DEPOZITORI DE CICLONI
Sursa:
Manualul "Protecția atmosferei împotriva poluării industriale"
sub ediția lui S. Calvert și GM M. Ingland (partea 1)
ed. "Metalurgie", Moscova, 1988.
Utilizarea forței centrifuge
O particulă de m masă care se deplasează de-a lungul unei traiectorii circulare cu raza r cu o viteză tangențială Ut este supusă acțiunii unei forțe centrifuge mv ^ 2t / r. Pentru condiții tipice Ut = 15 m / s, r = 0,6 m, această forță este de aproximativ 39 de ori mai mare decât gravitația. Prin urmare, această forță poate crește dramatic depunerea în cameră. În practică, sistemul de captare a particulelor este creat prin transmiterea unui flux de mișcare rotativă sau rotativă limitată de pereții cilindrici. Particulele precipită când sunt aruncate pe pereți. Un astfel de dispozitiv este numit ciclon. Eficiența fracționată a capturii poate fi> 80% chiar și pentru particulele cu diametrul de 10 μm.
Tipuri de cicloane
Există cicloane de două tipuri de bază cu intrare tangențială și cu intrare axială. În Fig. Este prezentată geometria unui ciclon convențional cu intrare tangențială și contracurent. Acest ciclon este instalat pe verticală.
Așa cum se poate vedea din fig. Geometria unui ciclon cu o intrare tangențială este determinată de opt dimensiuni. Șapte parametri relativi
determină configurația și un parametru, care este ales ca D, determină dimensiunea. În tabel. 1 prezintă variante de combinații de parametri pentru un număr de modele standard, care s-au dovedit a fi practice și eficiente.
Parametrii geometrici ai unui design ciclon cu o intrare tangențială:
Constructorul poate alege alte opțiuni de geometrie, dar rețineți următoarele instrucțiuni utile:
- 1. Este necesar să alegeți. pentru a preveni un "scurtcircuit" al fluxului de intrare către conducta de evacuare.
- 2. Pentru a evita scăderea presiunii excesive, este necesar să se asigure condiția
- 3. Pentru a păstra vârful vortexului în con,
- 4. Pentru alunecarea cu succes a prafului, unghiul conului trebuie să fie de 7-8 °
- 5. Eficiența maximă este asigurată atunci când
Cicloane de acumulare (multiconvele)
Proiectarea ciclonilor
La proiectarea unui ciclon, se selectează geometria sa, se determină dimensiunea, eficiența fracționată, căderea de presiune și puterea necesară pentru fiecare ciclon. Aceste calcule se bazează pe debitul specificat de gaz, compoziția, temperatura, presiunea, concentrația de praf, precum și dispersia prafului. Aceste date sunt necesare pentru formularea cerințelor pentru un dispozitiv de colectare a prafului secundar, dacă acesta este utilizat.
Traiectoria unei particule într-un gaz rotativ
Metoda de proiectare trebuie să se bazeze pe cunoașterea căii prin care particulele se deplasează în precipitator. Traiectoria particulei este determinată de acțiunea forței centrifuge asupra particulei, antrenată de fluxul turbionar de gaze. Viteza tangențială a gazului pe liniile curente depinde de raza de rotație în raport cu legea puterii inverse (legea vortexului):
Așa cum sa stabilit experimental, n poate fi găsit folosind relația:
unde D este diametrul ciclonului, m; T este temperatura absolută a gazului, K.
Forma traiectoriei este de obicei bine descrisă de expresia:
unde t este timpul necesar pentru particula localizată inițial la o distanță R1 de la axă pentru a ajunge la coordonata R.
Se obține din ecuație prin înlocuirea lui gm cu forța centrifugă, presupunând că componenta radială a forței de rezistență respectă legea Stokes și. presupunând că viteza de deplasare radială este constantă, adică,
Ambele ipoteze pot duce la o eroare prea scurtă. Ecuația ia în considerare numai mișcarea orizontală. Mișcarea verticală este determinată de rata de stabilizare la starea de echilibru.
Dimensiunile ciclonilor
Dimensiunile ciclonului sunt determinate de alegerea relațiilor geometrice (vezi tabelul), precum și de valoarea vitezei necesare la ieșirea ciclonului. Pentru a asigura o eficiență ridicată a capturii, viteza de admisie trebuie să fie cât mai mare posibil, dar să nu provoace particulele să se răsucească sau să se prindă și să nu depășească valoarea la care încep impulsurile de curgere. Această valoare limită poate fi estimată cu ajutorul expresiei Kahlen și Tsents
Aceasta este o relație empirică în care sunt folosite unitățile SI. Pentru particulele cu o densitate în intervalul 1-2,5 t / m ^ 3, intervalul de viteză general acceptat în cicloanele tipice este de 15-30 m / s, iar valoarea Kb = 0,2, această expresie dă valorile de lucru ale Ut1. Pentru o viteză volumetrică de gaz Q dată și o viteză de admisie selectată, dimensiunile ciclonului sunt determinate prin rapoartele geometrice
Eficiență generală și fracționată
Eficiența generală de captură E poate fi calculată utilizând următoarea ecuație:
. care necesită cunoașterea eficienței fracționate a capcanei E în funcție de dimensiune. Este posibil să se determine modelul Lightha și Licht (Leith, D. și Liht, W. AIChE Sympos., Ser. 68 (126), 196 (1972)).
Acest model utilizează ecuația în combinație cu conceptul de amestecare radiată în contracurent a particulelor neetanșate, precum și determinarea timpului de captare.
Ecuația rezultată are forma:
Un diametru de tăiere de 50% poate fi găsit folosind expresia:
Aceasta este echivalentă cu afirmația că pentru un ciclon, Eg depinde de numărul Stokes și de parametrul de geometrie al ciclonului K. Parametrul geometric se calculează numai pe baza raportului dintre dimensiuni și nu depinde de dimensiunea absolută a ciclonului. Valorile sale pentru diferitele modele standard sunt prezentate în tabelul "Parametrii geometrici ai designului unui ciclon cu intrare tangențială"
Metoda de calcul pentru cicloanele unei alte geometrii este descrisă de Licht (Licht, W, Air Pollution Control Engineering, Dekker, New York, 1980, p. 243).
Acest model este potrivit pentru cicloanele de mărime normală, să zicem, D> 0,2 m. Modelul nu se aplică pentru cicloane foarte mici, cum ar fi cele utilizate pentru prelevarea probelor de praf respirabile, iar atunci când se lucrează la presiuni ridicate. Există unele indicii că, de exemplu depinde de numărul de ciclon Reynolds, și nu numai pe numărul de Stokes incluse în M.
Acest model oferă o estimare prudentă a performanței, de exemplu, care poate fi obținută pentru sistemele puternic diluate, adică cu praf scăzut, să zicem, mai puțin de 10 kg / m ^ 3. Pe baza datelor disponibile limitate, se poate aștepta ca eficiența capturării să crească odată cu creșterea gradului de praf. Această îmbunătățire poate fi estimată aproximativ prin raportul:
Pentru condițiile și geometria de funcționare date, valoarea Eg poate fi calculată din ecuație. și apoi, împreună cu datele privind funcția de distribuire a dimensiunii prafului la intrare, utilizați E pentru a calcula ecuația totală a eficienței capturii. Aceasta se face de obicei grafic, după cum se arată în Fig.
Presiunea diferențială și consumul de energie necesar
Căderea de presiune pe ciclon poate fi calculată prin metoda Shepherd și Lapple (G. E. Ind. Eng., Chem., 31, 972 (1939)).
Valoarea lui N H depinde de geometrie și poate fi estimată ca:
Ecuațiile mai complicate pentru N H sunt disponibile în literatura lui Strauss, W. Curățarea gazelor industriale, ediția a 3-a, Pergamon Press, Oxford, 1975, p. 263. Dar acestea nu sunt mai bune decât ecuația de mai sus a numărului de jeturi de la intrarea ciclonului pentru curățarea chimică a gazelor.
Nivelul acceptabil al ΔP în timpul funcționării ciclonului nu depășește de obicei 2 kPa.
Cantitatea de energie care trebuie raportată fluxului de gaz cu ajutorul unui ventilator este dată de expresia:
Putere = 9,81Q ΔP,
unde Q este viteza volumetrică, m³ / s; ΔP este scăderea de presiune în Pa.
Optimizarea designului
Pentru a optimiza designul, este necesar să avem un criteriu proporțional cu raportul dintre venituri și cheltuieli pentru un ciclon de o anumită geometrie. Venitul sau captura poate fi considerat proporțional cu parametrul geometric K utilizat în ecuație și dat în tabelul parametrilor geometrici ai designului ciclonului cu o intrare tangențială. Rețineți că este invers proporțională cu diametrul tăierii. Costul constă în principal în două articole: în primul rând, costul inițial al construcției, proporțional cu suprafața totală a materialelor de construcție utilizate și, în al doilea rând, costul operării, proporțional cu consumul de energie. Consumul de energie reflectă, de asemenea, costul inițial al sistemului de alimentare cu gaz. Prin urmare, un parametru util de optimizare (PO) poate fi definit după cum urmează:
software-ul
K / suprafața totală * de ieșire.
O suprafață comună poate fi calculată folosind expresia (πD² Pov), unde "Pov" este o funcție a geometriei numai. Valorile acestui parametru pentru cicloanele geometriei standard sunt prezentate în tabel, iar metodele de calcul pentru alte configurații sunt descrise de Licht (W. loc cit., P. 250.). Puterea este calculată prin combinarea ecuațiilor de presiune diferențială și a cantității de energie din fluxul de gaze. Pentru acest set de parametri de funcționare obținem:
Aici sunt omise multiplicatorii constanți.
Lucrarea
. pot fi înlocuite cu
Ca rezultat, obținem:
Pentru o viteză volumetrică dată, PO depinde numai de parametrii geometrici K, K a K b. N H și Pov. Utilizând valorile date în tabel. obținem următoarele valori ale PO: