5.1. Механические («сухие») пылеуловители

Такие пылеуловители условно делятся 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.

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

5.1.).

5'

Г

П

? faz

Рис. 5.1. Пылеосадительные камеры: а - полая, 6-е горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками, / - запыленный газ; II - очищенный газ; III - пыль, 1 - корпус; 2 - бункер, 3 - штуцер для удаления; 4 - полки, 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 т(с) газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет:

где Vk- объем камеры, м3; Vr- объемный расход газов, м3/с; L - длина камеры, м; В - ширина камеры, м; И- высота камеры, м.

Vr Vr

В инерционных пылеуловителях для изменения направления движения газов устанавливают перегородки (рис. 5.2). При этом наряду с силой тяжести действуют и силы инерции. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Газ в инерционном аппарате поступает со скоростью 5-15 м/с.

Рис. 5.2, Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и распределения газового потока: а - камера с перегородкой, б - камера с расширяющимся конусом, в - камера с заглубленным бункером.

а

й

в чПыпь

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.). В зависимости от способа отделения материала в системах пневмотранспорта используют объемные разгрузочные устройства и центробежные циклоны. Выбор того или иного типа устройства зависит от конкретных условий работы установок и требований, предъявляемых к его работе: наибольшее значение коэффициента осаждения материала, минимальное сопротивление разгрузочного устройства, надежность в эксплуатации.

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 соответ-

ствующей производительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею. Коэффициент пылеулавливания батареи циклонов 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 суб- микронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители. При выборе типа пылеуловителя в условиях работы таких установок учитывают следующие показатели:

• степень пылеулавливания, равную отношению количества пыли, задержанной пылеуловителем, к количеству пыли, содержащейся в воздухе при его поступлении в пылеуловитель;
• сопротивление пылеуловителя, от которого зависит экономичность процесса пылеулавливания;
• габаритные размеры и масса пылеуловителя, надежность и простота его обслуживания.

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

Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и бункер. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок, 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 (рис. 5.3).

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

Существуют батарейные циклоны. Конструктивной особенностью последних является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами [4].

Ниже приведена техническая характеристика наиболее распространенного на производстве циклона ЦН-15:

• допустимая запыленность газа, г/м3:

для слабослипающихся пылей - не более 1000; для среднесливающихся пылей - 250;

• температура очищаемого газа, °С - не более 400;
• давление (разрежение), кПа (кг/см2) - не более 5 (500);
• коэффициент гидравлического сопротивления:

для одиночных циклонов - 147; для групповых циклонов - 175-182;

• эффективность очистки (от пыли dm = 20 мкм, при скорости газопылевого потока 3,5 м/с и диаметре циклона 100 мм), % - 78.

Рис. 5.3. 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

Для расчетов режимов и выбора марки (конструкции) циклона необходимы следующие исходные данные: количество очищаемого газа при рабочих условиях Vr, м3/с; плотность газа при рабочих условиях р, кг/м3; динамическая вязкость газа при рабочей температуре ц, Пахе; дисперсный состав пыли, задаваемый двумя параметрами dm и Igor; запыленность газа Свх, г/м3; плотность частиц рчgt; кг/м3; требуемая эффективность очистки газа ц.

Конструкцию и режимные параметры циклона рассчитывают методом последовательных приближений по методикам [3-5] или используя более современный математический аппарат [6].

Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%.

Классификация рукавных фильтров возможна по следующим признакам:

• форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);
• месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);
• способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с импульсной продувкой и др.);
• наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);
• числу секций в установке (однокамерные и многокамерные);
• виду используемой ткани (например, стеклотканевые).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических волокон (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладающих термостойкостью при температуре 250-280 °С. Для фильтровальных тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые материалы - фетры, изготовленные свойлачи- ванием шерсти и синтетических волокон.

Рассмотрим подробнее группу материалов из нетканых иглопробивных фильтровальных полотен, наиболее перспективных в производстве порошковых материалов. Таллинской фирмой «Мистра» предлагаются полотна марок «Фильтра-220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов, пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции.

Нетканые иглопробивные полотна характеризуются следующими показателями (т а б л . 5.1):

Таблица 5.1

Технические показатели фильтровальных полотен

Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в производстве сепарированного мела показали степень очистки 99,9% при улавливании пыли, 75% которой составляет фракция с диаметром частиц 1-5 мкм.

Срок службы фильтровального материала не менее одного года.

В «Мистре» создано и более термостойкое полотно, используемое при температуре до 210-220 °С. В зависимости от вида ткани допустимая удельная газовая нагрузка составляет 0,6-1,2 м3/(м2хмин) для хлопчатобумажной или шерстяной; 0,5-1 - для синтетической; 0,3-0,9 м /(м2хмин) - для стеклоткани.

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку и затем в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостатком таких фильтров является неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема поступающего на очистку воздуха).

Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных тканей, обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании хрусталя, открывают пути для более широкого их

применения. Так, фильтрующий материал «Бекинокс» (Великобритания) изготавливают как в виде штапеля, так и в виде длинных нитей различного диаметра из нержавеющей стали. Этот материал при скорости фильтрации 180 м3/(м2хч) имеет сопротивление 1200 Па и ту же эффективность, что и текстильные ткани. Он обладает высокой абразивной устойчивостью, тем- пературостойкостью (до 500 °С), регенерируется любым известным способом и хорошо зарекомендовал себя при фильтрации газов, содержащих S02.

Во Франции при очистке отходящих газов с температурой 400-500 °С применяют рукавные фильтры из металлического фетра, основа которого представляет собой металлическую сетку, нарощенную слоем тонкой металлической нити определенной толщины и плотности. По скорости фильтрации, аэродинамическому сопротивлению, количеству потребляемой энергии фильтр идентичен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.

Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде, фирма «Дюпон» (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и тефэр-войлок, выполненный из смеси тефлона (85%) со стекловолокном (15%). Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100-250 °С.

Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие к истиранию, в свою очередь защищают стекловолокно от механических повреждений. Высокие эксплуатационные характеристики материала тефэр объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон смеси, которые создают электростатические заряды в ходе работы. Это способствует высокой эффективности улавливания войлоком субмикронных частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например, при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в дымовых газах рекомендуется пользоваться 100%-ным тефлоном.

Отечественной промышленностью в настоящее время разработаны следующие тканевые фильтры [4]:

а) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава (ФРКИ и др.). Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха и без отключения секций;

б) с комбинированным устройством регенерации - механическим встряхиванием и обратной посекционной продувкой (ФРУ и др.)

в) с обратной посекционной продувкой (ФР и др.)

г) с регенерацией механическим встряхиванием (ФР-6П и др.). Ре генерация рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического устройства.

В справочнике [7] подробно рассмотрены фильтры общепромышленного назначения, серийно выпускаемые специализированным заводами. Преимущественное развитие получили фильтры ФРКИ и ФРИ (рис. 5.4). Скорость фильтрования в этих аппаратах на 20-30% выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации (короткими импульсами длительностью 0,1-0,2 с) общий срок службы рукавов в этих фильтрах более высокий, рукава меньше изнашиваются. Гидравлическое сопротивление обычно поддерживается на уровне 1000-1500 Па. Условное обозначение типоразмера фильтра: Ф- фильтр; Р - рукавный; К - каркасный; И - с импульсной продувкой; цифра после буквенных обозначений - активная поверхность фильтрации.

Рис. 5.4. Фильтр ФРКИ (ФРИ):

1 - бункер, 2 - корпус: 3 - диффузор-сопло; 4 - крышка; 5 - труба раздающая, б - секция клапанов; 7 - коллектор сжатого воздуха, 8 - секция рукавов

В процессе фильтрации запыленный газ проходит через ткань закрытых снизу рукавов внутрь, выходит через верхний коллектор и удаляется из аппарата. Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий каркас и закреплен на верхней решетке. В качестве фильтрующего материала используют лавсан и фетр. В табл. 5.2 приведены основные технические характеристики фильтров рукавных каркасных с импульсной продувкой (ФРКИ).

Таблица 5.2

Технические характеристики рукавных фильтров

Примечание. Диаметр рукава 130 мм, гидравлическое сопротивление 1,2 кПа, давление продувочного воздуха 0,3-0,6 МПа, рабочее давление (разрежение) в аппарате до 5 кПа.

Расчет рукавных тканевых фильтров сводится к определению общей поверхности фильтрации F и числа фильтров или секций. Нормальная нагрузка на 1 м фильтрующей поверхности для рукавных фильтров составляет 150-200 м /ч. Сопротивление фильтров определяют по формуле:

Рф = BQg ,              (5.2)

где В - коэффициент, равный 0,13-0,15 (большее значение принимается для более дисперсной пыли); QB - расход воздуха на 1 м2 ткани рукавов, м3/ч; п - принимается равным 1,2-1,3 (меньшее значение принимается для более дисперсной пыли).

При работе в нормальном режиме сопротивление нагнетательных фильтров составляет до 2 кПа, всасывающих-до 6 кПа. Общую поверхность фильтрации (м2) определяют по формуле:

V + Vnp F

' ~ Пэаб + 'per “              +              Грег              ,              (5.3)

Чф

где Рраб - поверхность фильтрации в одновременно работающих секциях, м ; Ррег - поверхность фильтрации в регенерируемой секции, м2; V - объемный расход очищаемых газов (воздуха) с учетом подсоса воздуха в фильтр, м3/мин; Vnp - объемный расход продувочного воздуха, м3/мин; цф - удельная газовая нагрузка, м3/(м хмин).

n = F/F,,

где Ft - поверхность фильтрации всех рукавов, установленных в одном фильтре или секции, м2.

Гидравлическое сопротивление тканевого фильтра АР, Па (уточненное значение), в любой момент времени (t, с) от включения фильтра в работу определяют по формуле:

(5.5)

др=817ц,и и- )::/581x104(1-En)dg523iC.xq»t\

где fir - динамический коэффициент вязкости газа, Пахе; еп - пористость слоя пыли; dm - средний размер частиц пыли, м; ет- пористость ткани; С0Х - начальная запыленность газа, кг/м3; рп - плотность пыли, кг/м3.

Периоды работы фильтра между регенерацией, встряхиванием или продувкой ориентировочно определяют в зависимости от входной запыленности газов:

Входная запыленность, г/м3              5              10              20

Периоды между регенерацией, мин              10-12              8-9              4-7

Пылеулавливание в цехах подготовки и переработки порошковых материалов является технической проблемой. Например, все звенья погрузочно-разгрузочных работ - потенциальные источники пыления, интенсивность которых зависит от технического уровня используемого оборудования и технологии перегрузки сыпучих и кусковых материалов. Наиболее полно задачи борьбы с образованием пыли и ее улавливанием решены для конвейерных линий и некоторых видов перерабатывающего оборудования [1].

В настоящее время для очистки таких отходящих газов от пыли применяют одноступенчатую очистку в циклонах ЦН-15, ЦН-11 или двухступенчатую с использованием дополнительного циклона-промывателя типа СИОТ или ЛИОТ. Однако они не обеспечивают требуемой степени очистки газов, что связано с зарастанием воздухопроводов в местах отделения сухого газа от пыли и газа от капель воды. Поэтому дополнительно используют пылеулавливающие установки, включающие сухие инерционные пылеуловители (циклоны групповые и батарейные), пористые фильтры (ленточные, рамные, рукавные со струйной импульсной и обратной продувкой, зернистые и др.).

Конструкция зернистого фильтра, представлена на рис. 5.5. Фильтр имеет корпус 1, фильтрующие элементы 4, бункер 5, систему импульсной регенерации 3. Фильтрующий элемент содержит четыре пары вертикально размещенных фильтрующих ячеек 2. Ячейка содержит наклонные непроницаемые перегородки, верхние и нижние сетки. Между сетками засыпаются частицы слоем 150 мм размером 3-5 мм дробленого материала из магнезита, доломита, гравия и т.д. Перегородки и сетки образуют каналы треугольного сечения, по которым очищенные газы через отверстия в боковине проходят в короб. В каналах для прохода очищенного газа устанавливают перфорированные трубки, служащие для циклической подачи сжатого воздуха из коллектора. Фильтрующие ячейки разделены перегородками на три равные части. При импульсной продувке нижние ячейки работают в режиме фильтрации, а верхние - в режиме регенерации.

Наряду с очисткой пылегазовых потоков важной задачей является также очистка и обезвреживание дымовых газов от продуктов сгорания топлива и других газообразных альтерогенов.

С этой целью часто применяют метод адсорбции. В сухом способе очистки дымовых газов фильтрация очищаемых выбросов происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой твердого поглотителя - адсорбента (адсорберы непрерывного действия). Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с адсорбентом чередуется с периодом его регенерации. Конструктивно адсорберы (рис. 5.6) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом. Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы применяют при небольших объемах очищаемого газа, а горизонтальные и кольцевые при производительности до десятков и сотен м3/ч.

Рис. 5.6. Конструктивные схемы адсорберов: а - вертикальный; б - горизонтальный; в - кольцевой; 1 - адсорбер; 2 - слой активированного угля; 3 - центральная труба для подачи паровоздушной смеси при адсорбции, 4 - барботер для подачи острого пара при десорбции; 5 - труба для выхода инертных по отношению к поглотителю газов при адсорбции, б - труба для выхода пара при десорбции.

При проектировании или выборе конструкции адсорбера используют следующие исходные данные: объемный расход очищаемого газа (м /с), концентрацию удаляемой примеси (мг/м3) и давление отходящих газов (Па). В результате расчета определяют необходимую массу адсорбента,

конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление аппарата и время защитного действия адсорбера [8].

3. Электрофильтры

і

Метод электроосаждения (улавливания пыли в электрическом поле) заключается в следующем. Частицы пыли (или капельки влаги) сначала получают заряд от ионов газа, которые образуются в электрическом поле высокого напряжения, а затем движутся к заземленному осадительному электрозаряду. Попав на заземленный уловитель, частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает слоем частиц, они стряхиваются под воздействием вибрации и собираются в бункере. Схема электрического осаждения пыли представлена на рис. 5.7. [2].

Фч

.8

gt; / ?

4

к

Рис. 5.7. Схема электрического осаждения пыли:

1 - источник электропитания; 2 - коронирующий электрод, 3 - осадительный электрод; 4 - ион газа, 5 - частица пыли

Электрофильтры применяются там, где необходимо очищать очень большие объемы газа и отсутствует опасность взрыва. Эти установки (рис. 5.8) используются для улавливания летучей золы на современных электростанциях, для улавливания пыли в цементной промышленности, а также в металлургии в мощных системах улавливания дыма, для пылеулавливания в системах кондиционирования воздуха и других смежных отраслях [4, 9].

Рис. 5.8. Двухступенчатый электрофильтр горизонтального потока:

1 ~ комплект стряхивателей для высоковольтных и собирательных электродов, 2 - отдельная сблокированная дверца смотрового люка; 3 - быстрооткрывающиеся панели для извлечения проволочных электродов без отключения установки; 4 - распорные стержни между осадительными электродами; 5 - дырчатый распределительный экран; б - станина, устанавливаемая непосредственно на опорных колоннах; 7 - сблокированное высоковольтное оборудование для каждой электрической секции; 8 - площадка для размещения изоляторов и газонепроницаемых уплотнителей, 9 - скатная крыша; 10 - клиновидные опоры для проволочных электродов; 11 - упруго закрепленные собирательные электроды; 12 - пластинчатые и щитковые электроды; 13- упруго закрепленная высоковольтная рама; 14 - люк смотрового прохода между ступенями.