Гидравлический расчет прямоточных циклонов

Актуальность работы. В последние десятилетия нормирование концентрации пыли в воздухе зданий и помещений приобретает высокую актуальность. Согласно ГОСТ 12.1.005−88, концентрация различного рода пылей в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий нормируется в пределах 1−6 мг/м3. В этих условиях особо актуальна очистка воздуха от пылевидных частиц.

Основными устройствами для очистки газов от пылей являются циклоны, обладающие хорошей эффективностью очистки при низких капитальных и эксплуатационных затратах. Отдельно выделяются так называемые прямоточные циклоны. Этот тип циклонов в последнее время приобретает значительную популярность в сфере пылегазоочистки производств, размещаемых в небольших помещениях, особенно в крупных городах, в связи с тем, что конструкция данного типа циклонов позволяет вставлять их непосредственно в воздуховод. Однако методики расчета циклонов данного типа в большинстве случаев привязаны к определенному типу пыли, а также не учитывают турбулентность закрученного потока.

Целью работы является универсальный метод гидравлического расчета прямоточного циклона. Под универсальностью понимается то, что этот метод должен быть пригоден для любых типоразмеров циклонов, и для пыли, имеющей различную плотность и фракционный состав.

Научная новизна результатов определяется следующими основными результатами работы:

• разработка метод расчета, позволяющий учитывать плотность распределения выпадающих частиц вдоль стенки циклона;

• учет фракционного состава пыли при расчете эффективности циклона;

• оценка влияния неравномерности распределения тангенциальной составляющей скорости газового потока по поперечному сечению циклонного устройства на его эффективность;

• введение в расчетную модель влияния естественной турбулентности закрученного газового потока.

Практическая ценность данной работы заключается в разработке метода расчета эффективности прямоточных циклонных устройств, построении номограмм и графиков для вычисления эффективности и гидравлического сопротивления циклонных устройств.

Реализация работы. Результаты данной диссертационной работы применяются для расчета эффективности прямоточных циклонов на ОАО «СовПлим».

Достоверность результатов. Подтверждена соответствием результатов расчетов с экспериментами, проведенными на оборудовании ОАО «СовПлим», а также — с результатами расчетов по аналогичным существующим методикам.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались в докладах на:

• XXI и XXII неделях науки СПбГПУ в 2002 и 2003 г;

• Научно-технической конференции «Молодые ученые — промышленности СевероЗападного региона» в 2003 г;

• Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» в 2004 г;

• Международной научно-теоретической конферен-ции «Гидравлика. Наука и дисциплина» в 2004 г.

• 4 Основные результаты и выводы.

Практической целью данной диссертационной работы было выяснение поведения пылевидной частицы в теле прямоточного циклона с розеточным подводом газа, и, как следствие, создание расчетной методики эффективности пылеулавливания Г).

Данная методика имеет некоторые отличия от других, имеющихся на этот момент расчетных методик эффективности циклонов, описанных в главе 2.

При создании данной методики учитывались такие факторы, как частичное улавливание частиц, влияние времени релаксации г на осаждение частицы в теле циклона, влияние неравномерности распределения тангенциальной составляющей скорости ut на эффективность пылеулавливания, учет естественной турбулентности закрученного потока на осаждение пылевидной частицы.

Данный расчет по сравнению с другими аналогичными ([1], [2], [7], [8], [16]) методиками расчета имеет следующие осооенности: о Учет частичного осаждения частиц с диаметрами меньшими dmn. о Учет неравномерного распределения тангенциальной составляющей скорости uz и влияние этого распределения на эффективность улавливания пылевидных частиц циклоном. о Расчет минимального диаметра пылевидных частиц, которые в принципе возможно осадить в циклоне, dKpum. о Расчет длины турбулентного следа от закручивающего устройства. о Расчет длины осаждения пылевидных частиц в теле циклона с учетом турбулентных пульсаций скорости движения частиц.

При этом были также получены следующие важные результаты: о Независимость значения диаметра пылевидных частиц dmin, которые можно полностью осадить в теле циклона от распределения тангенциальной составляющей скорости движения газа иг о Влияние времени релаксации т на осаждение пылевидных частиц, и количественная оценка величины времени релаксации I.

Данная методика позволяет: о рассчитать эффективность циклона с заданными, геометрическими характеристиками при известном расходе газа для любого заданного диаметра пылевидных частиц с учетом их частичного осажденияо рассчитать минимальный диаметр пылевидных частиц dmm, полностью осаждаемых в циклоне с заданными геометрическими параметрамио определить минимальный диаметр пылевидных частиц dKpum, который возможно осадить в теле циклонао при известном фракционном составе пыли и расходе газа рассчитать интегральную эффективность циклона с любыми заданными геометрическими характеристиками. о при заранее заданной эффективности очистки и известном расходе газа рассчитать длину циклонао оценить возможность использования циклонного устройства для очистки запыленного газа от различного рода пылевидных частиц.

В результате расчетная методика, разработанная в данной диссертационной работе, позволяет решать прямую и обратную задачи: находить эффективность прямоточных циклонов при заданных геометрических параметрах, а также при заданной эффективности очистки находить геометрические характеристики циклонов.

5 Примеры расчета прямой и обратной задачи 5.1 Пример решения прямой задачи.

Проведем пример расчета прямой задачи — расчета количества улавливаемых частиц.

Дано: циклон диаметром D = 2R = 250 мм, с углом поворота лопаток розетки, а = 45 и длиной активной части циклона 1 м. Параметры входящего воздуха: расход Q — 0,278 м3/сек, температура t—20°С, Пыль — кварцевая, плотностью р = 2630 кг/м3. Начальная концентрация пыли — 400 мг/м3. Фракционный состав пыли сведен в таблицу 10.

Наименование фракции Количество, %.

1,5 мкм. 8,2.

1,5−5 мкм. 50,8.

5−10 мкм. 17,7.

10−50 мкм. 19,3.

50 мкм. 4,0.