Расчет гидравлического сопротивления

Практическая работа № 6

Аппараты сухой очистки газов. Расчет и выбор циклонов

Цель работы: ознакомление обучающихся с основами процесса очистки газов от примесей в циклонах, освоение методики расчета циклонов и приобретение навыков расчета циклонных аппаратов.

Задание:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом по теме занятия.

2. Изучить методику расчета циклона. Разобрать пример расчета циклона.

3. Выполнить расчет циклона в соответствии с выданным вариантом.

4. Ответить на контрольные вопросы для самопроверки в письменной форме.

Краткая характеристика циклонов

Циклонные аппараты благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, сравнительно небольшому сопротивлению и высокой производительности, являются наиболее распространенным типом сухого механического пылеуловителя.

Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества:

– отсутствие движущихся частей в аппарате;

– надежное функционирование при температурах вплоть до 500 °С без каких-либо конструктивных изменений;

– возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренней поверхности циклонов специальными покрытиями;

– пыль улавливается в сухом виде;

– гидравлическое сопротивление аппаратов почти постоянное;

– аппараты успешно работают при высоких давлениях газов;

– просты в изготовлении;

– рост запыленности не приводит к снижению фракционной эффективности очистки.

Недостатки циклонов:

– высокое гидравлическое сопротивление высокоэффективных циклонов, до 1250-1500 Па;

– частицы размером менее 5-15 мкм улавливаются циклонами плохо;

– большой абразивный износ стенок корпуса аппаратов при использовании пылей с абразивными свойствами.

Выделение частиц пыли из газового потока происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении запыленного потока в циклоне и при изменении направления потока при выходе в выхлопную трубу. Вращение потоку сообщается путем ввода его в аппарат с большой скоростью либо через улиточный вход, либо по касательной к стенке корпуса или с помощью закручивающего устройства. Корпус бывает либо цилиндрический с конической нижней частью, либо коническим полностью.

Пыль, выделяемая при вращении потока на стенки корпуса, далее выводится в бункер через пылевыпускное отверстие в суженом конце конической части, а очищенный газ выходит вверх через выхлопную трубу, концентрически установленную в корпусе. Схема широко распространенного циклона конструкции НИИОгаза приведена на рис. 1.

Рис. 1. Циклон НИИОгаза

(общий вид и схема движения газа):

1 - входной патрубок; 2 - винтообразная крышка; 3 - выхлопная труба;

4 - корпус (цилиндрическая часть циклона); 5 - корпус (коническая часть циклона); 6 - пылевыпускное отверстие; 7 - бункер; 8 - улитка для вывода газа; 9 - газоход очищенных газов; 10 - пылевой затвор

Ввиду того, что решающим фактором, обусловливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально.

В зависимости от объема очищаемых газов циклоны устанавливают либо по одному (одиночные циклоны), либо объединяют в группы по 2, 4, 6, 8 (реже по 14) элементов (групповые циклоны). В настоящее время разработано большое количество конструкций циклонов, позволяющих учесть специфику их эксплуатации в тех или иных условиях. Наибольшее распространение получили циклоны НИИОгаз, отличительной особенностью которых является наклонный входной патрубок, сравнительно короткая цилиндрическая часть и выхлопная труба, а также малый угол раскрытия конической части.

Циклоны НИИОгаз представлены двумя основными сериями: ЦН и С.

Серия ЦН представлена тремя типами циклонов, отличающимися между собой углом наклона входного патрубка к горизонту:

– ЦН-15 с углом наклона 15^о, нормальный и укороченный (ЦН-15у);

– ЦН-11 с углом наклона 11^о, повышенной эффективности с большим гидравлическим сопротивлением;

– ЦН-24 с углом наклона 24^о, с повышенной пропускной способностью, но меньшей эффективностью и гидравлическим сопротивлением.

Серия С (сажевые) представлена циклонами типа СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34, отличающимися улиточным вводом газов, удлиненной конической частью и меньшим диаметром выхлопной трубы. Эти циклоны характеризуются высокой эффективностью и большим гидравлическим сопротивлением.

Все циклоны НИИОгаз нормализованы. Любой из размеров каждого типа может быть выражен в долях от диаметра цилиндрической части корпуса циклона D. Согласно ГОСТ 9617-76 для циклонов, приняты следующие размеры диаметров D, мм: 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2500, 2600, 2800, 3000. Вследствие снижения эффективности с увеличением размеров применять циклоны типа ЦН диаметром более 1000 мм не рекомендуется. В этом случае устанавливают группу циклонов, работающих параллельно.

Методика расчета циклонов

Расчет циклонов по теоретическим формулам ввиду сложности процессов практически невозможен. Поэтому для расчетов пользуются эмпирическими зависимостями.

Расчет гидравлического сопротивления

Важной характеристикой работы циклонов является условная скорость, которая представляет собой отношение объемного расхода газов при рабочих условиях к полному поперечному сечению циклона в цилиндрической части, м/с и определяется по формуле

w _ц = , (1)

где V – объемный расход газов, проходящих через циклон при рабочих условиях, м³/с; F - поперечное сечение циклона в цилиндрической части, м².

Опыт показывает, что условная скорость газа имеет для каждого типа циклонов оптимальное значение w _опт, от которого она не должна отклоняться более чем на ±15%. Для циклонов типа ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-11 оптимальная скорость составляет 3,5 м/с, для циклонов ЦН-24 – 4,5 м/с, для циклонов СДК-ЦН-33 – 2,0 м/с, для циклонов СК-ЦН-34 – 1,7 м/с. При скоростях газов в циклоне w _ц, выходящих за указанные пределы в большую сторону, превышается расход энергии, в меньшую сторону – понижается эффективность.

Гидравлическое сопротивление циклона Dp (Па) можно определить по известной формуле механики газов

D p = , (2)

где x - коэффициент сопротивления циклона; w _ц - условная скорость газов, отнесенная к полному сечению циклона, м/с; r _г - плотность газов при рабочих условиях, кг/м³.

Коэффициент сопротивления циклона x зависит от ряда факторов: диаметра циклона, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода газов из выхлопной трубы и некоторых других и может быть рассчитан по формуле

x = К₁К₂ x ₅₀₀ +К₃, (3)

где К₁ - поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона; К₂ - поправочный коэффициент на влияние запыленности газа; К₃– поправочный коэффициент на влияние групповой компоновки циклонов, равный 35 при двухрядной компоновке и 60 при круговой компоновке (для одиночных циклонов К₃=0); x ₅₀₀ - коэффициент сопротивления стандартного циклона диаметром 500 мм (при наличии на выходе раскручивателя коэффициент сопротивления снижается на 20…25 %).

Численные значения коэффициентов К₁, К₂, x ₅₀₀ и расчетных параметров циклонов НИИОгаз приведены в таблицах 1-3.

Таблица 1

Поправочный коэффициент К₁

Тип циклона	Диаметр циклона, D , мм
Тип циклона	150	200	300	400	³500
ЦН-11	0,94	0,95	0,96	0,99	1,00
ЦН-15, ЦН15у, ЦН-24	0,85	0,90	0,93	1,00	1,00

Таблица 2

Поправочный коэффициент К₂

Тип циклона	Начальная запыленность, г/м³
Тип циклона	1	10	20	40	80	120	150
ЦН-11	1,00	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87	0,85
ЦН-15	1,00	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87	0,86
ЦН-15у	1,00	0,93	0,92	0,91	0,89	0,88	0,87
ЦН-24	1,00	0,95	0,93	0,97	0,90	0,87	0,86
СДК-ЦН-33	1,00	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76	0,745
СК-ЦН-34	1,00	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91	0,90

Таблица 3

Коэффициент сопротивления циклона x ₅₀₀

Тип цик-лона	ЦН-11	ЦН-15	ЦН-15у	ЦН-24	СДК-ЦН-33	СК-ЦН-34
d/D	0,59	0,59	0,59	0,59	0,33	0,34
x₅₀₀	245	155	165	75	520	1050
x ¢₅₀₀	250	163	170	80	600	1150
Примечание. x₅₀₀– для циклона с выходом в сеть, x¢₅₀₀– для циклона с выходом в атмосферу.

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 189; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!