Расчет циклона

Принцип действия скрубберов Вентури (рис. 12) основан на столкновении частиц пыли с диспергированной жидкой фазой вследствие разности их скоростей и под влиянием интенсивной турбулентности газового потока.

Рисунок 11. Центробежный скруббер с боковым расположением форсунок: 1-очищенный газ, 2- запыленный газ, 4-шлам.

Рисунок 12. Скруббер Вентури

Возможность различного подхода к выбору их формы, методов водоподачи, улавливания отработавшей жидкой фазы, компоновки трубы и каплеуловителя, а также соединения скрубберов в группы и батареи привела к чрезвычайному многообразно видов этого аппарата. Остановимся более подробно только на типовых устройствах, широко апробированных в отечественной пылеулавливающей технике.

Труба-коагулятор состоит из воздухопроводящего патрубка, конфузора 5, горловины 6, диффузора 7 и водоподающих устройств. Основная подача воды осуществляется через сопло с отбойником, установленное по оси трубы в зоне конфузора. В целях предотвращения отложений шлама на границе сухой и мокрой поверхности конфузора предусмотрена дополнительная подача воды в виде пленки, равномерно стекающей из водяной камеры. Вода в камеру подводится через патрубок 3 и полукольцевой коллектор с двумя штуцерами, приваренными к корпусу камеры.

Каплеуловитель 4 представляет собой циклон типа ЦВП. Он состоит из корпуса с воздухоподводящим патрубком и воздухоотводящей улитки. К фланцу в нижней части корпуса крепится гидрозатвор для отвода шлама. На гидрозатворе имеется штуцер подвода воды для взмучивания осевшего шлама. Для периодической промывки внутренних стенок в верхней части корпуса установлены сопла. Вода к ним подается через резиновые трубки, присоединенные к кольцевому коллектору [4, 5].

 

 

 

 Ударно-инерционные пылеуловители

Простейший тип пылеуловителя ударно-инерционного действия – это камера (яма) с водой и с установленным ортогонально зеркалу воды патрубком, через который поступает запыленный воздух. Воздушный поток, ударяясь о зеркало поды, резко изменяет направление, а частицы пыли по инерции отбрасываются на ее поверхность. Такого типа пылеуловители применялись на заре пылеочистной техники.

С начала 60-х годов в промышленности стали применять высокоэффективные ударно-инерционные пылеуловители, которые также представляют собой камеру с водой (рис. 13).

Камера разделена на два отсека фигурной перегородкой, не доходящей до дна резервуара. В перегородке имеется частично затопленная щель, через которую воздух может перетекать из первого отсека во второй. Запыленный воздух входит в первый отсек через патрубок, ударяется о водную поверхность и при перетекании в чистый отсек увлекает с собой некоторый слой воды. Благодаря этому запыленный поток интенсивно контактирует со струями, каплями и пленками воды.

Отработавшая вода отбрасывается на водную поверхность чистого отсека, уровень которой регулируется устройством. Часть капель, увлекаемая очищенным потоком воздуха, улавливается каплеуловителем. Такая схема действия аппарата обеспечивает самооборот воды, которая может рециркулировать до заданных величин осадка пыли в резервуаре или концентрации шлама, удаляемого через отвод. Очищенный воздух, пройдя каплеуловитель, удаляется центробежным вентилятором, установленным на пылеуловителе [4,5].

Рис. 13. Аппараты ударно-инерционного типа: а – ударно-инерционый пылеуловитель; б – пылеуловитель ПВМ; в – скрубберДойля; I –запыленный газ; II – очищенный газ; III – вода; IV – шлам.

 

 

 Пенные  аппараты

Пенные аппараты обычно делятся по способу отвода жидкости с решетки на два основных типа: с переливными устройствами и с так называемыми провальными решетками (рис. 14).

Аппараты с переливными решетками не получили широкого применения в пылеочистной технике вследствие зарастания решетки пылевыми отложениями. Поэтому в настоящее время их используют в основном и процессах тепломассообмена.

Рис. 14. Пенные аппараты: а- с провальной решеткой, б-с переливной решеткой, в- с псевдоподвижной насадкой, 1- очищенный газ, 2- жидкость, 3- запыленный газ, 4 –шлам.

Аппараты, в которых вся жидкость «проваливается» сквозь решетку, в настоящее время принято называть противоточными. Их можно применять в качестве пылеуловителей.

В зависимости от скорости газа vг в полном сечении аппарата F устанавливаются различные гидродинамические режимы. Первый режим при vг = 0,2 ¸ 0,6 м/с, называемый режимом смоченной решетки, характеризуется весьма малым количеством жидкости на решетке. При барботажном режиме гидравлическое сопротивление резко понижается, и на решетке образуется слой жидкости, через которую барботируют пузырьки газа. Переход от барботажного режима к пенному происходит при vг = 0,7 ¸ 1,3 м/с. При vг = 0,8 ¸ 2,2 м/с на решетке наблюдается пенный режим, сопровождающийся образованием турбулизированной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых газовых пузырьков. Дальнейший рост скорости газа приводит к прорыву газовых струй, колебанию слоя пены и образованию так называемого волнового режима.

 

 

В новейших интенсифицированных пенных аппаратах с противоточной решеткой применяется стабилизатор пенного слоя. В качестве стабилизатора рекомендуется использовать сотовую решетку со следующими оптимальными размерами: высота hст = 60 мм и размеры ячеек от 35 ´ 35 до 45 ´ 45 мм.

Решетки промышленных аппаратов могут быть дырчатыми с живым сечением S0 от 14 до 22% с ромбической разметкой на расстоянии l, а также трубчатыми с диаметром труб 20 – 32 мм и промежутками между ними bт = 3,0 ¸ 6,5 мм при S0 = 13,0 ¸ 18.2%. Аппараты с трубчатыми решетками обозначаются ПАСС-Т, а с дырчатыми – ПАСС-Д [4, 5].

2.3. Фильтры

Под тонкодисперсной пылью понимают пыль или агломераты с размером частиц не менее 5 мк. Для очистки воздуха от тонкодисперсной пыли в настоящее время применяют в основном пористые и электрические аэрозольные фильтры [3].

Пористые аэрозольные фильтры бывают:

1) сухие – волокнистые, тканевые и губчатые;

2) мокрые – волокнистые  и масляные;

электрические аэрозольные фильтры подразделяют на:

1) коронно-разрядные;

2) электростатические с  фильтрующим материалом;

3) электретные.

Пористые аэрозольные фильтры. Пористыми фильтрами принято называть пылезадерживающие устройства, действие которых основано на осаждении и удерживании взвешенных в газе частиц на поверхности фильтрующих элементов при соприкосновении частиц с этими поверхностями. Размеры отверстий для прохода воздуха в пористых фильтрах значительно превышают размеры удерживаемых частиц.

Осаждение пылевых частиц в пористых фильтрах определяется рядом факторов, например, эффектом зацепления, инерционного выпадения частиц из криволинейных потоков, гравитационное и диффузионное осаждение частиц на стенках каналов фильтра и др.

Эффективность пористых фильтров зависит от: размера омываемой воздухом поверхности, способности этой поверхности удерживать осевшие частицы, характера траектории и скорости движения частиц при их прохождении через фильтрующие элементы и т. д. [3].

Сухие пористые фильтры. Волокнистые фильтры. Типичными пористыми волокнистыми фильтрами являются кассетные сменные фильтры. Кассета фильтра обычно состоит из металлической зажимной рамки (каркаса) и фильтрующего элемента. Филльтрующую набивку этих фильтров после запыления не регенерируют. В качестве фильтрующего материала используют различные сорта пористой бумаги, стеклянное волокно, легкую искусственную или хлопчатобумажную ткань и пр.

Кассетные фильтры являются фильтрами тонкой очистки, они рассчитаны на малую начальную запыленность воздуха, примерно до 2 мг/м3. В зависимости от назначения эти фильтры могут иметь различный коэффициент очистки и соответственно разное сопротивление.

Кассетный бумажный фильтр представляет собой металлический каркас, выполненный из уголковой стали и присоединенный к установочной раме. Фильтрующий материал (алигнин) накладывают на металлическую сетку и зажимают упругими гребенчатыми вставками.

Фильтровальная бумага, которую используют для кассетных фильтров, представляет собой сгруппированные и соединенные вместе волокна из целлюлозы, хлопка, асбеста, стекла или силона и т. д. Асбестовые волокна добавляют для улучшения фильтрующих свойств бумаги.

Бумажные фильтры могут состоять из одного или нескольких фильтрующих слоев. Современные кассетные фильтры из стекловолокна представляют собой пакет, две стенки которого выполнены из стальной решетки. Пакет заполняют тонким эластичным стекловолокном. Коэффициент очистки таких фильтров составляет в зависимости от плотности набивки при работе на тонкодисперсной пыли (размер частиц до 10 мк) от 70 до 95 %. Эти фильтры используются в установках искусственного климата и кондиционерах.

Тканевые фильтры. По форме фильтрующей поверхности тканевые фильтры делятся на рукавные и рамочные. В промышленности наиболее распространены рукавные или мешочные фильтры.

Рукавные фильтры имеют круглое или овальное сечение. При работе овальный фильтр становится круглым, при выключении вентилятора он вновь приобретает исходную форму, что облегчает удаление пыли.

Рукавный фильтр состоит из рядя тканевых рукавов, подвешенных в металлической камере. Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и проходит через ткань рукавов. На поверхности ткани в ее порах осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра прохождению газа, а поэтому осевшую на ткани пыль следует периодически удалять.

В качестве фильтрующего материала для тканевых фильтров применяют шерстянку Мелстроя, шерстяную фланель, шерстяную байку, полушерстяную саржу. Хорошими заменителями шерстяных тканей являются красный вельветон, пестротканная фланель, замша, фильтр-прессный холст и др. в силу высокой стоимости шерстяные фильтры применяют сравнительно редко.

Шерстяные ткани позволяют очищать газы с температурой не выше 80 °С, а хлопчатобумажные ткани пригодны для фильтрации газов с еще более низкой температурой (60 – 65 °С).

Очистка ткани от пыли достигается в рукавных фильтрах механическим встряхиванием рукавов автоматическим устройством или механическим встряхиванием рукавов с одновременной обратной продувкой их очищенным газом или воздухом.

Губчатые фильтры. В качестве фильтрующего материала для губчатых фильтров применяют пенополиуретан (полиуретановый поропласт), представляющий собой полимерный материал губчато-сотовой структуры. Товарный пенополиуретан обладает большим аэродинамическим сопротивлением, так как его поры разделены тонкими упругими перегородками. Для использования в воздушных фильтрах этот материал необходимо предварительно обрабатывать раствором щелочи, чтобы разрушить перегородки между порами и тем самым повысить его воздухопроницаемость. От пыли пенополиуретан очищается водой и используется неоднократно [3].

Мокрые пористые фильтры

Волокнистые фильтры. Очистительное устройство из мокрых волокнистых фильтров включает обычно один или несколько фильтрующих элементов, за которыми расположен сепаратор капель. Эти элементы изготавливают из стеклянных и в виде исключения металлических, например, алюминиевых, волокон. Толщина волокон составляет 50 – 250 мк; чаще всего используют волокна толщиной 150 мк. Толщина фильтрующих элементов достигает иногда 200 мк.

Фильтрующие элементы орошаются либо со стороны поступающего загрязненного газа, т.т. прямоточно, либо со стороны выходящего газа – противоточно. При противоточном обрызгивании фильтрующего элемента происходит значительный унос капелек потоком газа. Поэтому в очистительных устройствах с одним фильтрующим элементом необходимо использовать прямоточное орошение, а при нескольких элементах, следующих один за другим, прямоточное орошение рекомендуется применять перед последним фильтрующим элементом.

Линейная скорость движения воздуха через мокрые волокнистые фильтрующие элементы значительно выше, чем через сухие волокнистые фильтры.

Большие скорости воздуха, применяемые при использовании мокрых волокнистых фильтров, очень выгодны, так как они позволяют изготавливать фильтрующие устройства значительно меньших размеров, чем устройства с сухими волокнистыми бумажными фильтрами.

Для орошения фильтрующих элементов применяют систему разбрызгивания воды под небольшим давлением. При этом важно обеспечить полное и наиболее равномерное смачивание водой фильтрующего элемента.

Рис. 17. Самоочищающийся масляный фильтр шторчатого типа

 

Чтобы предотвратить унос газом капелек разбрызгиваемой воды, за последним элементом помещают сепаратор, в большинстве случаев в форме жалюзийных решеток.

Масляные фильтры. Кассетные фильтры, имеющие в качестве фильтрующего элемента смоченную маслом металлическую сетку, известны очень давно и находят широкое применение. Существует множество различных модификаций фильтров этого типа, отличающихся друг от друга формой и размерами кассеты и ее заполнением. Для смачивания фильтрующих поверхностей применяют различные минеральные и реже растительные масла.

Наряду с кассетными масляными фильтрами широкое распространение у нас и за рубежом получили самоочищающиеся масляные фильтры (рис.17). Фильтрующим элементом самоочищающихся масляных фильтров является, как и в кассетных фильтрах, металлическая сетка, смоченная маслом. Отличительной особенностью этих фильтров является то, что регенерация фильтрующих элементов осуществляется здесь непрерывно в процессе работы фильтра. Эта особенность самоочищающихся фильтров обеспечивает им существенные эксплуатационные преимущества: постоянные сопротивление и коэффициент очистки и значительно большую пылеемкость.