книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

шетка может быть выполнена из пластин, уголков или конусов колец. В основе работы жалюзийного пылеуловителя лежит инерционно-отра- жательный принцип. С одной стороны частицы пыли выпадают из потока газа за счет сил инерции при крутом повороте газа в жалюзийной решетке, которая может быть выполнена из пластин, уголков или конусов колец, а с другой – отражаются при непосредственном ударе о пластину. Большая часть газа (80–90 %) огибает установленные под углом пластины, резко меняя направление своего движения, освобождается от пыли и продолжает свое движение по газопроводу в первоначальном направлении. Меньшая часть газа (10–20 %), обогащенная пылью, отводится из газохода в циклон и после очистки присоединяется к газу, прошедшему через жалюзийную решетку.

Рис. 5.3. Схема пылеуловителей: а – динамические; б – вихревые; в – инерционные; г – жалюзийные

Для эффективной очистки скорость газа при прохождении через пылеуловитель должна составлять 12–20 м/с. Чем меньше размеры частиц и их плотность, тем большая скорость газа должна быть перед жалюзийной решеткой.

91

Общая эффективность очистки газа в жалюзийном пылеуловителе определяется произведением коэффициентов очистки решетки ηр и циклона ηц:

ηр·ηц.

Ввиду того что эффективность этих аппаратов невелика и срок их службы мал (быстрый износ рабочих элементов в результате ударов о них крупных частиц пыли), в последние годы эти пылеуловители используют мало и заменяют более эффективными аппаратами. Однако для очистки дымовых газов от золы крупных размеров в некоторых случаях в системах вентиляции, а также когда установка других аппаратов невозможна из-за отсутствия площади жалюзийные пылеуловители продолжают эксплуатировать.

Инерционные пылеуловители (рис. 5.3, в) используют для выделения из газа крупных (размером 25–30 мкм) и тяжелых частиц пыли перед аппаратами тонкой очистки.

Простейшее устройство – сухой инерционный пылеуловитель с изменением направления потока газа на 90 или 180°, который встраивают в газоход. Рост гидравлических потерь при этом незначителен, соответственно эффективность такого аппарата низка.

Более эффективны пылеуловители других типов. Так, в аппарате, представленном на рис. 5.3, а, б, частицы пыли отделяются от газа при ударе о перегородку и во время огибания ее газом. В первом случае частицы теряют скорость и падают в бункер под действием гравитационных сил, а во втором – за счет инерционных сил. Очистка газа в пылеуловителе с центрально расположенной трубой осуществляется за счет инерционных сил. Диффузорный насадок на конце трубы уменьшает скорость газа на выходе из нее, т.е. снижает силу удара газа о бункер. В пылеуловителе с вводом газа через боковую трубу (рис. 5.4, а) пыль по инерции отделяется от газа при его повороте после входа в аппарат.

В перечисленных пылеуловителях скорость газа в цилиндрической части корпуса принимают равной 1 м/с, а во входной трубе – 10 м/с; степень улавливания колошниковой пыли (более 90 % – крупнее 20 мкм) достигает 65–85 %. Повышение скорости сверх 1 м/с приводит к ухудшению очистки, а ее понижение – к неоправданному увеличению габаритов аппарата без заметного повышения эффективности. Диаметры таких пылеуловителей – 10 м и более. Высота аппарата примерно равна или немногим больше его диаметра. Гидравлическое сопротивление устройств такого типа 150–400 Па.

92

Сухие центробежные циклоны. Принцип действия. Основные типы циклонов. Батарейные циклоны и их эксплуатация. Расчет циклона

Сухие центробежные циклоны

Этот способ разделения неоднородных пылегазовых смесей более эффективен, чем гравитационное осаждение, поэтому он применяется для отделения более мелких (до 50 мкм) частиц пыли.

При аппаратурном оформлении процессов разделения неоднородных систем в центробежном поле применяют два принципа: вращение пылегазового потока в неподвижном аппарате (циклон); движение пылегазового потока во вращающемся роторе (центробежной ротационный пылеуловитель).

В обоих случаях на разделение, кроме сил тяжести и центробежных сил, значительное влияние оказывают инерционные силы.

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Принцип действия и общие сведения

Выделение частиц пыли из газового потока происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении запыленного потока

вциклоне и при изменении направления потока при выходе в выхлопную трубу. Вращение потоку сообщается путем ввода его в аппарат

сбольшой скоростью либо через улиточный вход, либо по касательной к стенке корпуса или с помощью закручивающего устройства. Корпус бывает либо цилиндрическим с конической нижней частью, либо полностью коническим. Пыль, выделяемая при вращении потока на стенки корпуса, далее выводится в бункер через пыле-выпускное отверстие

всуженном конце конической части, а очищенный газ выходит через выхлопную трубу, концентрически установленную в корпусе.

Внастоящее время эксплуатируются циклоны различных конструкций: ЛИОТ, НИИСТО, СИОТ, однако предпочтение отдают циклонам конструкции НИИОгаза (рис. 5.4), которые более совершенны и способны с достаточной эффективностью улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.

Взависимости от объема очищаемого газа циклоны устанавливают либо по одному (одиночные циклоны), либо объединяют в группы по 2, 4, 6, 8 (реже по 14) элементов (групповые циклоны).

93

Эффективность циклонов также падает при наличии подсосов, в частности, через бункер.

Как уже отмечалось, наибольшее распространение получили циклоны конструкции НИИОгаза: циклоны типов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У

иЦН-24, которые отличаются один от другого углом наклона входного патрубка (цифры обозначают угол его наклона к горизонтали, перпендикулярной оси циклона). Они имеют удлиненную цилиндрическую часть; отношение диаметра выхлопной трубы d к диаметру циклона D составляет 0,59. Циклон типа ЦН-15У (укороченный) характеризуется меньшей высотой. Наиболее эффективным является циклон типа ЦН-11, однако для него характерно наибольшее гидравлическое сопротивление.

Циклон типа ЦН-24 отличается от циклонов других типов высокой пропускной способностью и небольшой степенью очистки газа. Поэтому его используют для грубой очистки газа от пыли в качестве первой ступени перед наиболее эффективными аппаратами (рукавными фильтрами, электрофильтрами и др.).

Наибольшее распространение для очистки газа с высокой концентрацией мелкой пыли, а также для улавливания пыли, склонной к слипанию, получили циклоны типа ЦН-15. Для них характерны низкие тех- нико-экономические показатели; их используют при отсутствии в месте установки достаточных габаритов по высоте.

Циклоны типа ЦН склонны к истиранию стенок пылью, поэтому для очистки газов от абразивной пыли их не применяют. В этом случае рекомендуют использовать конические циклоны типа СДК-ЦН-33

и34, которые различаются по высоте, длине конической части, имеют спиральный входной патрубок и малое отношение диаметров выхлопной трубы к корпусу циклонов – соответственно 0,33 и 0,34. Эти циклоны работают с достаточной эффективностью при небольшой скорости газового потока и поэтому меньше подвержены истиранию пылью. Кроме того, циклон СДК-ЦН-33 является высокоэффективным аппаратом для очистки газа от пыли размером более 10 мкм. Однако вследствие больших размеров его использование возможно при наличии достаточных габаритов помещения по высоте. При ограниченных габаритах рекомендуют применять циклоны СК-ЦН-34, которые работают эффективно, но обладают более высоким гидравлическим сопротивлением.

95

Эксплуатационные характеристики циклонов и батарейных циклонов

Все типы циклонов и батарейных циклонов можно устанавливать как на всасывающей, так и на нагнетательной линии системы газоходов. Для очистки газов от абразивной пыли, вызывающей износ крыльчаток дымососов и вентиляторов, эти аппараты следует устанавливать перед дымососами или вентиляторами. Нормализованные циклоны и батарейные циклоны рассчитаны на давление или разрежение 2500 Па и температуру газа до 400 оС. При низкой температуре газа с большим влагосодержанием для исключения конденсации водяных паров на внутренней поверхности стенок циклонов их необходимо устанавливать в отапливаемых помещениях. При установке аппаратов вне пределов цеха внешнюю поверхность их корпуса следует термоизолировать, а газ в зимнее время при необходимости следует подогревать.

Выгружать пыль из бункеров можно непрерывно или периодически, так как при переполнении бункера снижается эффективность работы устройства и могут забиваться конусы элементов аппарата. При периодической выгрузке пыли в момент выгрузки для предотвращения выброса пыли из бункера подачу газа прекращают.

Количество газов, поступающих на очистку, должно находиться в пределах, предусмотренных для данного аппарата. При уменьшении количества газа снижается скорость его движения в циклонных элементах, что приводит к снижению эффективности очистки. При увеличении количества газа возрастает гидравлическое сопротивление установки и в некоторых случаях уменьшается степень очистки газа. Это происходит потому, что при большой скорости газа в циклоне успевшие осесть мелкие частицы пыли будут срываться и уноситься газом, выводимым из аппарата через выхлопную трубу.

Основы расчета циклона

1. Плотность газа при рабочих условиях, кг/м3:

ρ= бар ± Рг )

гP0 (273 + tг )101,3 103 .

2.Расход газа при рабочих условиях, м3/ч:273(Р

96

3. Диаметр циклона, м:

4. Действительная скорость газа в циклоне Wд, м/с:

Действительная скорость не должна отличаться от оптимальной более чем на 15 %.

5. Расчет коэффициента местного сопротивления циклона:

ξ = k1 · k2 · kц500 + k3,

где kц500 – коэффициент местного сопротивления циклона, работающего в сети (табл. 5.1); k1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 5.2); k2 – поправочный коэффициент на запыленность воздуха (табл. 5.3); k3 – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов (табл. 5.4).

6.Потери давления, Па, в циклоне рассчитать по формуле

∆P= ξρгWд

2

где ρг – плотность воздуха, кг/м3.

Таблица 5.1

Коэффициенты местного сопротивления kц500 циклонов диаметром 500 мм и оптимальная скорость движения воздуха

97

Таблица 5.4 Коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления k3

98

Вопросы для самоконтроля

1.Какоймеханизмосаждения наблюдается в пылеосадочной камере?

2.Какие параметры влияют на эффективность осаждения в пылеосадочной камере?

3.Как устроены и работают пылеуловители инерционного типа?

4.От каких факторов зависит степень очистки газа в циклоне?

5.Типы циклонов и основные правила их эксплуатации.

6.Определение гидравлического сопротивления циклона.

7.Батарейные циклоны. Их преимущества и недостатки.

5.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛЕЙ: СУХИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ; «МОКРАЯ» ОЧИСТКА ГАЗОВ; ФИЛЬТРОВАНИЕ; ОЧИСТКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. АППАРАТУРА И РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛЕЙ. СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ ГАЗООЧИСТНЫХ УСТАНОВОК. РЕКУПЕРАЦИЯ ПЫЛЕЙ. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ

Механизмы осаждения частиц при фильтровании. Выделение из газа твердых и жидких частиц в процессах фильтрования основано на использовании следующих основных механизмов осаждения:

–инерционного, когда частица пыли сталкивается с осаждающим элементом пористой среды (волокно, нить и др.) под действием силы инерции, а не огибает его в своем движении с газовым потоком;

–броуновской диффузии, когда частица пыли соприкасается с осаждающим элементом под действием ударов газовых молекул;

–зацепления, когда частица пыли соприкасается с осаждающим элементом, проходя с газовым потоком вдоль его поверхности на расстоянии, равном или меньшем радиуса частицы.

В некоторых случаях частицы пыли выделяются в результате отсеивания (ситовой эффект). Кроме того, влияет на процесс фильтрации

ивзаимодействие электростатических зарядов, накапливающихся на частицах пыли и осаждающих элементах пористых сред.

99

При фильтрации твердые частицы пыли накапливаются в виде пылевого слоя на поверхности фильтрующих (осаждающих) элементов пористых сред, а также в порах между элементами.

В процессе этого накопления улучшается эффективность улавливания пыли, однако в то же время растет гидравлическое сопротивление прохождению газового потока через пористую среду. А это приводит к падению производительности фильтрующего аппарата по количеству очищаемых газов. Поэтому необходимо непрерывно или периодически разрушать и удалять пылевой слой и на поверхности фильтрующих элементов, и между ними (регенерация пористой среды). Для пористых сред некоторых видов регенерацию не проводят, а использованный фильтрующий материал заменяют новым.

Фильтры условно можно классифицировать следующим образом:

A.Фильтры тонкой очистки воздуха (высокоэффективные) ис-

пользуются для выделения высокодисперсной пыли при низкой входной запыленности газа (0,5–5 мг/м3) и малой скорости фильтрации (менее 6 м/мин). Эффективность улавливания – более 99 %. Эти фильтры обычно не регенерируют.

Б. Фильтры для очистки запыленных воздушных потоков (воздуш-

ные) применяются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Входная запыленность потока до 50 мг/м3. Эти фильтры могут быть регенерируемыми и нерегенерируемыми.

B.Промышленные фильтры используются в основном для очисткитехнологических газов с высокой входной запыленностью (до 60 мг/м3

иболее) при повышенных температурах и содержании в газах агрессив-

ных компонентов (SO2 и др.). В качестве пористых сред применяют в основном рукава из тканей и нетканых материалов, зернистые и другие фильтровальныематериалы. Данные фильтры работают с регенерацией.

Промышленные фильтры классифицируют по следующим конструктивным признакам.

По типу фильтрующих элементов их делят на бескаркасные (рукава)

ижесткокаркасные (каркас, обтянутый тканью илинетканымматериалом).

Применение бескаркасных элементов предполагает подачу фильтруемого газа внутрь рукава и сохранение формы элемента из-за подпора в нем давления.

Применение жесткого каркаса в конструкции фильтрующего элемента позволяет придавать последнему любую форму – цилиндрическую, плоскую, клиновидную, звездчатую и другую, которая остается

100