Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Для обеспечения соответствия при 0(1) между (Ч1.37, а) и ((/1.40, а) необходимо, чтобы А=1, и таким образом ро — — е', что точно соответствует первому члену уравнения (т/1.30). Подобным образом из первого равенства в ((/1.39,б) следует, что ш=2, что соответствует предельному значению Т вЂ” ао в уравнении (Ъ'1.37) и 0(е'). Решением второго равенства из (т/1.38, б) является выражение р~= — (4т+А~)ет (где А~ — постоянная). Подставляя т=е'(1— — 2ео) Т в (Ъ'1.40, а) получим /т = а( ет — ея (А, + 4т) от+0(ет)) = а(1+во (Т вЂ” А ) +0(е4)) /т = ает (1 — ет (4т+ !) + е' (4т'+ 4вт+ А ) +...
) = = а (1 + е' (Т вЂ” 1) + е' ('/,Т' — т Т + Ая) + ...) Сравнивая полученное решение с уравнением (т/1.37, а), находим Ая=18. Отсюда окончательным решением для )т во внешней области является выражение /с = аот (1 — ео (4т -1- 1) -1- ет (4т+ 42т -1- 15) -)- 0 (е') ) где е-ю/К и г етК(1 — ет)С Время удаления частицы. Временем удаления т, для любой частицы является значение т из уравнения (Ч1.40), при котором Я=1 (для а=В,Яя). Это дает (У1.
40) при представлении е' в виде ряда 1+еяТ+0(е4). Тогда соответствие с уравнением (!/1.37, а) расширяется до 0(е'), если А=1, позтому р,= — (4т+1)е'. Это дает значение пя — — — 14, что опять совпадает с пределом Т вЂ” аа в (Ч1.37, б) до 0(е'). Наконец. решением последнего равенства в (И.38, б) является рв= (4т'+4бт+ +Ая)е' (где Ая — постоянная). Подставляя т=е'(1 — 2ео)Т в уравнения ((/1.40, а), получаем 1/а е т = 1 — ея (4/ + 1) + ет (4тя + 24т+ 15) (Ч!.41) Если е мало, то т.=то=1п Во//ть С той же степенью точности строгое решение может быть записано в виде те = та + еятт + еотя где т~ и тя являются 0(!), сравиииыы с е. Подстановка дает, следующее выражение 1 ется+ во (т/ят1 Т)+ ...
— 1 ЯЯ (4то+ 1) + во (от~в+ Зато+ 15) где то=1пЛ~Я~. В терминах реального («внемасштабного») времени те=К(а а )ге~ Где 1е реальное время удаления. Таким обра зом, время удаления 1, дается выражением К ( I 271 (ч = » ~т»+ «'(5«ю+ 1) + «' ~4«~ ~— 29«~ — 2 )~ (Ч1.43) Это уравнение может быть легко решено. если вместо К, ы.
то н е подставить их значения К = 180/(р, — р) Р в = и,(й7 то = 1п 7(2/)71 2 303 1а Иа!къ « = м(К = и„(р„— р) Р/(18йр) Используя данные, приведенные выше,,получим следующие расстояния распределения (!р): Мг мкм 1„нн 3 5 10 Ю2 82 2,5 Из этого уравнения можно найти также время удаления частиц, которое равно 0,2 с для частиц диаметром 5 мкм и 0,054 с для частиц диаметром 10 мкм в случае применения циклона диаметром 0,5 м и длиной 2,5 м при скорости газового потока на входе 15 м/с и пропускной способности 6 м1с (см.
рис. Ч1.16,а). 2. ПРЯМОТОЧНЫЕ ПИКЛОНЫ С НЕПОДВИЖНЫМ ИМПЕЛЛЕРОМ Прямоточные циклоны, или вихревые газоочистители несмотря на небольшие размеры позволяют обрабатывать очень большие объемы газов. Однако вследствие высоких скоростей газового потока в них отмечается большое количество увлеченных частиц: завихрения, образующиеся у стенки, способствуют «отскоку» частиц обратно в основной газовый поток.
На практике этот эффект уменьшают путем разбрызгивания воды на входе запыленного газа в установку. В прямоточном циклоне с неподвижным импеллером (рис. (71-2) вытяжной вентилятор обычно устанавливают на выходе очищенного воздуха; это делается для уменьшения эррозии лопастей вентилятора. Поэтому в пылеотделнтельной камере, расположенной за неподвижными лопастями, где в основном и отмечается перепад давления, создается пониженное давление по сравнению с газом, подходящим к импеллеру.
Следовательно, необходимо предусмот- 251 откуда «,=4то+1 и т» — — 4т,',— 34то — . Тогда время удаления от 29 )г=а=)й()т, равно 29 т, = т»+ с» (4«о + 1) + М (4«а — 34«~ — 2 ! + 0 (аа) (Ч1.42) Рис. У1-х. Прямоточный циклон с иеподвия<ным импеллером (201): 2 — кеполвожкве копесгн; 2 — пылесаорккк. реть дополнительный отсос в линии загрязненного газа (концентрированной пыли) для предотвращения обратного подсоса удаляемых частиц.
Схема действия прямоточных циклонов очень проста, поэтому теоретически можно рассчитать [822) минимальный размер частиц, которые будут полностью удалсны из газового потока. Прежде чем приступить к расчету, необходимо сделать следующие допущения: отсутствие теплопередачи от окружающей среды к циклону, обусловленной охлаждением газа во время его адиабатического расширения в импеллере; перепад давления происходит только в области лопастей; уравнение свободного вихревого потока справедливо для движения частицы в пылеотделительной камере", частицы покидают лопасти импеллера под углом, соответствующим углу наклона лопастей.
Если предположить наличие адиабатического расширения газа при его проходе по лопастям импеллера, давление р, температура Т и объем газа Я в пылсосадительной камере (обозначаемые индексом с) могут быть найдены из начальных условий (обозначенных индексом () перед импеллером ()с = Яз (Рз!Рс)' (У1.441 где т — отношение 1,67 1,40 1,30 1,135 (У1.43) т = 71 (Р (Р)~ удельных теплостойкостей Ср/С . равное для одпоатомпых газов; для двухатомных газов (включая воздух); лля трехатомпых газов (включая перегретый пар); для мятого пара. Ов ~ 4) ис = ит ( рв рв )" 47 (Н1,4б) (Н!.47) ="' (  — (7, )'(Р,) Скорость ис может быть разложена на три составляющих; тангенциальную, осевую и радиальную (рис. 'Л-3). Если угол, под которым газы покидают лопасти импеллера, такой же, что и угол наклона лопасти а, и центральный сердечник простирается в пылеуловительную камеру, то средняя тангенциальная скорость и„ равна 1 /Рг тпт и т=иссоаа=иг ( ()в я )( ) соагх — сгс ) ХРс ) (Н! .
43а) тогда как средняя скорость в осевом направлении исл равна )7в 1 д УЛ' лба=пса(Па=и;(()в (7е )( — ) Саха е ) ', Рс ) (Н1.48б) Время пребывания в пылеотделительной камере теперь может быть найдено из длины камеры Ь и осевой скорости (Н1.49) Рнс. Н1-3. Рааложепие скорости движения частицы и ее траектория па выходе иыпеллера прямоточного циклопа: о — треентарнн движения частицы; б — ревлаженне снарастнг à — нсврнеленные лаавстн нн. пвллЕре; 2 — лапвств неподвнжнаго ннпеллерв; П вЂ” угол лопасти. Перепад давления в прямоточном циклоне происходит в основном в зоне импеллера и может быть рассчитан, зная площадь поверхности импеллера и стенок, соприкасающихся с газом 18541. Экспериментально найдено, что перепад составляет около 1,25 кПа, и это значение может быть принято в качестве приближенного для зоны импеллера.
Пусть диаметр циклона Р н диаметр сердечника Р„тогда средняя скорость газов, стекающих с искривленных лопастей импеллера и„выражается через начальную скорость ит в виде следующих уравнений: Рвс и'1-4, Силы, действутоппсе ца частвцу прп врапжтельпом движении в вертвкалыюй плоскости (ваображеппые параллелограммы свл основаны па двв- 1 женин частиц с тапгепцпальпой скородг стью 0,6 м/с в радвусом движения 0,3 м): у — Нентрсбежная сила; и — сила тяжести: ун — реаультнруюитан сила. Л Из общей теории циклонов (стр. 241 сл.) было найдено выражение [уравнение (Ч1.22Ц для времени, необходимого частице диаметром с1 для дрейфа от внутреннего до внешнего радиуса.
Тогда для данных размеров камеры становится возможным рассчитать минимальный диаметр частицы с( пь которая теоретически может быть уловлена в прямоточном циклоне Если предположить, что частицы в газовом потоке, покидающем импеллер, распределены равномерно, то можно также рассчитать долю частиц, диаметр которых меньше с(лп„. Такой расчет является несколько осторожным, поскольку распределение начинается уже на лопастях нмпеллера. Если тангенцнальная скорость газа в горизонтальном прямо- точном циклоне невелика (менее 15 м/с для циклона диаметром О,б м), то сила, действующая на частицу, значительно изменяетси в зависимости от положения частицы. Так, осли частица находится в нижней части циклона (рис.
Ч1-4), то к центробежному ускорению следует прибавить ускорение свободного падения е (А+ (1 ( у'1. 51) Если в верхней точке, то из центробежного ускорения необходимо вычесть ускорение свободного падения В общем случае,, в промежуточных положениях результирующая сила может быть найдсна прибавлением к центробежному ускорению члена д соз 8 Г в,+в пгг + +ис В (Ч!.бэ) где 0 — угол между радиусом и вертикальной осью. Для тангенциальных скоростей больших, чем 15 м/с, и при не слишком больших диаметрах (()(0,6 м) максимальная поправка становится меньше 0,1$ н ею можно пренебречь. Прямоточные циклоны с обратныя потокоя Важной модификацией прямоточного циклона с неподвижным импеллером является циклон, в котором используется принцип обратного потока (рис.
Ч1-5). Он был запатентован Зеннеком и Шауфером в 1953 г; эффективность циклона была значительно улучшена благодаря уменьшению увлечения маленьких частиц за счет гм их отскока от стенок циклона. Запыленный газ поступает в ос- ы уух новной циклон через тщательно рассчитанное спиральное отверстие, по- С добное показанному на рнс. Ч1-3, и выходит из циклона через его дальний конец, причем частицы пыли удаляются нз газа, движущегося по спирали. Противоточный газовый поток подается через тангенциальные сопла, размещенные в боковых стенках циклона; он вращается в том же тангенциальном направлении, что н запыленный газ,но в противоположном осевом направлении.
При этом частицы пыли выхватываются из центральной спирали. Внешняя газовая спираль движется к бункеру, расположенному за входом запыленного газа, изменяет свое направление, н частицы оседают в бункере. Затем этот поток со- Рис. Ч1-Б. Прямоточиый ииклои с обратным потоком воздуха, поступаюпгим через таигеипиальпые сопла (а). ль ль единяется с основным газовым потоком. Действие такой двойной спирали подобно действию окружающей вихревой области смерча (торнадо); поэтому в некоторых странах такие циклоны известны под торговой маркой аТорнадо». Теория такой двухспиральной системы была детально рассмотрена Шмидтом [73Ц, который определил потенциальный поток обтекания иг=$1)г для внешней спирали, ротационный поток иг=в)1 для внутрснней спирали и учел зону смешанного потока, разделяющую эти области. В зоне смешанного потока, где потенциальный поток переходит в ротационный, происходит изменение направления движения вторичного (оссвого) потока.
Шмидт предложил уравнение движения частицы, выведенное так же, как и ранее, но со сложным спектром взаимодействия, и эти уравнения невозможно решить в случае циклонов такого типа. Первоначальная конструкция входного отверстия в циклон представляла собой сложную, тщательно рассчитанную с точки зрсния аэродинамики кольцевую сскцию с центральным ссрдечником„но для промышленных установок было найдено адекватное устройство, гораздо более простое по конструкции и дешевое [4461.
Другое усовершенствование, нашсдшее применение в таких установках, состояло в том, что сопла для подачи обратного потока газа были наклонсны под углом 30' к горизонтали и размещены чсрсз 180' по периферии цилиндра. Кроме того, увеличение числа сопел уменьшило перепад давления. Разработка оптимальных раз. мсров и других конструкционных параметров была осушсствлена Клейном [4451.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
