Циклоны представляют собой наиболее часто применяемым в промышленности типом газоочистного оборудования. Популярность циклонов основана на простоте их конструкции, прочности в ходе эксплуатации, относительно малыми материальными издержками на изготовление .
Циклон для очистки воздуха: история появления
История создания первых циклонов весьма интересна, особенно специалистам. Несмотря на то,что неизвестно, кто стоял у истоков самого первого циклона, но имеются данные, что в Украины использование агрегатов похожих на нынешние циклоны практиковалось еще на известных демидовских производствах. В работе германского специалиста исследователя Матиаса Боната “Циклонный очиститель газа от твердых частиц”, выпущенной в 1982 году в сборнике “Химико– инженерная техника” . история создания циклона выглядит так : “В 1886 году американец О.М.Мерсе , представитель “Кникербокер компании”, подал заявку на получение патента на пылесборник и получил авторское свидетельство на первый циклонный очиститель.
Хотя циклонный очиститель используется в технике уже на протяжении 100 лет, до сегодняшнего дня не удалось полностью вычислить режим потока в этих аппаратах. В создании циклонного аппарата участвовали многие исследователи. Лишь не многим, наверно, известно, что Л.Прандль, который при помощи своих выводов о теории пограничного слоя обосновал современную механику потока, тоже занимался циклонами. Так фирма MAN в Нюрнберге в 1901 году тоже подала заявку на патент циклонного очистителя, изобретателем которого является Л.Прандль . Работой о вычислениях и параметрах циклонов, опубликованной в 1956 году, В.Барту из Карлсруе сделал решительный шаг на пути к пониманию аэродинамических процессов в циклонном очистителе, которые определяют режим очистки.”
Механизм работы циклона
Принцип работы циклона опирается на привлечении центробежной силы, происходящей в силу вращательно-поступательном движении газового потока: центробежная сила отделяет частицы пыли к стенкам циклона, далее они оседают в бункере, а чистый воздух выходит через выходной патрубок, либо транспортируется на следующую ступень очистки, например в рукавные фильтры типа ФРО, рукавные фильтры ФРКН, рукавные фильтры ФРИД и другие.
Много лет подряд в СССР и после в Украины, Казахстане, Белоруссии циклоны не рассчитывали по единой теории расчета технических параметров циклонов, что способствовало проектированию нескольких типов, и так длилось до тех пор пока практика не остановила эту конкуренцию всего на двух типах – цилиндрических и конических, которые могут создавать как “правое”, так и “левое” вращение газовых потоков (по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно).
Чтобы снизить габариты и гидравлические сопротивление специалистами были предложены прямоточные циклоны. Батарейные циклоны представляют собой соединение стандартных и прямоточных циклонов в единый агрегат.
Сфера применения пылеулавливающего циклона
Циклоны относят к оборудованию так называемой сухой инерционной очистки, их популярность и использование обусловлено необходимостью очистки дымовых технологических газов от установок промышленной теплотехники. Циклоны эксплуатируются также для очистки газа при высоких температурах и давлениях.
Циклоны являются наиболее используемыми газоочистными аппаратами.
Циклон устанавливается в целях очистки газов в самых различных отраслях промышленности: в черной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике и др.
При малых капитальных затратах и эксплуатационных издержках, циклон в зависимости от тех.параметров улавливаемой пыли, типа и режима работы циклона обеспечивают эффективность очистки газов и пылеулавливания 80-95%.
Циклон нужен для первичной очистки. Он может функционировать и самостоятельно, но в условиях повышенной запыленности для увеличения эффективности очистки также используются рукавные фильтры ФРО,ФРИД,ФРКН и другие. При этом циклон ставят перед фильтром и он , таким образом, служит как начальная ступень пылеулавливания. В практике различных специалистов прижился и термин- «групповой циклон», например циклон ЦН-15-500х4УП (установка из четырех циклонов ЦН-15-500 в комплекте с пирамидальным бункером), циклон СЦН-40-700х4 и т.п. Постановка данных агрегатов связана с расходом газа, а также эффективностью, которую нужно получить. Диаметр циклона корелируется с производительностью (м3/час), в таких случаях тип циклона подбирается исходя из параметров улавливаемой пыли.
Важное свойство в процессе эксплуатации циклона — герметичность, отсутствие доступа воздуха в корпус циклона. Эксперименты утверждают, что 1% подсоса воздуха уменьшает эффективность газоочистки на величину от 1 до 4%, в связи с этим подсос необходимо свести к минимуму. Изучая потребности на поставку циклонов НИИОГАЗ, таких как ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24, СДК-ЦН-33, СЦН-40, СК-ЦН-34, можно сделать вывод, что из всех перечисленных циклонов НИИОГАЗ популярны только циклоны средней эффективности ЦН-15 и высокоэффективные циклоны СЦН-40.
Процесс эксплуатации циклонов ЦН-15 четко обозначил тот факт, что стойкость к абразивному износу у циклонов ЦН-15 мала. Следующий недостаток этого циклона -сложность компановки винтовой крышки корпуса. Для предотвращения этих проблем в ОАО «СФ НИИОГАЗ» был создан циклон с плоской крышкой СЦН-50 , прочность которого в части абразивосткойкости была повышена. Срок эксплуатации циклона СЦН-50 выше срока службы циклона ЦН-15 в разы, а эффективность очистки газов на 2-4 % выше. Циклоны СЦН-50 проще в части конструктива, их легко изготовить заводу производителю. Металлоемкость циклона СЦН-50, относительно циклон ЦН-15 снижена на 15%.
В наше время спроектирована конструкция циклона, включающая положительные характеристики противоточного и прямоточного циклонов, обозначенная авторами вертикальным прямоточным циклоном (ВПЦ).
Выпускной патрубок циклон ВПЦ выходит сквозь бункер. Это дает возможность предотвратить конденсацию влаги в бункере при очистке горячих газов. Уловленная пыль таким образом не зависает при выгрузке. Чувствительность к подсосу постороннего воздуха у Циклоны типа ВПЦ гораздо меньше, т.к. величина разрежения в бункере в разы обычных (противоточных) циклонов. Данные циклоны превосходно устанавливаются в аспирационных системах при монтаже их перед вентилятором. Коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона ВПЦ составляет величину п=80. Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона ВПЦ, состоящего из четырех циклонов — п=104. Металлоемкость циклонов ВПЦ относитель но стандартных циклонов, рассчитанными на очистку одинаковых объемов газов, меньше на 35-45%.