• 5

2.2. ОЧИСТКА ГАЗОВ В СУХИХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯХ

К сухим механическим пылеуловителям относят аппараты, в ко­торых использованы различные механизмы осаждения: гравита­ционный (пылеосадительные камеры), инерционный (камеры,

 

 

 

Рис. 1-2. Пылеосадительные камеры:

а — простейшая камера; б — камера с перегородками; в — многополочная камера; / —< корпус; 2 — бункеры; 3 — перегородка; 4 — полка

осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).

Перечисленные 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. Типы пылеосадительных камер показаны на рис. 1-2.

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

и„ =V4d„(p4 — pr)£y3prU    (НО)

где цч — скорость осаждения частиц, м/с; d,r— диаметр частиц, м; р.[ — плотность частицы, кг/м3; р,— плотность газа, кг/м3; g — ускорение свобод­ного падения, м/с2; — коэффициент сопротивления частицы.

Для достижения приемлемой эффективности очистки газов необходимо чтобы частицы находились в камере возможно бо­лее продолжительное время.

При применимости закона Стокса минимальный размер ча­стиц dM,,„ (в м), которые будут полностью осаждены в много­полочной камере, может быть определен по формуле

dMm -T/TavSh7[(p, - Pv)gBL]7 .      (1.11)

где V'r —объемный расход газов, м3/м; |лг — динамический коэффициент вяз­кости, Па-с; В и L — ширина и длина камеры, м.

Маленькие частицы практически мгновенно достигают конеч­ной скорости, и в этом случае средняя скорость уср может быть принята равной скорости осаждения и,,.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1-3. Инерционные пылеуловители:

а с порегородкоЛ; б — с плавным попоротом гяаопиго потока; а с расширяющимся конусом; с? — с Соковым подводом газа

Инерционные пылеуловители. При резком изменении направ­ления движения газового потока частицы пыли под воздействи­ем инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бун­кер. На этом принципе работает ряд аппаратов (рис. 1-3). Эф­фективность этих аппаратов небольшая.

Камера с плавным поворотом газового потока имеет мень­шее гидравлическое сопротивление, чем другие аппараты. Ско­рость газа в сечении камеры принимают 1,0 м/с. Для частиц пыли размером 25—30 мкм достигается степень улавливания 65—80%. Такие камеры применяют на заводах черной и цвет­ной металлургии. Гидравлическое сопротивление их равно 150—390 Па. Пылеуловители типа б встраиваются в газоходы.

Жалюзийные аппараты. Эти аппараты 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, тому же спо­собствуют их удары с наклонные плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают _2        в сторону от щелей между лопа­

стями жалюзи (рис. 1-4). В ре­зультате газы делятся на два по­тока. Пыль в основном содер­жится в потоке, который отсасы-

I 3ant//)anm,ia | гю

 

Очищен­

ный газ

Запыленный.

Рис. 1-4. Жалюзи й ни ft пылеуловитель (1 — корпус; 2 — решетка)

в а ют и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жалюзийной 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.

Обычно жалюзийные пылеуловители применяют для улавли­вания пыли с размером частиц >20 мкм. Недостаток реше­ток— износ пластин при высокой концентрации пылн.

Эффективность улавливания частиц зависит от эффективно­сти самой решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасываемого в нем газа. Если ср— относительная доля газа, направляемого с пылевым концентратом, то степень очистки газа в жалюзийиом пылеуловителе

г,-11ц[1-(1-ф)(1-лр)1,          (1.12)

где- ||ц            степень очистки газов в отсосном циклоне; т|Р — степень очистки в

решетке (формула справедлива при <р не менее 0,1—0,2).

Циклоны. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности. Они имеют следующие достоинства: 1) от­сутствие движущихся частей в аппарате; 2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С (для работы при бо­лее высоких температурах циклоны изготовляют 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 сопротивление: 1250—1500 Па; 2) плохое улавливание частиц размером <5 мкм; 3) невозможность ис­пользования для очистки газов от липких загрязнений.

Основные конструкции циклонов (по подводу газов) показаны на рис. 1-5. По способу подвода газов в аппарат их подразделя­ют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтооб­разным, а также осевым подводом. Циклоны с осевым (розеточ- ным) подводом газов работают как с возвратом газов в верх­нюю часть Аппарата, так и без него (вид д). Последний явля­ется прямоточным и отличается низким гидравлическим сопро­тивлением и меньшей по сравнению с другими циклонами эф­фективностью. Наиболее предпочтительным но форме, с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали. Однако на практике все способы подвода газа могут использоваться в равной степени.

3—822

33

Очищенный   Запыленный

 

 

 

 

 

Рис. 1-5. Основные виды циклонов (по подводу газов):

а — спиральный; б — тангенциальный; о — винтообразный; г, д — осевые (роэеточиые)

 

 

 

Рис. 1-6. Циклоны:

о --■ одинарный; / -- входной патрубок; 2 — выхлопная труба; .4 — цилиндрическая каме­ра; 4 — коническая камера; я         иылеосадительная камера;

в-         групповой: I   входной патрубок; г- камера обеспыленных газон; 3 — кильцет»*

диффузор; циклонный элемент; Д — бункер; 6 ■— пылевой затвор

Принцип работы циклона показан на рис. 1-6, а. Газ вра­щается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движет­ся вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в не­сколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием дентробежной силы дви­жутся к стенке.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне г) прямо пропорциональна скорости газов в степени '/г и обратно пропор­циональна диаметру аппарата также в степени Уг-

Процесс целесообразно вести при больших скоростях оГ и небольших А;. Однако увеличение иг может привести к уносу пыли из циклона и резкому увеличению гидравлического сопро­тивления. Поэтому целесообразно увеличивать эффективность циклона за счет уменьшения диаметра аппарата, а не за счет роста скорости газов. Оптимальное соотношение Н/Оц — 2—3.

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 — ци­линдрические (с удлиненной цилиндрической частью) и кони­ческие (с удлиненной конической частью). Цилиндрические от­носятся к высокопроизводительным аппаратам, а конические — к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических — не более 3000 мм.

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле

ЛР«=£цУг2Рг/2,       (1.13)

где у,- — скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно ко­торого рассчитана величина |ц, м/с.

Коэффициент сопротивления

и- 0,00513Ktlhb/D\f,  (1.14)

где Ki — коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с танген­циальным входом газа и 7,5 — для циклонов с розеточным входом; h\ и b — размеры входного патрубка; Dn — диаметр выхлопной трубы.

Групповые циклоны. При больших расходах очищаемых га­зов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволя­ет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказы­вается на эффективности очистки. Схема групповых циклонов дана на рис. 1-6, б. Запыленный газ входит через общий коллек­тор, а затем распределяется между циклонными элементами.

3*

35

 

 

 

 

 

Рис. 1-7. Батарейный циклон:

а — схема: 1 — корпус; 2 — распределительная камера; 3 — решетки; 4 —- циклонный эле­мент; б — элемент с направляющим аппаратом типа «винт»; в — элемент с направляю­щим аппаратом типа «розетка»

Коэффициент гидравлического сопротивления группы цикло­нов определяют по формуле

Ег.«-6ц + К.,  (1-13)

где 6ц — коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона; Кг — коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления; связан­ные с компоновкой циклонов в группу (табличная величина).

Батарейные циклоны — объединение большого числа малых циклонов (мультициклонов) в группу. Снижение диаметра цик­лонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки. Схема батарейного циклона приведена на рис. 1-7, д. Элементы батарейных циклонов (рис. 1-7, б, в) имеют диаметр 100, 150 или 250 мм. Оптимальная скорость газов в элементе лежит в пределах от 3,5 до 4,75 м/с, а для прямоточных циклон­ных элементов от 11 до 13 м/с.

Допускаемая запыленность газов при их очистке от слабо- слипающихся пылей в мультициклонах может быть определена по приведенным ниже данным:

Диаметр элемента, мм      100 150 250

Допускаемая концентрация частицы при раз­личных типах завихрения, г/м3:

«винт»,           35 50 100

«розетка»     15 35 75

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пы­леуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока (рис. 1-8).

В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается ло­паточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию

 

 

 

Рис. 1-8. Ихревые пылеуловители:

а —• сопл"'101"0 типа; б — лопаточного типа; / — камера; 1 — выходной патрубок; 3 — соп­ла; 4 — Л°11 а точный заиихритель типа «розетка»; 5 — входной патрубок; 6 — подпорная шайба; 1 пылевой бункер; 8 — кольцевой лопаточный завихритель

трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к перифе­рии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их ВНИЗ| в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно пол­ностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. 13 игхревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вто­ричный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками.

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запы­ленные газы. Наиболее выгодным в экономическом отношении является ис­пользование в качестве вторичного газа запыленных газов. В этом случае производительность аппарата повышается на 40—-65% без заметного сниже­ния эффективности очистки.

Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличением диаметра падает. Оптимальный расход вторичного газа составляет 30—35% от первичного. Могут быть батарейные установки, состоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Затраты энергии (в кДж) на очистку 1000 м3 газов в вихре­вых пылеуловителях Кч могут быть определены по формуле

К, - [(V/ + У/ОДР™ + №"V/'] l/W,    (1.16)

где V/, 1/,." — объемный расход соответственно очищаемых газов и вторич­ного воздуха, м3/с; ДЯт. — гидравлическое сопротивление аппарата, Па; ЛЯ" —- давление вторичного воздуха (разница между давлением в сопле и на входе в аппарат), Па.

Критический (минимальный) диаметр частиц, полностью улавливаемых в пылеуловителе, определяется по формуле

d„p =У(уг/Я) [1п(0„„/£)т1,)/(1/18|Лг) (>,- рг)ю5],    (1.17)

где уг —скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с; Я— высота пы­леулавливающей камеры, м; Дш— диаметр аппарата, м/с; 0Гр— диаметр подводящей трубы, м/с; ю — скорость, вращения, с-1.

Достоинства вихревых пылеуловителей по сравнению с цик­лонами: 1) более высокая эффективность улавливания высоко­дисперсной пыли; 2) отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппарата; 3) возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования холодного вторич­ного воздуха; 4) возможность регулирования процесса сепара­ции пыли за счет изменения количества вторичного газа. Недо­статки: 1) необходимость дополнительного дутьевого устройст­ва; 2) повышение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат (в случае использования атмосфер­ного воздуха); 3) большая сложность аппарата в эксплуатации.

Динамические пылеуловители. Очистка газов от пыли осу­ществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возни­кающих при вращении рабочего колеса тягодутьевого устройст­ва. Динамический пылеуловитель потребляет больше энергии, чем обычный вентилятор с идентичными параметрами по произ­водительности и напору.

Наибольшее распространение получил дымосос-пылеуловитель (рис. 1-9). Он предназначен для улавливания частиц пыли размером >15 мкм. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом, запыленный поток посту­пает в «улитку» и приобретает криволинейное движение. Частицы пыли от­брасываются к периферии под действием центробежных сил и вместе с 8— 10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо дымососа-пы­леуловителя, а затем через кожух выбросов в дымовую трубу.

В табл. 1,1 приведены характерные параметры сухих меха­нических пылеуловителей.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я