Înțelegerea Cyclone Dust Collectors Fluid Engineering Blog
Înțelegerea colectoarelor de praf ciclon… Principiile de funcționare, necesitățile specificațiilor și costurile
Separatoarele de cicloni sunt cele mai simple și mai puțin costisitoare dispozitive de colectare a prafului pentru controlul poluării aerului industrial. Funcționarea și întreținerea sunt simple, deoarece nu au piese în mișcare. Acest articol discută despre cel mai obișnuit design al separatorului de cicloni, tipul de intrare involut cu un flux de contracurent, ieșire de aer curată coaxială.
Principiul de funcționare - Aerul încărcat de praf pătrunde în corpul cilindric/conic al ciclonului tangențial în partea de sus și fluxul își asumă un model de vortex în timp ce se deplasează elicoidal în jos, Figura 1.
Caracteristicile de performanță ale unui ciclon sunt determinate de proporțiile și mărimea acestuia și de proprietățile și debitele de aer și praf. Performanța este descrisă prin scăderea presiunii (consumul de energie), eficiența fracțională (procentul în greutate colectat din orice dimensiune a particulelor) și eficiența totală (procentul total în greutate colectat).
Viteza radială a unei particule, determinată de legea lui Stokes, este o funcție a densității și vâscozității aerului, a densității particulelor, a pătratului diametrului aerodinamic al particulei și a accelerației particulelor. Accelerația este o funcție a pătratului debitului volumetric de aer și a reciprocelor pătratului zonei de intrare și a diametrului corpului ciclonului.
Deoarece modelele de flux din cicloni sunt tridimensionale, relațiile matematice care descriu caracteristicile de performanță sunt foarte complexe. Cu toate acestea, aplicarea legilor fizice stabilite datelor empirice derivate din testele de laborator și experiența pe teren a dus la modele precise de computer pentru prezicerea performanței ciclonului. La rândul său, performanța generală a ciclonului s-a îmbunătățit și domeniul de aplicare al acestor unități sa extins.
Miturile ciclonului - Pentru a aprecia gama și tipul de probleme de poluare a aerului pe care separatoarele de cicloni le pot rezolva din punct de vedere economic și eficient, inginerii instalațiilor trebuie să ia în considerare unele concepții greșite despre echipamente.
Ciclonii sunt potriviți numai pentru colectarea particulelor până la aproximativ 5-10 microni. Această afirmație este o simplificare excesivă, deoarece ignoră două variabile importante, densitatea prafului și căderea de presiune. Unele prafuri de lemn și hârtie au densități de particule de aproximativ 35 lb/pi ft și anumiți compuși ai metalelor grele au densități de 700 lb/pi ft. Referindu-ne la Figura 2, dacă curba de eficiență fracțională pentru ciclonul 3 ar fi revizuită pentru a reprezenta praful de lemn, eficiența unității pe particulele de 2,0 microni ar fi de 0,1 la sută. Cu toate acestea, același ciclon în aceleași condiții de debit de gaz ar avea un 91,1. eficiență procentuală în colectarea particulelor compuse de plumb de 2,0 microni.
Cu un 2,9 in. w.g. căderea de presiune, eficiența ciclonului 3 în colectarea particulelor de praf de 2,0 microni este de 20,6%. Dacă debitul de gaz este dublat sau diametrul ciclonului este redus de la 6,5 la 4,6 picioare, căderea de presiune crește la 11,6 inci și eficiența crește cu 60,9 la sută. Deci, contrar credinței populare, ciclonii pot obține eficiență ridicată în colectarea particulelor până la 1,0 microni și (în unele cazuri) mai jos.
Ciclonii funcționează de obicei la scăderi de presiune în 2 până la 10 in. w.g. gamă. Scăderile de presiune ale ciclonului variază direct în funcție de densitatea gazului. În aplicațiile de control al poluării, densitatea aerului este în mod normal de 0,075 lb/cu. ft. la temperatura și presiunea standard. Cu toate acestea, în procesele industriale, temperaturile pot varia de la 20 la 2000 F și presiunile de la 20 în vid Hg la 250 PSIG. Astfel, densitatea aerului poate varia de la 0,01 la 1,6 lb/pi ft și, în funcție de condițiile de gaz, scăderea presiunii ciclonului poate varia cu un factor de până la 160. Amestecurile de aer, vapori de apă sau alte gaze pot crește și mai mult acest interval.
Relația dintre eficiența ciclonului și scăderea presiunii este, de asemenea, ignorată de acest mit. De obicei, selectarea unui ciclon mai mic într-o anumită „familie” are ca rezultat o eficiență mai mare. (O familie de cicloni este definită ca unități care sunt proporționale geometric între ele, indiferent de dimensiune.) Costul ciclonului, plus costul conductelor aferente, al structurilor de susținere și al forței de muncă pentru instalare, este și mai mic. Dar, costurile motorului și ale ventilatoarelor (în unele cazuri) și consumul de energie cresc.
Probabil cea mai importantă considerație trecută cu vederea în acest mit este viteza de intrare a gazului. Majoritatea literaturii presupune că viteza aerului variază între 20 și 100 fps, viteza în majoritatea aplicațiilor industriale scăzând între 40 și 60 fps. Cu toate acestea, testele de laborator și aplicațiile pe teren au arătat că vitezele de admisie pot fi de până la 10 fps și la fel de mare are sau peste 150 fps.