Сухие механические пылеуловители

К сухим механическим пылеуловителям (рис. 4-11) относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пы-леосадительные камеры), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установления на его пути препятствия) и центробежный (одиночные, группо­вые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители). Эти ап­параты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно ши­роко используют в промышленности. Однако эффективность улавливания в них пыли не всегда оказывается достаточной, в связи с чем, они часто выполняют роль аппаратов предварительной очистки газов.

3.2.1. Гравитационные пылеуловители

В пылеосадительных камерах (рис. 4, 5) используется механизм гравита­ционного осаждения частиц из горизонтально направленного потока газов. Пы-леосадительные камеры предназначены для улавливания крупнодисперсных частиц размером 50 мкм и больше. Для получения высокой эффективности очистки необходимо, чтобы частицы находились в пылеосадительной камере как можно больше времени. Хорошую эффективность очистки имеют камеры Говарда (рис. 5), в которых поток газа разбивается на несколько параллельных секций очистки воздуха. Однако они не получили широкого распространения из-за громоздкости и трудности их очистки. Пылеосадительные камеры обычно сооружают из кирпича, сборного железобетона и др.

 

иымн

запыленные

га:

обеспыленные гады

□беспылвнныи

\

*-■

V.?

запыленный

Рис. 4. Пылеосадительная камера Рис. 5. Осадительная камера Говарда

В общем виде скорость осаждения шарообразных частиц под действием силы тяжести может быть определена по формуле:

;.. (15)

где v_а - скорость осаждения частиц, м/с; d_a - диаметр частиц, м; р_а - плотность частиц, кг/м; р_г - плотность газа, кг/м; g - ускорение свободного падения, м/с²; ^_а ~ коэффициент сопротивления частиц.

При применимости закона Стокса (когда отсутствуют эффекты инерции, связанные с вытеснением воздуха движущейся сферической частицей, т.е. чис-

ло Рейнольдса Ке_р=с1а-(у_а-у_г)• р_г/|ы_г меньше 0,05) минимальный размер частиц dмин (м), которые будут полностью осаждаться в многополочной камере, может быть определен по формуле:

(16)

где V_г - объемный расход газов, м³/с; |ы_г - динамический коэффициент вязко­сти, Пас; В и L - ширина и длина камеры, м; у_г- скорость потока газа, м/c.

Жалюзийные аппараты обычно применяют для улавливания пыли с раз­мером частиц более 20 мкм. Они имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает рез­кие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить пер­воначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газо­вого потока, которые, сталкиваясь с наклонными решетками, отражаются и от­скакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи (рис. 6). В результате газ делится на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который от­сасывают и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жа-люзийной решеткой должна быть достаточно высокой (до 15 м/с), чтобы дос­тигнуть эффекта инерционного отделения пыли. На степень очистки влияет также скорость движения газов, отсасываемых в циклон. Гидравлическое со­противление решетки составляет 100-500 Па.

Основным недостатком этих аппаратов является износ пластин при высо­кой концентрации пыли.

обогащенный пылью газ

очищенный газ

загрязненный газ

Рис. 6. Жалюзийный пылеотделитель

Эффективность улавливания частиц этой системой очистки зависит от эф­фективности самой решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасы­ваемого в нем газа. Если ф - относительная доля газа, направляемого с пыле­вым концентратом, то степень очистки газа в жалюзийном пылеуловителе рав­на:

(17)

где г|ц - степень очистки газов в основном циклоне; г)_р - степень очистки в ре­шетке (формула справедлива при ф не менее 0,1-0,2).

3.2.2. Инерционные пылеуловители

В этих аппаратах при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы продолжают дви­гаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бун­кер. Наиболее простые из этого типа аппаратов являются так называемые пыле­вые мешки (рис. 7). Эффективность этих аппаратов низкая, а задерживают они только крупные фракции пыли.

Пылеуловители с плавным поворотом газового потока имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем другие аппараты. Скорость газа в сечении таких аппаратов принимают 1,0 м/с. Для частиц пыли размером 25-30 мкм дос­тигается степень улавливания 65-80 %. Такие пылеуловители применяют на за­водах черной и цветной металлургии. Гидравлическое сопротивление их равно 150-390 Па. Пылеуловители этого типа обычно встраивают в газоходы.

Обеспыленные гады

Газы

 

мпыпенные 1.1 Д-|

обеспыленные гяэы

ПыПь

пыль

Рис. 7. Инерционные пылеуловители 3.2.3. Центробежные пылеуловители

Циклонные аппараты (циклоны) наиболее распространены в промышлен­ности. Они имеют следующие достоинства: 1) отсутствие движущихся частей в аппарате; 2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 оС (для работы при более высоких температурах циклоны изготавливают из специаль­ных материалов); 3) возможность улавливания абразивных материалов при за­щите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями; 4) улав­ливание пыли в сухом виде; 5) почти постоянное гидравлическое сопротивле­ние аппарата; 6) успешная работа при высоких давлениях газов; 7) простота из­готовления; 8) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов. Недостатки: 1) высокое гидравлическое со-

противление - 1250-1500 Па; 2) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм; 3) невозможность использования для очистки газов от липких загрязне­ний.

Принцип работы циклона показан на рис. 8. Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в 100-1000 раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом и под влиянием центробежной силы движутся к стенке.

В промышленности принято разделять циклоны на высокоэффективные и высокопроизводительные. Первые эффективны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очистки; циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны НИИОГАЗа (рис. 9) - цилинд­рические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводи­тельным аппаратам, а конические - к высокоэффективным. Диаметр цилиндри­ческих циклонов не более 2000 мм, а конических - не более 3000 мм.

Рис. 8. Циклон

А б

Рис. 9. Цилиндрический (а) и конический (б) циклоны

 

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле:

(18)

где v_г - скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно которо­го рассчитана величина коэффициента сопротивления 2,_ц, м/с. Коэффициент сопротивления:

², (19)

где К1 - коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с тангенциаль­ным входом газа и 7,5 - для циклонов с розеточным входом; h1 и b - размеры входного патрубка; Б^ - диаметр выхлопной трубы.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компо­новку аппаратов - групповые циклоны. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. В этих ап­паратах запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонными элементами.

Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов опреде­ляют по формуле:

^_Щ = ^ц+К₂, (20)

где 2,_ц - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона; К₂ - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (определяют опытным путем).

Иногда большое число малых циклонов (мультициклонов) объединяют в группу (батарейные циклоны). Они используются для очистки больших масс (расходов) газов. Однако, из-за перетока газов между элементами циклонов, эффективность очистки батарейных циклонов ниже одиночных.

Ротационные пылеуловители относят к аппаратам центробежного дейст­вия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, так как вентиля­тор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате.

Схемы пылеуловителей ротационного типа представлены на рис. 10 и 11. При работе вентиляторного колеса частицы пыли за счет центробежных сил от­брасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся по ней в направле­нии выхлопного отверстия (рис. 10). Газ, обогащенный пылью, через специаль­ное пылеприемное отверстие отводится в пылевой бункер, а очищенный газ по­ступает в выхлопную трубу.

В противопоточном центробежном ротационном пылеуловителе (рис. 11) ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пылеотделите-ля запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ро­тора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли стремятся выде­ляться из него в радиальном направлении. Одновременно на эти частицы в про­тивоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивле­ния. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер. Очи-

щенный воздух через перфорацию ротора всасывается в вентилятор и затем вы­водится наружу.

Эффективность очистки этих аппаратов зависит от выбранного соотноше­ния центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 100 %. Величина центробежной силы является функцией числа оборотов и диаметра ротора. Величина аэродинамической силы является функцией скоро­сти просасывания воздуха через перфорацию ротора, т.е. производительности вентилятора.

пыль

очищенный газ

 

'пыль

газ

очищенный газ

 

Рис. 10. Пылеуловитель ротационного типа:

1 - вентиляторное колесо; 2 - кожух; 3 - пылеприемное отверстие; 4 - выхлопная труба

Рис. 11. Противоточный ротационный пылеуловитель:

1 - кожух; 2 - ротор; 3 - колесо вентилятора; 4 - бункер

Диаметр минимальной улавливаемой частицы пыли противопоточным ро­тационным пылеотделителем определяется по формуле:

 

(21)

с! = -± ^т1п 20™

Рп яЪ '

где р_п и р_в - плотность пыли и воздуха, кг/м³; w - окружная скорость, м/с; Q_v -производительность противопоточного ротационного пылеуловителя, м /ч, (С^^ОО-тг-Ъ-^-рп-с^а/рв-у); с1_а - диаметр частицы; Ъ=Ьс1о²/8-К - приведенная ши­рина всасывающего отверстия ротора пылеуловителя, м; R - радиус окружно­сти ротора, м; i - количество отверстий, шт; d_о - диаметр отверстий, м; V - ко­эффициент кинематической вязкости, м²/с.