§ 1. Улавливание пыли в циклонах

Циклон является одним из наиболее распространенных пылеулавливающих аппаратов. Однако с высокой эффективностью циклоны способны улавливать пыль только размером 15— 20 мкм и более.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, совершает поворот на 180° и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу (рис. 4.1). Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающегося потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того что решающим фактором, обусловливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально.

Рис. 4.1. Схема циклона: 1 — входной патрубок; 2 — раскручивающая улитка; 3 — выходной патрубок; 4 — крышка; 5 — выхлопная труба; 6 — цилиндрическая часть; 7 — коническая часть; 8 — пневмовыпускное отверстие; 9 — бункер для пыли; 10 — пылевой затвор.

При движении во вращающемся криволинейном потоке газа частицы пыли находятся под действием силы тяжести, центробежной силы и силы сопротивления. Сила тяжести для частицы обычно пренебрежимо мала. Скорость частиц пыли в циклоне можно без большой ошибки считать равной скорости вращения газового потока.

Величина центробежной силы Р_ц, действующей на частицу пыли массой М, равна:

, (4.1)

где R — радиус кривизны траектории в рассматриваемой точке.

Под влиянием центробежной силы частица приобретает скорость в радиальном направлении, встречая при своем движении сопротивление газового слоя. Движение частицы пыли в радиальном направлении приближенно можно рассматривать как прохождение через совокупность равновесных состояний, в каждом из которых изменяющаяся по величине центробежная сила уравновешивается соответственно изменяющейся силой сопротивления. Применяя закон Стокса, можно написать:

, (4.2)

Таким образом, предельная скорость, которой может достигнуть частица пыли в радиальном направлении, равна

, (4.3)

В связи с непрерывным перемещением частицы в радиальном направлении величина радиуса R, а, следовательно, и величина предельной скорости непрерывно меняются и могут быть выражены производной dR/dt. Следовательно

, (4.4)

После разделения переменных и интегрирования в пределах от R₁ до R₂ и от 0 до t получим

.

откуда время прохождения частицей пути R₂—R_{1 ,} (с), равно

. (4.5)

Диаметр частицы, (м), успевающей за время t пройти путь R₂-R₁, будет равен

. (4.6)

Эффективность работы циклона возрастает с увеличением скорости газа w_г, размера d и плотности частиц пыли _ч и уменьшается с увеличением вязкости газа  и размеров циклона.