Циклоны будут и дальше пользоваться спросом
Значительное количество различных конструкций циклонов зачастую осложняет подбор необходимого типа циклона для производственного использования. Именно в ходе решения этой задачи в Семибратовском отделении НИИОГАЗ долгое время проводились эксперименты по исследованию разнообразных видов циклонов для того чтобы определить четкие рекомендации по их применению. Особое место в этих работах заняли исследования циклонов с винтовым входом газа типа циклон ЦH-15, циклоны ЦН-24.
Данный тип циклонов обладают достаточно высокой производительностью , при этом имея небольшие габариты. Используются они для грубой очистки газа от пыли , в которой имеются частицы размером более 20 мкм. Циклон с обратным конусом – ВЦНИИОТ – по соотношению эффективности сходен по характеристикам с циклоном ЦН-24. Устанавливается для улавливания волокнистых пылей на производствах и цехах легкой и полиграфической промышленности.
Семибратовские ученые внесли серьезный вклад в разработку циклонов типа СЦН-40, СЦН-50, ДВГ, ВПЦ, ЦПКИ, БЦ. Данные циклоны нашли активное использование как в России, так и в Казахстане и в Белоруссии.
Циклон со спиральным входом газа типа СЦН-40 специалисты считают высокоэффективным циклоном. Устанавливается он, когда имеется необходимость тонкой очистки газа и аспирационного воздуха который содержит частицы размером более 10 мкм. Циклон СЦН -40 обладает более высокой степенью очистки по сравнению с чаще применяемыми циклонами ЦН-15, СК-ЦН-34 и УЦ-38. Вынос пыли из циклона СЦН-40 в 2,5 раза меньше циклона ЦН-15 и в 1,5 раза меньше циклона СК-ЦН-34 и УЦ-38 при сравнимых энергозатратах. Высокая степень очистки получена в связи с повышением интенсивности вращательного движения газа в корпусе циклона и одномоментного снижения скорости радиального стока по направлению к выхлопной трубе. Циклоны СЦН-40 гораздо меньше подвергаются забиваемости и абразивному износу, не сложны в изготовлении и эксплуатации, приняты межведомственной комиссией и рекомендованы к серийному производству.
Абразивостойкий циклон типа CЦH-50 необходим для эффективной очистки газа от абразивной пыли в литейных производствах, энергетике, металлургии, в производстве строительных материалов. Срок службы данного циклона больше в 1,5–2,5 раза по сравнению с циклоном ЦН-15 при одинаковой производительности, гидравлическом сопротивлении и степени очистки; на тонких пылях степень очистки выше, унос пыли на 15–20 % меньше. Устойчивость к абразивной среде получена за счет спирального ввода запыленного газа в циклон, удлинения цилиндрического элемента корпуса и диаметра пылевыпускного отверстия. Циклон типа СЦН-50 конструктивно выполнен просто , легок при его производстве и удобен хозяйствовании. Имеет сравнительно небольшой коэффициент гидравлического сопротивления.
Вертикальный прямоточный циклон типа ВПЦ совмещает важные свойства противоточного и прямоточного циклонов, создан с целью улавливания абразивных пылей средней и крупной дисперсности. Степень очистки газов от пыли достигает 96 %. Срок эксплуатации циклона ВПЦ на абразивных пылях больше в 3,5 раза по сравнению с циклоном ЦН-15 ,при одинаковой производительности. Гидравлическое сопротивление в вдвое снижено. Более высокая надежность достигнута за счет применения спирального входного патрубка переменной высоты и увеличения пылевыпускного отверстия. Выпускной патрубок циклона ВПЦ проходит через бункер. Это позволяет удалить конденсацию влаги в бункере при очистке горячих газов. Таким образом уловленная пыль не будет зависать при выгрузке. Циклоны типа ВПЦ созданы для работы под разряжением. Его конструктивная особенность дает возможность защитить вентилятор от абразивного воздействия, а также снимает необходимость в использовании двух или трех поворотов газохода, что в свою очередь дополнительно уменьшает гидравлическое сопротивление установки делая ее компактнее. Циклоны ВПЦ гораздо менее чувствительны к подсосам постороннего воздуха в бункер, в связи с тем ,что величина разрежения в бункере в разы меньше обычных (противоточных) циклонов, хорошо компонуются в аспирационных системах , когда они установлены перед вентилятором. Подобные очистительные аппараты, одиночные и групповые циклоны типа ВПЦ, собранные из двух и четырех элементов, были установлены в литейных и кузнечных цехах целого ряда ведущих заводов в России.
Батарейный циклон типа БЦ очищает дымовые газы тепловых электростанций, промышленных котельных, сжигающих твердое топливо и в других отраслях промышленности. Собирается батарейный циклон из нескольких десятков и даже сотен циклонных элементов, равномерно и вместе установленных в одном корпусе, имеющим общий вход и выход очищаемого газа, а также общий бункер. Завихрение газа в циклонных элементах осуществлено с помощью лопаточных завихрителей типа «розетка» или за счет улиточного входа газа. Запыленный газ сквозь патрубок попадает в камеру грязного газа и расходится по циклонным элементам. С использованием циклонных элементов осуществляется очистка газа от пыли. Уловленная пыль выходит в бункер, далее через затвор выгружается наружу. Очищенный после циклонных элементов газ поступает в камеру чистого газа, после чего дымососом выталкивается через дымовую трубу в атмосферу. Камеры чистого и грязного газа, а также бункер между собой отделены герметичными перегородками. На входе в камеру грязного газа имеется шибер, который отключает части циклонных элементов в случае снижения расхода очищаемых газов.
Износостойкий циклон с пылевыводным каналом типа ЦПКИ спроектирован в целях очистки газов от высоко- и среднеабразивных пылей содержащих большие концентрации пыли в очищаемых газах. Его конструкция отлична от прочих типов износостойких циклонов оснасткой устройства для отделения и выхода крупных частиц пыли из верхней части корпуса в пылесборный бункер. Данная особенность циклонов ЦПКИ способствуеп тому, что самые крупные абразивные части пыли не проникают сквозь корпус циклона и не повышают тем самым его изнашиваемость. Циклон ЦПКИ производится в двух вариантах – по схеме стандартного циклона и по схеме циклона-разделителя, имеющего возможность одновременно отделять уловленную пыль на крупные и мелкие фракции. По производительности и степени отчистки Циклон типа ЦПКИ схож по характеристикам с циклоном ЦН-15, но у него на 20% сокращено гидравлическое сопротивление и он обладает в 6-8 раз большей износостойкостью при равнозначных расходах газа и диаметрах корпуса.
Циклон с двойным выводом газа типа ДВГ несет на себе два осевых патрубка для вывода очищенного газа, один из которых выходит сквозь крышку циклона, а второй – через нижнюю часть и бункер. Нижний выхлопной патрубок на конце, расположенном внутри корпуса циклона, оснащен цилиндрическим насадком, укомплектованным внешними и внутренними продольными ребрами. Сбоку, на поверхности насадки, прямо перед наружными ребрами (со стороны набегания газа) имеются отверстия. Часть газа, поступившая вследствие инерции в нижнюю часть циклона, создает вращательно-поступательное движение вокруг насадка. В ходе обтекания оребренного по поверхности цилиндрического насадка происходит торможение потока, что приводит к понижению окружной и осевой составляющих скорости потока. Монтирование продольных ребер на внутренней поверхности насадка создает дополнительное понижение гидравлического сопротивления агрегата в силу уменьшения прокрутки потока в нижней выхлопной трубе. Циклон впервые испытали в 1991г. в качестве второй ступени на установках подогрева шихты в циклонах-теплообменниках в производстве монохромата натрия.
В Семибратовском филиале НИИОГАЗ были спроектированы дымососы-пылеуловители следующих типов: ДП-10 , ДП-10А, ДП-12, ДП-12М, ДП-15 (цифра обозначает диаметр рабочего колеса в дециметрах).
Дымосос-пылеуловитель типа ДП Создан для транспортировки и очистки дымовых газов и аспирационного воздуха от пыли со средним размером частиц более 20 микрон. Дымосос-пылеуловитель вполне может заменить циклоны ЦН-15 и БЦ-2 в качестве самостоятельного аппарата обеспыливания, а также как узел первой ступени очистки перед высокоэффективными циклонами, тканевыми фильтрами, мокрыми пылеуловителями и электрофильтрами. Эксплуатируется для очистки дымовых газов, отходящих от топок со слоевым сжиганием твердого топлива; дымовых газов за сушильными барабанами на асфальтобетонных заводах; отходящих газов в производстве стройматериалов; аспирационного воздуха в литейном производстве после дробеметно-очистных машин, выбивных решеток, галтовочных барабанов, наждаков, конвейеров пересыпки горелой земли.
Исследования разнообразных циклонов, проведенные как отечественными, так и зарубежными технологами и инженерами, дали возможность получить функциональные зависимости эффективности, гидравлического сопротивления и надежности аппаратов от их конструктивных параметров и режимов эксплуатации.
В технической литературе эти соотношения отражаются в виде графиков, таблиц и в определенной мере дают возможность прогнозирования эффективности и гидравлического сопротивления необходимого типа циклона, а использование каталогов – осуществлять приблизительный выбор циклона, нужного для очистки необходимого объема газа. Обычно, циклоны подбираются из типоразмерного ряда устаревших циклонов ЦН-15. Надежность циклонов зачастую в расчет не принимается..
После выхода экономик России , Казахстана , Белоруссии в сферы рыночных отношений, увеличение требований природоохранных организаций России , Белоруссии и Казахстана к эффективности очищаемых газов, нужда в экономии средств приводят к новым точкам зрения вопрос выбора циклонов и вывести ее на качественно иной уровень. Таким образом была определена задача не приблизительного выбора, а математического расчета на ЭВМ эксклюзивного циклона, наиболее оптимального для конкретного источника пылевыделения. Данная задача была разрешена через разработку соответствующей компьютерной программы. Расчет велся с шагом по диаметру циклона равным 50 мм. В программе имеется возможность расчета 11-ти типов циклонов. Это и высокоэффективные циклоны СЦН-40, абразивостойкие циклоны средней эффективности СЦН-50, заменяющие циклоны ЦН-15, циклоны ЦПКИ, ВПЦ и ряд других. Выбор циклонов проходит с учетом всеобщего анализа данных, выведенных при аэродинамическом расчете циклонов, расчете эффективности и надежности циклонов. Тем самым, покупатель в каждом конкретном случае получает эксклюзивный вариант циклона, более всего соответствующий для того иного источника пылевыделения».
Некоторые инженеры и технологи России, Казахстана, Белоруссии , настроены пессимистично относительно перспектив будущего совершенствования циклонов. В 2005 в Нижнем Новгороде был издан справочник «Циклоны и вихревые пылеуловители». Автор справочника В.А.Лазарев – инженер-конструктор систем аспирации и пылеулавливания «СпецстройЭнергоПроект». В справочнике собраны данные об российских серийно изготовляемых и опытно-экспериментальных циклонах и ВПУ (вихревых пылеуловителях), используемых для сухой очистки технологических и аспирационных газов от пыли в разных сферах промышленности. Кроме общих данных о свойствах дисперсных материалов, методах оценки эффективности пылеулавливания, о подборе, расчете и эксплуатации циклонов и ВПУ, в данное издание были помещены разделы «Возвратно-поточные циклоны», «Прямоточные циклоны», «Вихревые пылеуловители» и «Батарейные циклоны и ВПУ».
Данные о конкретных конструкциях циклонов и ВПУ содержат стандартные сведения, аэродинамические характеристики, эффективность пылеуловителя, геометрические параметры, общий вид и габаритные размеры. Согласно отзывам профессионалов, осуществляющих деятельность в области инерционных аппаратов, справочник грамотно и добросовестно сформирован и вызывает реальный интерес. Даются не только проектанты того или иного оборудования, но и год разработки. По хронологии список начинается с — циклон ЛИОТ – Ленинградского института охраны труда – выпущенный в 1934 г.. Из основных разработчиков возвратно-поточных циклонов справедливо приведен НИИОГАЗ – начиная с циклона типа ЦН-11 и кончая СЦН-40. Тут же и циклоны ЛИОТ, СИОТ, РИСИ (Ростовского инженерно-строительного института), Промстройпроекта, Гипродрева, ВНИИЗ (Всесоюзного НИИ зерна и продуктов его переработки). Прямоточные циклоны обозначены циклонами типа ЦКТИ, НВГК, ПЦПО. Указаны разработчики – Гипрогазоочистка, УНИХИМ, МИХМ. Разработчики батарейных циклонов также представлены– это НИИОГАЗ, Гипромашуглеобъединение, ВТИ, трест «Энергоуголь» и «Центрэнергоуголь». Создателями проекта вихревых пылеуловителей типа ВЗП и ВЗП-М выступает МГТА (МТИ), типа «Вихрь» – ВНИИПИЧерметэнергоочистка, ВПУ конструкции МХМа.
В разделе, о вихревых пылеуловителях, В.А.Лазарев указывает:
«Вихревые пылеуловители были разработаны значительно позже циклонов (в начале 60-х годов XX века). За прошедшее время создан целый ряд конструкцийВПУ. Опубликовано много статей о положительных результатах исследований и промышленного применения этих конструкций. Вместе с тем публикации нередко содержат противоречивые и плохо согласующиеся между собой данные, даже принадлежащие одним и тем же авторам, не содержат достаточной информации для использования в инженерной практике (исключение составляют, пожалуй, только конструкции ВЗП, ВЗП-М).
В справочнике систематизирована имеющаяся в публикациях информация по ВПУ с целью сделать возможной ее применение на практике.
ВПУ отличаются от циклонов тем, что в аппарате двух встречных в осевом направлении закрученных потоков – нижнего (первичного) и верхнего (вторичного),при выдаче запыленного газа одновременно по обоим каналам частицы пыли, поступающие по верхнему каналу, отбрасываются центробежными силами к стенке аппарата, движутся вдоль нее вниз по спирали и попадают в пылевой бункер. Частицы пыли, проникающие в аппарат по нижнему каналу, сначала с потоком газа приподнимаются по спирали, а затем под действием центробежных сил отфильтровываются выбросом к стенке и с верхним (вторичным) потоком газа опускаются вниз, аналогичным образом попадая в пылевой бункер».
Вихревые пылеуловители делятся на ВПУ с сопловым вводом верхнего потока газа, с лопаточным вводом верхнего и нижнего потоков газа, с тангенциальным вводом верхнего и нижнего потоков газа.
Интересна оценка данная автором справочника ВПУ по сравнению с циклоном:
«В настоящее время возможности повышения эффективности обеспыливания промышленных газов в традиционных циклонах за счет их режимной и конструктивной оптимизации в значительной мере исчерпаны. На пути усовершенствования циклонов трудно ожидать существенных результатов вследствие объективно присущей циклонному процессу зависимости показателей эффективности от коэффициента гидравлического сопротивления аппарата. В связи с этим представляется важным совершенствование и промышленное внедрение способа улавливания пыли во встречных закрученных потоках, реализованного в ВПУ. Этот способ позволил преодолеть энергетический уровень центробежной очистки газов в традиционных циклонах, существенно повысить ее эффективность и другие технико-экономические показатели».
Несмотря на внешнюю простоту конструкции инерционных аппаратов, они не только успешно конкурируют с аппаратами других принципов пылегазоочистки, но и соперничают в своей внутренней структуре. Однако обоснованные В.А.Лазаревым преимущества ВПУ перед циклонами вызывают пессимистичные точки специалистов ЗАО «СФ НИИОГАЗ». Таким образом можно констатировать –циклоны будут и дальше пользоваться спросом.
