Обмен газа происходит и в том случае, когда все элементы одинаковы и работают в одинаковых условиях. В патрубке, отводящем золу, происходит следующее. По периферии патрубка, благодаря вращению газа, давление больше, следовательно, пыль с частью газов выходит вниз. В центре патрубка разрежение, туда подсасывается газ. Так происходит газовый обмен между бункером и элементом. При одном из вышеназванных нарушений этот обмен нарушается. В отдельных элементах количество газа, подсасываемого через патрубок, становится больше, чем выходящего из него. Встречный поток движется навстречу поступающей пыли и снижает эффективность работы элемента. В других элементах выходить газов будет больше, чем подсасываться. Коэффициент улавливания этих элементов будет несколько выше, но не настолько, чтобы перекрыть потерю других элементов. Общая степень очистки снижается.

Одним из недостатков батарейного циклона является забивание золой, ввиду чего сильно возрастает сопротивление циклона. Забивание происходит вследствие низкой скорости газов при малой нагрузке либо при неравномерном распределении газов по элементам.

Большое значение для устойчивой работы циклона имеет удаление уловленных частиц. Схема удаления из циклона уловленной пыли состоит:

Бункера, в котором собирается уловленная пыль;

Пылевого затвора, позволяющего вывезти пыль из бункера без нарушения герметичности;

Транспортера пыли для подачи ее в накопительный бункер;

Накопительный бункер;

Увлажнителя, в котором пылевая масса переводится в не пылевое состояние и дает возможность для ее вывоза на утилизацию без потерь.

Выбор схемы пылевыгрузки и видов применяемого оборудования определяется целым рядом факторов: типом циклона, способом утилизации или захоронения пыли, количеством и ее свойствами. Однако обязательными элементами в схеме являются бункер и пылевой затвор.

При эксплуатации сухих пылеуловителей возникает ряд поломок и неисправностей, которые можно устранить во время планового ремонта, непосредственно в процессе работы устройств, или приостановить процесс очистки и произвести внеплановый ремонт ГОУ. Ряд характерных неисправностей механических сухих пылеуловителей перечислены в табл. 5:

Таблица 5 – Характерные неисправности сухих механических пылеуловителей

Такие устройства, как пылеуловители (циклоны), используются в водонагревательных твердотопливных котлах, пылесосах, автомобилях и пр. Предназначаются они для от частиц твердой не слипающейся золы или пыли диаметром более пяти микрон, а также запыленных газов. Современный циклон может иметь разную производительность, которая варьируется от 6500 до 43000 кубометров воздуха в час, а коэффициент очистки при этом достигает 80%. Эти показатели свидетельствуют о качественной работе подобной установки.

Гравитационные пылеуловители

Циклоны подобного типа являются самыми простыми устройствами. Принцип работы заключается в следующем: загрязненный воздух поступает в камеру, там расширяется, его скорость снижается. Это приводит к тому, что твердые частицы оседают под воздействием собственного веса.

Инерционные пылеуловители

Устройства данного вида подразделяются на мокрые и сухие. Они отличаются принципом работы. Например, рассмотрим сухие пылеуловители. Циклоны ротационные по внешнему виду напоминаю вентилятор. Однако между двумя этими приборами есть разница: пылеуловитель не только перемещает воздух, но и очищает его от пыли. Этот процесс происходит под воздействием на рабочее колесо.

Мокрые пылеуловители, например, циклоны-промыватели, работают по другому принципу, в сравнении с приборами сухого типа. Прежде всего, они оснащены специальным водонапорным бачком, который обеспечивает постоянное давление воды, для того чтобы она проходила во входной патрубок и попадала на днище распределителя. Загрязненный воздух, проникая внутрь циклона, начинает взаимодействовать с водой. В результате, благодаря инерционным силам, пыль оседает на поверхности стенок.

Батарейные циклоны: особенности конструкции

Данный вид прибора имеет определенную конструкцию, которая включает в себя от 16 до 56 циклонных элементов диаметром 245 мм. Они, в свою очередь, состоят из полых корпусов цилиндрической формы, нижняя часть которых исполнена в виде конуса с размещенными на ней входными патрубками, оборудованными так называемыми полуулитками. Эти элементы также содержат внутри себя вертикально расположенные выхлопные патрубки.

Каждый батарейный циклон состоит из трех камер:

1. Вертикальной — для очищенных газов.
2. Средней — для запыленных газов.
3. Нижней — изготовленной в виде бункера для сбора пыли.

Главные особенности батарейных циклонов

Одной из важнейших особенностей батарейных циклонов является полное отсутствие отключаемых секций, что обеспечивает нераздельное прохождение потока. Именно благодаря этому могут работать в полном объеме данные пылеуловители. Циклоны такого типа не нуждаются в регулировке производительности. Их эффективность может значительно снижаться только в случае применения для группы котлов. Поэтому рекомендуется устанавливать такой прибор только на одну котельную. Как правило, циклоны монтируются рядом с задней частью агрегата перед самим дымососом.

Принцип работы: краткое описание

Для того чтобы изготовить циклон-пылеуловитель своими руками, необходимо хорошо знать принцип его работы. Именно эти знания помогут эффективно применять этот прибор на различных производствах.

Итак, рассмотрим, в чем заключается принцип работы пылеуловителя. Загрязненная газовая среда со скоростью примерно 20-25 метров за секунду сначала подается в среднюю камеру. Там она разделяется на равные потоки и направляется на циклонные элементы. После этого начинает быстрое спирально-вращательное движение. За счет