Механические аппараты сухой очистки газов

 

 

 

Эти простейшие аппараты обычно конструктивно оформляют в виде коробов прямоугольного сечения с входным и выходным патрубками и бункерами для сбора пыли и называют осадочными камерами, так как в них при резком уменьшении скорости газа происходит осаждение взвешенных частиц под действием силы тяжести.

Известны конструкции пылеосадочных камер, оборудованных горизонтальными или наклонными полками, с подвешенными в камере стержнями, а также камеры с установленными в них щитами, например, конструкции Грум-Гржимайло (рис.1),а) или В.В.Батурина (рис. 1,б).

В осадочных камерах происходит эффективное выделение из газового потока крупнодисперсных частиц размером не менее 50-100 мкм при малых скоростях потока, равных 0,5-1,5 м/с. К достоинствам осадочных камер относятся: простота конструкции, надежность и долговечность, простота обслуживания, низкое гидравлическое сопротивление (до 300 Па).

 

 

При резком изменении направления движения газового потока взвешенные частицы под воздействием силы инерции прямолинейного поступательного движения будут стремиться перемещаться в прежнем направлении и в дальнейшем под совместным действием инерционных и гравитационных сил могут быть выделены из газового потока.

На этом принципе работает ряд устройств. Эффективность очистки от пыли в этих аппаратах достигает 60-75 %, их гидравлическое сопротивление обычно не превышает 400 Па (Рис. 1,в).

 

 

Принцип внезапного поворота газового потока и использования возникающих при этом сил инерции для выделения взвешенных частиц является основным для ряда устройств, рабочей частью которых является жалюзийная решетка.

Поток загрязненного газа, проходя через элементы жалюзи, разбивается на тонкие плоские струи, каждая из которых совершает поворот. При этом крупные частицы под влиянием сил инерции достигают элементов жалюзи и либо движутся вдоль них в сборник, либо отражаются от них, увеличивая концентрацию частиц в отсасываемом потоке газа, составляющем 5-20 % от объема основного потока.

В простейших конструкциях устройств применяются однорядные жалюзийные решетки, располагаемые горизонтально, наклонно или вертикально и состоящие из параллельно расположенных пластин. Более часто встречается двухрядная коническая решетка из плоских, V-образных (рис. 1, г) или кольцевых конических элементов. В МИИТе предложен инерционный жалюзийный аппарат с криволинейной решеткой (рис. 1, д).

 

В центробежно-инерционном устройстве по патенту ФРГ криволинейная жалюзийная решетка выполнена из пустотелых элементов сложного профиля (рис. 1, е). Известны также пылеуловители, в которых жалюзийные решетки выполнены из криволинейных, спиральных, комбинированных, сегментных, параболических и каплевидных элементов.

 

 

 

Рис. 1.Осадочные камеры

(а,б), инерционно-гравитационныеуловители (в), инерционные жалюзийные (г, д, е)
и центробежныеколенные (ж) аппараты:

 

а – камера с вертикальными перегородками;

б – лабиринтная камера;
в - пылеотделитель конструкции СПКИ;
г – двухрядный конструкции ВТИ;
д – с криволинейной решеткой конструкцииМИИТ;
е – сполымиэлементами по патенту ФРГ;
ж – по патенту Великобритании 

1 – подводящий патрубок; 2 – корпус; 3 – бункер-

пылесборник; 4 – пылевыпускнойпатрубок;

5 – отводящий патрубок; 6 – перегородки; 7 – щиты;

8 – сопло; 9 – пылеотборная камера; 10 - элементы

жалюзийной решетки; 11 – отверстия для вывода

очищенного газа; 12 – сепарационный канал;

13 – отводящие каналы.

 

 

Простейшие центробежные аппараты представляют собой полукольцевой сепарационный канал круглого или прямоугольного сечения (колено), в котором осуществляется поворот пылегазового потока на 180^о. При этом под действием центробежной силы инерции взвешенные частицы достигают наружной стенки канала и, скользя по нему, через выпускной патрубок направляются в сборник. Такой аппарат представлен на рис. 1, ж. В этом устройстве выпускное отверстие снабжено поворотными лопатками-жалюзи.

 

 

 

 

Среди сухих механических аппаратов наиболее распространенной является группа центробежных аппаратов, получивших название – циклоны. Благодаря простоте конструкции, изготовления и обслуживания, компактности и надежности в работе циклоны широко применяются на всех предприятиях отрасли.

Общая отличительная черта всех циклонных процессов, независимо от их конкретного назначения и конструктивного оформления, вращательное или вихреобразное движение двухфазного потока в рабочем пространстве круглого сечения, благодаря чему на взвешенные в потоке частицы пыли действует центробежная сила, отбрасывающая более крупные частицы к стенке.

Закручивание потока на входе может быть осуществлено либо его тангенциальным вводом, либо аксиальным вводом с завихрителями, Чаще применяют аппараты с тангенциальным вводом.

Наиболее распространены цилиндроконические циклоны НИИОГАЗ типов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у и ЦН-24 (рис. 2, а). Отличительной особенностью этих аппаратов является наличие развитой цилиндрической части корпуса, наклон крышки и входного патрубка под углом соответственно 11, 15 и 24о к горизонтальной плоскости, а также одинаковое отношение диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона, равное 0,59. Практически не отличаются от циклонов ЦН циклоны ЦКТИ типа Ц.

Циклоны ЛИОТ характеризуются глубоко введенной в корпус выхлопной трубой, а также большим (по сравнению с циклоном ЦН) углом раскрытия конической части.

Конические циклоны НИИОГАЗ СДК-ЦН-34 отличаются удлиненной конической частью, спиральным входным патрубком и меньшимдиаметром выхлопной трубы. В циклонах СИОТ (рис. 2, б) практически отсутствует цилиндрическая часть корпуса. Выхлопная труба опущена в верхнюю часть конуса, а входной патрубок имеет треугольное сечение.

В циклонах ЦМС-27 (рис. 2, в) и ЦП-2 выхлопная труба снабжена лопастными раскручивателями.

В ряде конструкций циклонов в нижней частикорпуса размещается вставка в виде полого конуса. Из цилиндроконическихаппаратов такого типа известен циклон «Крайзель» (рис. 2, г).

Широко применяется на предприятиях циклон с обратнымконусом конструкции ВЦНИИОТ ВЦСПС (г. Москва). При небольшой цилиндрической части корпуса он имеет развитую коническую часть, выполненную в виде диффузора и имеющую в нижней части внутреннюю коническую вставку.

Многообразие типов и конструктивных вариантов сухих циклонов, а также отсутствие сопоставимых данных их испытаний до последнего времени затрудняли выбор циклонов при проектировании аспирационных систем.

 

Рис. 2. Циклоны с тангенциальным подводом газа

( а – е) и осевые (ж – м): а – циклон ЦН НИИОГАЗ; б – циклон СИОТ№ в – циклон ЦМС-27; г – циклон «Крайзель»; д, е – циклоны с частичной рециркуляцией потока газа; ж – с винтовым завихрителем; з – с лопастным (розеточным) завихрителем; и – циклон ВТИ; к – циклонный элемент «Сирокко»; л – циклонный элемент фирмы «Дональдсон»; м – элемент фирмы «Ротенмюлле»

 

1 – входной патрубок: 2 – завихритель; 3 – цилиндрическая часть корпуса» 4 – коническая часть корпуса; 5 – отверстие или кольцевая щель для отвода пыли или отсоса пылевого концентрата; 6 – выхлопная труба; 7 – обтекатель; 8 – шайба.

 

 

 

Эффект центробежного выделения пыли из потока газа может быть достигнут и при осевом (аксиальном) подводе газа в корпус циклона. При этом для закручивания потока газа используются специальные устройства, которые называют направляющими устройствами, розетками, винтами, закручивателями, завихрителями и т.п.

В отрасли такие циклоны не получили широкого применения, однако положительные результаты обеспыливания воздуха в этих циклонах свидетельствуют о возможности их более широкого применения в будущем.

На рис. 2, ж, з даны схемы противоточных осевых циклонов с центральными завихрителями винтового («винт») и лопастного («розетка») типов, нормализованные НИИОГАЗом и Гипрогазоочисткой.

В прямоточном аппарате ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского (рис. 2, и) запыленный газчерез входной коллектор поступает в пылеконцентратор с закручивающим устройством типа «двухходовой винт», где под действием центробежных сил пыль концентрируется и с частью потока через отсасывающее кольцо отводится в пылеотводящий циклон, после которого обеспыленный газ вентилятором возвращается во входной коллектор. Основной поток очищенного газа после концентратора через отвод и выходной коллектор удаляется из аппарата.

Английской фирмой «Сирокко» разработан прямоточный аппарат с пылеконцентратором, имеющим усовершенствованную конструкцию закручивающего устройства типа «четырехлопастная розетка» и регулируемую щель отсосного кольца (рис. 2, к).

Прямоточные циклоны ВТИ и «Сирокко» выполнены с горизонтальной осью вращения газового потока.

Примерами осевых циклонов с вертикальной осью вращения и нисходящим потоком газа являются циклоны «Страта» фирмы «Доналдсон» (рис. 2, л), циклоны фирмы «Ротенмюлле» (рис. 2, м) и фирмы «Бет».

Характерным для этих циклонов является усложненная форма винтовых или лопастныхзавихрителей. Фракционная эффективность прямоточного циклона фирмы «Ротенмюлле» составляет для пыли размером менее 5 мкм – 20-60 %, для пыли с размерами более 20 мкм – 98 %. Главное достоинство таких аппаратовзаключается в возможности их установки по ходе потока газов, в результате чего снижаютсяразмеры пылеуловителей и уменьшается их гидравлическое сопротивление.

 

 

Батарейные циклоны широко применяются и представляют собой пылеулавливающие аппараты, включающие в себя несколько параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов, а также сборный бункер.

Они могут быть составлены как из противоточных, так и из прямоточных циклонных элементов. Отечественные и зарубежные конструкции циклонов достаточно подробно освещены в работе.

 

 

В таких аппаратах поток газа вводится в корпус в двух точках. Основной (первичный) поток (рис. 3, а) вводится в нижнюю часть корпуса через входной патрубок с завихрителем, Через тангенциальные сопла, установленные в верхней части корпуса под некоторым углом вниз к горизонтали, подается вторичный воздух, сообщающий пылегазовой смеси дополнительное вращение.

Аппараты такого типа разработаны фирмой «Сименс А.Г.» (ФРГ) и выпускаются также в США фирмой «Аэродайн Девелопмент» по лицензии. Разработано большое количество форм и типоразмеров таких аппаратов, отличающихся в основном конструкцией завихрителя, способы подвода вторичного воздуха и т.п.

Так, на рис 3, б представлен аппарат, отличающийся усложненной формой центрального обтекателя, установленного над завихрителем. Достаточно полный обзор фирменных данных и патентов содержится в работе Е.П. Медникова. В последние годыпредложены и отечественные конструкции таких аппаратов. Так, в аппарате, представленном на рис. 3, в,завихритель выполнен с обтекателем, а входной патрубок снабжен перепускными отверстиями для отвода части отработанного газа к запыленному газу.

 

 

В отличие от описанных статических механических аппаратов в ротационных устройствах выделение частиц пыли из потока газа происходит под действием инерционных сил, развивающихся при вращении рабочего органа – ротора с сепарационными элементами. Многие ротационные аппараты одновременно с выделением пыли производят и перемещение газа, и поэтому часто называются вентиляторами-пылеотделителями.

На рис. 3, г представлен осевой вентилятор-пылеотделитель с вертикальной осью вращения, применяемый в США. Аналогичным по принципу работы является осевой ротационный пылеуловитель (ОРПУ), разработанный А.В. Волиным.

Лопастной аппарат с тангенциальным подводом запыленного газа предложен в работе, а в зарубежной практике известен аналогичный пылеуловитель конструкции фирмы «Холмс-Джаффер».

На рис. 3, д представлен центробежный вентилятор-пылевлагоотделитель ЦВПО, разработанный Луганским филиалом ВНИТИ на баже вентиляторов серий Ц15-45 и Ц9-55. Из аналогичных зарубежных аппаратов наиболее известен «Турбо-Каптер» фирмы «Прат-Даниэль» (Франция).

В ряде ротационных аппаратов на пыль водействуют не только центробежные силы, но и инерционные силы Кориолиса. Наиболее типичным и известным представителемэтой группы аппаратов является «Ротоклон Д», выпускаемый фирмой «Американ айр фильтр компании» (США). В нашей стране известны конструкции кориолисовых вентиляторов-пылеуловителей ПВК и КП, разработанных в НИИСТе. На рис. 3, е дана схема типичного аппарата этой группы по авторскому свидетельству СССР.

В некоторых аппаратах запыленный газ проходит внутрь вращающегося ротора через радиальные каналы. Из таких аппаратов известен центробежно-ротационный пылеуловитель ЦРП (рис. 3, ж), разработанный и исследованный С.А. Пречистенским.

 

Рис. 3. Прямоточные центробежные аппараты
с вторичным потоком газа (а,б,в) и сухие ротационные аппараты (г,д,е,ж)

 

а – вихревой пылеуловитель фирмы «Сименс А.Г.» с пода чей вторичного воздуха через тангенциальные сопла:

б – пылеуловитель фирмы «Сименс А.Г.» по патенту ФРГ № 129354Э;

в – вихревойпылеуловительпо авт.свидетельству №519209;

г – осевой вентилятор-пылеуловитель;

д – вентилятор-пылевлагоотделитель ЦВПО;

е – пылеуловитель по авт.свид. №5200490;

ж – центробежно-ротационный пылеуловитель ЦРП.

 

1 – бункер-пылесборник; 2 – корпус; 3 – центральный наконечник; 4 – отводящий патрубок; 5 – кольцевая диафрагма; 6 – сопла для подачи вторичного воздуха; 7 – завихритель; 8 – шайба; 9 – входной патрубок; 10 - обтекатель; 11 –перепускное отверстие; 12 – вал ротора; 13 – лопасти ротора; 14 – пылеприемный зазор (патрубок) 15 – улавливающее устройство; 16 – пылеотводящая труба; 17 – удлинительные листы; 18 – ротор; 19 – каналы ротора; 20 – вентиляторное колесо.