Принцип действия золоуловителей циклонного типа

Циклоны и батарейные циклоны относятся к группе сухих инерционных аппаратов центробежного типа, в которых для отделения пыли от газа используется центробежная сила, возникающая вследствие вращательного движения в корпусе цилиндрической, цилиндро-конической и конической формы. По схеме движения газа циклонные аппараты можно разделить на противоточные, в которых газ изменяет направление на 180^о, и прямоточные, сохраняющие направление движения. В свою очередь, оба типа этих циклонных аппаратов в зависимости от способа подвода газа и конструктивного оформления устройства, закручивающего поток, можно разбить на циклоны с боковыми патрубками ввода газа и аксиальные циклоны, в которых газ вводится вдоль оси, а для закрутки потока используются лопаточные завихрители (обычно в виде винта или розетки).

Суммарный винтовой пылегазовый поток в циклоне принято разбивать на три составляющие: вращательную (тангенциальную), осевую и радиальную. За счет изменения конфигурации циклона и наложения на основной поток вторичных вихрей составляющие скоростей в различных сечениях циклона отличаются друг от друга. Поэтому движение запыленного газа в циклоне удобнее рассматривать отдельными участками по ходу потока.

В х о д н о й у ч а с т о к предназначен для подвода потока к закручивающему аппарату при минимальных потерях напора. В циклонах с тангенциальными и улиточными завихрителями входной участок отсутствует. В элементах батарейного циклона типа «винт» или «розетка» имеется входной участок высотой 110 мм, расположенный перед розеточным завихрителем. В этом месте запыленный газ поступает в циклонный элемент и движется вдоль оси без сепарации пыли из потока.

З а к р у ч и в а ю щ и й а п п а р а т служит для сообщения газу вращательного движения и создания условий для сепарации пыли из потока. В Циклонах с боковым вводом газа началом закручивающего аппарата является входное сечение патрубка. Вошедший в патрубок запыленный поток упорядочивает свое движение вследствие уменьшения турбулентных завихрений, наиболее заметно это происходит при уменьшении сечения патрубка по ходу газов. Выходя из завихрителя, поток поступает в корпус циклонного элемента и приобретает вращательное осесимметричное движение. Частицы пыли устремляются к стенке корпуса за счет воздействия центробежной силы. В результате основная масса пыли в зависимости от её дисперсного состава достигает стенки корпуса на первой четверти или половине витка потока (Рис.1).

Рис.1.1. Схема движения газа в циклонном элементе: а - без отсоса газов из бункера; б – с отсосом 8-8,5% газов из бункера; в – кривые изменения тангенциальных скоростей (1) и статических давлений (2) в циклонном элементе.

Торможение потока стенками корпуса уменьшает тангенциальную составляющую скорости, а, следовательно, центробежную силу в пристенной области. Под влиянием разности давлений на стенке корпуса (наибольшее) и на наружной стенке выхлопной трубы (наименьшее) происходит перетекание газа с пылью от стенки циклона через пограничный слой к стенке выхлопной трубы или в центральную зону. Перетекающий газ, взаимодействуя с основным потоком, образует две ветви вторичного вихря (Рис.1, а).

Одним из способов снижения влияния вторичных вихрей является организация отсоса части газов из бункера (Рис. 1, б). Изменение формы нижней части вторичного вихря предотвращает вынос пыли из бункера вдоль оси элемента. При этом увеличилась скорость движения пыли вниз в конической части.

При использовании улиточного или спирального завихрителя разность статических давлений между стенками корпуса и выхлопной трубы оказывается меньшей, чем при тангенциальном способе закрутки потока, что можно объяснить более плавным изменением направления движения потока. Поэтому у элементов с улиточным или спиральным завихрителями интенсивность верхней ветви вторичного вихря меньше, чем у элементов с тангенциальным подводом газа.

У с п о к о и т е л ь н ы й у ч а с т о к, расположенный между выходом из завихрителя и поворотом к выхлопной трубе, необходим для рассеяния вторичных вихрей и сепарации к стенке корпуса максимально возможного количества пыли. Вытекая их каналов закручивающего аппарата, газ продолжает движение по спирали в кольцевом пространстве, ограниченном по ширине стенками выхлопной трубы и корпуса, а сверху – лопастями завихрителя или крышкой корпуса. По направлению вниз поток не имеет ограничивающих стенок, что позволяет ему увеличить сечение и угол наклона спирали. Положительное влияние успокоительного участка заключается в погашении верхней ветви вторичного вихря вследствие воздействия на нее основного потока и сил трения о стенки корпуса и выхлопной трубы. На успокоительном участке осуществляется предварительная сепарация пыли на стенку корпуса.

У ч а с т о к о к о н ч а т е л ь н о й с е п а р а ц и и расположен между горизонтальным сечением, лежащим в одной плоскости с входом в выхлопную трубу, и пылевыводным отверстием конуса. На этом участке завершается процесс сепарации. Выходя из успокоительного участка, поток разделяется на два: основная масса очищенного газа, продолжая вращаться вокруг оси циклона, направляется к выходному сечению выхлопной трубы, а незначительная часть газа с наибольшей концентрацией пыли движется по винтовой линии вдоль стенок корпуса к её пылевыводному отверстию. За счет перехода основного вращающегося потока в центральную область циклона тангенциальная скорость газа достигает максимума на расстоянии от оси циклона, несколько меньшем или равном радиусу выхлопной трубы. В то же время на оси циклона тангенциальная скорость, естественно, равна нулю, поэтому в этом месте создается максимальное разрежение. На основании уравнения Эйлера следует, что с уменьшением кинетической энергии потока за счет снижения тангенциальной скорости газа возрастает статическое давление. Вследствие минимального давления в центре циклона образуется обособленный вращающийся вихрь (центральный вихрь), радиус действия которого составляет 0,125 – 0,2 диаметра выхлопной трубы, а высота – от пылевыводного отверстия до выхода из выхлопной трубы. На границе центрального вихря прекращается радиальный сток, и мелкие частицы пыли, дойдя до зоны вихря, выносятся в выхлопную трубу, уменьшая тем самым степень очистки газов.

В ы х л о п н а я т р у б а служит для выхода очищенного газа. В выхлопной трубе наблюдаются два винтовых потока: основной – восходящий, идущий по периферии трубы, и нисходящий, идущий вблизи оси. Нисходящий вихрь может вынести вниз часть пыли, вошедшей в выхлопную трубу. С уменьшением диаметра выхлопной трубы степень очистки медленно повышается, а аэродинамическое сопротивление резко возрастает.