Типы циклонов и основные правила их эксплуатации

Наибольшее распространение в СССР получили цилиндрические циклоны конструкции НИИОгаза, показанные на рис. 4.2. Отличительной их особенностью являются наклонный входной патрубок, сравнительно короткие цилиндрическая часть и выхлопная труба, а также малый угол раскрытия конической части. Наклон входного патрубка и винтообразная верхняя крышка способствуют направлению вращающегося газового потока вниз, что снижает гидравлическое сопротивление циклона. На выхлопной трубе циклона иногда устанавливают улитку, раскручивающую вращающийся газовый поток.

Рис. 4.2. Основные типы циклонов: а — конструкции НИИОгаза; б — конструкции ЛИОТ; в — конструкции СИОТ.

Под циклоном устанавливают бункер для сбора уловленной пыли. В конической части циклона ни в коем случае не должна скапливаться пыль во избежание взмучивания и вторичного уноса ее в выхлопную трубу.

Существуют три типа цилиндрических циклонов конструкции НИИОгаза основной серии ЦН, различающиеся между собой углом наклона входного патрубка к горизонту:

а) ЦН-15 с углом наклона 15°, нормальный и укороченный (ЦН-15у);

б) ЦН-11 с углом наклона 11°, с повышенной эффективностью, с большим гидравлическим сопротивлением;

в) ЦН-24 с углом наклона 24°, с повышенной пропускной способностью при меньшей эффективности и сниженном гидравлическом сопротивлении.

Наибольшее распространение получили циклоны типа ЦН-15, которые обеспечивают достаточно высокую эффективность при умеренном гидравлическом сопротивлении. Однако Госстрой СССР в унифицированный ряд пылеулавливающего оборудования включил циклон ЦН-11 как наиболее эффективный и удобный для компоновки в группы.

Все циклоны конструкции НИИОгаза нормализованы. Любой из размеров каждого типа может быть выражен в долях от диаметра циклона D. Согласно ГОСТ 9617—67 для циклонов приняты следующие величины диаметров, (мм): 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 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. Применяют двухрядную и круговую компоновку (рис. 4.3).

Рис.4.3. Схема групповой компоновки циклонов: а – двухрядной; б- групповой.

Основное требование, предъявляемое к компоновке циклонов в группу, заключается в необходимости одинаковых аэродинамических условий работы каждого циклона. При несоблюдении этого условия через одни циклоны проходит больше газа, через другие меньше и нормальная работа группы нарушается вследствие перетоков газа через общий бункер.

Помимо циклонов конструкции НИИОгаза, достаточно широкое применение нашли циклоны конструкции ЛИОТ (Ленинградского института охраны труда) и СИОТ (Свердловского института охраны труда), они обычно используются в системах промышленной вентиляции.

Циклоны конструкции ЛИОТ (см. рис. 4.2, б) по сравнению с циклонами конструкции НИИОгаза имеют удлиненную цилиндрическую часть и глубоко введенную выхлопную трубу, а также больший угол раскрытия конической части. В циклонах конструкции СИОТ (см. рис. 4.2, в) отсутствует цилиндрическая часть, а входной патрубок имеет треугольную форму. Данные циклоны также нормализованы, и любой их размер может быть выражен в долях диаметра. По эффективности пылеулавливания эти циклоны мало отличаются от циклонов конструкции НИИОгаза.

Помимо цилиндрических, применяют конические циклоны конструкции НИИОгаза серии С (сажевые) типа СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-22 (рис. 4.4), которые отличаются от циклонов серии ЦН улиточным вводом газа, удлиненной конической частью и меньшим отношением диаметров выхлопной трубы и циклона (соответственно 0,33; 0,34 и 0,22). По сравнению с циклонами серии ЦН они характеризуются не только значительно большим гидравлическим сопротивлением, но и более высокой эффективностью. При одинаковой производительности размеры циклонов типа СДК-ЦН-33 (рис. 4.4, а), СК-ЦН-34 (рис. 4.4, б) и СК-ЦН-22 (рис. 4.4, в) намного больше размеров циклонов серии ЦН. Эти циклоны можно применять диаметром до 3000 мм.

Прямоточные циклоны (рис. 4.5) широко распространены в качестве каплеуловителей в системах мокрой очистки газов. Коагулированная и укрупненная мокрая пыль повышенной плотности и капли жидкости улавливаются в таких аппаратах весьма эффективно при малом гидравлическом сопротивлении аппарата (отсутствует поворот, на 180°). Для улавливания мелкой сухой пыли прямоточные циклоны практически непригодны вследствие низкой эффективности.

Рис. 4.4. Схемы конических циклонов НИИОгаза: а – СДК-ЦН-33; б - СК-ЦН-34; в – СК-ЦН-22.

Рис. 4.5. Схема прямоточного циклона

Основные условия эксплуатации циклонов сводятся к следующему:

1. Необходимо следить, чтобы в конической части циклона не накапливалась пыль. Для ее сбора под циклоном предусмотрен специальный бункер.

2. Подсос воздуха в нижней части циклона недопустим. Бункер для сбора пыли должен быть герметичным. Спуск пыли из бункера осуществляется через патрубок с двойным затвором-мигалкой (см. рис. 4.1), отрегулированной так, чтобы клапаны работали поочередно.

3. Стандартные конструкции циклонов могут работать при температуре газа не выше 400 °С и давлении (разрежении) не более 2,5 кПа.

4. При работе на газе с высокой температурой циклоны внутри футеруют огнеупорными плитками, а выхлопную трубу выполняют из жаропрочной стали или керамики. При низкой наружной температуре минимальная температура стенки циклона должна превышать температуру точки росы не менее чем на 20—25 °С. Для обеспечения этого условия стенки циклонов в ряде случаев покрывают снаружи теплоизоляцией.

5. Начальная концентрация для неслипающихся пылей в циклонах диаметром 800 мм и более допускается до 400г/м³. Для слипающихся пылей и циклонов меньших размеров концентрация пыли должна быть в 2 - 4 раза ниже.

6. Циклон должен работать с постоянной газовой нагрузкой. При значительных колебаниях расхода должны устанавливаться группы циклонов с возможностью отключения отдельных элементов.

7. Рекомендуется установка циклонов перед вентиляторами, чтобы последние работали на очищенном газе и не подвергались абразивному износу.

Интенсивность абразивного износа зависит от запыленности газа, скорости газового потока в циклоне и абразивных свойств пыли. Одной из мер повышения износостойкости циклона является нанесение на изнашиваемую поверхность стойких к износу покрытий, например футеровка циклона плитками из плавленого диабаза, базальта, камнелитых материалов или броневых плит. Другим способом защиты от износа является изготовление циклонов из износостойких материалов — высокопроч­ного чугуна или неметаллических износостойких материалов. Важное значение имеет и совершенствование конструкций циклонов в направлении подбора оптимального угла атаки газа на стенку, снижения скорости газа в циклоне, выбора оптимальной высоты-циклона и угла раскрытия конуса, уменьшения вторичных течений в циклоне и т. п. По всем перечисленным направлениям повышения износостойкости циклонов ведутся работы, однако внедрение полученных результатов в практику происходит очень медленно.