Существуют циклоны двух основных типов с тангенциальным входом и с осевым входом. На рис. 1 показана геометрия циклона обычного типа с тангенциальным входом и противотоком. Такой циклон устанавливается вертикально. Частицы, отброшенные на стенки, скапливаются, соскальзывая в бункер. В своем вихреобразном движении газ изменяет направление вращения в нижней части конуса и после очистки покидает циклон через канал D_l

Рис. 1 Размеры и геометрия циклона

В циклонах с осевым входом газ поступает через центральный штуцер вблизи одного из оснований цилиндра. Он обтекает лопасти, которые сообщают потоку вращательное движение. Уловленные частицы выносятся периферическим потоком, а чистый газ выходит в центре противоположного основания цилиндра. Имеется ряд авторских разработок, представляющих собой вариации основной схемы. Циклоны изготовляют из обычной углеродистой стали, однако, если необходимо обеспечить работу при высоких температурах в агрессивной атмосфере или улавливать абразивные частицы, можно использовать любой другой металл или керамический материал. Важно, чтобы внутренние поверхности были гладкими. Устройство не содержит движущихся частей, поэтому его эксплуатация проста и относительно легка в обслуживании.

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Они имеют следующие достоинства:

? отсутствие движущихся частей в аппарате;

? надежность работы при температурах газов вплоть до 500°С (для работы при более высоких температурах циклоны изготовляют из специальных материалов);

? возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;

? улавливание пыли в сухом виде;

? почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;

? успешная работа при высоких давлениях газов;

? простота изготовления;

? сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов.

Недостатки:

? высокое гидравлическое сопротивление: 1250ч1500 Па;

? плохое улавливание частиц размером <5 мкм;

? невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

? Основные конструкции циклонов (по подводу газов) показаны на рис. 2.

Рис. 2 Основные виды циклонов (по подводу газов)

а - спиральный, б - тангенциальный, в - винтообразный, г, д - осевые (розеточные)

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом.

Циклоны с осевым (розеточным) подводом газов работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него (вид д). Последний является прямоточным и отличается низким гидравлическим сопротивлением и меньшей по сравнению с другими циклонами эффективностью. Наиболее предпочтительным по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали. Однако на практике все способы подвода газа могут использоваться в равной степени. Принцип работы циклона показан на рис. 3, а. Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх.

Рис. 3 Циклоны: а - одинарный: 1 - входной патрубок, 2 - выхлопная труба, 3 - цилиндрическая камера, 4 - коническая камера, 5 - пылеосадительная камера; б - групповой: 1 - входной патрубок, 2 - камера обеспыленных газов, 3 - кольцевой диффузор, 4 - циклонный элемент, 5 - бункер, 6 - пылевой затвор

Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне з прямо пропорциональна скорости газов в степени и обратно пропорциональна диаметру аппарата также в степени.

Процесс целесообразно вести при больших скоростях w_г и небольших D. Однако увеличение w_г 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 роста скорости газов. Оптимальное соотношение

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 НИИогаза - цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Цилиндрические относятся к высокопроизводительным аппаратам, а конические - к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических - не более 3000 мм.

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле

где w_г - скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно которого рассчитана величина о_ц, м/с.

Коэффициент сопротивления

где K_l - коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с тангенциальным входом газа и 7,5 - для циклонов с розеточным входом; a и b - размеры входного патрубка (рис.1); D_l - диаметр выхлопной трубы.

Циклоны широко используются в цементной, угольной, химической, металлургической промышленности для очистки газов от пыли с размером частиц больше 10 мкм или в качестве первой ступени очистки перед пылеуловителями более интенсивного действия.

Наряду с одиночными находят применение батарейные циклоны, или мультициклоны, представляющие собой аппараты, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов в одном корпусе.

К пылеуловителям центробежного типа относятся ротационные, в которых пылегазовая смесь приводится во вращательное движение и пыль выделяется из очищаемого газа под действием центробежных сил. Их производительность по газу лежит в пределах от 870 до 2000 м³•ч^-1, а степень очистки - от 80 до 99 %.

Групповые циклоны

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. Схема групповых цилонов дана на рис.3, б. Запыленный газ входит через общий коллектор, а

затем распределяется между циклонными элементами.

Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов определяют по формуле

о_гц = о_ц + K_2,

где о_ц - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона;

K₂ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления; связанные с компоновкой циклонов в группу (табличная величина).

Батарейные циклоны

Батарейные циклоны - объединение большого числа малых циклонов (мультициклонов) в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки. Схема батарейного циклона приведена на рис.4, а. Элементы батарейных циклонов (рис. 4, б, в) имеют диаметр 100, 150 или 250 мм. Оптимальная скорость газов в элементе лежит в пределах от 3,5 до 4,75 м/с, а для прямоточных циклонных элементов от 11 до 13 м/с.

Рис. 4 Батарейный циклон:

а - схема: 1 - корпус, 2 - распределительная камера, 3 - решетки, 4 - циклонный элемент; б - элемент с направляющим аппаратом типа "винт"; в - элемент с направляющим аппаратом типа "розетка"

Допускаемая запыленность газов при их очистке от слабослипающихся пылей в мультициклонах может быть определена по приведенным ниже данным:

Задание 2. Осветление сточных вод в аппаратах с фильтровальными перегородками