Эффективность вихревых пылеуловителей

Пыль или пылевидный материал	Медианный диаметр частиц, мкм	Эффективность пылеулавливания, %
Синтетический порошок	4	98,0
Целлюлоза	6	96,5
Стиральный порошок	10	98,0
Карбонат кальция	11	99,0
Эпоксидная смола	22	98,0
Полиакрилнитрил	32	99,8

За рубежом вихревые пылеуловители изготовляются на производительность от 330 до 30000 м³/ч очищаемого газа (воздуха). Одиночные аппараты при необходимости можно сгруппировать на требуемую производительность. Известны установки с производительностью более 300000 м³/ч. Имея высокую эффективность очистки, установки вихревых пылеуловителей успешно, конкурируют с электрическими и тканевыми пылеуловителями.

Пылеуловитель выбирают, исходя из расхода запыленного газа, по которому можно рассчитать диаметр аппарата:

. (4.131)

где - объемный расход запыленного газа, м³/с; - скорость газа в рабочей зоне пылеуловителя, м/с (рекомендуется принимать в пределах 5…12 м/с).

Критический диаметр частиц, полностью улавливаемых в пылеуловителе, может быть рассчитан по одной из зависимостей:

; (4.132)

, (4.133)

где Н — высота пылеулавливающей камеры, м; - диаметр патрубка для подвода запыленного газа, м; - угловая скорость газового потока в аппарате, с^-1; s - число оборотов потока газа в пылеуловителе, - время пребывания газа в ядре потока, с; - радиус ядра потока, принимаемый равным радиусу ввода первичного потока, м; - объемный расход первичного и вторичного потоков газа, м³/c.

Эффективность пылеулавливания (в %) является основным критерием, по которому оценивается работа вихревого пылеуловителя, и определяется как отношение количества уловленной пыли к общему количеству пыли, поступающему в аппарат:

. (4.134)

Так как запыленный газ в пылеуловитель может подаваться двумя потоками - через верхний и нижний подводящие патрубки, то общая эффективность очистки будет определяться в зависимости от распределения потоков по вводам:

, (4.135)

где , - эффективность пылеулавливания в первичном и вторичном потоках газа.

Величины и (в %) могут быть рассчитаны по зависимостям:

; (4.136)

, (4.137)

где - диаметр ввода первичного потока; - диаметр втулки аксиального завихрителя; - радиус, на котором частица входит в аппарат с потоками газа; - диаметр аппарата; - внутренний диаметр вторичного потока.

Гидравлическое сопротивление вихревых пылеуловителей рассчитывают по зависимости, аналогичной применяемой для расчета циклонов:

, (4.138)

где - скорость газа в рабочей зоне аппарата, м/с; - коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитываемый по скорости .

Пример 4.9. Определить конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки пыли в вихревом пылеуловителе при следующих исходных данных:

Производительность по запыленному воздуху, м^3/ч	2400
Скорость воздуха в рабочей зоне аппарата, м/с	до 10
Температура воздуха, поступающего на очистку, °С	95
Плотность частиц, кг/м^3	4280
Начальная запыленность воздуха, кг/кг	0,0167
Давление в аппарате, МПа	0,1

Дисперсный состав пыли:

, мкм	0-5	5-10	10-30	30-50
, %	10	80	5	5

Определяем геометрические размеры аппарата. Диаметр вихревого пылеуловителя

м.

Принимаем диаметр аппарата D = 0,3 м.

Действительная скорость газа в аппарате:

м/с.

Определяем значения коэффициентов и , задаваясь коэффициентом и коэффициентом (где , - проходные сечения патрубков верхнего и нижнего потоков, - скорость газа в верхнем патрубке):

;

.

Диаметр ввода нижнего потока:

м.

Диаметр патрубка вывода очищенного воздуха:

м.

Высота рабочей зоны аппарата:

м.

Примем высоту м.

Диаметр отбойной шайбы

м.

Площадь ввода верхнего и нижнего потоков:

м²;

м².

Фактическое соотношение величины :

.

Так как для промышленных аппаратов значение а должно быть в пределах 2…4, то коррекцию геометрических размеров аппарата проводить не следует.

Диаметр вытеснителя:

м.

Лопатки завихрителей нижнего и верхнего потоков рекомендуют установить под углом = 30° к горизонту.

Рассчитаем потери давления в аппарате.

Конструктивный параметр интенсивности крутки потока:

.

Коэффициент гидравлического сопротивления нижнего потока:

.

Коэффициент гидравлического сопротивления верхнего потока

.

Общий коэффициент гидравлического сопротивления:

.

Гидравлическое сопротивление аппарата

Па

Рассчитаем эффективность пылеулавливания.

Площадь ввода нижнего потока разбиваем на кольцевые участки с радиусами = 0,02; 0,035; 0,055.

Значения эмпирических коэффициентов а и b, характеризующих аэродинамику аппарата.

;

.

Радиус разделения потоков:

м.

Рассчитаем поправочный коэффициент для определения минимального диаметра улавливаемых частиц для = 0,015 м:

.

Рассчитаем минимальный диаметр улавливаемых частиц, вылетающих с радиуса = 0,015 м:

м.

Аналогично рассчитываем и для радиусов: = 0,02 м; = 0,035 м; = 0,055 м.

Рассчитываем фракционную эффективность улавливания частиц, поступающих в пылеуловитель с нижним потоком и вылетающих с радиуса = 0,015 м:

%.

Аналогично проводим расчет для радиусов = 0,02 м; = 0,035 м; = 0,055 м.

Результаты расчетов представлены ниже:

, м	, м	, м	, %
0,015	6,9410^-3	2,9410^-6	100
0,02	5,6810^-3	2,1810^-6	94,8
0,035	3,4310^-3	1,4710^-6	70,4
0,055	1,1810^-3	1,310^-6	17,0

Определяем поправочный коэффициент для расчета минимального диаметра улавливаемых частиц. Ввод верхнего потока разбиваем на кольцевые участки с радиусами = 0,11; 0,12, 0,13, 0,14.

Для = 0,11

.

Рассчитываем минимальный диаметр улавливаемых частиц, вылетающих с радиуса ⁼ 0,11 м:

м.

Аналогично рассчитываем значения и для радиусов = 0,12; 0,13; 0,14.

Определяем фракционную эффективность пылеулавливания частиц, поступающих в пылеуловитель с верхним потоком для =0,11 м:

%

Аналогично рассчитываем эффективность пылеулавливания частиц, вылетающих с радиусов = 0,12; 0,13; 0,14 м. Результаты расчетов представлены ниже:

, м	, м	, м	, %
0,11	2,3910^-2	3,210^-6	100
0,12	2,2810^-2	2,810^-6	77,9
0,13	2,010^-2	1,9410^-6	53,9
0,14	1,5510^-2	1,8010^-6	27,9

Анализ полученных данных показывает, что частицы размером более 3,210^-6 м полностью улавливаются в пылеуловителе. С целью определения общей эффективности пылеулавливания приведем дополнительный анализ фракции 0…5 мкм Распределение выглядит следующим образом: 0…2 мкм - 3 %, 2…4 мкм - 3 %, 4…5 мкм - 7 %.

Общая эффективность пылеулавливания аппарата:

- для нижнего потока

;

- для верхнего потока

;

- общая эффективность

%.