Jad w ig a JUNCZYK J a n KĘDZIERZAWSKI
I n s ty tu t Techniki Cieplnej, Łódź
O MOŻLIWOŚCIACH POPRAW IENIA SKUTECZNOŚCI ODPYLACZY CYKLONOWYCH
S tr esz c z en ie . Omówiono b ad an ia odpylaczy cyklonowych CE (dotychczas produkowanych) oraz nowo opracow anych w In stytu cie Te
chniki Cieplnej odpylaczy CW, CD oraz ich kom binacji CWD. Nowo opracowane odpylacze ch arak tery zu ją się w iększą skutecznością odpy
lan ia oraz mniejszymi oporam i przepływu.
A BO U T THE POSSIBILITIES OF EFFICIEN CY IM PROVEM ENT O F CYCLONE DU ST COLLECTORS
Sum m ary. The investigations of cyclone d u st collectors type CE (previous design) and some designs in th e In stitu te of H e a t E ngineering type CW, CD and CWD w ere discussed. The new designs of du st collectors are more efficient an d have lower flow resistance.
D IE MÖGLICHKEIT DER W IRKUNGSG RADSERH Ö HUNG VO N ZY
KLONABSCHEIDER
Z usam m enfassung. Die U n tersu ch un g en von Zyklonabscheider (Typ CE, bisher hergestellte) u nd n e u b e arb e ite te r im I n s titu t für W ärm etechnik Abscheider CW, CD u n d d eren K om bination CWD w urden beschrieben. N eue A bscheider sind du rch den höheren E ntstaubungsw irkungsgrad als auch d urch den niedrigeren Ström ungsw iderstand gekennzeichnet.
WPROWADZENIE
Odpylacze cyklonowe ch araktery zu ją się p ro stą konstrukcją, łatw ością ob
sługi oraz niskim i kosztam i inwestycyjnym i i eksploatacyjnym i. Stosunkowo wysoka skuteczność odpylania preferuje je do stosow ania przy odpylaniu kotłów rusztow ych i narzutnikow ych, w przem yśle m ateriałów budowlanych oraz węglowym, koksowniczym itp.
Obecnie jednym z najskuteczniejszych odpylaczy cyklonowych są typosze
regi CE pojedyncze oraz bateryjne, produkow ane w szerokim zakresie śred
nic. Ponieważ typoszereg CE był opracow any w Instytucie Techniki Cieplnej w lata ch siedem dziesiątych, postanowiono przeanalizow ać możliwość popra
w ienia skuteczności odpylacza cyklonowego przy zmniejszonych oporach prze
pływu i w ym iarach zewnętrznych.
Ze względu n a ścisłą współpracę z producentem ograniczono się w niniej
szym opracow aniu do przedstaw ienia wyników b adań, porównując odpylacz cyklonowy CE (rys. 1) z nowo opracowanym i w Instytucie odpylaczami CW (wysokoskuteczny), CD (docelowy) oraz ich kom binacji CWD (ze stożkiem 1 lub 2).
3,50
0 050
• L M Q j
„ r
3 &
>
i ' - r —
i / _p
“ O ---—
fci .. ... i K T " “ “ "'
WO
Rys. 1. Odpylacz cyklonowy CE Fig. 1. CE cycloneduot collecton
B adania modelowe odpylaczy przeprowadzono w Instytucie n a specjalnym stoisku, w tych sam ych w aru nkach i n a tych sam ych pyłach dla każdego cyklu badań.
2. BADANIA ODPYLACZY NA STOISKU
Stoisko pomiarowe (rys. 2) składa się z podajnika pyłu do badanego cyklonu odpylacza, zbiornika pyłu oraz k a n a łu (połączonego z kom inkiem odpylacza) odprowadzającego oczyszczone powietrze. W entylator prom ieniow y o regulo
w anej prędkości obrotowej odciąga oczyszczone pow ietrze z cyklonu kanałem , w którym znajduje się zwężka do pom iaru wydajności oraz sonda pyłom ierza ty p u E m itest (określający m asę pyłu opuszczającą cyklon).
Rys. 2. Schemat stoiska pomiarowego: 1 - podajnik pyłu, 2 - kanał zapylonego powietrza, 3 - odpylacz cyklonowy, 4 - kanał oczyszczonego powietrza, 5 - zwężka pomiarowa, 6 - wen
tylator wyciągowy, 7 - zbiornik pyłu
2.1. W arunki i za k r e s p o m ia r ó w
Modele odpylaczy o jednakow ej średnicy płaszcza D = 400 m m badane były przy zapyleniu czynnika równym 5 g/m3, n ato m ia st różnił się on składem ziarnowym dla dwu badanych serii:
S e r ia 1. P o m ia r o d p y la c z y CE i CW Skład ziarnowy pyłu podano w tablicy 1.
T ab lica 1 S k ła d zia r n o w y p y łu d la 1 se r ii p o m ia r ó w (g ę sto ść p y łu 2000 kg/m 3) Średnica ziarna
d, |im
Udział masowy
U j , %
Sumaryczny udział masowy
%
0 - 2 6,0 6,0
2 - 4 8,0 14,0
4 - 6 6,5 20,5
6 - 1 0 2,5 23,0
1 0 -1 5 22,0 45,0
1 5 - 2 0 10,0 55,0
2 0 - 3 0 10,0 65,0
3 0 - 4 0 7,0 72,0
4 0 - 5 0 5,0 77,0
>50 23,0 100,0
W cyklonach zm ieniano wysokość płaszcza H = H / D , w przedziale od 2,5 do 3,5. Skuteczność odpylania oraz współczynniki s tr a t określono dla różnych prędkości n a wlocie do głowicy ce = 8 -5-18 m/s.
S e r ia 2. P o m ia r o d p y la c z y CE, CW, CW D-1 i CWD-2 Skład ziarnowy pyłu podano w tablicy 2.
T ab lica 2 S k ła d z ia r n o w y p y łu d la 2 se r ii p o m ia r ó w (g ę sto ść p y łu 2000 k g/m 3) Średnica ziarna
d, gm
Udział masowy
Uj, %
Sumaryczny udział masowy X “i> %
0 - 2 8,5 8,5
2 - 4 13,0 21,5
4 - 6 11,0 32,5
6 - 1 0 16,0 48,5
1 0 -1 5 11,5 60,0
1 5 -2 0 6,0 66,0
2 0 - 3 0 6,5 72,5
3 0 - 4 0 5,5 78,0
4 0 - 5 0 4,0 82,0
>50 18,0 100,0
Cyklon CE zbadano przy H = 3,5, n ato m iast CW, CW D-1 i CW D-2 przy Tl = 2 + 4. Skuteczność odpylania oraz współczynniki s tr a t określono dla różnych prędkości n a wlocie do głowicy ce = 8 + 21 m/s.
2.2. M etoda p om ia ró w
C ałkow itą skuteczność cyklonu określono z zależności:
Tl = - A x 100 % m p
gdzie m asy pyłu określane metodą w ażenia odpowiadają:
m z - strum ień m asy pyłu zatrzym anego w cyklonie, kg/h, m p - stru m ień m asy pyłu dostarczonego podajnikiem , kg/h.
Dla kontroli bilansu pyłu w układzie pomiarowym pyłomierzem EMITEST m ierzono stru m ień m asy pyłu w k an ale za odpylaczem. S tru m ień objętości (w ydatek) pow ietrza przepływającego przez cyklon m ierzono zw ężką pom iaro
wą, utrzym ując stałe zapylenie czynnika, równe 5 g/m3 pow ietrza. W spółczyn
n ik oporu pow ietrza przepływającego przez odpylacz cyklonowy określano m ierząc różnicę ciśnień statycznych (pdyn = idem), n a wlocie i wylocie z cyklonu, m anom etrem U-rurkowym.
2.3. N ie p e w n o ść pom iarów
Liczba pomiarów każdego mierzonego p u n k tu odpow iadała n = 3. D la tej w artości obliczano średn ią arytm etyczną t|, średnie odchylenie standardow e £>
oraz wartość średniego błędu średniej arytm etycznej S T) [2].
Dla poziomu ufności a = 0,9, liczby pom iarów n = 3 oraz w spółczynnika ta (tablice S tu d e n ta -F ish e ra) wyznaczono granice p rzedziału ufności An, pozwa
lające przykładowo obliczyć w artość śred n ią z pom iarów r| = 0,9707 oraz odchylenie wyznaczenia skuteczności = 0,004, a zatem w artość rzeczyw ista skuteczności odpylania zaw arta je s t w przedziale:
3. WYNIKI POMIARÓW
3.1. P o r ó w n a n ie o d p y la c z y CE i CW
Zgodnie z w aru nk am i podanym i w punkcie 2.1 zbadano odpylacze cyklono
we CW i CE, a porównanie uzyskanych wyników dla ce = 12 m/s przedstaw io
no n a rys. 3 [1],
b
44 - -
- 4 2 - ' - 4 f -
- 4 0
••
> 3 0 5 S ’ « / D
p l X J.
99 97
96 /
99 /
s
- 4 9 -
L - - /
91 f/
/ //
« j
/ /
✓ /
*
/ — cW x w o ł w tpiral
QS
/
/ _____— cW i * ih c z
T 1
f ij / — — cc
i5 i 0 3, H'D
Rys. 3. Porównanie skuteczności odpylania i współczynnika stra t cyklonów CE i CW z wlo
tem stycznym i spiralnym, przy ce = 12 m/s (pyl wg tabl. 1)
Fig. 3. Comparison of dust extraction effectiveness and loss factors of CE and CW cyclones with tangeutial and spiral inlet for ce = 12 m/s
W yniki b ad ań pozwalają wnioskować, że:
— skuteczność odpylania cyklonów CW je s t (dla w szystkich w zględnych w a r
tości H = H / D ) większa niż dla cyklonu CE, przy czym dla cyklonu CW zm niejszenie wartości H = 3,5 do H = 3,0 nie wpływa ujem nie n a skutecz
ność odpylania (przy zastosowaniu głowicy z wlotem spiralnym , k tó ra okazuje się dużo korzystniejsza od głowicy z wlotem stycznym),
— opory przepływu odpylacza CW z wlotem stycznym i z wlotem walcowym s ą dużo m niejsze od oporów odpylacza CE.
3.2. P o r ó w n a n ie odpylaczy CE, CW, CW D-1 i CW D-2
Zgodnie z w arunkam i podanymi w pkt. 2.1 (należy podkreślić, że pyl, n a którym były badane odpylacze w serii 2, był bardziej drobnoziarnisty niż w serii 1) zbadano odpylacze CE, CW, CW D-1 i CW D-2 [3].
W yniki badań (rys. 4 i 5) pozwalają n a wyciągnięcie następujących wnio
sków:
— skuteczność odpylaczy CW, CWD—1 i CWD—2 w z ra sta w raz ze w zrostem prędkości ce n a wlocie do głowicy cyklonu,
— przy prędkości ce = 18 m/s skuteczność odpylaczy CW i CE je s t idem, n a to m ia st odpylaczy CWD-1 i CW D-2 (dla H = 3,5) je s t odpowiednio n iższa o 2 i 2,4 p unktu,
5
C£ i
r C H HD-i
— ■
• >.
“ CW -2 —...
••
3,0 3,3 4,0 H
Rys. 4. Porównanie współczynnika stra t cyklonów: CE, CW, CWD-1 CWD-2, przy róż
nych względnych wysokościach H- (pyl według tabl. 2)
Fig. 4. Comparison of loss factors for CE, CW, CWD-1 and CWD-2 cyclones for different
- współczynnik s tr a t ę CE CE (dla H = 3 , 5 ) je s t o 20% wyższy w porów naniu z odpylaczem CW oraz o 28% wyższy od C c w d -i odpylacza CW D-1 i 5 3 % od
C cw d- 2 odpylacza CWD-2.
Rys. 5. Porównanie skuteczności odpylania cyklonów: CE, CW, CWD-1 oraz CWD-2, przy różnych prędkościach wlotowych ce (pył wg tabl. 2)
Fig. 5. Comparison of effectiveness off CE, CW, CWD-1 and CWD-2 cyclones for different inlet velocities ce
4. PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badan ia pozwoliły stw ierdzić, że m ożna jeszcze poprawić skuteczność odpylaczy cyklonowych CE przy jednoczesnym obniżeniu współ
czynnika s tr a t nie tylko dla pyłu stosowanego w serii 1, ale i drobnoziar
nistego stosowanego w serii 2.
Obniżenie bardzo znaczne współczynnika s tr a t £ w odpylaczach CW D-1 i CW D -2 pozwoliło n a zaprojektowanie następnej w ersji cyklonu CWD, który przy dużo mniejszej średnicy D uzyskałby, przy tych sam ych w ydajnościach co odpylacze CE, zbliżoną skuteczność odpylania.
N ależy zwrócić uwagę n a fakt, że skracan ie wysokości płaszcza cyklonu poniżej H = 3,5 niekorzystnie wpływa n a skuteczność cyklonu CE. Przy projektow aniu należy bardzo zwracać uw agę n a zaw artość najdrobniejszych frakcji (0 + 10 pm) pyłu, k tó ra decyduje o zastosow aniu ty p u odpylacza CW lub CWD.
LITERATURA
1. Junczyk J.: Opracowanie nowej konstrukcji wysokoskutecznego odpylacza cyklonowego, Sprawozdanie ITC n r ewid. 6102 (nie opublikowane), Łódź.
2. Zarządzenie GIOŚ n r 94/92 z dnia 03. 03. 1992 w spraw ie m etodyki w ykonyw ania pomiarów stężenia pyłów w gazach odlotowych.
3. Zgłoszenie patentow e, n r P-297258 z d n ia 29.12.1992, “Odpylacz cyklo
nowy”.
A b str a c t
T he paper presents experimental te sts on cyclone d u st collectors type CE (cu rren t production) and some new designs of types CW, CD an d CWD worked out in th e In stitu te of H eat Engineering. The new d u st collector designs are m ore efficient and also are characterized by lower flow resistance.
R esults of experim ents indicate th a t it is possible to fu rth e r improve the efficiency of cyclone du st collectors CE, lowering, a t th e sam e tim e, loss coefficient not only for th e dust used in series 1 b u t also for th e fin e-g rain ed d u st used in series 2. A fter loss coefficient w as considerably lowered w ith reg a rd to collectors CWD-1 and CW D-2, it w as possible to design a new version of cyclone CWD, which would be as efficient as collectors CE, even if its d iam eter D was m uch smaller. Also, it should be indicated th a t if th e cyclone jacket is sm aller th a n H = 3,5 th e efficiency of cyclone CE is affected.
Also, th e sm allest fractions content (0-h10 pm) should be ta k e n into account for
