Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы инерционного осаждения взвешенных частиц 14
1.1. Основные механизмы осаждения взвешенных частиц 14
1.2. Инерционное осаждение частиц 17
1.3. Инерционное осаждение частиц в турбулентном потоке 22
1.4. Промышленные инерционные пылеуловители 25
1.5. Выводы 52
Глава 2. Методологическое обеспечение экспериментальных исследований. Экспериментальные стенды и промышленные установки 53
2.1. Общие положения 53
2.2. Дисперсный состав частиц пыли (капель тумана) 54
2.3. Определение дисперсности частиц пыли (капель тумана) 57
2.4. Оценка эффективности пылеуловителя на основании вероятностно-энергетического метода расчета 63
2.5. Экспериментальные установки 65
2.6. Промышленная установка 72
2.7. Выводы 73
Глава 3. Исследование и обобщение экспериментальных результатов 74
3.1. Постановка задачи. Теория подобия 74
3.2. Практическая реализация вероятностно-энергетического метода расчета циклонов 77
3.3. Эффективность осаждения взвешенных частиц в мокрых циклонах 83
3.4. Эффективность инерционного осаждения взвешенных частиц в мокрых пылеуловителях (скрубберах) 89
3.5. Эффективность инерционного осаждения взвешенных частиц в высокоскоростных туманоуловителях 97
3.6. Выводы 105
Глава 4. Вероятностно-энергетический метод расчета инерционных пыле- и туманоуловителей 107
4.1. Сопоставление инерционных аппаратов по энергетическим затратам и особенности их эксплуатации 107
4.2. Основы расчета инерционных аппаратов 109
4.3. Сопоставление вероятностно-энергетического метода расчета с другими методами 111
4.4. Выводы 118
Основные выводы и результаты 120
Библиографический список 122
Приложение 131
- Инерционное осаждение частиц в турбулентном потоке
- Оценка эффективности пылеуловителя на основании вероятностно-энергетического метода расчета
- Практическая реализация вероятностно-энергетического метода расчета циклонов
- Сопоставление вероятностно-энергетического метода расчета с другими методами
Введение к работе
Актуальность проблемы. Защита атмосферного воздуха от загрязнений промышленными и аспирационными выбросами является одной из важнейших проблем современности. Отсюда вытекает то серьезное внимание, которое уделяется ее решению в большинстве стран мира и, прежде всего, в странах экономически развитых.
Предотвращение выбросов в атмосферу актуально и для Российской Федерации.
Данные наблюдений за 2006 год показывают, что уровень загрязнения атмосферы остается высоким. В 142 городах (69 % городов, где проводятся наблюдения), степень загрязнения воздуха оценивается как очень высокая и высокая и только в 17 % городов — как низкая.
В целом по России 38 % ее городского населения проживает на территориях, где не проводятся наблюдения за загрязнением атмосферы, а 55 % - в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы, в этих городах проживает 58,2 млн. чел.
Приоритетный список 2006 г. включает 36 городов с общим числом жителей в них 14 млн. человек. В этот список включены города с очень высоким уровнем загрязнения воздуха, для которых интегральный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) равен или выше 14.
Почти во всех этих городах очень высокий уровень загрязнения связан со значительными концентрациями бенз(а)пирена, в 33 городах - с высокими концентрациями формальдегида, в 26 - диоксида азота, 14 - взвешенных веществ, 10 - фенола.
В Приоритетный список вошли 9 городов с предприятиями алюминиевой промышленности и черной металлургии, 7 городов с предприятиями химии и нефтехимии, добычи и транспортировки нефтепродуктов, многие города топ- ливно-энергетического комплекса из-за расширения их мощности в последние годы.
Отсюда вытекают важные задачи по разработке и внедрению систем очистки газов и аспирационного воздуха с применением надежных, конструктивно отработанных и серийно выпускаемых пыле- и туманоуловителей, полностью отвечающих требованиям, предъявляемым к конкретным установкам газоочистки. Значительное место среди подобных аппаратов принадлежит осадителям инерционного типа, отличающимся простотой в изготовлении и эксплуатации. Последние обстоятельства привели к исключительному множеству конструкций аппаратов инерционного типа и, соответственно, предложений по методике их расчета и использованию на практике.
Учитывая, что осаждение взвешенных частиц в этих аппаратах определяется доминирующим воздействием одного и того же инерционного механизма, представляется целесообразным проведение обобщения теоретических и практических данных их работы с выделением особенностей эксплуатации каждого из основных типов инерционных пыле- и туманоуловителей, включая энергетические затраты на процесс очистки газов.
Это даст возможность уточнить реальные технические показатели инерционных пылеуловителей в процессе осаждения взвешенных частиц и получить практическую базу для проведения сопоставления их рабочих показателей с показателями других аппаратов, широко применяемых в технике газоочистки: фильтров и электрофильтров.
Решение подобной задачи позволит сформулировать научно - технический подход к выбору инерционных аппаратов для использования в конкретных газоочистных установках и, что особенно важно, к разработке новых конструкций осадителей этого типа.
Цель работы. Исследование процессов сепарации твердых и жидких взвешенных частиц в инерционных пыле- и туманоуловителях и разработка на их базе надежных методов выбора и расчета газоочистных аппаратов этого вида.
9 Указанная цель достигается комплексным решением следующего круга задач: обобщения экспериментальных данных по энергетическим затратам на процесс сепарации и эффективности осаждения взвешенных частиц в инерционных пыле- и туманоуловителях; формулирования требований к условиям, обеспечивающим надежную эксплуатацию различных типов инерционных осадителей; реализации полученных технических решений при разработке новых перспективных конструкций пылеуловителей, успешно осваиваемых промышленностью.
В основу теоретических и прикладных исследований положены установленные Н.А. Фуксом, В.Г. Левичем, А.А. Гухманом, В. Страуссом, С. Калвер-том, А.И. Пирумовым, А.Ю. Вальдбергом, М.И. Шиляевым закономерности аэрогидродинамики и механики аэрозолей, которые в сочетании с экспериментально-статистическими методами обработки данных исследований обеспечивают получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов.
Научная новизна. Обобщены данные по работе пыле- и туманоуловителей разных типов и предложена их классификация, базирующаяся на механизмах осаждения взвешенных частиц с выделением в отдельную группу аппаратов с доминирующим инерционным механизмом осаждения. Скорректированы выражения для расчета диаметра частиц, улавливаемых в инерционных осадите-лях с эффективностью, равной 0,5. Получены критериальные зависимости для сухих и мокрых центробежных аппаратов одиночного и группового исполнения, а также формулы для расчета времени релаксации в скрубберах и высокоскоростных туманоуловителях. Определена градация разных типов инерционных осадителей по возможной эффективности осаждения взвешенных частиц различного размера в зависимости от энергетических затрат и от физических свойств улавливаемых частиц.
10 На защиту выносятся: анализ результатов исследования процесса очистки газов от взвешенных твердых и жидких частиц в инерционных пыле- и туманоуловителях; критериальные зависимости для сухих и мокрых центробежных аппаратов одиночного и группового исполнения, а также формулы для расчета величины тР5о в скрубберах и высокоскоростных туманоуловителях; конструкции перспективных аппаратов инерционного типа (циклонов с высокими значениями коэффициента гидравлического сопротивления, скруббера Вентури с регулируемым сечением горловины и двухступенчатого тума-ноуловителя) для механической очистки газов от частиц пыли и капель туманов; градация инерционных осадителей по достигаемой эффективности в зависимости от реализуемых в них энергозатрат и физических свойств улавливаемых частиц; результаты внедрения инерционных пыле- и туманоуловителей в различные отрасли промышленности.
Практическая ценность. Разработаны и внедрены в промышленность циклонный пылеуловитель, обеспечивающий более высокую эффективность осаждения взвешенных частиц по сравнению с существующими типовыми конструкциями, и циклон с уменьшенным габаритом по высоте. При непосредственном участии автора разработаны конструкции скруббера Вентури с регулируемым сечением горловины и волокнистого туманоуловителя для системы очистки дымовых газов установок термического обезвреживания отходов.
Результатами проведенных исследований, оформленными в виде чертежей, регламентов и рекомендаций на проектирование установок очистки газов, широко пользуются проектные институты, высшие учебные заведения и организации: ОАО «НИИОГАЗ», Московский Государственный Университет Инженерной Экологии, ЗАО «Щелково Агрохим», ФГУП «СоюзпромНИИпроект», ЗАО «Металхимпрогресс», ЗАО «Кондор-Эко», ОАО «Саянскхимпласт».
На основе полученных при проведении работы экспериментальных данных, теоретических обобщений, конструктивных решений, методов расчета происходит все нарастающее внедрение в различные области промышленности и системы очистки газов новых высокоэффективных и надежных в эксплуатации инерционных пыле- и туманоуловителей.
Личный вклад соискателя состоит в обобщении экспериментальных и промышленных данных по эффективности и гидродинамике пыле- и туманоуловителей с доминирующим инерционным механизмом осаждения.
Соискателем проверены и уточнены методы и расчетные зависимости для оценки эффективности работы инерционных пыле- и туманоуловителей; разработаны конструкции и внедрены в промышленность аппараты инерционного типа для механической очистки газов; составлена градация инерционных оса-дителей по достигаемой эффективности в зависимости от реализуемых в них энергозатрат.
Апробация работы:
5-я Международная конференция «Инженерная защита атмосферы» (г. Москва, 2003 г.);
III Международная конференция «ЭкоРос» (г. Москва, 2004 г.);
IV Международная конференция «ЭкоРос» (г. Москва, 2006 г.);
6-я Международная конференция «Экология и проектирование» (г. Вильнюс, Литва, 26-27 мая 2005 г.);
17-й Международный Конгресс проектирования химических процессов (г. Прага, Чехия, 27-31 августа 2006 г.);
III Международная научно-практическая конференция «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (г. Белгород, 25-27 октября 2006 г.);
Круглый стол «Рекреация: город и экология», проводившиймся в рамках постоянно действующей Международной конференции «Эволюция инфосферы» (г. Москва, 1 марта 2007 г., РАН);
Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (г. Белгород, 18-19 сентября 2007 г.);
7-я Международная конференция «Экология и проектирование» (г. Вильнюс, Литва, 22-23 мая 2008 г.).
Публикации:
Расчет циклонов с использованием вероятностно-энергетического метода. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2003. №8. С. 14 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Расчет скруббера Вентури с регулируемым сечением горловины. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. №3. С. 35-36 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Расчет эффективности сухих и мокрых механических пылеуловителей. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2005. №10. С. 40-41 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
К расчету циклонных пылеуловителей. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. №3. С. 34 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Анализ работы мокрых циклонов и пути повышения их эффективности. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. №7. С. 29-30 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Основы расчета эффективности газоочистных аппаратов инерционного типа. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. №9. С. 43-44 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Эффективность инерционного осаждения взвешенных частиц в. высокоскоростных волокнистых фильтрах. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. 2007. Vol XV, No 3. P. 153-157 (совместно с А.Ю. Вальдбергом);
Исследования модели циклона. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. №12. С. 36-37 (совместно с А.Ю. Вальдбергом, Ю.Ф. Хуторовым, О.В. Андреенко);
К расчету циклонных пылеуловителей. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2008. №5. С. 36-37 (совместно с А.Ю. Вальдбергом).
Объем и структура диссертации: работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений. Содержит 134 страницы, в том числе 108 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 36 иллюстраций, список использованных источников из 100 наименований и четыре приложения на четырех страницах.
Инерционное осаждение частиц в турбулентном потоке
Характер влияния турбулентных пульсаций на поведение частиц представляет исключительный интерес для пылеулавливания, поскольку в аппаратах чаще всего наблюдается турбулентное течение запыленного газового потока. Однако поведение частиц в турбулентном потоке менее изучено, чем в ламинарном. Так до конца не изучен вопрос о степени увлечения частиц турбулентными пульсациями. Расчеты [10] показывают, что практически полное увлечение частиц пульсациями происходит при тр 0,01, т.е. при d4 60 мкм для частиц с плотностью р.,=1000 кг/м3. Частицы же размером порядка 1 мм практически не участвуют в пульсациях среды. Известно, что скорости пульсации по мере приближения к стенке возрастают и начинают убывать лишь на очень малом расстоянии от нее. С другой стороны, диаметр вихрей по мере приближения к стенке убывает, а перпендикулярные к стенке мелкомасштабные пульсации наблюдаются уже на расстоянии от стенки порядка нескольких микронов [11]. Поэтому, несмотря на полное увлечение частиц турбулентными пульсациями в центральной части потока, вблизи стенок на них могут воздействовать значительные инерционные силы, способствующие их осаждению.
Инерционное осаждение в турбулентном потоке имеет место и при обтекании газом тел, установленных или движущихся навстречу потоку. Осаждение происходит как на наветренной, так и на подветренной стороне тела, причем иногда на подветренной стороне осаждение происходит интенсивнее. Последнее обстоятельство объясняется описанными выше гидродинамическими условиями обтекания тела. Наилучшие условия для подветренного осаждения, по мнению Н.А. Фукса [10], - достаточно высокая для инерционного осаждения частиц скорость в вихрях и не слишком быстрое их удаление от обтекаемого тела. Для расчета эффективности осаждения частиц при турбулентном течении газового потока на трубчатых и пластинчатых поверхностях было предложено [12] использовать формулу, аналогичную известной формуле Дейча для расчета эффективности электрофильтров: где "Очтурб - скорость турбулентного осаждения взвешенных частиц, м/с; 1 - длина трубы канала, м; D3 - эквивалентный диаметр канала (для плоскофакельных каналов D3=2-b, где b - ширина канала), м. На основании теории турбулентной миграции частиц в сторону стенки автор работы предложил корреляционную зависимость: где ГГУРБ = ЧТУГВ !о относительная скорость турбулентного осаждения; и - характерная для данного потока скорость турбулентных пульсаций, м/с, v я 0,02 v2r I Re0-17; А — коэффициент пропорциональности; vr - кинематическая вязкость газов, м2/с.
В результате математической обработки экспериментальных данных различных исследователей была получена эмпирическая зависимость: Зависимость (1.11) верна до значения К=16,6, выше которого ЧТУРБ /У = 0,2 = const, и формула (1.11) предельно упрощается. Параметр турбулентного осаждения частиц по длине трубы (канала) можно представить в виде отношения После подстановки значений получим: Расчеты эффективности осаждения взвешенных частиц при турбулентном течении газового потока применительно к различным поверхностям осаждения показали, что оно не велико и не оказывает существенного влияния на общую эффективность. Так, при движении газового потока в слое шихты ферросплавной печи [13] эффективность осаждения за счет турбулентности составляет меньше 1%. Аналогичный вывод был сделан и при рассмотрении осаждения частиц размером менее 5 мкм после форсуночного скруббера [14].
Оценка эффективности пылеуловителя на основании вероятностно-энергетического метода расчета
Эффективность пылеуловителя (в долях ед.) обычно определяется по массовому содержанию частиц до поступления в аппарат и на выходе из него: где Z , Z" - массовая концентрация частиц в газах до и после пылеуловителя, кг/нм3. Коэффициент очистки газов часто определяют по фракционной эффективности - эффективности очистки газов от частиц определенного размера (фракции). Фракционная эффективность очистки гф (доли ед.) выражается формулой: где Ф , Ф" - содержание данной фракции в газах соответственно начальное (на входе в аппарат) и конечное (на выходе из аппарата), доли ед. Зная фракционную степень очистки газов, можно рассчитать общую эффективность очистки по формуле: При расчетах по формуле (2.12) могут быть использованы кривые фракционной эффективности, полученные экспериментальным путем для конкретных типов пылеуловителей. В большинстве случаев кривая фракционной эффективности аппарата ЛФ = /( Ч ) ПРИ построении в вероятностно-логарифмической системе координат приобретает вид прямой линии, то есть, она может быть записана в виде интеграла вероятности: где lg(d4/d5o) - логарифм отношения текущего размера частиц d4 к диаметру частиц d5o, осаждаемых в аппарате при данном режиме его работы на 50%; \gon - стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов пылеулавливания. Значение dso соответствует ординате графика т]ф = f(d4), равной 0,5 (50%), a lgan находится из соотношения, аналогичного формуле (2.3): Если распределение подлежащих улавливанию частиц на входе в аппарат является нормально-логарифмическим, то есть описывается формулой (2.2), а зависимость ro=f(d4) может быть записана в виде интеграла вероятности (2.13), то значение полного коэффициента очистки можно найти по формуле: где Значения функции Ф(х) в зависимости от величины х приведены в источниках [1, 27, 35].
Необходимо иметь в виду, что расчеты по формуле (2.16) возможны только для пылеуловителей, работающих в режимах, при которых были получены параметры, характеризующие их фракционную эффективность пылеулавливания. Эффективность пылеулавливания может быть выражена и в виде коэффициента проскока (степени неполноты пылеулавливания), который представляет собой отношение концентрации частиц за пылеуловителем к их концентрации перед ним. Коэффициент проскока Э рассчитывается по формуле: Суммарную степень пылеулавливания л, которую можно получить в нескольких последовательно установленных аппаратах, рассчитывают по формуле: где Пі, т2, тп - эффективность пылеулавливания соответственно в первом, втором и п-ном аппарате.
Практическая реализация вероятностно-энергетического метода расчета циклонов
При разработке метода инженерного расчета циклонов была принята эмпирическая зависимость [55, 56]: полученная на основании экспериментальных исследований центробежных пылеуловителей различного типа в диапазоне значений С, от 8,5 до 4420.
Это выражение может быть преобразовано в критериальную зависимость: Как следует из выражения (3.7), увеличение эффективности циклона может быть достигнуто за счет увеличения коэффициента гидравлического сопротивления, т.е. за счет изменения конструкции аппарата. Другие параметры, способствующие росту эффективности: увеличение скорости газового потока и уменьшение диаметра ограничивают возможности при проектировании нового аппарата. Уменьшение диаметра усложняет конструкцию аппарата (батарейные циклоны), а рост скорости помимо резкого увеличения гидравлического сопротивления (АЕМ)Г2) может привести ко вторичному уносу пыли.
Одним из способов увеличения коэффициента гидравлического сопротивления [35, 57, 58, 59, 60] является уменьшение отношения d/D (где d - диаметр выхлопной трубы циклона, м).
Действительно, для циклона СКЦН-34 1=1050; а для циклона СКЦН-22 =2000. В тоже время для циклона СКЦН-34 отношение d/D=0,34, а для циклона СКЦН-22 d/D=0,22.
В результате обработки экспериментальных данных для циклонов серии СКЦН получена зависимость:
Адекватность предложенного метода расчета была подтверждена при разработке высокоэффективного циклона СКЦН-19 для системы очистки газа от частиц порошка беназола.
При очистке газопылевой смеси в установке, состоящей из циклона и патронного фильтра фирмы "DONALDSON" (рис.2.7), концентрация порошка на входе в газоочистку была высока ( 100 г/м ), а запыленность воздуха перед патронным фильтром по техническим условиям не должна превышать 1 г/м3. Поэтому эффективность устанавливаемого циклона должна была составлять не менее 0,99, что соответствует Ф(х)=2,3 при dm=8,71 мкм и lgan=0,308. Тогда из выражения (2.16) получалось d5o=l,14 мкм.
Далее, приняв диаметр циклона D=0,3 м; динамическую вязкость газов ц.г=18-10"6 Па-с (воздух при температуре 20С); скорость газов в плане аппарата г г=1,75 м/с и плотность частиц пыли рч=1730 кг/м , на основании формулы (3.7) получили =2464. На практике в известных циклонах типа СКЦН такое значение не достигается (наибольшее значение =2000 характерно для циклона СКЦН-22).
Согласно выражению (3.9) значение =2464 может характеризовать циклон серии СКЦН, имеющий отношение d/D=0,19. Циклон именно с таким отношением d/D, (т.е. циклон СКЦН-19) и был запроектирован для системы улавливания порошка беназола.
Испытания образца циклона диаметром D=0,3 м на промышленной установке для производства беназола показали: объемный расход очищаемого газа составил 204 м /ч, концентрация пыли на входе - 329 г/м3, на выходе — 0,312 г/м3, гидравлическое сопротивление АР=970 Па.
На практике объемный расход газа оказался несколько ниже исходного. Соответственно, скорость газа в свободном сечении циклона оказалась меньше принятой при расчете - 0,8 м/с. Тем не менее, коэффициент С, практически соответствует расчетному — ==2526, а эффективность улавливания порошка превзошла все ожидания - г=0,999. Концентрация пыли перед патронным фильт-ром была снижена до 0,312 г/м , т.е. до требуемого уровня.
Таким образом, результаты проведенного эксперимента подтверждают надежность вероятностно-энергетического метода расчета центробежных пылеуловителей и широкие возможности его использования для решения практических задач.
Другим примером использования предложенного метода расчета явилась разработка циклона по заданию фирмы ООО «ЭЛСТАТ», предусматривающая уменьшение габарита аппарата по высоте, без снижения эффективности осаждения взвешенных частиц.
В процессе исследований, проведенных на экспериментальной установке (рис.2.4) определялись как технологические характеристики циклона, так и возможность использования зависимости для расчета коэффициента гидравлического сопротивления ;, приведенной в источнике [61].
Автором статьи [61] был предложен метод определения аэродинамических показателей циклонов по геометрическим параметрам их входных и выходных патрубков. Согласно этому методу, величина коэффициента гидравлического сопротивления циклона может быть определена при помощи зависимости:где D — диаметр циклона, м; FBX, FBblx - площадь поперечного сечения, соответственно, входного и выходного патрубка, м .
Была разработана конструкция циклона с отношением высоты к диаметру H/D=2,4 (рис.3.1). Для широко применяемых в промышленности циклонов это отношение составляет: ЦН-15 - 4,56; ЦН-24 - 4,26; ЦН-11 - 4,38; СКЦН-34 -2,9.
Сопоставление вероятностно-энергетического метода расчета с другими методами
В настоящее время известно множество методов расчета аппаратов с доминирующим инерционным механизмом осаждения, которые в той или иной степени используются при практических расчетах [89, 90, 91, 92, 93]. Очевидно, это связано с большим разнообразием как конструкций аппаратов инерционного типа, так и параметров улавливаемых взвешенных частиц. Использование каждого метода расчета связано с некоторыми допущениями и наличием исходных данных, определяющих возможность его применения. Как было указано выше, в основе вероятностно-энергетического метода расчета, как и большинства других методов, использованы два основных положения: - доминирующий механизм осаждения — инерционный, характеризуемый критерием Стокса; - дисперсный состав пыли на входе в аппарат и фракционная эффективность улавливания взвешенных частиц пыли подчиняются нормально-логарифмическому закону распределения, что многократно подтверждено практикой. Рассмотрим некоторые из предложенных различными авторами методы расчета и сравним их с вероятностно-энергетическим методом на примере определения рабочих характеристик трех наиболее распространенных типов пылеуловителей с доминирующим инерционным механизмом осаждения.
В статье [94] представлены результаты сравнительных испытаний циклонов двух типов: ЦН-15 и СЦН-40. Исследования проводились на пыли (кварце вый песок), имеющей следующие параметры: медианный размер частиц 1т=15мкм; среднее квадратичное отклонение распределения частиц по разме-рам lgo"4=0,544; плотность частиц рч=2600кг/м . Температура запыленного воздуха составляла 18С. Для проведения экспериментов использовали циклоны ЦН-15 диаметром D=0,18M И СЦН-40 диаметром D=0,3M при скорости газового потока на входе в аппараты 20м/с. С учетом известных отношений площади сечения входного патрубка к площади сечения в плане (для циклона ЦН-15 - 0,2186, для циклона СЦН-40 — 0,0774) можно рассчитать скорость газового потока в плане: для циклона ЦН-15 г г=4,37м/с, для циклона СЦН-40 vf l,55м/с. Эффективность улавливания пыли в циклоне ЦН-15 составила 0,91; в циклоне СЦН-40 - 0,95. Оценим эффективность обоих циклонов на основании вероятностно-энергетического метода расчета. Диаметр частиц пыли, d5o, мкм, улавливаемых с эффективностью 0,5, определяем по формуле (3.7). Для циклона ЦН-15 =160; для циклона СЦН-40 =1200. Тогда при (іг=18-10 6Па-с получим: для ЦН-15 і5о:=1,84мкм; для циклона СЦН-40 с15о=1,43мкм. Эффективность пылеулавливания л рассчитывается с помощью интеграла вероятности т=Ф(х).
Согласно формуле (2.16) для циклона ЦН-15 х=1,44, что соответствует г=0,925; а для циклона СЦН-40 х=1,62, что соответствует л=0,947. В статье [95] предложен метод расчета эффективности пылеулавливания в циклонах, по сути, практически повторяющий вероятностно-энергетический метод расчета механических пылеуловителей, основанный на допущении, что дисперсность частиц пыли на входе в циклон и фракционная эффективность 113 улавливания частиц пыли в циклонах подчиняется закону нормально-логарифмического распределения. Отличительная особенность предложенного в работе [95] метода — выделение групп циклонов, близких по своей геометрии, и получение для них достаточно простых формул для расчета величины dn5o - диаметра частиц, мкм, улавливаемых в аппарате с эффективностью, равной 0,5. Циклоны предлагается разделить на две группы: с тангенциальным и тангенциально-улиточным входом. Поскольку четкого определения, к какой группе отнести те или иные аппараты, не приводится, очевидно, к первой принадлежат высокопроизводительные циклоны НИИОГАЗа типа ЦН, а ко второй высокоэффективные - типа СКЦН. Для расчета величины dn50, мкм, предложено использовать зависимость вида: где Нок - общая высота циклона (в долях от диаметра циклона); De — диаметр выхлопного патрубка (в долях от диаметра циклона); Фгшх - параметр интенсивности закрутки потока: -для циклонов с тангенциальным входом: -для циклонов с тангенциально-улиточным входом: где а,Ъ - соответственно ширина и высота входного патрубка (в долях от диаметра циклона). Выражение (4.6) действительно при следующих условиях работы циклона: Оц=0,6м; і)г=3,5м/с; Цг=22,2-10"6Па-с, рч=1930кг/м3. В случае необходимости пересчет на другие условия может быть осуществлен по формуле: где величины, отмеченные индексом , соответствуют реальным условиям работы циклона. В таблице, приведенной в [95], указаны основные конструктивные и технологические характеристики двадцати типов циклонов. Так, для циклона типа ЦН-15 а=0,26; 6=0,66; #0/ =4,26; с=0,59; а для СЦН-40 а=0,16; =0,38; НОБ=3,2; Z)e=0,4. Величина Ф аг=3,39 по формуле (4.7) для циклона ЦН-15, следовательно, 6л5(г=4,56мкм; ёл5о =1,73мкм; х=1,485 и т)=0,93. Для циклона СЦН-40 Фгтх =14,98 по формуле (4.8), следовательно, сЦ50=1,36мкм; (1П5о =1Д2мкм; х=1,787 иг=0,963. Метод расчета пылеуловителей, приведенный в [96], основан на определении суммарного коэффициента проскока пылеулавливающего аппарата Ks=f(a; an), где a - среднеквадратичное отклонение в функции распределения частиц по размерам. Величина а определяется из выражения
