2.4. «Сухие» механические пылеуловители

Их условно делят на три группы:

• пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы);

• инерционные пылеуловители, принцип работы которых осно­ван на действии силы инерции;

• циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.

Пылеосадительная камера представляет собой пустотелый (рис. 11, а) или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней части которого имеется отверстие или бун­кер для сбора пыли (рис. 11, б).

Рис. 11. Пылеосадительные камеры:

а  полая; б  с горизонтальными полками; в, г  с вертикальными перегород­ками; I  запыленный газ; II  очищенный газ; III  пыль; 1  корпус; 2  бункер; 3  штуцер для удаления; 4  горизонтальные полки (сечение рис. 11, б); 5  перегородки

Скорость газа в камерах составляет 0,2  1,5 м/с, гидравличе­ское сопротивление 50  150 Па. Пылеосадительные камеры пригод­ны для улавливания крупных частиц (размером не менее 50 мкм). Степень очистки газа в камерах не превышает 40  50 %. Продол­жительность прохождения газами осадительной камеры при рав­номерном распределении газового потока по ее сечению, с:

, (46)

где V_к  объем камеры, м³; V_г  объемный расход газов, м³/с; L  длина камеры, м; В  ширина камеры, м; Н  высота камеры, м.

Перегородки в инерционных пылеуловителях (рис. 12) устанав­ливают для изменения направления движения газов. Газ в инер­ционный аппарат поступает со скоростью 5  15 м/с. Пылевые ча­стицы, стремясь сохранить направление движения после измене­ния направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа.

Рис. 12. Инерционные пылеуловители с разными способами подачи и распределения газового потока в камере с перегородкой (а), с расширя­ющимся конусом (б), с заглубленным бункером (в)

Большое внимание при проектировании пневмотранспортных и других устройств пылеочистки необходимо уделять узлам отде­ления материала от транспортирующего воздуха  разгрузочным и пылеулавливающим устройствам (циклонам, фильтрам и т.п.).

Предпочтение отдается центробежным циклонам, выполняю­щим одновременно и роль пылеулавливающего аппарата. Эффек­тивность улавливания пыли в циклонах повышается с уменьше­нием диаметра корпуса, но при этом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производитель­ности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею, коэффициент пылеулавливания которой со­ставляет 0,76  0,85 и несколько повышается с увеличением вход­ной скорости (с 11 до 23 м/с). Использование вместо циклонов вихревых пылеуловителей обеспечивает улавливание частиц пыли размером 5  7 мкм.

Воздух после разгрузочных устройств или циклонов, насыщен­ный субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители, характеризуемые:

• степенью пылеулавливания  отношением количества пыли, задержанной пылеуловителем, к количеству пыли в очищаемом запыленном воздухе;

• сопротивлением пылеуловителя, определяющим экономичность процесса пылеулавливания;

• габаритными размерами и массой, надежностью и простотой обслуживания.

Циклоны (рис. 13) рекомендуется использовать для предвари­тельной очистки газов и устанавливать перед высокоэффективны­ми аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами) очистки.

Основные элементы циклонов  корпус, выхлопная труба 6 и бункер 7. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок 5, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникаю­щей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Улов­ленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (см. рис. 13).

В зависимости от производительности циклоны можно уста­навливать по одному (одиночные циклоны) или объединять в груп­пы из двух, четырех, шести или восьми (групповые циклоны).

Конструктивной особенностью батарейных циклонов является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами.

Характеристика наиболее распространенного на производстве циклона ЦН-15

Допустимая запыленность газа, г/м:

слабослипающимися пылями ............................................................................ <1000

среднеслипающимися пылями.......................................................................... 250

Температура очищаемого газа, °С............................................................................... <400

Давление (разрежение), кПа............................................................................................ < 5 (500)

Коэффициент гидравлического сопротивления:

одного циклона.................................................................................................... 147

группы циклонов.................................................................................................. 175  182

Эффективность очистки (от пыли с = 20 мкм частицами

при скорости газопылевого потока 3,5 м/с и диаметре

циклона 100 мм), %...........................................................................................................78

Рис. 13. Циклон типа ЦН-15П:

1  коническая часть циклона; 2  цилиндрическая часть циклона; 3  винто­образная крышка; 4  камера очищенного газа; 5  патрубок входа запыленного газа; 6  выхлопная труба; 7  бункер; 8  люк; 9  опорный пояс; 10  пылевыпускное отверстие

Выбор и расчет циклонов. При расчете циклонов должна быть обеспече­на необходимая эффективность очистки при минимальных энергетических затратах (при минимальном гидравлическом сопротивлении), т. е. необхо­димо определять как эффективность очистки, так и потери давления.

По современным представлениям, фракционные степени улавливания пыли в циклоне подчиняются логарифмически-нормальному закону распре­деления (кривая фракционной эффективности аппарата _ф = f(d_ч) при пост­роении в вероятностно-логарифмической системе координат приобретает вид прямой линии). Если дисперсный состав пыли на входе в циклон подчиняет­ся нормальному закону распределения, то может быть использован метод расчета, ос­нованный на вероятностном подходе к процессу пылеулавливания.

Для расчета циклонов необходимы следующие данные: объемный рас­ход газов, подлежащих обеспыливанию при рабочих условиях, Q_г, м³/с; ди­намическая вязкость газа при рабочей температуре , Пас; плотность газа при рабочих условиях _г, кг/м³; дисперсный состав пыли, задаваемый меди­анным диаметром d_m, мкм, и среднее квадратичное отклонение в функции данного распределения частиц lg _ч; концентрация пыли в газах с_вх, г/м³; плотность частиц пыли _ч , кг/м³.

Последовательность расчета циклонов.

1. Задавшись типом циклона, по табл. 9 или 10 определяют опти­мальную скорость газа в аппарате v_oпт и дисперсию распределения значе­ний фракционной эффективности пылеуловителя lg _ .

Таблица 9  Параметры, определяющие эффективность работы циклонов конструкции НИИОгаза

Таблица 10  Параметры, определяющие эффективность работы циклонов

2. Рассчитывают необходимую площадь сечения циклонов, м²:

. (47)

3. Определяют диаметр циклона, м:

. (48)

Диаметр циклона округляют до величины из стандартного ряда диа­метров (табл. 11).

Таблица 11  Стандартный ряд диаметра циклонов

4. Вычисляют действительную скорость газа в циклоне:

. (49)

Скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.

5. Рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивления одиноч­ного циклона или группы циклонов:

, (50)

где  коэффициент гидравлического сопротивления одиночного цик­лона диаметром 500 мм. Индекс «с» означает, что циклон работает в гидравлической сети, а индекс «п»  без сети, т. е. работает прямо на выхлоп в атмосферу; к₁  поправочный коэффициент на диаметр циклона; к₂  поправочный ко­эффициент на запыленность газа; к₃  коэф­фициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу. Для оди­ночных циклонов к₃ = 0.

6. Определяют потери давления в циклоне, Па, по формуле

. (51)

Потери давления в циклоне можно определить и по формуле

, (52)

где _вх  коэффициент гидравлического сопротивления, отнесенный к ско­рости газа во входном патрубке v_вх, определяется по формуле

, (53)

Если потери давления АР оказались приемлемыми, переходят к расче­ту полного коэффициента очистки газа в циклоне.

7. Взяв в табл. 9 или 10 параметр , характеризующий парциаль­ную эффективность выбранного типа циклона при указанных в таблице ус­ловиях (диаметре циклона, скорости потока, плотности пыли, динамической вязкости газа), определяют диаметр частиц, улавливаемых в аппарате на 50 % при рабочих условиях:

. (54)

8. Определяют параметр X по формуле

. (55)

9. По таблице определяют значение Ф(х), представляющее собой пол­ный коэффициент очистки газа, выраженный в долях.

Институтом «Сантехпроект» и ВНИИ охраны труда на основе пред­ставленной методики разработан графоаналитический метод подбора цик­лонов, который находит наибольшее применение у проектировщиков. На практике эффективность очистки воздуха в циклонах оказывается несколько ниже, чем расчетная. Это объясняется, в первую очередь, нару­шениями при эксплуатации циклонов. Для повышения эффективности очистки циклоны иногда устанавлива­ют последовательно.