Инерционные золоуловители (расчет инерционных золоуловителей)
В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее распространение получили циклоны, в которых осаждение твердых частиц происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок (рис.4, а) газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола ссыпается под действием силы тяжести вниз в коническую воронку и далее в общий бункер.
Значение центробежной силы F, действующей на частицу диаметром d, м, движущуюся по радиусу циклона R, м, при скорости потока газов u, м/с, можно определить по выражению
,
где r —плотность частицы, кг/м3.
Движению частицы к поверхности осаждения препятствует сила лобового сопротивления FС, которая для частиц в диапазоне диаметров от 2 до 50 мкм определяется но закону Стокса:
,
где m - динамическая вязкость газа, Па×с.
Приравнивая выражения для F и FC, определяется скорость дрейфа частицы к поверхности осаждения:
,
где - время релаксации, с.
Временем релаксации называется время разгона частицы от нулевого до заданного значения скорости (в данном случае до скорости дрейфа J) при постоянном значении ускорения а (в рассматриваемом случае а=u2/R). Время определяется размером частиц и физическими свойствами частицы и среды.
| Рис.4. Циклонные золоуловители: а – принципиальная схема циклона; б – элемент батарейного циклона БЦУ типа “Энергоуголь”; в – батарейный циклон; 1 – входной патрубок запыленного газа; 2 – циклонный элемент; 3 – трубные доски; 4 – выходной патрубок очищенного газа; 5 – бункер для золы |
Кинематический параметр для циклонных золоуловителей принимает вид
.
Параметр формы определяется исходя из рис.4, а:
,
где h – высота потока в циклоне, м, ;
D0 - диаметр внутреннего цилиндра циклона,
u -число оборотов потока до выхода из циклона.
Окончательное выражение для определения параметра золоулавливания в циклоне принимает вид
.
Вторая дробь в формуле определяется формой циклона - относительным диаметром выходного отверстия, глубиной погружения трубы и углом установки подводящего к циклону патрубка.
Входящая в формулу времени релаксации динамическая вязкость m для условии золоулавливания меняется мало, составляя при температуре газов 150О С в среднем 22×10-6 Па×с.
В настоящее время циклоны устанавливаются на котлах паропроизводительностью до 500 т/ч. Причем для повышения эффективности применяются батарейные циклоны, составленные из циклопов малого диаметра, обычно около 250 мм. Гидравлическое сопротивление батарейных циклонов составляет около 500…700 Па.
В качестве элемента батарейных циклопов используется большое число модификаций:
· с аксиальным подводом газа и лопаточными завихрителями;
· с тангенциальным подводом газа;
· прямоточные;
· др.
Широко применяются для энергетических установок элементы с тангенциальным улиточным подводом газа типа “Энергоуголь” с внутренним диаметром 231 мм (рис.4, б). Нормальный ряд таких циклонов для колов паропроизводительностью от 20 до 500 т/ч представлен в табл.4.
В маркировке циклонов содержатся основные данные по типоразмерам, например, 4´14´m означает 4-ех секционный аппарат с 14-ю элементами в глубину с m элементами по ширине (их может быть от 7 до 24).
Расчет батарейного циклона
Расчет батарейного циклона рекомендуется проводить в следующей последовательности.
1. Определяется расход газов, м3/с, при котором обеспечиваются оптимальные условия работы циклонного элемента, по формуле
,
где wОПТ – оптимальная скорость потока в элементе, м/с (табл.4);
D – внутренний диаметр элемента, м.