Циклоны для пылеулавливания виды. Какими бывают пылеуловители? Циклоны батарейные: принцип работы и особенности. Теоретические основы расчета циклонов

Процесс удаления пыли из газов в циклоне ЦН происходит в два этапа. Первый этап - попадание частиц в зону осаждения за счет центробежной силы. Второй этап - отделение частиц, происходящее в тот момент, когда плотность частиц в определенной газовом объеме потока превышает допустимое значение. Т.е. газовый поток уже не способен переносить такое большое количество пыли.

В общих чертах циклоны работают следующим образом:

Газы от различных установок поступают в цилиндрическую часть циклона, стремительно разгоняются за счет центробежной силы, двигаясь к центру от периферии и спускаясь по наружной спирали. После чего поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу.

Как правило, ускорение в корпусе циклона в сотни и тысячи раз больше ускорения силы тяжести. В следствие чего, даже небольшие частицы пыли выносятся к стенками корпуса и не способны дальше двигаться в общем потоке газа. В камере циклона, имеющая форму цилиндра, статическое давление стремительно падает в направлении от периферии к центру. Пограничный слой, текущий у стенки циклона имеет меньшую центробежную силу. У конической же стенки циклона и в районе его крышки появляется результат перепада давления, усилие же, сжимающее поток становиться в разы больше центробежной силы. В итоге, поток сильного вторичного вихря стремится внутрь, захватывая с собой достаточное количество частиц пыли. Но здесь есть нюанс, поток газа, двигаясь в направление нижней части, еще несколько раз будет вращаться вокруг выхлопной трубы и частицы могут опять быть выброшены к станкам установки. На помощь приходит вторичный поток, который искривляясь вдоль конической стенки, зацепляет вновь отброшенную к стенке корпуса пыль и направляет ее в нижнюю часть к бункеру циклона. Без этого вновь отброшенные частицы пыли не смогли бы попасть в бункер, т.к. центробежная сила направленная вверх сильнее силы тяжести. Вторичный поток очень сильно влияет на эффективность очистки запыленных газов, пыль может спокойно выноситься из лежачих и даже перевернутых циклонных установок. В пылеосадочной камере из-за сужения корпуса в месте соединения поток газов циркулирует намного меньше, чем в основной цилиндрической части корпуса. Но в этом случае на оси вихрь имеет давление ниже. Некоторая часть повторного потока в пылеосадочной камере, передвинувшись в нижнюю часть, опять возвращается в ядро вихря. Вследствие этого уже очищенная пыль может быть захвачена и перемещена в район оси вихря. Напомним, что аэродинамические силы движения пыли намного сильнее силы тяжести, которая в циклонной установке практически не имеет значения, и циклоны можно устанавливать в любом пространственном положении.

Они позволяют выводить нежелательные или вредные взвеси, удалять отходы лесопиления или столярного производства, иные мелкие частицы.

Транспортировка твердых частиц производится посредством потока воздуха. После доставки материала в точку назначения требуется вывести их из потока и прекратить движение, что обеспечивают специальные устройства - циклоны . Они выполняют задачи аккумулирования материала, при достижении определенного количества производится выгрузка для дальнейшей переработки или утилизации.

В некоторых системах циклоны называют пылеуловителями. Они выполняют схожие функции, только размер фракции переносимого материала более мелкий, требующий большей плотности . Обычно в таких системах применяют только круглые каналы, так как в прямоугольных создаются завихрения, способствующие образованию пылевых скоплений.

Циклоны могут служить как для аккумулирования и вывода отходов, так и в качестве приемников продукции. Например, на зернообрабатывающих предприятиях, элеваторах или подобных подразделениях циклоны являются приемными емкостями для продукции. При этом, шелуха и прочие отходы также собираются в циклоны, установленные на других линиях. К общеобменной вентиляции такие системы не относятся, являясь отдельными линиями транспортировки или пылеудаления. Совмещение подобных систем с вентиляцией не практикуется, поскольку требуется иное оборудование и специфика функционирования не соответствует технологии общей вентиляции.

Имеются области, в которых использование циклонов нерационально . К ним относятся:

текстильная промышленность. Мелкие волокна, частички пуха имеют малый вес и разлетаются при любом воздействии, что требует использования другой технологии сбора
сталелитейное производство. Установки не улавливают сажу, пропускают множество частиц мелкого размера.

Основные пользователи циклонов сосредоточены в деревообработке, производстве строительных материалов, металлургии, зерноперерабатывающих предприятиях.

Применение и принцип работы циклонов

Применение циклонов дает возможность вывода мелкого мусора, отходов производства, имеющих сыпучую фактуру . Устройства имеют массу преимуществ перед другими способами транспортировки, основным из которых является простота монтажа и обслуживания, возможность использования всего объема цеха. Воздуховоды можно располагать в любой точке, единственным требованием становится отсутствие резких изгибов, способствующих образованию заторов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Радиальные вентиляторы с электродвигателем - применение, устройство, виды

Циклон представляет собой закрытую емкость в виде конуса с вершиной, обращенной вниз. Верхняя часть емкости соединяется с выходом транспортирующего воздуховода, нижняя часть имеет разгрузочный люк или бункер-дозатор. Воздушный поток, несущий сыпучие отходы или иной материал, поступает в циклон. От резкого расширения объема энергия потока падает, транспортируемый материал под действием силы тяжести опускается на дно емкости. Излишки давления, образующиеся внутри циклона, стравливаются в атмосферу через неплотности верхней крышки устройства.

По мере наполнения циклона производится его разгрузка через нижний люк или бункер-дозатор. На установках, наполняющихся относительно медленно, обычно устанавливают люки, но для быстро переполняющихся циклонов необходимы бункеры-дозаторы, позволяющие оперативно и механизированным способом разгружать емкость.

Для создания воздушного потока, увлекающего сыпучий материал, используются специальные пылевые вентиляторы . Они представляют собой конструкции радиального типа с малым (обычно 5-6) числом лопаток. Это является обязательным условием, иначе между лопатками рабочего колеса будут постоянно застревать частицы мусора, отчего работа вентилятора существенным образом затрудняется или вовсе прекратится. Заклинивание рабочего колеса вызовет выход из строя электродвигателя, поэтому следует использовать только специализированное оборудование.

Рукавные фильтры

Одной из разновидностей циклонов являются рукавные фильтры . Они используются на сильнозапыленных участках производства. Разница в работе рукавных фильтров и обычных циклонов заключается в специфике переносимого материала. Частицы пыли имеют очень малый вес, что не позволяет им осаживаться внутри емкости. Поэтому подача потока из цехов производится в нижней части корпуса, а не в верхней, как это делается в циклонах. Запыленный поток поступает в корпус, внутри которого располагаются тканевые мешки с открытой нижней частью. Воздух, проходя сквозь них, очищается и выводится через патрубок в верхней части устройства.

Владельцам небольших мастерских и просто домашним мастерам часто приходится сталкиваться с проблемой очистки воздуха после интенсивных работ по обработке древесины, шлифовке металлических поверхностей и т.д. Обычная вентиляция помещения тут не поможет, потребуется смонтировать специализированное оборудование. При известных навыках его можно сделать и своими руками.

Назначение и характеристики циклонов

Циклон представляет собой специализированную воздухоочистительную установку (хотя подобные агрегаты применяются также в качестве стружкоотсосов, опилок и иных средств для удаления отходов).

В качестве воздухоочистителей промышленные конструкции циклонов должны обеспечивать отсос и пылеудаление с эффективностью не ниже 85…90%, при пылеудалении фрагментов с размерами не менее 10…12 мкм. Они оснащаются различной конструкции фильтрами. Наиболее эффективны электрофильтры, благодаря которым одновременно производится снятие зарядов статического электричества с частиц пыли.

Принцип действия циклона заключается в следующем. В улиткообразное входное пространство циклона с большой скоростью (до 20 м/с) поступает воздух, для чего обычно используются вентиляторы. Воздух, содержащий частички пыли, закручивается, после чего поступает в коническую полость аппарата. Особенности геометрического строения циклона обуславливают постепенное увеличение скорости воздушного потока, содержащего пыль и иные отходы. В процессе этого происходит самоотделение более тяжёлых частиц пыли от более лёгких. Первые оседают на дно, а вторые, перемещаясь в конусообразном пространстве, попадают в пылесборник, откуда их уже легко удалить с помощью ведра или герметичного контейнера. Очищенный воздух через трубу удаляется в атмосферу.

Количество циклонов, в зависимости от требований к качеству пылеудаления, можно сделать разным: встречаются группы из трёх, четырёх и даже восьми одиночных циклонов.

Эксплуатационные требования к циклонам включают в себя следующие параметры:

допустимую дисперсность частиц, которые поступают в циклон, мкм.
эффективность процесса, которая выражается в предельной весовой концентрации частиц после пылеудаления, в г/мм 3 ;
производительность циклона, в м 3 /ч;
граничная температура воздуха или газа, поступающего в раструб циклона (более характерно для систем газоочистки, чем пылеудаления) – обычно до 400…600 °C;
внутренний диаметр циклона, мм.

Кроме чисто конструктивных требований, предъявляются ещё и условия качественной установки воздухоочистных аппаратов. Например, при превышении зазоров в соединениях воздуховодов часто происходит подсос воздуха, при котором производительность отделения пыли от воздуха резко снижается. Допустимая величина подсоса не должна быть более 6…8%.

Циклоны выполняют не только удаление пыли из окружающего воздуха, но могут также обеспечивать подачу чистого воздуха в помещение.

Конструкция бытового циклона

Универсальных циклонов для выполнения различных очистных операций нет. Например, стружкоотсос должен иметь повышенную прочность стенок трубы, что предотвратит преждевременный износ. Относительно циклона, предназначенного для сбора и удаления опилок, важно предусматривать минимальные потери во всасывающих воздуховодах. Предусматривая циклон для целей очистки воздуха от цементной пыли, возникающей в строительных работах, особое внимание уделяют конструкции фильтров.

В бытовых условиях наиболее универсальными считаются циклоны, очищающие воздух от крупнодисперсной пыли. Изменяя конструкцию фильтров, такие аппараты можно сделать для целей пылеудаления, в качестве стружкоотсоса, для очистки воздуха от опилок в деревообрабатывающей мастерской (например, у действующей пилорамы).

Составными частями такого агрегата являются:

корпус – включает в себя коническую и цилиндрическую части, причём преимущественное влияние на качество процесса оказывает форма именно конической части;
патрубок – один или несколько, куда поступает исходный загрязнённый воздух;
выхлопная труба, предназначенная для отвода очищенного от пыли воздуха;
входной фильтр (или их система) в качестве стружкоотсоса;
приёмное ведро;
приводной электродвигатель;
вентилятор.

Все перечисленные детали/узлы можно приобрести, либо сделать своими руками.

Выбор электродвигателя

Поскольку самодельный циклон устанавливается в мастерской, то главным параметром двигателя является его мощность и количество оборотов ротора. При наличии вентилятора мощность двигателя особого значения не имеет, поскольку частицы пыли всё равно в работающий станок, пилораму и т.п. попадать не будут. Тем не менее, мощность и диаметр улитки циклона должны быть взаимоувязаны между собой. При диаметре колеса улитки до 300…350 мм вполне подойдёт высокооборотистый (обязательно!) двигатель до 1,5 кВт. При меньших диаметрах мощность может быть ниже, однако снизится и производительность очистки. Поэтому при наличии в мастерской металлообрабатывающего станка принимают двигатель от 1 кВт.

Мощность электродвигателя существенно увеличивается, если планируется обустроить своими руками самодельное устройство за пределами помещения. Свободного места прибавится, но эффективность очистки снизится, в основном, из-за потерь в воздуховодах. Также стоит отметить, что в холодную пору года такой самодельный циклон будет эффективно «вытягивать» тепло из мастерской.

Удачным вариантом следует признать покупку электродвигателя в комплекте с приёмной улиткой, номер которой определяет потребительские возможности самодельной системы очистки воздуха. Наиболее распространённые для бытового применения параметры улиток и рекомендуемых к ним электродвигателей приведены в таблице:

Системы поставляются с резиновыми виброизоляторами. Они способны создавать рабочее давление от 0,8 кПа и выше.

Выбирая (либо изготавливая своими руками) улитку, предпочтение необходимо отдать радиальной схеме воздухозабора, чем тангенциальной.

В последнем случае для самодельной улитки возрастают непроизводительные потери, а инерционность способа отбора частиц для варианта со стружкоотсосом окажется весьма низкой.

Выбирая двигатель, необходимо учитывать, что скорость движения воздуха в устройстве не может быть меньше 2,5…3 м/с. При неудовлетворительной очистке элементы самодельного циклона как стружкоотсоса (фильтр, ведро) быстро забиваются стружкой, опилками и другими мелкими отходами.

Изготовление элементов циклона

На специализированных форумах сети Интернет можно найти чертежи всех составляющих агрегата, которые доступны для того, чтобы сделать их своими руками. Из подручных средств часто производится переделка бытового (а лучше – промышленного) пылесоса. Дополнительно необходимы:

комплект шлангов из полупрозрачного гофрированного материала (это облегчит визуальный контроль за осевшими внутри частицами пыли). Для стружкоотсоса практичнее резиновые шланги;
звукоизолирующая коробка, которая будет выполнять две функции – обеспечит снижение уровня шума в мастерской, и дополнительную защиту всех находящихся там станков и электроинструментов от периодически накапливаемого пылью статического электричества. С этой целью коробку можно сделать своими руками из фанеры, а изнутри отделать любого типа звукоизолятором;
воздуховоды для очищенного воздуха: собираются своими руками из тонкого алюминиевого листа, и соединяются между собой фальцами;
ёмкость для сбора отходов – можно изготовить из обычного строительного ведра вместимостью от 20 л, которое при помощи гофрорукава герметизируется с корпусом самодельного циклона;
фильтр (можно использовать фильтр от грузовых автомобилей), который устанавливается на выходном патрубке.

Переделанный своими руками для нужд пылеудаления пылесос проверяют: сначала на холостом ходу, прогоняя через систему обычный воздух, а потом уже с подключением пылесоса к работающему станку.

Циклонные аппараты для очистки газов от пыли наиболее распространены в промышленности. Они имеют следующие достоинства:

1) отсутствие движущихся частей в аппарате;
2) надежность работы при температуре газа вплоть до 500°С (для работы при более высоких температурах циклопы изготавливаются из специальных материалов);
3) возможность улавливать абразивные материалы при защите внутренних поверхностей специальными материалами;
4) улавливание пыли в сухом виде;
5) почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
6) успешная работа при высоких давлениях газа;
7) простота изготовления;
8) сохранение высокой фракционной эффективности при увеличении запыленности газов.

Недостатки:

1) высокое гидравлическое сопротивление - 1250-1500 Па;
2) плохое улавливание частиц размером
3) невозможность использования очистки газов от липких загрязнений.

Основные виды циклонов по принципу подвода газа приведены на рис. 4.6.

Принципиально циклон работает по следующей схеме. Газы, направляющиеся в аппарат, поступают в цилиндрическую часть циклона и совершают движение по спирали с возрастающей скоростью от периферии к центру, спуска-

Рис. 4.6.

спиральный; б - тангенциальный; в - винтообразный; г - осевой розеточиый; д - радиальный розеточный ются по наружной спирали, затем поднимаются по внутренней спирали и выходят через выхлопную трубу. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и в тысячу раз больше ускорения силы тяжести. Поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за линиями тока газов и иод влиянием центробежной силы выносятся из кривой движения газов по направлению к стенке. В цилиндрической камере циклона статическое давление, как и в каждом искривленном течении, сильно надает в направлении от периферии к центру. В основном потоке направленные во внутреннюю сторону сжимающие усилия приходят в равновесное состояние с центробежными силами газов. Более медленно текущий у стенки циклона пограничный слой соответственно испытывает меньшие центробежные силы.

Однако у конической стенки циклона и у его крышки начинает уже сказываться перепад давления, сжимающее поток усилие становится значительно больше центробежной силы, и поток в виде сильного вторичного вихря направляется внутрь, захватывая с собой много частиц пыли. Но так как затем поток еще несколько раз но пути вниз обернется вокруг выхлопной трубы, частицы могут быть отброшены к стенке аппарата. Вторичный поток, искривленный вдоль конической стенки, захватывает отброшенную к стенке пыль и направляет ее вниз к пылеосадителыюй камере (бункеру). Без этого потока отдельные частицы, находящиеся у стенки, не смогли бы попасть вниз, поскольку направленная вверх составляющая центробежной силы становится большей по сравнению с силой тяжести. О большом влиянии вторичного потока свидетельствует тот факт, что пыль выносится из лежащих и даже перевернутых циклонов.

Отметим, что, поскольку решающим фактором, обусловливающим движение ныли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне Л циклона прямо пропорциональна скорости газа в степени 1/2 и обратно пропорциональна диаметру аппарата в степени 1/2. Процесс целесообразно вести на больших скоростях V r и небольших D K . Однако увеличение V r может привести к уносу пыли из циклона и резкому увеличению гидравлического сопротивления. Поэтому целесообразно увеличивать эффективность циклона за счет уменьшения диаметра аппарата, а не за счет увеличения скорости газа. Оптимальное соотно-

Н о о шение тг = 1 - 6 .

В промышленности принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Первые - эффективны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очистки, циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Диаметр циклонного элемента цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических - не более 3000 мм. Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле

где V T - скорость газов в произвольном сечении аппарата. Коэффициент сопротивления

где К - коэффициент, соответственно равный 16, для циклонов с тангенциальным входом и 7,5 для циклонов с розеточ- ным входом; hh - размеры входного патрубка; D Tp - диаметр выхлопной трубы.

Наибольшее распространение в России получили цилиндрические циклоны конструкции НИИОгаза (рис. 4.7). Отличительной их особенностью являются наклонный входной патрубок, сравнительно короткие цилиндрическая часть и вы-

Рис. 4.7. Примерная траектория газа в циклоне хлопная 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.

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.

Существует 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) ЦП-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.

Все циклоны конструкции НИИОгаза нормализованы. Любой из размеров каждого типа может быть выражен в долях от диаметра циклона D. Согласно ГОСТ 9617-67 (с изменениями 1, 2) 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. 4.8).

Рис. 4.8.

а - двухрядной; б - круговой

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 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 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 циклопов конструкции НИИОгаза.

Помимо цилиндрических, применяют конические циклоны конструкции НИИОгаза серии С (сажевые) типа СДК- ЦН-33, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-22, которые отличаются от циклопов 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, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-22 намного больше размеров циклонов серии ЦН. Эти циклоны можно применять диаметром до 3000 мм.

Циклон (пылеуловитель)

Простейший циклонный пылеуловитель (аналог ЦН)

Воздухоочистители циклонного типа также применяются на транспорте, например, на грузовых автомобилях МАЗ , КАМАЗ предварительная очистка воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания происходит в «циклоне», затем полная очистка производится в инерционно-масляном или сухом воздушном фильтре .

Принцип действия

Принцип действия простейшего противоточного циклона (см. схему) 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.

Конструкция

Существует огромное разнообразие типов циклонов. Кроме описанного выше противоточного циклона существуют и менее распространённые прямоточные. Противоточные циклоны различаются размерами, соотношением цилиндрической и конической частей, а также относительной высотой (то есть отношением высоты к диаметру) цилиндрической части. Чем больше относительная высота, тем меньше коэффициент гидравлического сопротивления и разрежение в бункере (меньше вероятность подсоса пыли в аппарат), но меньше степень очистки. Наиболее оптимальна относительная высота 1,6 км. что соответствует принципу «золотое сечение ».

Эффективность

Степень очистки в циклоне сильно зависит от дисперсного состава частиц пыли в поступающем на очистку газе (чем больше размер частиц, тем эффективнее очистка). Для распространённых циклонов типа ЦН степень очистки может достигать:

C уменьшением диаметра циклона степень очистки возрастает, но увеличивается металлоёмкость и затраты на очистку. При больших объёмах газа и высоких требованиях к очистке газовый поток пропускают параллельно через несколько циклонов малого диаметра (100-300 мм.). Такую конструкцию называют мультициклоном или батарейным циклоном. Возможно также применить Электростатический фильтр , который, напротив, эффективен именно для малых частиц.

Достоинства и недостатки

Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются высокое гидравлическое сопротивление, невозможность улавливания пыли с малым размером частиц и небольшая долговечность (особенно при очистке газов от пыли с высокими абразивными свойствами).