Технические науки/2. Механика

Аспирант Агарков А.М.,

канд. техн. наук Орехова Т.Н., Аспирант Прокопенко В.С.

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова, Россия

Совершенствование циклонных пылеуловителей

Несмотря на то что, циклонные пылеуловители известны более 100 лет, интерес к их совершенствованию не уменьшается [1]. Из всего многообразия направлений совершенствования циклонных пылеуловителей [2] рассмотрим два, на наш взгляд, наиболее приемлемых для случая эксплуатации аппаратов в системах аспирации с принудительной рециркуляцией.

Первое направление сводится к осуществлению процесса обеспыливания в нескольких последовательно соединенных циклонных пылеуловителях.

Однако простое соединение обычных противоточных циклонов позволяет получить незначительное увеличение эффективности очистки, за которое приходится расплачиваться удвоенным гидравлическим сопротивлением циклонной установки. Низкая эффективность второй ступени, составляющая 35...45% [3], объясняется тем, что на вход второй ступени подается тонкодисперсная пыль, которая не была уловлена первым циклоном, в силу ее низкой сепарационной способности.

Незначительный выигрыш в эффективности может быть оправдан только в том случае, когда сопротивление циклонной установки сопоставимо с сопротивлением одиночного циклона. Данного эффекта можно добиться, сохранив вращательное движение газового потока, полученное в первой ступени, при его входе во вторую ступень.

Указанного эффекта можно достичь в ряде известных конструкций циклонных аппаратов [4,5,6,7].

Фирмой "Cardiff" (Англия), разработан циклонный пылеуловитель (рис. 1), имеющий вид сепаратора большого диаметра и малой высоты, внутри которого расположен обычный противоточный циклон 4 . Ввод газа осуществляется тангенциально, воздух внутри сепаратора перемещается от периферийной зоны к центру, где расположена выхлопная труба 2. В периферийной зоне сепаратора установлена пылевая камера 3, позволяющая выводить пыль сразу же из зоны сепарации, чтобы предотвратить возможность вторичного уноса Частицы сконцентрировавшиеся у стенки сепаратора; попадают внутрь камеры 3, где благодаря низкой скорости осаждаются.

Рис.1. Циклон фирмы "Cardiff ":

1 – входной патрубок; 2 - выхлопная труба; 3 – пылевая камера; 4 – циклон

Установлено, что при размерах частиц свыше 10 мкм разница в эффективности предлагаемого и обычного противоточного циклона не велика, однако частицы меньшего размера улавливаются в аппарате новой конструкции значительно лучше. Кроме этого, общая эффективность циклона практически не зависит от входной скорости, что имеет существенное значение при работе в условиях переменного расхода. В первой ступени (камера 3) улавливается до 60 % частиц пыли.

Рис.2. Циклон "Матрешка":

1,2 – циклоны первой и второй ступеней очистки; 3 – закручиватель; 4 – входной патрубок

Дальнейшие работы фирмы "Cardiff" в данном направлении привели к созданию высокоэффективного циклона МК6А, позволяющего при гидравлическом сопротивлении равном 2 кПа улавливать 90 % частиц золы размером 5 мкм, 60 % - 3 мкм, 20 % - 1 мкм [5].

Существенным недостатком данного аппарата, на наш взгляд, является значительное увеличение радиального габаритного размера. Избежать указанного недостатка позволяет размещение второй ступени внутри первой, что и было предложено в конструкции широко известного циклона "Матрешка" (рис. 2). Выделяющийся блестящим конструкторским решением, позволяющим практически сохранить габаритные размеры одиночного циклона, данный аппарат имеет очень низкую эффективность пылеулавливания [7]. Низкая сепарационная способность "Матрешки", на наш взгляд, объясняется наличием аэродинамической связи между пылеразгрузочными отверстиями ступеней ступеней, что приводит к перетоку пылегазового концентрата, выделенного в первой ступени, в восходящий вихрь второй. Для устранения этого недостатка необходимо каждый из циклонов снабдить автономным бункером, что сложно решить, не увеличив габариты установки.

Вторым направлением интенсификации процесса пылеулавливания в циклонах является эжекция части несущего газового потока [2], т.е. отсос выделенного в процессе сепарации пылегазового концентрата с последующей его либо рециркуляцией, либо очисткой в дополнительном пылеуловителе и подачей в основной поток очищенного газа.

В случае рециркуляции выводимый поток газа направляется на вход циклона, что влечет за собой как повышение входной концентрации, так и увеличение гидравлического сопротивления, объясняемого увеличением объемов очищаемого воздуха на величину расхода в линии рециркуляции. Выигрыш же в эффективности может быть потерян за счет повышения входной концентрации пыли.

Интенсификация сепарационной способности циклонов может осуществляться за счет отбора пылегазовой смеси из выхлопной трубы, пристенных областей корпуса, через пылевыпускное отверстие.

При отборе пылегазового концентрата из выхлопной трубы циклона [8,9] практически осуществляется двухступенчатая схема очистки, где первой является сам циклон, а второй прямоточный циклон-пылеконцентор. В данном случае для очистки отводимого потока потребуется высокоэффективный пылеуловитель ввиду малой дисперсности частиц пыли и низкой входной концентрации. Кроме этого, как показали проведенные исследования [9], рассмотренный способ не позволяет повысить сепарационную способность самого циклона и поэтому является малоэффективным.

Отбор пылегазовой смеси из пристенных областей циклона осуществляется через продольную щель. При большой протяженности, которой, имеют место перетоки воздуха, обусловленные перепадом давления по длине щели, приводящие к выносу пыли в восходящий вихрь. Проведенные исследования [10] показали, что отсос воздуха более эффективен в нижней части конуса, т.к. в этом месте наблюдается наибольшее концентрирование пыли и снижается переток в щели в результате уменьшения ее длины. Отмечается также, что эффективность отсоса увеличивается с падением скорости газа в сечении циклона. Это объясняется тем, что при малой скорости газового потока инерция частиц незначительна, и они легко отклоняются от направления своего движения при подходе к щели. Увеличение инерционности, наблюдаемой при росте скорости несущего газового потока и размера частиц, является основной причиной проскока, снижающего эффективность щелевого отсоса.

Из сказанного следует, что оптимальные режимы работы щелевого отсоса и самого циклона противоположны. Аналогичный эффект может быть получен усилением сепарационной способности за счёт повышения входной скорости газа, без усложнения конструкции аппарата. Применение щелевого отсоса может быть оправдано только с точки зрения снижения гидравлического сопротивления пылеуловителя.

Литература:

1. Беляева Н.Ф., Беляев П.Г., Перепелкин И.Б. и др. Центробежные пылеуловители в СССР //Обзорная информация "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов". Вып. В(67).- М.: НИИТЭХИМ, 1986. - 29 с.

2. Янковский С.С., Градус Л.Я. Основные пути совершенствования аппаратов инерционной очистки газов // Обзорная информация -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. – 46 с.

3. Стефаненко В.Т., Лысенко Т.В., Воронкова Т.И. Разработка сухих методов улавливания коксовой пыли // Сб. научных трудов "Сокращение и обезвреживание выбросов в коксохимическом производстве". – М., 1987. - C. 33-37.

4. Syred By N., Biffin M., Wright M. Vortex collector pockets to enhance dust separation in gas cyclones // Filtr. and Separ. - 1985. - V.22, № 6, - Р. 367-37O.

5. Silman H. Transatlantic letter // Metal Finich. - 1984. - V.82, №11 - Р. 93.

6. Падва В.Ю., Солонатин В.И., Тупикин В.М. Исследование прямоточно-аксиальных циклонов // Пром. и сан. очистка газов. –1984, № 4. - C. 12-13.

7. Коузов П.А. Очистка воздуха от пыли в циклонах. - Л.: ЛИОТ ВЦСПС, 1938. – 88 с.

8. Платонов А.М. Совершенствование аэродинамических условий сепарации пыли в циклонах // Пром. и сан. очистка газов. – 1984, № 5. - С. 1-2.

9. Sage P.W., Wright M.A. The use of gas bleeds to enhance cyclone performance // Filtr. and Separ. - 1986. - V.23, № 1 – Р. 32.

10. Gloger J.,Zukas W. Untersuchung des Abscheidegrads von Fluhkraft- abscheidern bei Verwendung einer Grenzschichtabsaugung // Luft - und Kalte technik. –1972. – Bd. 8, № 6 – S. 291-295.