Розуміння циклонного пилозбірника Fluid Engineering Blog
Розуміння циклонних пилозбірників... принципи роботи, специфікація потреб та витрат
Циклонні сепаратори - це найпростіші та найдешевші пристрої для збору пилу для промислового контролю забруднення повітря. Експлуатація та обслуговування прості, оскільки в них немає рухомих частин. У цій статті розглядається найпоширеніша конструкція циклонного сепаратора, тип евольвентного входу з протитоком, коаксіальним виходом чистого повітря.
Принцип роботи - Навантажене пилом повітря потрапляє в циліндричне/конічне тіло циклону тангенціально вгорі, і потік приймає вихровий малюнок, рухаючись спірально вниз, Рисунок 1.
Експлуатаційні характеристики циклону визначаються його пропорціями та розмірами, а також властивостями та швидкістю потоку повітря та пилу. Продуктивність описується падінням тиску (енергоспоживання), дробовим коефіцієнтом корисної дії (ваговий відсоток, зібраний від будь-якого розміру частинок), і загальним ККД (загальний відсоток ваги, що збирається).
Радіальна швидкість частинки, визначена законом Стокса, є функцією щільності та в'язкості повітря, щільності частинки, квадрата аеродинамічного діаметра частинки та прискорення частинки. Прискорення - це функція квадрата об'ємної швидкості повітряного потоку та зворотних величин квадрата вхідної площі та діаметра тіла циклону.
Оскільки схеми потоку в циклонах є тривимірними, математичні співвідношення, що описують експлуатаційні характеристики, дуже складні. Однак застосування встановлених фізичних законів до емпіричних даних, отриманих в результаті лабораторних випробувань та досвіду на місцях, призвело до створення точних комп'ютерних моделей для прогнозування продуктивності циклону. У свою чергу, загальна продуктивність циклону покращилась, а область застосування цих блоків розширилась.
Міфи про циклони - Щоб оцінити діапазон і тип проблем забруднення повітря, які сепаратори циклонів можуть економічно та ефективно вирішити, інженери заводу повинні врахувати деякі помилкові уявлення про обладнання.
Циклони придатні лише для збору часток приблизно від 5 до 10 мкм. Це твердження є надто спрощеним, оскільки воно ігнорує дві важливі змінні - щільність пилу та падіння тиску. Деякі деревні та паперові пили мають щільність частинок близько 35 фунтів/куб. Футів, а деякі сполуки важких металів мають щільність 700 фунтів/куб. Футів. Посилаючись на Рисунок 2, якщо крива дробового коефіцієнта корисної дії для Циклону 3 була переглянута для представлення деревного пилу ККД блоку на частинках 2,0 мкм становив би 0,1 відсотка. Однак той самий циклон за однакових умов потоку газу мав би 91,1. відсоток ефективності збору 2,0 мкм частинок сполуки свинцю.
З 2,9 дюйма в.г. перепаду тиску, ефективність Циклону 3 у збиранні 2,0 мкм частинок пилу становить 20,6 відсотка. Якщо витрата газу подвоїться або діаметр циклону зменшиться з 6,5 до 4,6 футів, падіння тиску збільшується до 11,6 дюймів, а ефективність зростає на 60,9 відсотка. Отже, всупереч поширеній думці, циклони можуть досягти високої ефективності збору часток до 1,0 мкм і (в деяких випадках) нижче.
Циклони, як правило, працюють при перепадах тиску в 2-10 дюймах вес.р. діапазон. Перепади циклонного тиску змінюються безпосередньо залежно від щільності газу. У програмах контролю забруднення щільність повітря зазвичай становить 0,075 фунтів/куб. футів при стандартній температурі та тиску. Однак у промислових процесах температура може коливатися від 20 до 2000 F, а тиск від 20 у вакуумі Hg до 250 PSIG. Таким чином, щільність повітря може варіюватися від 0,01 до 1,6 фунтів/куб. Футів, і, залежно від газових умов, падіння тиску циклону може змінюватися в рази до 160. Суміші повітря, водяної пари або інших газів можуть ще більше збільшити цей діапазон.
Цей міф також не враховує залежність між ефективністю циклону та перепадом тиску. Як правило, вибір меншого циклону в межах даної "сім'ї" призводить до вищої ефективності. (Сімейство циклонів визначається як одиниці, геометрично пропорційні один одному, незалежно від розміру.) Вартість циклону, плюс вартість відповідних трубопроводів, опорних конструкцій та робочої сили, також нижча. Але витрати на двигун та вентилятор (в деяких випадках) та споживання енергії зростають.
Мабуть, найважливішим фактором, який не враховують у цьому міфі, є швидкість на вході газу. Більшість літератури передбачає, що швидкість руху повітря коливається від 20 до 100 кадрів в секунду, при цьому швидкість у більшості промислових застосувань падає від 40 до 60 кадрів в секунду. Однак лабораторні випробування та застосування на місцях показали, що швидкість на вході може бути до 10 кадрів в секунду, а максимальна - до 150 кадрів в секунду.