Сухие механические пылеуловители
К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, использующие различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (инерционные пылеуловители) и центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).
Пылеосадительные камеры. Пылеосадительные камеры являются простейшими пылеулавливающими устройствами, применяемыми для предварительной очистки газов. Принцип работы пылеосадительной камеры основан на использовании действующей, на частицы пыли силы тяжести. Приемлемая эффективность достигается при длительном нахождении частиц в пылеосадительной камере. Поэтому пылеосадительные камеры, рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц, весьма громоздки. Материалом для их постройки являются кирпич или сборный железобетон, реже сталь или дерево.
 Рис. 5.4. Горизонтальные пылеосадительные камеры: а — простейшая; б — многополочная; в — с перегородками; г — с цепными или проволочными завесами  Рис. 5.5. Вертикальная пылеосадительная камера: а — без отвода пыли; б и в — с отводом пыли: 1 — газоходы; 2 — отражательный диск; 3 — огнеупорное покрытие; 4 — отражательные конусы; 5 — наклонная плита |
Осадительные камеры используются для осаждения пыли из горизонтальных (рис. 5.4) и вертикальных (рис. 5.5) газовых потоков.
В горизонтальных пылеосадительных камерах для повышения их эффективности устраивают цепные или проволочные завесы и отклоняющие перегородки. Это позволяет дополнительно к гравитационному использовать эффект инерционного осаждения частиц при обтекании потоком газов различных препятствий. Эффективность работы в значительной мере зависит от того, насколько равномерна раздача потока. Для этой цели камеры оборудуют газораспределительными решетками.
В вертикальных осадительных камерах осаждаются частицы, скорость осаждения которых выше скорости газового потока. Диаметр осадительной камеры обычно в 2,5 раза больше диаметра дымовой трубы, и соответственно скорости газов в камере в 6,25 раз меньше, чем в трубе. Такое соотношение размеров трубы и осадительного устройства позволяет при скорости газов в дымовой трубе 1,5–2,0 м/c осаждать частицы размером 200–400 мкм.
Расчет пылеосадительных камер. Приближенный расчет пылевых камер сводится к определению площади осаждения, т. е. площади дна камеры или полок по заданному размеру частиц пыли, подлежащих улавливанию. При расчетах принимаются следующие допущения: распределение концентрации и дисперсности пыли по сечению аппарата равномерное, форма частиц пыли сферическая, сила сопротивления среды движению частиц подчиняется закону Стокса, скорость газа по сечению камеры равномерная, нет вторичного уноса пыли из камеры, влияние турбулентности потока на частицы отсутствует.
При ламинарном движении запыленного газа под влиянием силы тяжести пылинки оседают на дно пылевых камер со скоростью витания vс. Газ движется в камере со скоростью:
, (5.11)
где Qг — объемный расход газов, м3/с; В — ширина камеры, м; Н — высота камеры (высота падения пылинки, м.
, (5.12)
где L — ширина камеры, м
Подставляя (5.11) в уравнение (5.12) получим
. (5.13)
Подставляя в уравнение (5.13) формулу для определения скорости витания (4.6) получим минимальный размер частиц пыли dmin, м, которые могут быть полностью осаждены в камере.
. (5.14)
Таблица 5.3 Параметры выбора максимальной скорости газов в пылеосадительных камерах
|
По этой формуле, зная расход газа, поступающего в пылевую камеру, и площадь осаждения, можно рассчитать какого размера частицы полностью осядут в камере, и, наоборот, задаваясь размером пылинок, можно узнать требуемую поверхность осаждения при ламинарном движении запыленного газа.
По формуле (5.14) построена номограмма (рис. 5.6) в предположении, что вязкость газа равна вязкости воздуха. Если вязкость газа существенно отличается от вязкости воздуха, то полученный по номограмме результат dmin следует умножить на величину 
, где mг — вязкость газа при данной температуре и mв — вязкость воздуха при той же температуре.
При проектировании осадительных камер следует учитывать возможность вторичного уноса. Необходимо, чтобы скорость газового потока была не выше 3 м/с, хотя для некоторых пылей, например сажи, и эта скорость высока. Ниже в табл. 5.3 приведены некоторые рекомендации по выбору максимально допустимой скорости газов в пылеосадительных камерах.
Фракционная эффективность некоторых пылеосадительных камер (рис. 5.5, в) показана на рис. 5.7.
Основные достоинства осадительных камер заключаются в простоте конструкций, низкой стоимости, в небольших расходах энергии (гидравлическое сопротивление 50–100 Па) и в возможности улавливания абразивной пыли. В осадительных камерах достаточно эффективно улавливаются частицы пыли размером от 40 мкм. Эффективность же улавливания частиц высокодисперсной пыли размером менее 5 мкм даже в камерах больших размеров близка к нулю.
В настоящее время даже самые совершенные по конструкции пылевые камеры занимают много места и в качестве самостоятельных аппаратов пылеулавливания почти не применяются. Однако упрощенные варианты пылевых камер находят некоторое применение в качестве элементов основного технологического оборудования. Так, разгрузочные головки ряда вращающихся печей и сушильных барабанов, а также конверторы иного типа снабжаются некоторым подобием пылеосадительных камер, позволяющим улавливать наиболее крупные частицы для разгрузки основного газоочистного оборудования и предупреждения осаждения частиц в соединительных газоходах.
Инерционные пылеуловители.Действие инерционных пылеуловителей основано на резком изменении направления движения газопылевого потока. Частицы по инерции движутся в первоначальном направлении и попадают в сборный бункер, а очищенный от крупных частиц пылегазовый поток выходит из пылеуловителя. Некоторые из пылеуловителей данного типа представлены на рис. 5.8.
 Рис. 5.7. Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц (при rч = 2100 кг/м3) для пылеосадительной камеры |
В подобных пылеуловителях скорость газов в свободном сечении составляет примерно 1 м/с. При этом частицы крупнее 20–30 мкм улавливаются на 60–95%. Точное значение зависит от многих факторов дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. Гидравлическое сопротивление подобного пылеуловителя составляет 150–400 Па. Инерционные пылеуловители применяют обычно на первой степени очистки, с последующим обеспыливанием воздуха в более совершенных аппаратах.
 Рис. 5.8. Инерционные пылеуловители: а — камера с перегородкой; б — камера с плавным поворотом газового потока; в — камера с расширяющимся конусом; г — камера с заглубленным бункером |
Современные инерционные пылеуловители представлены на рис. 5.9. В одном из вариантов в кольцевой зазор перед муфтой вдувают воздух (с вращательным моментом движения) со скоростью в три раза большей, чем осевая скорость основного газового потока. Эта кольцевая струя, соприкасаясь с основным газовым потоком на его границе, способствует вращению газа. Выходной газоход служит для отвода очищенного газа, в нем часть кинетической энергии переходит в энергию давления.
 Рис. 5.9. Современные инерционные пылеуловители: а — схемы; б — кривые фракционной эффективности; 1 — кольцевая муфта; I — газ; II — пыль; III — добавочный воздух  Рис. 5.10. Экранный инерционный пылеуловитель |
К инерционным пылеуловителям относятся экранный пылеуловитель, представленный на рис. 5.10. Главная его часть — U-образный элемент, где струи запыленного газа, образованные в промежутках между профилями элемента, сталкиваются с его основой. Газовый поток либо отталкивается от основы U-образного элемента, либо движется по кругу вдоль кривой составляющей элемента. При столкновениях и круговом движении пыль отделяется от газового потока и попадает в пылесборник, расположенный внизу.
 Рис. 5.11. Схема работы жалюзийного аппарата: I — газ; II — обогащенный пылью газ; III — очищенный газ |
Принцип внезапного изменения газового потока при встрече с решеткой, состоящей из наклонных пластин, использован в пылеуловителе жалюзийного типа, приведенном на рис. 5.11. Назначение жалюзийной решетки — разделить газовый поток на две части: на освобожденную в значительной мере от пыли и составляющую 80–90% всего количества газа и на содержащую основную массу пыли, улавливаемую затем в циклоне или другом достаточно эффективном пылеуловителе, составляющую 10–20 %. Очищенный в циклоне газ возвращается в основной поток газов, очищенных при помощи жалюзийной решетки.
Конструкции жалюзийных пылеуловителей представлены на рис. 5.12 и 5.13. Жалюзийный пылеуловитель конического типа отличается большей эффективностью, чем показанный на рис. 5.12. Запыленный газ поступает в широкую часть усеченного конуса, имеющего почти по всей поверхности жалюзевидные щели. Газовый поток изменяет свое направление, чтобы пройти через конус, тогда как пыль проходит прямо до конца конуса вместе с некоторой частью газового потока, откуда она выбрасывается во вторичный коллектор. При повышении скорости подачи газа к пластинам решетки степень улавливания пыли в жалюзийном пылеуловителе вначале быстро растет; начиная со скорости 10 м/с этот рост замедляется. Обычно скорость газов в жалюзийном пылеуловителе составляет 12–15 м/с.
На степень очистки влияет скорость движения газов, отсасываемых в циклон. Для того чтобы в циклон было отведено возможно больше пыли, эта скорость должна быть не меньше скорости газов при подходе к решетке. Обычно жалюзийные пылеуловители применяют для улавливания частиц пыли крупнее 20 мкм. Недостатками жалюзийного пылеуловителя является: изнашивание пластин решетки при высокой концентрации, особенно крупной пыли и возможность образования отложений при охлаждении газов до точки росы. Гидравлическое сопротивление 100–500 Па. Температура газов, очищаемых при помощи жалюзийной решетки из углеродистой стали, не должна превышать 450°С. При более высоких температурах пластины жалюзийной решетки отливают из чугуна.
 Рис. 5.12. Жалюзийный пылеуловитель: 1 — жалюзи; I — газ; II — сильно запыленный газ; III — частично очищенный газ |
 Рис. 5.13. Жалюзийный пылеуловитель конического типа: 1 — конус с прорезями; 2 — вентилятор; 3 — циклон; I — газ |
Ориентировочно степень улавливания в жалюзийном пылеуловителе можно оценить по формуле (4.7)
, (5.15)
где hц — степень улавливания той же пыли при аналогичных условиях в циклоне НИИОГАЗ ЦН-15; Кж — коэффициент, лежащий в пределах 2,5–4,0.
Более точно эффективность очистки жалюзийных пылеуловителей, как впрочем и остальных инерционных пылеуловителей, можно определить по формуле (5.3). При этом используют данные о фракционной эффективности в виде кривых (рис. 5.9, б) или в табличной форме (табл. 5.4).
Приведенная эффективность определялась при очистке газов от золы с плотностью r = 2600 кг/м3.
Таблица 5.4 Фракционные коэффициенты очистки жалюзийного пылеуловителя ВТИ
|
Таблица 5.5