 |
Осаждение в центробежном поле
|
|
|
|
Этот способ разделения неоднородных пылегазовых смесей более эффективен, чем гравитационное осаждение, поэтому он применяется для отделения более мелких (до 5 мкм) частиц пыли.
При аппаратурном оформлении процессов разделения неодно- родных систем в центробежном поле применяют два принципа: враще- ние пылегазового потока в неподвижном аппарате (циклон); движение пылегазового потока во вращающемся роторе (центробежный ротаци- онный пылеуловитель).
В обоих случаях на разделение кроме сип тяжести и центробеж- ных сил значительное влияние оказывают инерционные силы.
Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленно-
сти.
Действие циклона (рис. 3.5) основано на тангенциальном вводе
запыленного потока со скоростью 15-20 м/с в цилиндрическую часть аппарата, где формируется вращающийся поток, опускающийся вдоль внутренних стенок цилиндрической и конической частей корпуса. Час- тицы пыли отделяются под воздействием центробежной силы от ос- новного газового потока к периферии, оседают на внутренней части циклона и сползают под действием силы тяжести в коническую часть аппарата, откуда попадают в бункер. Отделение частиц от входящих в бункер газов происходит под действием сил инерции при изменении направления движения газов на 180о.
В промышленной практике принято разделять циклоны на высо- копроизводительные и высокоэффективные (рис. 3.6).
К аппаратам первого типа относятся цилиндрические циклоны НИИОГАЗ марки ЦН типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24.
Особенностью аппаратов этой группы является удлиненность ци- линдрической части, угол наклона входного патрубка соответственно 11о, 15о и 24о и одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона, равное 0,59. Диаметр циклонов не превышает 2000 мм, отличается небольшим гидравлическим сопротивлением, вы- сокой производительностью.
|
|
|
К аппаратам второго типа относятся конические циклоны НИИО- ГАЗ марки С типа СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-22. Они отличают- ся длинной конической частью, спиральным входным патрубком и ма-
лым отношением диаметров выхлопной трубы к корпусу циклона. Диаметр циклона не превышает 3000 мм, потери давления выше, чем в цилиндрических.
 |  | ||
Рис. 3.5. Схема работы циклона
1 - входной патрубок; 2 - вы- хлопная труба; 3 - цилиндри- ческая часть; 4 - коническая часть 5 - бункер
Рис.3.6. Циклоны НИИОГаз: а - цилинд- рический циклон; б - конический циклон
Кроме циклонов НИИОГаз в промышленной практике использу- ются циклоны СИОТ (Свердловский институт охраны труда), ВЦНИИОТ, ЛИОТ (Ленинградский институт охраны труда), ЦКТИ и пр.
При создании систем пылеочистки применительно к большим или меняющимся расходам газовых потоков возникает проблема повыше-
ния единичных мощностей циклонной аппаратуры. С увеличением га- баритных размеров циклонов, с одной стороны, падает эффективность пылеулавливания, а с другой – возрастает строительная высота уста- новки. Эту проблему можно решить групповой или батарейной компо- новкой циклонов.
При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку циклонов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки.
Батарейные циклоны - объединение большого числа малых ци- клонов (мультициклонов) диаметром 150-250 мм в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффектив- ности очистки. В мультициклоне батарея циклонных элементов раз- мещена в общем корпусе, имеющем общий коллектор для подвода и отвода газов и общий бункер для сбора пыли.
|
|
|
Представляют интерес и так называемые прямоточные циклоны (с нижним выводом очищенного газа), основные преимущества кото- рых состоят в малом гидравлическом сопротивлении и возможности компоновки пылеулавливающих устройств.
Достоинствами циклонов являются:
· отсутствие движущихся частей в аппарате;
· надежность работы при высоких температурах (до 500 оС) и при высоких давлениях;
· возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
· улавливание пыли в сухом виде;
· почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
· простота изготовления;
· сохранение высокой фракционной эффективности при увели- чении запыленности газов.
Недостатки циклонов:
· высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па;
· низкая эффективность улавливания частиц размером менее 5
мкм;
· невозможность использования для улавливания слипающейся пыли.
Особое место в газоочистительной технике занимают вихревые пылеуловители (ВПУ), которые также относятся к прямоточным аппа- ратам центробежного действия. Они позволяют извлекать из вентиля- ционных выбросов до 99 % пыли с заметным содержанием мелкодис- персных частиц диаметром 3-5 мкм. ВПУ получили широкое распро-
странение для очистки газов после мельниц, сушилок, а также в горно- рудной промышленности.
Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклона явля- ется наличие вспомогательного закручивающего газового потока.
Достоинствами ВПУ являются:
· более высокая эффективность улавливания высокодисперсной пыли;
· отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппа- рата;
· возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования вторичного холодного воздуха;
· возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет изменения количества вторичного газа.
Недостатки ВПУ:
· необходимость дополнительного дутьевого устройства;
· повышение общего количества газа, проходящего через аппа- рат; сложность аппаратурного оформления
К центробежным пылеуловителям относятся динамические (ро-
тационные) пылеуловители. В этих аппаратах очистка газа от пыли осу- ществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса. Ди- намические ПУ помимо осаж-дения частиц пыли из газового потока вы- полняют роль тягодутье-вого устрой- ства.
|
|
|
Рис. 3.7. Центробежный ротационный пылеуловитель
В аппаратах типа ЦРП (центро- бежные ротационные ПУ) улавли- ваемые частицы перемещаются в на- правлении, обратном движению га- зов в вентиляторе (рис. 3.7). Очи- щаемые газы всасываются через от-
верстия, расположенные на боковой поверхности вращающегося бара- бана. В пограничном спое частота вращения пылегазового потока дос- тигает окружной частоты вращения барабана. Благодаря этому части- цы пыли выделяются из газового потока в радиальном направлении.
Наибольшее распространение из динамических пылеуловителей получил дымосос-пылеуловитель (ДП), который чаще всего комплек- туется в паре с циклоном. ДП применяется для очистки дымовых газов малых котельных, в литейных производствах для очистки аспирацион-
ных выбросов и на асфальтобетонных заводах для очистки газов су- шильных барабанов.
Преимущества динамических пылеуловителей по сравнению с другими центробежными аппаратами заключается в компактности, со- кращении металлоемкости, совмещении в одном устройстве дымососа и сепаратора.
Недостатками является опасность абразивного износа лопаток дымососа, возможность образования отложений на лопатках, слож- ность в изготовлении.
Фильтрование аэрозолей
При пропускании запыленных потоков через пористые перего- родки, тканые и нетканые, происходит очистка от содержащихся в них взвешенных частиц.
Применяемые в технике газоочистки фильтровальные перегород- ки могут быть разделены на следующие типы:
· гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон, нетканые во- локнистые материалы (войлок, картон), пористые листовые мате- риалы (губчатая резина, пенополеуретан, мембранные фильтры);
· полужесткие пористые перегородки - слои волокон, струж- ка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или за- жатые между ними;
|
|
|
· жесткие пористые перегородки - зернистые материалы (по- ристая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные по- рошки металлов), волокнистые материалы (слои из стеклянных или металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы;
· зернистые слои - слои из кокса, гравия, кварцевого песка.
· В зависимости от назначения и величины входной и выход- ной концентрации фильтры можно разделить на следующие классы:
· промышленные (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) фильтры для очистки промышленных газов с высокой концентраци- ей дисперсной фазы (до 60 г/м3);
· фильтры для очистки атмосферного воздуха (воздушные фильтры) в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны на работу при концентрации пыли менее 50 мг/м 3 часто при высокой скорости фильтрации (2,5-3 м/с);
· фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсо- лютные фильтры) предназначены дня улавливания с очень высокой
эффективностью (выше 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 1 мг/м 3) и малой скорости фильтрации (менее 10 см/с).
С целью увеличения фильтрующей поверхности в единице объе- ма ПУ ткани обычно придают форму мешков круглого, овального и др. сечения различных размеров. Наиболее распространены ПУ, в которых ткань используется в виде цилиндрических мешков - рукавов. Такие ПУ называют рукавными фильтрами.
Ткани, используемые в качестве фильтровальных перегородок, должны удовлетворять следующим требованиям:
· высокая пылеемкость при фильтрации и способность удер- живать после регенерации такое количество пыли, которое доста- точно для обеспечения высокой эффективности очистки от тонко- дисперсных частиц;
· сохранение оптимально высокой воздухопроницаемости в равновесно запыленном состоянии;
· высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при изгибах;
· стабильность размеров и свойств при повышенной темпера- туре и агрессивном воздействии среды;
· способность к легкому удалению накопленной пыли;
· низкая стоимость.
Важную роль играет способ, интенсивность регенерации ткани, их соответствие свойствам ткани, а также свойствам и начальной кон- центрации улавливаемой пыли.
Рукавные фильтры по способу ввода очищаемого воздуха в рукав подразделяют на противоточные - с вводом воздуха снизу через бункер (рис. 3.8) и прямоточные - с вводом воздуха сверху.
Скорость фильтрования газа через фильтровальную перегородку сравнительно невелика - от 0,007 до 0,08 м3/м2×с при условии непре- рывной регенерации ткани.
|
|
|
Число рукавов велико и устанавливаются они плотно. Диаметр рукавов 135-350 мм, однако известны конструкции, в которых они дос- тигают 600 мм. Длина рукавов обычно 2400-3500 мм, а в некоторых ПУ превышает 10 м. Максимальное отношение длины рукава к диа- метру равно 50:1.
Регенерация рукавных фильтров осуществляется различными способами: обратной продувкой, механическим встряхиванием, им- пульсной регенерацией, струйной продувкой.
Для улавливания высокодисперсных аэрозолей с эффективностью не менее 99 % по наиболее проникающим частицам (размером 0,05-
0,5 мкм) широко применяются фильтрующие материалы в виде тонких
листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметром менее 2 мкм).
Скорость фильтрации в них 0,01-0,15 м/с, сопротив- ление чистых фильтров 200- 300 Па, а забитых пылью 700-
1500 Па.
Регенерация отработан- ных фильтров тонкой очистки как правило нерентабельна или невозможна. После рабо- ты в течение 0,5-3 лет они подлежат замене. Вход-ная концентрация пыли не долж- на превышать 0,5 мг/м3; при увеличении концентрации срок службы фильтров со- кращается. Как правило, пе- ред фильтрами тонкой очист- ки устанавливаются более
Рис. 3.8. Схема рукавного фильтра:
1 -корпус; 2-рукава; 3-рама; 4-встряхи- вающий механизм; 5-коллектор очищенного газа; 6,7-клапаны; 8-бункер; 9-шнек
прос-тые по конструкции пы- ле-улавливающие аппараты для снижения концентрации до 0,5 мг/м3.
В качестве тонковолок-
нистых сред широкое распространение получили фильтрующие мате- риалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных смол. Они пред- ставляют собой слои синтетических волокон диаметром 1-2,5 мкм, на- несенные в процессе получения на марлевую подложку из скреплен- ных между собой более толстых волокон.
Малая толщина слоев ФП (0,2-1 мм) дает возможность получать поверхность фильтрации до 100-150 м2 в расчете на 1 м3 аппарата.
Оптимальной конструкцией фильтров тонкой очистки являются рамочные фильтры. Фильтрующий материал в виде ленты укладывает- ся между П-образными рамками, чередующиеся при сборке пакета от- крытыми и закрытыми сторонами. Загрязненные газы поступают в од- ну из открытых сторон фильтра, проходят через материал и выходят с противоположной стороны (рис.3.9).
Рис.3.9. Рамочный фильтр с тканью ФП
1-трехсторонняя рамка; 2- фильтровальная перегородка (ткань ФП)
Рис.3.10. Фильтр с движущимися слоями зернистого материала
1-короб для подачи свежего зернисто- го материала; 2-питатель;3- фильтрующие слои;4-затворы;5- короб для вывода зернистого мате- риала
При наличии влажных газов или слипающихся пылей использо- вание для очистки газов тканевых фильтров нецелесообразно из-за возможного залипания рукавов.
В таких ситуациях в качестве альтернативного варианта аппара- турного оформления процесса пылегазоочистки можно выбрать зерни- стые фильтры. Оптимальные области применения этих ПУ - высоко- температурная очистка газов без предварительного охлаждения с ути- лизацией тепла и сухая комплексная очистка от пыли и газообразных примесей с насыпным слоем адсорбента или катализатора.
Преимущества таких фильтров состоят в невысокой стоимости и доступности материалов, возможности работы с высокотемпературны- ми и агрессивными средами при значительных механических нагруз- ках и перепадах давления.
Недостатки аппаратов: периодичность действия, громоздкость, небольшая производительность и несовершенство некоторых узлов, например устройств регенерации фильтрующего слоя.
Зернистые фильтры делятся на две группы: насыпные и жесткие пористые. В насыпных (насадочных) фильтрах фильтрующий слой со- стоит из элементов (гранул, кусков), не связанных друг с другом. Это фильтры с неподвижным насыпным зернистым слоем, с подвижным слоем при гравитационном перемещении сыпучей среды (рис.3.10), а также с псевдоожижженным слоем фильтрующего материала.
В жестких пористых фильтрах зерна прочно связаны между собой в результате спекания, прессования или склеивания и образуют проч- ную неподвижную систему. К ним относится пористая керамика, по- ристые металлы, пористые пластмассы. Регенерацию проводят проду- ванием воздуха в обратном направлении, пропусканием жидких рас- творов в обратном направлении, пропусканием горячего пара, просту- киванием или вибрацией трубной решетки с элементами.
|
|
|
