Гравитационные, инерционные и центробежные пылеуловители

В пылеосадительных камерах отделение частиц пыли от воздуха происходит под действием сил тяжести, когда скорость движения воздуха в камере значительно уменьшается за счет увеличения поперечного сечения камеры по сравнению с поперечным сечением воздуховода.

Несмотря на различные конструктивные усовершенствования, эффективность пылеулавливания осадительных камер не превышает 50...60%, а занимаемое ими пространство непропорционально велико. Поэтому в настоящее время они применяются редко, в основном в качестве предколлекторов для других, более эффективных пылеуловителей.

Наиболее распространенные конструкции инерционных пылеуловителей показаны на

рис. 36.

Рис. 36. Инерционные пылеуловители

При резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием сил инерции стремятся двигаться в прежнем направлении и после поворота газов попадают в бункер.

Аэродинамическое сопротивление аппаратов 150...390 Па. Эффективность улавливания частиц размером 25...30 мкм составляет 65...80%.

К инерционным аппаратам относятся и жалюзийные пылеуловители. Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты (рис. 37). Пылевые частицы по инерции стремятся сохранить первоначальное направление, и наиболее крупные из них отделяются от газового потока. Этому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают. Часть газа с высокой концентрацией пыли направляется на дальнейшую очистку, например, в циклон.

Аэродинамическое сопротивление данных аппаратов 100...500 Па.

Рис. 37. Жалюзийный пылеуловитель

Циклоны - наиболее распространенные в промышленности аппараты. Они имеют следующие достоинства:

1) надежность работы при температурах газов до 500 ⁰С;

2) возможность улавливания абразивных материалов (после предварительной футеровки внутренних поверхностей керамическими плитками);

3) улавливание пыли в сухом виде;

4) постоянное во времени аэродинамическое сопротивление аппарата (в сравнении с фильтрами);

5) успешная работа при высоких давлениях газов;

6) простота изготовления;

7) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности входящих газов.

К недостаткам циклонов можно отнести следующие:

1) высокое аэродинамическое сопротивление: 1200...1500 Па;

2) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;

3) невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Принцип работы циклона объясним по рисунку 38.

Очищенный газ

Запыленный газ

Пыль

Рис. 38. Циклон

Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется снизу вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно центробежное ускорение в циклонах в несколько сот, а то и в тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а движутся к стенке.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне пропорциональна отношению скорости газа к диаметру циклона в степени 1/2:

h»(V_г/d_ц)^1/2

Из формулы видно, что, чем меньше d_ц, тем выше может быть эффективность работы циклона. Оптимальное соотношение высоты циклона Н к его диаметру:

Н/d_ц = 2...3

При больших расходах очищаемых газов используют групповую компоновку аппаратов (групповые циклоны). Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки.

Батарейные циклоны - объединение большого числа малых циклонов в группу (мультициклоны). Малые диаметры циклонов способствуют повышению эффективности очистки всей системы в целом. Расчет циклонных аппаратов проводят последовательными приближениями по методикам, изложенным в справочной литературе.

Очистка газов от пыли в динамических пылеуловителях осуществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса тягового устройства. Наиболее распространенным является дымосос-пылеуловитель ДП (рис. 39).

ДП предназначен для улавливания частиц пыли размером более 15 мкм.

Запыленный поток поступает в улитку и приобретает криволинейное движение. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к периферии и вместе с 8-10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки.

Все очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо ДП, а затем через кожух выбросов - в дымовую трубу.

Основным недостатком ДП является относительно быстрый износ улитки и элементов контура рециркуляции газа при работе на абразивных пылях.

Аэродинамическое сопротивление динамических пылеуловителей 800...1000 Па.

1

2

Рис. 39. Дымосос-пылеуловитель:

1 – улитка, 2 – циклон

Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока (рис. 40).

Запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер.

В качестве вторичного газа может быть использован атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы. Наиболее выгодно использование запыленных газов. Оптимальный расход вторичных газов составляет 30...35% от первичного.

2

3 1 - камера

2 - выходной патрубок

3 - сопла

1 4 4 - лопаточный завихритель

6 5 - входной патрубок

6 - подпорная шайба

7 5 7 - пылевой бункер

Рис. 40. Вихревой пылеуловитель

Используются батарейные установки, состоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Достоинства вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонами:

¨ более высокая эффективность улавливания тонкодисперсной пыли;

¨ отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппарата;

¨ возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования холодного вторичного воздуха;

¨ возможность регулирования процесса сепарации (отделения) пыли за счет изменения количества вторичного газа.

Недостатки:

§ необходимость дополнительного дутьевого устройства;

§ в случае использования в качестве вторичного атмосферного воздуха - повышение общего объема газов, проходящих через аппарат;

§ повышенная сложность эксплуатации аппарата.

Очистка газов в фильтрах

В основе работы пористых фильтров лежит процесс фильтрации газов через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы:

1 - гибкие пористые перегородки (тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон; нетканые волокнистые материалы - войлоки, иглопробивные материалы, бумага, картон; ячеистые листы - пенополиуретан, ячеистая резина);

2 - полужесткие пористые перегородки (слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними);

3 - жесткие пористые перегородки (зернистые материалы - пористая керамика или пластмасса, спеченые или спрессованные порошки металлов, пористые стекла; волокнистые материалы - сформированные слои из стеклянных или металлических волокон; металлические сетки и перфорированные листы).

В зависимости от назначения, а также величины входной и выходной концентрации загрязнений фильтры условно разделяют на 3 класса:

1 - фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры) - предназначены для улавливания субмикронных частиц с очень высокой эффективностью (более 99%) из промышленных газов с низкой входной концентрацией (менее 1 мг/м³) и скоростью фильтрования менее 10 см/с. Фильтры применяются для улавливания особо токсичных веществ. Они не подвергаются регенерации.

2 - воздушные фильтры - используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Работают при концентрации пыли не менее 50 мг/м³, при высокой скорости фильтрации - до 3 м/с. Фильтры могут быть нерегенерируемыми и регенерируемыми.

3 - промышленные фильтры - тканевые, волокнистые, зернистые - применяются для очистки промышленных газов с концентрацией загрязнений до 60 г/м³. Фильтры как регенерируются, так и не регенерируются.

Рассмотрим подробнее конструкции фильтров 3 класса - промышленных фильтров.

Наибольшее распространение имеют тканевые фильтры, например, рукавные фильтры (рис. 41).

Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой секции производится поочередно.

Различают рукавные фильтры всасывающего и напорного типов. В качестве фильтрующих применяют материалы двух типов: обычные ткани и войлоки.

К тканям предъявляются следующие основные требования:

§ высокая пылеемкость и механическая прочность;

§ способность сохранять оптимальную воздухопроницаемость.

1 - корпус 2

2 - встряхивающее устройство 1

3 - рукав 3

4 – распределительная решетка 4

Рис. 41. Конструкция рукавного фильтра

Фильтрующий элемент волокнистых фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, т.к. они рассчитаны на улавливание и накопление частиц по всей глубине слоя. Для фильтров используются естественные или искусственные волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм.

Толщина фильтрующих сред - от десятых долей миллиметра (бумага) до 2 м (многослойные глубокие насадочные фильтры долговременного использования).

Из сухих промышленных волокнистых фильтров можно выделить:

а) тонковолокнистые фильтры;

б) глубокие фильтры;

в) предфильтры.

Тонковолокнистые фильтры применяются для улавливания высокодисперсных аэрозолей с эффективностью не менее 99%. Скорость фильтрации 0,01...0,1 м/с. Сопротивление чистых фильтров 200...300 Па, забитых пылью фильтров - до 1500 Па. Регенерацию после забивания пылью не осуществляют.

Глубокие фильтры - многослойные. Они используются для очистки вентиляционного воздуха и технологического газа от радиоактивных частиц. Фильтры рассчитаны на работу в течение 10-20 лет. После этого их захороняют с цементированием.

Предфильтры (фильтры грубой очистки) предназначены для снижения начальной концентрации частиц перед фильтрами тонкой очистки.

Существуют также мокрые промышленные волокнистые фильтры: сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Зернистые фильтры применяются для очистки газов реже, чем волокнистые фильтры. Достоинства зернистых фильтров:

а) доступность материала;

б) возможность работы при высоких температурах и в условиях агрессивной среды;

в) возможность выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, резкие изменения температуры.

Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Насадочные (насыпные) фильтры включают в себя улавливающие элементы, не связанные друг с другом. В качестве насадки в них используется песок, галька, шлак, дробленые горные породы, кокс и другие материалы. Высота слоя на сетках фильтра 0,1...0,15 м.

В жестких зернистых фильтрах зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания. При этом они образуют прочную неподвижную систему. К материалам, используемым в жестких зернистых фильтрах, относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы.