Оборудование для пылеосаждения и газоочистки

При производстве железобетонных и других строительных ма­териалов возникает необходимость осаждения из воздушного или газового потока мелких частиц материала, находящихся в потоке во взвешенном состоянии — в виде пыли. Улавливание пыли необ­ходимо как по условиям охраны труда, так и в связи с большой ценностью тонкоизмельченного материала, потери которого наносят трудновосполнимый урон народному хозяйству.

Для пылеосаждения и газоочистки применяют следующие спо­собы: 1) механическая очистка в устройствах, использующих дей­ствие на частицы сил тяжести и инерции (осадительные камеры, циклоны, батарейные циклоны); 2) очистка с помощью фильтрую­щих перегородок (матерчатые фильтры); 3)электрическая очистка в электрическом поле высокого напряжения (электрофильтры); 4) очистка посредством жидкостей (центробежные скрубберы, мок­рые фильтры).

Эффективность работы пылеосадительных и фильтрующих устройств характеризуется коэффициентом полезного действия, или коэффициентом очистки (%),

k = [(G_вх-G_вых)/G_вх] 100, (11.4)

где G_вх — вес пыли, поступившей в пылеосадитель, фильтр, Н; Gвых— вес пыли, унесенной из пылеосадителя, фильтра, Н.

Производительность пылеосадительных устройств харак­теризуется количеством пылевоздушной смеси, проходящей через устройство в единицу времени. Так, производительность циклона (м³/ч)

П=3600АV = 3600bhv, (11.5)

где A — площадь поперечного сечения входного патрубка, м²; b,hк — ширина и высота входного патрубка (b≈0,2D, h≈0,4D); D — внутренний диаметр цилиндрической части циклона, м; V — скорость пылевоздушной смеси на входе в циклон (v=16 ... 25 м/с), м/с.

Коэффициент очистки и производительность зависят от способа очистки, конструкции и размеров устройства, степени запыленности воздушного потока и скорости его прохождения через пылеосади­тель, от размеров пылевидных частиц и т. д. Коэффициент очистки колеблется в широких пределах и может составлять 30 ... 40% в простейших осадительных устройствах и до 90... 99% в более сложных.

Пылеосадительные камеры(рис. 11.2, а) представляют собой железобетонные или выполненные из листовой стали резервуары, в которых частицы осаждаются в основном под действием сил тяжести. Чем медленнее двигается пылевоздушный поток вдоль камеры и чем длиннее камера, тем полнее очистка и выше КПД. Для облегчения осаждения частиц в камерах устанавливают отбойные и направляющие перегородки. О, ш > сооружать громозд­кие камеры экономически невыгодно, по гол / их используют как предварительные сборники пыли, осажд ощие наиболее крупные частицы из пылевоздушного потока и об егчающие работу после­дующих устройств.

Например, камеры, в которые выходят холодные концы враща­ющихся печей, сушильных барабанов, подводящих рукавов пнев-мотранспортных установок, улавливают значительное количество твердых частиц почти без затраты энергии на выполнение этой операции. Часто осадительными камерами являются бункера и силосы, предназначенные для сбора и хранения соответствующих материалов. Преимущества пылеосадительных камер — простота устройства, низкий расход энергии; недостатки — громоздкость, низкий КПД.

Циклоныпредставляют собой устройства, предназначенные для улавливания сухой пыли, находящейся в воздушном или газо­вом потоке, посредством воздействия на ее частицы центробежных сил. Циклон (рис. 11.2, б) состоит из цилиндрического корпуса 4 с конической частью 3 и пылеотводящим патрубком 2, впускного патрубка 7, присоединенного к корпусу по касательной, и цент­ральной трубы 6, по которой газ выходит из циклона. Корпус за­крыт спиральной крышкой 5. Патрубок 2 соединен с герметически закрытым сборным бункером 1, разгрузка из которого осуществляется без нарушения герметичности благодаря специальному пылевому затвору.

Пылевоздушная смесь вдувается в циклон со скоростью до .. - 25 м/с и благодаря касательному расположению впускного патруб­ка двигается в корпусе по спирали, быстро вращаясь. При враще­нии возникают центробежные силы, под действием которых части­цы отбрасываются к стенкам корпуса, теряют при этом скорость и, опускаясь по стенкам, попадают через патрубок 2 в сборный бункер /. Очищенный воздух поднимается по оси циклона по тру­бе 6 и затем двигается по трубам вверх или в сторону. С отходя­щим воздухом уносится также и часть наиболее мелких пылинок, которые выбрасываются в атмосферу или улавливаются в фильт­рах.

Эффективность очистки газа от пыли определяется коэффици­ентом очистки, который зависит от размеров циклона и его конст­рукции, скорости газа и его запыленности при входе в циклон, раз­меров частиц пыли и ее физических свойств. Так, если для цикло­на диаметром 600 мм коэффициент очистки газа от пыли для фрак­ций менее 5 мкм не превышает 40%, при 10 мкм достигает 80%, то для фракций более 20 мкм превышает 90%. Коэффициент очи­стки также резко возрастает при уменьшении диаметра корпуса циклона. Объясняется это тем, что при равной скорости воздушно­го потока в циклоне пропорционально уменьшению радиуса его корпуса возрастают центробежные силы, действующие на частицы. Действительно, при постоянной скорости воздушного потока V (м/с) в циклонах разного диаметра

v=w₁r₁ = w₂r,₂(11.6)

и при уменьшении радиуса г соответственно возрастает угловая скорость со, а так как центробежная сила (Н) пропорциональна первой степени радиуса и квадрату угловой скорости, т. е.

Р_ц=mw²r, (11.7)

то возрастает и центробежная сила инерции, действующая на ча­стицы. Это повышает эффективность очистки. Чтобы при малых размерах корпуса циклона сохранить высокую производительность установки, применяют группы или батареи малых циклонов.

Групповой циклон (рис. 11.2, в) состоит из нескольких малых циклонов 3 с общим подводящим трубопроводом 2, бунке­ром / для пыли и коллектором 4 для сбора и отвода очищенного воздуха. Пылевоздушная смесь в каждый из малых циклонов по­ступает по касательным наклонным подводящим патрубкам, что обеспечивает спиральное движение воздушного потока и его очист­ку с повышенным КПД.

Батарейный циклон (рис. 11.2, г) состоит из большого числа малых циклонов, собранных в батарею и помещенных в об­щий кожух 3. Конические части малых циклонов укреплены в перегородке 2 и осевшие в них частицы поступают в общий бункер . Выхлопные трубы 6 проходят через верхнюю перегородку 7, над которой в кожухе расположен сборник очищенного воздуха с отводящим трубопроводом. Запыленный воздух по прямоугольно­му трубопроводу 5 подается в пространство между перегородками 2 и 7 и устремляется сверху вниз в кольцевые каналы между корпусами 4 малых циклонов и их выхлопными трубами. В кана­лах укреплены винтовые лопасти, которые и сообщают пылевоздушному потоку движение по спирали и очистку от пыли.

Коэффициент очистки у групповых и батарейных циклонов достигает 80 ... 93% при очистке газов от пыли с частицами в 10... 15 мкм (при диаметре малых циклонов 150 ...250 мм) и при частицах 4 ... 5 мкм (при диаметре циклонов 40 ... 60 мм). Число малых циклонов в батарее от 25 до 130 шт.

Циклоны используют как для самостоятельной работы в раз­личных технологических схемах, так и для последовательной ра­боты с другими устройствами, например после пылеосадительных камер и проходных сепараторов или перед аппаратами тонкой очи­стки (фильтрами). Производительность циклонов в зависимости от размеров достигает 1800 м³/ч при гидравлическом сопротивлении 550 Н/м².

Матерчатые фильтрыслужат для тонкой очистки газов от пыли посредством перегородок из плотных тканей (шерстянки, вельве­тона, фланели), через которые продувается пыльный газ.

Наиболее широко в промышленности применяют рукавные фильтры (рис. 11.3, а), у которых тканевые фильтрующие элемен­ты выполнены в виде длинных цилиндров — рукавов 3, располо­женных в прямоугольном кожухе 4. Нижней, открытой частью рукава присоединяются к отверстиям в перегородке 2, отделяющей рукава от как еры 12, через которую из трубопровода 10 поступает газ на очистку. Верхняя, закрытая часть ряда рукавов подвеши­вается к стержню 9, соединенному с встряхивающим механиз­мом 8. Ряды рукавов составляют секции, секции объединяют в блоки.

Пыльный газ при прохождении сквозь ткань очищается и по трубе 6 поступает в сборный трубопровод 5. Периодически рукава каждой секции встряхиваются механизмом 8. Одновременно сек­ция отключается от подачи газа клапаном //, а перевод клапана 7 подключает секцию к магистрали продувки, благодаря чему чистый подогретый воздух, двигаясь в противоположном направлении, очи­щает рукава от частиц пыли и способствует их осаждению в каме­ре 12. Из камеры собранный материал удаляется винтовым кон­вейером 1.

Рукавные фильтры просты по устройству и обеспечивают высо­кую степень очистки газа с коэффициентом 97 ... 99%, что является их основным преимуществом. К недостаткам относится невозмож­ность очистки газов с повышенной влажностью и с температурой выше 100°С, необходимость установки в отапливаемых помещениях и тщательной изоляции корпуса фильтра вместе с трубопроводами для предупреждения конденсации паров воды на ткани и ее «зама­зывания».

Электрофильтрыявляются более совершенными и универсаль­ными фильтрующими устройствами, обеспечивающими степень очистки с коэффициентом 99... 99,5% при весьма незначительном сопротивлении движению газов и сравнительно высокой его тем­пературе (до 500°С). Электрофильтры могут иметь трубчатые или пластинчатые осадительные элементы.

Принцип действия трубчатого электрофильтра за­ключается в следующем. Если к двум изолированным электродам, например вертикальной трубе 6 (рис. 11.3, б) и расположенной по ее оси проволоке 5, подвести по проводам 3 и 7 постоянный ток высокого напряжения (от 35 до 70 тыс. В), то вокруг проволоки образуется коронный разряд, воздух между электродами ионизи­руется, его молекулы распадаются на положительно и отрицатель­но заряженные ионы. Если через патрубок 2 в трубу подают запы­ленный газ, частицы пыли под действием отрицательно заряжен­ных ионов приобретают отрицательный заряд и осаждаются на стенках трубы, выпадая из газового потока и собираясь в камере /. Очищенный газ выходит через патрубок 4. Диаметр труб 200 ... 300 мм при длине 3 ... 4 м. Трубчатые осадительные элементы соби­рают в секции и батареи, что обеспечивает необходимую произ­водительность.

Пластинчатые электрофильтры в качестве осадительных элементов имеют положительно заряженные пластины / (рис. 11.3, в), между которыми натянуты коронирующие проволоч­ные электроды 2. Газы, например, из вращающейся печи попадают в осадительную камеру 6, теряют в ней наиболее крупные частицы пыли, по трубе поступают в электрофильтр, проходят между пла­стинами, очищаются от пыли и дымососом 3 направляются в ды­мовую трубу, а пыль винтовым конвейером 4 и пневмонасосом 5 возвращается в печь. Скорость газа между пластинами электро­фильтра достигает 2 м/с. Производительность наиболее крупных четырехпольных электрофильтров достигает 360 тыс. м³/ч при за­пыленности газа на входе 30 г/м³ и степени очистки 98%.

Мокрую очистку газов осуществляют в вертикальных цилиндри­ческих башнях (скрубберах). Подлежащий очистке газ вдувают в нижнюю часть башни по подводящему трубопроводу, расположен­ному касательно к окружности площади поперечного сечения ци­линдра башни, благодаря чему газ двигается по спирали, а части­цы пыли отбрасываются к стенкам. В верхней части башни распо­ложена кольцевая труба, из отверстий которой на стенки башни скруббера подается вода. Частицы пыли, осевшие на стенках под действием центробежных сил инерции, улавливаются пленкой воды, вместе с ней стекают в нижнюю часть башни и отводятся в отстойник. Коэффициент очистки газа в скрубберах достигает 0,8 ... 0,99 в зависимости от крупности частиц, удаляемых из газо­вого потока.