VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Циклон - аппарат, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип действия простейшего противоточного циклона (рис. 1) таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально в верхней части. В аппарате формируется вращающийся поток газа, направленный вниз, к конической части аппарата. Вследствие силы инерции (центробежной силы) частицы пыли выносятся из потока и оседают на стенках аппарата, затем захватываются вторичным потоком и попадают в нижнюю часть, через выпускное отверстие в бункер для сбора пыли (на рисунке не показан). Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через соосную выхлопную трубу.

Рис. 1. а) простейший циклонный пылеуловитель (аналог ЦН) б) циклон групповой типа СЦН-40-600х6

Большое разнообразие конструкций затрудняет выбор типа циклона для промышленного использования. В связи с этим на протяжении ряда лет проводились работы по исследованию различных типов циклонов с целью выдачи рекомендаций по их применению. Наиболее точной является методика, разработанная НИИОГАЗ, в частности для циклонов с винтовым входом газа типа ЦH-15, ЦН-24. Эти циклоны имеют относительно высокую производительность при небольших габаритах. Применяются для грубой очистки газа от пыли с размером частиц более 20 мкм. Циклон с обратным конусом – ВЦНИИОТ – по эффективности соответствует циклону ЦН-24. Применяется для улавливания волокнистых пылей в легкой и полиграфической промышленности.

Ученые НИИГАЗ также разработали конструкции циклонов типа СЦН-40, СЦН-50, ДВГ, ВПЦ, ЦПКИ, БЦ.

Циклон со спиральным входом газа типа СЦН-40 относится к высокоэффективным циклонам. Используется для тонкой очистки газа и аспирационного воздуха с размером частиц более 10 мкм. Имеет наиболее высокую степень очистки по сравнению с известными циклонами ЦН-15, СК-ЦН-34 и УЦ-38. Вынос пыли из циклона СЦН-40 в 2,5 раза меньше циклона ЦН-15 и в 1,5 раза меньше циклона СК-ЦН-34 и УЦ-38 при равных энергозатратах. Высокая степень очистки достигнута за счет повышения интенсивности вращательного движения газа в корпусе циклона и одновременного снижения скорости радиального стока в направлении к выхлопной трубе. Циклоны СЦН-40 меньше подвержены забиваемости и абразивному износу, просты в изготовлении и эксплуатации, приняты межведомственной комиссией и рекомендованы к серийному производству.

Абразивостойкий циклон типа CЦH-50 предназначен для эффективной очистки газа от абразивной пыли в литейных производствах, энергетике, металлургии, в производстве строительных материалов. Срок службы увеличен в 1,5–2,5 раза по сравнению с циклоном ЦН-15 при одинаковой производительности, гидравлическом сопротивлении и степени очистки; на тонких пылях степень очистки выше, унос пыли на 15–20 % меньше. Повышение абразивостойкости достигнуто за счет спирального ввода запыленного газа в циклон, увеличения длины цилиндрической части корпуса и диаметра пылевыпускного отверстия. Циклон типа СЦН-50 прост по конструкции, несложен в изготовлении и удобен в эксплуатации, обладает относительно небольшим коэффициентом гидравлического сопротивления.

Вертикальный прямоточный циклон типа ВПЦ сочетает в себе положительные свойства противоточного и прямоточного циклонов, предназначен для улавливания абразивных пылей средней и крупной дисперсности. Степень очистки газов от пыли составляет 96 %. Срок службы циклона ВПЦ на абразивных пылях увеличен в 3,5 раза по сравнению с циклоном ЦН-15 (при одинаковой производительности), гидравлическое сопротивление в два раза меньше. Повышение надежности достигнуто за счет применения спирального входного патрубка переменной высоты и увеличения пылевыпускного отверстия. Выпускной патрубок циклона ВПЦ проходит через бункер, что позволяет устранить конденсацию влаги в бункере при очистке горячих газов. В этом случае уловленная пыль не будет зависать при выгрузке. Циклоны типа ВПЦ предназначены для работы под разряжением. Такая компоновка позволяет защитить вентилятор от абразивного износа, а также отказаться от двух или трех поворотов газохода, что снижает гидравлическое сопротивление установки и делает ее более компактной. Циклоны типа ВПЦ менее чувствительны к подсосам постороннего воздуха в бункер, поскольку величина разрежения в бункере в несколько раз меньше обычных (противоточных) циклонов, хорошо компонуются в аспирационных системах в случае установки их перед вентилятором. В частности, одиночные и групповые циклоны типа ВПЦ, состоящие из двух и четырех элементов, были внедрены в термическом цехе производства коробок передач, в литейном и кузнечном цехах ОАО «Автодизель» (Ярославль), на Лебединском горно-обогатительном комбинате.

Батарейный циклон типа БЦ применяется для очистки дымовых газов тепловых электростанций, промышленных котельных, сжигающих твердое топливо, а также в других отраслях промышленности. Состоит из нескольких десятков и даже сотен циклонных элементов, параллельно установленных в одном корпусе, имеющим общий вход и выход очищаемого газа, а также общий бункер. Закручивание газа в циклонных элементах производится с помощью лопаточных завихрителей типа «розетка» или за счет улиточного входа газа. Запыленный газ через патрубок поступает в камеру грязного газа и распределяется по циклонным элементам. С помощью циклонных элементов производится очистка газа от пыли. Уловленная пыль отводится в бункер, далее через затвор выгружается наружу. Очищенный газ после циклонных элементов поступают в камеру чистого газа, а затем с помощью дымососа выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Камеры чистого и грязного газа, а также бункер между собой разделяются герметичными перегородками. На входе в камеру грязного газа располагается шибер, с помощью которого производится отключение части циклонных элементов в случае снижения расхода очищаемых газов.

Износостойкий циклон с пылевыводным каналом типа ЦПКИ предназначен для очистки газов от высоко- и среднеабразивных пылей при больших концентрациях пыли в очищаемых газах. Отличается от других типов износостойких циклонов наличием устройства для отделения и вывода крупных частиц пыли из верхней части корпуса в пылесборный бункер, тем самым наиболее абразивные частицы пыли не проходят через корпус циклона и не изнашивают его. Разработан в двух вариантах – по схеме обычного циклона и по схеме циклона-разделителя, способного одновременно разделять уловленную пыль на крупные и мелкие фракции. Циклон типа ЦПКИ имеет производительность и степень очистки стандартного циклона ЦН-15, на 20 % меньшее гидравлическое сопротивление и в 6-8 раз большую износостойкость при равных расходах газа и диаметрах корпуса.

Циклон с двойным выводом газа типа ДВГ имеет два осевых патрубка для выхода очищенного газа, один из которых проходит через крышку циклона, а второй – через нижнюю часть и бункер. Нижний выхлопной патрубок на конце, расположенном внутри корпуса циклона, снабжен цилиндрическим насадком, оснащенным наружными и внутренними продольными ребрами. На боковой поверхности насадки непосредственно перед наружными ребрами (со стороны набегания газа) имеются отверстия. Часть газа, попавшая вследствие инерции в нижнюю часть циклона, совершает вращательно-поступательное движение вокруг насадка. При обтекании оребренного снаружи цилиндрического насадка происходит торможение потока, за счет чего снижаются окружная и осевая составляющие скорости потока. Установка продольных ребер на внутренней поверхности насадка приводит к дополнительному снижению гидравлического сопротивления аппарата за счет уменьшения крутки потока в нижней выхлопной трубе.

Циклоны являются наиболее распространенными аппаратами газоочистки, широко применяемыми для улавливания из газов твердых частиц. Они находят применение в самых различных отраслях промышленности: в черной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике и др. При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны в зависимости от характеристик улавливаемой пыли, типа и режима работы циклона обеспечивают эффективность очистки газов 80-95%.

Список литературы

1. Уваров В.А. Методы и средства очистки вентиляционных выбросов: монография / В.А. Уваров, Б.Ф. Подпоринов, А.С. Семиненко / Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. – 96 с.

2. Логачев И.Н., Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации. // Санкт-Петербург: Химиздат. – 2005. 659с.

3. Семиненко А.С. Снижение пылеобразования при загрузке бункеров сыпучими материалами / А.С. Семиненко, И.Н. Логачев // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. – 2006. N 14. с. 251-254.

4. Циклон [Текст], а.с. 1639768 СССР: МКИ5 B04C5/00 / В.А. Минко, Ю.Г. Овсянников, С.А. Трищенко, М.И. Кулешов. - № 4388528; заявл. 04.03.1988; опубл. 07.04.1991, Бюл. 13.

5. Обеспыливающая вентиляция (том 2): монография / В.А. Минко, И.Н. Логачев, К.И. Логачев, А.С. Семиненко и др.; под общ. ред. В.А. Минко // Белгород: изд-во БГТУ, 2010. – 565 с

6. Семиненко А.С. Влияние цементной пыли на организм человека Семиненко А.С., Попов Е.Н., Малахов Д.Ю. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2012. № 2. С. 93-94.