Число устанавливаемых циклонов принимается 6 шт.Тогда

Принимаем стандартный диаметр циклона D =1000мм.

2. Подсчитывается скорость потока в циклоне со стандартным диаметром:

w = W / (0,785 · D² · N), м/с (16)

При D = 1000 мм:

w = 16,11 / (0,785 · 1² · 6) =16,11/4,71= 3,4 м/с

Скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.

Условие выполняется, т.к. скорости расчета потока в циклоне практически равна заданной в табл.5.10.

3. Определяется коэффициент гидравлического сопротивления циклона по формуле:

(17)

где: ζ₁₀₀₀ – коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 1000мм, ζ₁₀₀₀ = 235 (согласно табл. 5.11 [1]);

К₁, К₂, К₃ – поправочные коэффициенты на диаметр, запыленность и компоновку, принимаемые по табл. 5.12 – 5.14 [1]. Соответственно, К₁ = 1; К₂ = 0,96; К₃ = 28.

Тогда

ζ = 1 · 0,96 · 235 + 28 = 253

4. Подсчитываются потери давления в циклоне по формуле:

Δр = ζ · ρ · w² / 2, Па (18)

где: ρ – плотность газа-носителя, кг/м³.

Плотность газа в нормальных условиях ρ₀ подсчитывается, принимая значения плотностей ингредиентов по справочным данным (приложение 1 [1]).

Вычисляем плотность дымовых газов в рабочих условиях ρ₁₄₀:

ρ₁₂₀ = ρ₀ · 273 / (273 + t_г), кг/м³ (19)

где: t_г – температура дымовых газов, по заданию t_г = 120 °С.

Тогда

ρ₁₂₀ = 2,476 · 273 / (273 + 120) = 1,72 кг/м³

Отсюда потери давления в циклоне:

Δр = 235 · 1,72 · 3,5² / 2 = 4951,4 Па

5. Определяется параметр осаждения:

(20)

где: D₅₀, σ_η – средний диаметр и дисперсия осаждаемых в циклоне частиц, которые принимаются по справочным данным, табл. 5.10 [1].

D₅₀ = 3,65 мкм; lg σ_η = 0,352;

D_m, σ_p – средний диаметр и дисперсия осаждаемых частиц пыли:

D_m = 180 мкм; σ_η =7

Перерасчет D₅₀ на проектируемые условия осуществляется по формуле:

(21)

где: D_50г, D_г, ρ_рг, η_г, w_г – соответственно средний диаметр осаждаемых в циклоне частиц, диаметр циклона, плотность частиц, динамическая вязкость и скорость газового потока, принятые по справочным данным, табл. 5.10 [1].

ρ_рг = 1930 кг/м³; η_г = 22,2 ∙ 10^-6 Па ∙с.

Для пересчета значения D₅₀ на проектируемые условия необходимо определить динамическую вязкость газа-носителя в рабочих условиях. Определение динамической вязкости в нормальных условиях для заданной газовой смеси производится по формуле Гернинга и Ципперера:

, (22)

Принимаем значения вязкостей ингредиентов η_i и критических температур Т_{cr i} из таблиц приложения 1 [1]. Сведем в табл. 12.

Таблица 12

Динамическая вязкость в нормальных условиях:

Пересчет на рабочую температуру произведем по формуле 1.32 [1]:

(23)

где: k – аддитивная поправка для смеси дымовых газов, вычисляется по формуле:

(24)

где: k_i – поправочные температурные коэффициенты для компонентов дымовых газов, принятые из таблиц приложения 1 [1].

k = 0,121 · 254 + 0,736 · 114 + 0,055 · 131 + 0,086 · 961 = 30,734+83,904+7,205+82,646=204,5

Подставив k в формулу (23) получим:

Тогда по формуле (21) получим согласно таблице 5.10[1]:

Принимаем по табл. 5.15 значение D₅₀=4 мкм и lg σ_η=0,325 для элемента типа «прямоточный ЦКТИ» с D=250мм.

Определим параметр осаждения по формуле (20):

6. По параметру х из табл. 4.1 [1] определяется величина интеграла вероятностей Ф(х), принимается, что эта величина численно равна полному коэффициенту очистки.

Ф(1,44) = 92,65 %

Такой результат позволяет использовать циклон только для предварительной очистки дымовых газов заданного состава.

В вероятностно-логарифмической сетке координат строим линию зависимости степени осаждения от диаметра частиц по точкам d_15,9, d₅₀ (линия 2).

lg σ_η=lg d₅₀- lg d_84,16,

d_84,16=D₅₀/ σ_η=4/10^0,325=1,89

Из графика по линии степени осаждения находим значения фракционных коэффициентов очистки η_р.

Таблица 13

Dp, мкм	3,15	7,85		20,5	32,5
g		0,94	0,90	0,87	0,81	0,72	0,58
Δg	0,06	0,04	0,03	0,06	0,09	0,14	0,58
	0,28	0,54	0,67	0,81	0,90	0,97	0,99

По фракционным коэффициентам и дисперсному составу загрязнителя подсчитывается полный коэффициент очистки:

η_tot = 0,06 · 0,28 + 0,04 · 0,54 + 0,03·0,67+0,06 · 0,81 + 0,09 · 0,90 + 0,14 · 0,97 + 0,58 · 0,99 = 0,0168+0,0216+0,0201 +0,0486+0,081+0,1358+0,5742=0,899

Полный коэффициент очистки

Исходя из полного коэффициента очистки, можно сделать вывод, что циклоны можно применять для первой ступени очистки.

Расчет батарейных циклонов

При необходимости обеспечения большой пропускной способности используются батарейные циклоны. Расчет батарейных циклонов выполняется в следующем порядке. Выбираем тип элемента «полуулиточный».

1. Задается оптимальная скорость потока w_opt в пределах 3,5…5 м/с [1]. Нижний предел лимитируется опасностью забивания направляющего аппарата, верхний – интенсификацией абразивного износа элементов и уноса пыли.

Принимаем w_opt = 3,5 м/с.

2. Рассчитывается расход газа через один элемент W₁:

W₁ = 0,785 · w_opt · D², м³/с (25)

Внутренний диаметр циклонного элемента D 231 мм. дальнейшее уменьшение диаметра не приводит к увеличению степени очистки.

Тогда

W₁ = 0,785 · 3,5 · 0,231² = 0,1 4 м³/с

3. Определяется количество элементов, необходимое для оптимальных условий работы батарейных циклонов:

N = W / W₁ = 58000 / (3600 · 0,14) =58000 / 504 ≈ 115 шт.

4. Принимается типовая конструкция батарейного циклона с близкой пропускной способностью и числом элементов таким образом, чтобы скорость в отдельном элементе не выходила за пределы оптимальных значений.

По табл. 5.8 [1] подбираем батарейные циклоны. Число элементов выбранных батарейных циклонов желательно выбирать таким, чтобы не более чем на 10% отличалось от N.

Выбираем батарейный циклон типа ПБЦ, составленный из 116 возвратно-поточных элементов с направляющими типа «полуулиточный».

Проверяем скорость потока через один элемент:

w = 16,11 / (116 · 0,785 · 0,231²) = 16,11/4,859=3,3 м/с

что близко к оптимальной скорости.

5. По уточненной скорости потока в элементе определяется аэродинамическое сопротивление циклона Δр по формуле (18):

Δр = ζ · ρ · w² / 2, Па

Коэффициент гидравлического сопротивления ζ принимается для ПБЦ по табл. 5.8 [1], ζ = 120. Плотность дымовых газов из ранее произведенных расчетов, ρ₁₂₀ = 1,72 кг/м³.

Тогда

Δр = 120 · 1,72 · 3,3² / 2 = 1123,8 Па

6. Коэффициент очистки газа в элементе циклона определяется по методике расчета индивидуального циклона, используя опытные значения D₅₀, σ_η принятого типа элемента. Согласно табл. 5.15 [1]: D₅₀ = 4 мкм; lg σ_η = 0,325; ρ_рг = 2200 кг/м³; η_г = 18,8 ∙ 10^-6 Па ∙с.

Тогда D₅₀ для рабочих условий вычислим по формуле (21):

Подсчитывается параметр осаждения х и находится соответствующее ему значение интеграла вероятности Ф(х):

Ф(1,24) = 89,25 %

В вероятностно-логарифмической сетке координат строим линию зависимости степени осаждения от диаметра частиц по точкам d_15,9, d₅₀ (линия 3).

lg d_15,9 = lg σ_η + lg d₅₀ = 0,325 + lg 7,37 = 1,19

d_15,9 = 15,4

Из графика по линии степени осаждения для батарейного циклона находим значения фракционных коэффициентов очистки η_р.

Таблица 14

Dp, мкм	3,15	8,15		20,5	32,5
g		0,94	0,90	0,87	0,81	0,72	0,58
Δg	0,06	0,04	0,03	0,06	0,09	0,14	0,58
	0,13	0,58	0,74	0,92	0,975

По фракционным коэффициентам и дисперсному составу загрязнителя подсчитывается полный коэффициент очистки:

η_tot = 0,06 · 0,13 + 0,04 · 0,58 + 0,03 · 0,74 + 0,06· 0,92 + 0,09 · 0,975 +

+ 0,14 · 1 + 0,58 · 1 =0,0078+0,0232+0,0222+ 0,0552+0,08775+0,14+0,58=

=0,916

Полный коэффициент очистки

Вывод: Учитывая, что результат получен при условии равенства степени очистки газов в батарейном циклоне коэффициенту осаждения одиночного элемента, а реальный проскок выше в 5…6 раз, следует сделать вывод, что батарейные циклоны могут применяться лишь для предварительной очистки дымовых газов заданного состава.