8.2 Очистка газа в сухих механических пылеуловителях

К сухим механическим пылеуловителям относят аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (камеры 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 рисунке 3.

Рисунок 3 Пылеосадительные камеры:
а – простейшая камера; б – камера с перегородками; в – многополочная камера;
1 – корпус; 2 – бункеры; 3 – перегородка; 4 – полка.

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 (рисунок 4). Эффективность этих аппаратов небольшая.

Рисунок 4 — Инерционные пылеуловители:
в – с перегородкой; б – с плавным поворогом газового потока; в – с расширяющимся конусом: г – с боковым подводом газа

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 в сторону от щелей между лопастями жалюзи (рисунок 5).

Рисунок 5 – Жалюзийный пылеуловитель:1 – корпус; 2 – решетка

В результате газы делятся на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который отсасывают 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 пыли.
Эффективность улавливания частиц зависит от эффективности самой решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасываемого в нем газа.

Циклоны

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности. Они имеют следующие достоинства:
отсутствие движущихся частей в аппарате;
надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С (для работы при более высоких температурах циклоны изготовляют из специальных материалов);
возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
улавливание пыли в сухом виде;
почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
успешная работа при высоких давлениях газов;
простота изготовления;
сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов.

Недостатки:
высокое гидравлическое сопротивление: 1250 – 1500 Па;
плохое улавливание частиц размером <5 мкм;
невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Основные конструкции циклонов (по подводу газов) показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 – Основные виды циклонов (по подводу газов):
а – спиральный; б – тангенциальный; в- винтообразный; г,д – осевые (розеточные)

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. Циклоны с осевым (розеточным) 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 по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали. Однако на практике все способы подвода газа могут использоваться в равной степени.

Принцип работы циклона показан на рисунке — 7 а.

Рисунок 7 – Циклоны:
а – одинарный: 1 – входной патрубок; 2 – выхлопная труба; 3 – цилиндрическая камера; 4 – коническая камера; 5 – пылеосадительная камера.
б- групповой: 1 входной патрубок; 2 – камера обеспыленных газов; 3 – кольцевой диффузор; 4 – циклонный элемент; 5 – бункер; 6 –пылевой затвор.

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 центробежной силы движутся к стенке.
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.
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 рисунке 7 б. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонными элементами.
Батарейные циклоны — объединение большого числа малых циклонов (мультициклонов) в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки. Схема батарейного циклона приведена на рисунке 8 а.

Рисунок 8 — Батарейный циклон:
а — схема: 1 — корпус; 2 — распределительная камера; 3 — решетки; 4 — циклонный эле¬мент; б — элемент с направляющим аппаратом типа «винт»; в — элемент с направляющим аппаратом типа «розетка»

Элементы батарейных циклонов (рисунок 8 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.

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока (рисунок 9).
В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию 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. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками.

Рисунок 9 — Вихревые пылеуловители:
а — соплового типа: б — лопаточного типа; 1 — камера; 2 — выходной патрубок; 3 — сопла; 4 — лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 — входной патрубок; 6 — подпорная шайба; 7 — пылевой бункер; 8 — кольцевой лопаточный завихритель

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.

Достоинства вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонами:
более высокая эффективность улавливания высокодисперсной пыли;
отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппарата;
возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования холодного вторичного воздуха;
возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет изменения количества вторичного газа.

Недостатки:
необходимость дополнительного дутьевого устройства;
повышение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат (в случае использования атмосферного воздуха);
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 дымососпылеуловитель (рисунок 10). 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.

Рисунок 10 – Динамический пылеуловитель:
1- «улитка»; 2 – циклон; 3 – пылесборный бункер.