Оборудование для очистки воздуха от пыли. Циклоны, фильтры, пылеуловители

Циклон является одним из наиболее распространенных пылеулавливающих аппаратов. Однако с высокой эффективностью циклоны способны улавливать пыль только размером 15 - 20 мкм и более.

Наибольшее распространение получили циклоны Научно-исследовательского института очистки газов (НИИОгаз), показанные на рис. 1. Отличительной их особенностью является наклонный входной патрубок, сравнительно короткая цилиндрическая часть и выхлопная труба, а и также малый угол раскрытия конической части.

Работа циклона основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона. Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока. Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, совершает поворот на 180° и выходит из циклона через расположенную по оси выхлопную трубу (рис. 1).

Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающегося потока и сил тяжести движутся по направлению к выходному отверстию корпуса и выводятся из циклона. Ввиду того, что решающим фактором, обусловливающим движение пыли, являются аэродинамические силы, а не силы тяжести, циклоны можно располагать наклонно и даже горизонтально.

Наклон входного патрубка и винтообразная верхняя крышка способствуют направлению вращающегося газового потока вниз, что снижает гидравлическое сопротивление циклона. На выхлопной трубе циклона иногда устанавливают улитку, раскручивающую вращающийся газовый поток. Наклон входного патрубка и крышки, равно как и установка улитки, снижает сопротивление циклона.

Под циклоном устанавливают бункер для сбора уловленной пыли. В конической части циклона пыль не должна скапливаться, во избежание взмучивания и вторичного уноса в выхлопную трубу.

Основные правила эксплуатации циклонов сводятся к следующему:

1. Необходимо следить, чтобы в конической части циклона не накапливалась пыль. Для сбора ее под циклоном предусматривают специальный бункер.

2. Подсос воздуха в нижней части циклона недопустим. Бункер для сбора пыли должен быть герметичным. Спуск пыли из бункера осуществляется через патрубок с двойным затвором - мигалкой, отрегулированной так, чтобы клапаны работали только поочередно.

3. Стандартные конструкции циклонов могут работать при температурах газа не выше 400° С и давлениях (разрежениях) не более 2,5 кПа

4. При работе на газе высокой температуры циклоны внутри футеруют огнеупорными плитками, а при температуре стенки ниже температуры точки росы ее покрывают снаружи изоляцией.

5. Начальная концентрация для неслипающихся пылей в циклонах диаметром 800 мм и более допускается до 400 г/м 3 . Для слипающихся пылей и циклонов меньших размеров концентрация пыли должна быть в 2 - 4 раза ниже.

6. Циклон должен работать с постоянной газовой нагрузкой. При значительных колебаниях расхода должны устанавливаться группы циклонов с возможностью отключения отдельных элементов.

Для выделения из газов (воздуха), которые использовались в качестве рабочего тела (например, при пневмотранспорте), твердых частиц, и во избежание загрязнения окружающей среды, применяют механическую сухую очистку в циклонах, очистку с помощью матерчатых фильтров, а также электрическую и мокрую очистки.

Центробежные циклоны используют для очистки газов при запыленности 200-400 г/м 3 , при минимальном размере осаждаемых. частиц 5-10 мкм. Производительность циклонов по пылевоздушной смеси, в зависимости от их размеров, составляет 1500-15000 м 3 /ч.

Принцип действия циклона показан на схеме (IV). Запыленный воздух вводится в верхнюю цилиндрическую часть корпуса по касательной. В циклоне воздух движется по спирали вниз, Для чего предусматривается направляющая - неподвижная винтовая лопасть (или крышка цилиндра выполняется по винтовой поверхности). Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к внешним стенкам, сползают и через специальный затвор Удаляются рз циклона. Очищенный воздух выходит по центральной трубе вверх. Скорость воздушной смеси на входе в циклон 15-25 м/с. Коэффициент очистки в центробежных циклонах 70-90%.

Циклоны малого диаметра обеспечивают лучшую очистку. Поэтому, чтобы достигнуть высокой степени очистки и увеличить производительность, их объединяют в группы (батареи). Схема такой установки показана на рисунке.

Воздушная смесь поступает по трубе 4 в распределитель 3, откуда подается в циклоны 5. Очищенный воздух выходит по трубкам 7 в коллектор 2 и отводится пй трубе 1 в следующий каскад очистки. Выделенный материал оседает в сборнике 6, откуда удаляется через специальные затворы. Техническая характеристика циклонов приведена в таблице.

Более полная очистка газов достигается в матерчатых фильтpax . Сущность очистки газов в таких фильтрах состоит в пропуске газов сквозь пористые перегородки, на которых оседают мелкие частицы. Обычно перегородки изготовляют в виде рукавов из толстой ткани. При температур газа свыше 100 °С рукава делают стеклоткани. Схема рукавного фильтра показана ниже.

Загрязненный воздух поступает по трубе 1 в корпус 2, в котором на специальных подвесках 4 уст новлены рукава 3. Проходя скво стенки рукавов, газ очищается от пыл которая на них оседает, и отводит по трубе 5. Для обеспечения работы фильтра его рукава периодически встряхивают специальным механизмом 6.

В момент встряхивания отводящие трубопроводы 5 закрываются заслонкой 5, заблокированной с механизмом встряхивания. Осажденный в сборнике 9 материал подается шнеком 7 чем шлюзовой затвор 10 в бункеры. Чтобы лучше очистить ткань, сквозь фильтр периодически продувают чистый воздух в обратном направлении.

Степень очистки в матерчатых фильтрах достигает 96-98% при условии очистки сухих газов. Техническая характеристии рукавных фильтров приведена в таблице ниже. Наиболее совершенным является электрический способ очистки газов.

Способ основан на ионизации частив взвешенных в газе, при пропускании последнего через электрическое поле высокого напряжения. Частицы, получившие заряд, перемещаются к электроду, заряд которого противоположен по знаку, и осаждаются на нем. Электрофильтры улавливают частицы крупностью до 5 мкм со степенью очистки до 99%. Такие фильтры успешно работают на очистке горячих (до 350° С) газов. Аэродинамическое сопротивление в них невелико, чем они отличаются от матерчатых. Расход энерги составляет около 0,3 кВт·ч на 1000 м 3 газа. Техническая характеристика электрофильтров приведена в табл. 20.

Для создания электрического поля между электродами фильтру применяется постоянный ток высокого напряжения (до 75000 В). Частицы пыли электролизуются в электростатическом поле, с зданном электродами, отталкиваются от коронирующего электрода, и оседают на электроде 1, соединенном с корпусом.

Устройство горизонтального электрофильтра показано ниже. Загрязненный газ поступает через входной распределитель 1 в к меру фильтра 2, разделенную на две параллельные секции. В каждой секции смонтированы три каскада электрофильтра, через которые газ проходит последовательно. Каждый каскад состоит нескольких рядов осадительиых сетчатых плоских электродов и коронирующих, состоящих из стержней, электродов 49 установле ных на изоляторах 5.

Осадительные электроды периодически встряхиваются кулачковым механизмом 6 для освобождения от осевшей на них пыли. Собранная в приемниках 8 пыль удаляется чер затворы 9. Очищенный газ отводится через сборный коллектор. Подробный расчет электрических и конструктивных параметров электрофильтров специфичен и он производится специализированными конструкторскими организациями. При проектировании предприятий, использующих эти фильтры, производится их выбор по данным катало-; гов и справочников.

Оборудование для мокрой очистки загрязненных газов применяют для окончательной очистки газов, отходящих из вращающихся печей и сушильных барабанов. Ниже показан вертикальный скруббер .

Загрязненный газ по патрубку 6 поступает в нижнюю зону корпуса 1 футерованному керамической плиткой 2. В верхнюю зону скруббера через брызгала 3 подается вода. В корпусе установлены насадки 5 из деревянных реек. Верхняя насадка равномерно распределяет воду по сечению корпуса, средняя - служит для улавливания пыли, а нижняя - распределяет поток входящего газа.

Газ вводится в скруббер по трубе 6 со скоростью 18-20 м/с по касательной к корпусу. Относительно крупные частицы под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам, смачиваются водой и в виде пленки стекают вниз. Окончательное улавливание частиц водой производится при прохождении потока газа сквозь водяную завесу, образованную по всему сечению скруббера. Во избежание выноса воды в сборник 4 скорость движения газа в корпусе скруббера не должна превышать 6 м/с. Степень очистки в таком скруббере 95-98%.

Ниже показана схема пенного пылеуловителя , состоящего из корпуса 3 разделенного по высоте решеткой 4. В верхнее отделение на решетку по патрубку 2 подается вода так, чтобы ее слой на решетке составлял 20-30 мм. Запыленный газ поступает по трубе 1 и движется вверх сквозь решетку навстречу струям воды.

В результате такого движения образуется слой пены толщиной 120-180 мм, в котором задерживаются частицы пыли. Очищенный газ собирается в колпаке 5 и отводится в атмосферу. Частицы пыли, образующие с водой шлам, отводятся через сборник 7 и частично через боковое отверстие 6 вместе со шламом. Пенные пылеуловители задерживают частицы размером до З мкм. Скорость движения газов в аппарате достигает 3,5 м/с. Расход воды 0,5-0,8 м 3 на 1000 м 3 газа.

Рассмотренное выше оборудование предназначено для обеспыливания воздуха и газов и, следовательно, является оборудованием для защиты окружающей среды и улучшения условий труда человека. Однако при его эксплуатации имеются специфические особенности , на которые следует обращать особое внимание.

В сепараторах, циклонах и рукавных фильтрах используется сжатый газ, в виду чего существует опасность взрыва этих аппаратов и магистралей, при несоблюдении режимов их работы. При эксплуатации необходимо непрерывно следить за неправностью контрольно-защитных приборов и устройств (манометров, предохранительных клапанов и т. д.). Контрольно-аварийные устройства должны быть протарированы и опломбированы специальной, службой Госгортехнадзора.

К работе с оборудованием под давлением допускается только специально обученный персонал, имеющий соответствующие удостоверения. В электрических фильтрах применяется высокое напряжение и существует повышенная опасность поражения электрическим током. Поэтому фильтр должен быть установлен так, чтобы исключить непосредственный контакт персонала с оборудованием, работающим под напряжением.

Они позволяют выводить нежелательные или вредные взвеси, удалять отходы лесопиления или столярного производства, иные мелкие частицы.

Транспортировка твердых частиц производится посредством потока воздуха. После доставки материала в точку назначения требуется вывести их из потока и прекратить движение, что обеспечивают специальные устройства - циклоны . Они выполняют задачи аккумулирования материала, при достижении определенного количества производится выгрузка для дальнейшей переработки или утилизации.

В некоторых системах циклоны называют пылеуловителями. Они выполняют схожие функции, только размер фракции переносимого материала более мелкий, требующий большей плотности . Обычно в таких системах применяют только круглые каналы, так как в прямоугольных создаются завихрения, способствующие образованию пылевых скоплений.

Циклоны могут служить как для аккумулирования и вывода отходов, так и в качестве приемников продукции. Например, на зернообрабатывающих предприятиях, элеваторах или подобных подразделениях циклоны являются приемными емкостями для продукции. При этом, шелуха и прочие отходы также собираются в циклоны, установленные на других линиях. К общеобменной вентиляции такие системы не относятся, являясь отдельными линиями транспортировки или пылеудаления. Совмещение подобных систем с вентиляцией не практикуется, поскольку требуется иное оборудование и специфика функционирования не соответствует технологии общей вентиляции.

Имеются области, в которых использование циклонов нерационально . К ним относятся:

• текстильная промышленность. Мелкие волокна, частички пуха имеют малый вес и разлетаются при любом воздействии, что требует использования другой технологии сбора
• сталелитейное производство. Установки не улавливают сажу, пропускают множество частиц мелкого размера.

Основные пользователи циклонов сосредоточены в деревообработке, производстве строительных материалов, металлургии, зерноперерабатывающих предприятиях.

Применение и принцип работы циклонов

Применение циклонов дает возможность вывода мелкого мусора, отходов производства, имеющих сыпучую фактуру . Устройства имеют массу преимуществ перед другими способами транспортировки, основным из которых является простота монтажа и обслуживания, возможность использования всего объема цеха. Воздуховоды можно располагать в любой точке, единственным требованием становится отсутствие резких изгибов, способствующих образованию заторов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Радиальные вентиляторы с электродвигателем - применение, устройство, виды

Циклон представляет собой закрытую емкость в виде конуса с вершиной, обращенной вниз. Верхняя часть емкости соединяется с выходом транспортирующего воздуховода, нижняя часть имеет разгрузочный люк или бункер-дозатор. Воздушный поток, несущий сыпучие отходы или иной материал, поступает в циклон. От резкого расширения объема энергия потока падает, транспортируемый материал под действием силы тяжести опускается на дно емкости. Излишки давления, образующиеся внутри циклона, стравливаются в атмосферу через неплотности верхней крышки устройства.

По мере наполнения циклона производится его разгрузка через нижний люк или бункер-дозатор. На установках, наполняющихся относительно медленно, обычно устанавливают люки, но для быстро переполняющихся циклонов необходимы бункеры-дозаторы, позволяющие оперативно и механизированным способом разгружать емкость.

Для создания воздушного потока, увлекающего сыпучий материал, используются специальные пылевые вентиляторы . Они представляют собой конструкции радиального типа с малым (обычно 5-6) числом лопаток. Это является обязательным условием, иначе между лопатками рабочего колеса будут постоянно застревать частицы мусора, отчего работа вентилятора существенным образом затрудняется или вовсе прекратится. Заклинивание рабочего колеса вызовет выход из строя электродвигателя, поэтому следует использовать только специализированное оборудование.

Рукавные фильтры

Одной из разновидностей циклонов являются рукавные фильтры . Они используются на сильнозапыленных участках производства. Разница в работе рукавных фильтров и обычных циклонов заключается в специфике переносимого материала. Частицы пыли имеют очень малый вес, что не позволяет им осаживаться внутри емкости. Поэтому подача потока из цехов производится в нижней части корпуса, а не в верхней, как это делается в циклонах. Запыленный поток поступает в корпус, внутри которого располагаются тканевые мешки с открытой нижней частью. Воздух, проходя сквозь них, очищается и выводится через патрубок в верхней части устройства.

Наиболее универсальные и общеупотребительные циклоны. Предназначены для отделения от газообразной среды взвешенных частиц сухой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках, при транспортировании сыпучих материалов, а также летучей золы. Для волокнистой и слипающейся пыли, для очистки газообразной среды, в которой имеются капельно-жидкая фаза или возможна конденсация паров, данные циклоны применять не следует. Циклон ЦН-15 отличается большей производительностью.
Циклон СЦН-50 Один из лучших циклонов НИИОГАЗа. Циклоны СЦН-50 используются для очистки воздуха или газов от пыли мелкой (более 10 мкм) и средней дисперсности, а так же абразивной пыли в различных областях промышленности. Увеличенные по сравнению с СЦН-40 входной и выходной патрубки, позволили разработчику снизить сопротивление циклона и увеличить производительность циклона СЦН-50. При этом габаритные размеры циклона СЦН-50 стали ближе к ЦН-15 аналогичной производительности.
Циклон ЦН-24 отличается высокой пропускной способностью при небольшой степени очистки. Использование данных циклонов оправданно в качестве предварительной ступени очистки, как циклон-разгрузитель, а также для очистки газов от пылей со средним диаметром более 20 мкм.
Циклон СЦН-40 предназначен для эффективной очистки газов и аспирационного воздуха от мелкой и среднедисперсной пыли. Имеет наиболее высокую степень очистки по сравнению с циклонами ЦН-15, СК-ЦН-34 и УЦ-38.
Циклон СДК-ЦН-33 применяется для очистки газов от мелкой пыли, со средним диаметром 5-6 мкм, а также при высоких требованиях к качеству очистки. Способен обеспечивать высокую степень очистки при сравнительно небольшой скорости газового потока на входе в циклон.
Циклон СК-ЦН-34 pазpаботан для улавливания твepдых частиц вспомогатeльных систeм пpоизводства тeхничeского углepода, установки каталитического крекинга нефтепродуктов, дегидрирования бутана. Цeлeвоe назначeниe данных циклонов - сажeвоe пpоизводство.
Циклон СК-ЦН-34М применяют для улавливания пылей, обладающих высокой абразивностью частиц или их высокой слипаемостью. Наиболее эффективный из серии ЦН. Однако потери давления в этих циклонах примерно в 2 раза больше, чем в циклонах СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34.

Циклоны для удаления древесных отходов

Циклоны для мукомольной промышленности

Циклоны с обратным конусом для улавливания абразивных и слипающихся пылей

Циклоны и вихревые пылеуловители для сухой пыли

Для лучшего распределения газа с пылью и для отвода пыли на практике широко используется батарейный циклон. Такой аппарат представляет собой циклонные элементы, которые включены параллельно и имеют общий корпус, сборный бункер, а также общий подвод и отвод газа.

В батарейных циклонах (мультициклонах) движение газа достигается установкой в каждом части аппарата закручивающего элемента в виде розетки или винта, а не тангенциальным подводом газа. Благодаря этому производительность батарейного циклона будет намного больше, чем производительность обычного циклона такого же размера.

Самые популярные типы элементом циклона можно увидеть на рисунках

Элемент «винт» обладает самым незначительным гидравлическим сопротивлением и практически не склонен к забиванию пылью.

Осаждение пыли в отдельных элементах такого циклона происходит так же, как и в обыкновенном циклоне. Чаще всего используются циклонные элементы, диаметр которых составляет 100, 150 или 250 мм. В таких аппаратах может достигаться скорость запыленного газа около 4 м/с. Такие аппараты обладают высоким показателем осаждения пыли. При этом они имеют небольшой размер и гидравлическое сопротивление. То есть, если сравнивать батарейные циклоны с одиночными или групповыми, то при одинаковых размерах первые имеют большую производительность.

Конструкция и принцип действия батарейного циклона (мультициклона)

Загрязненный газ подается в газораспределительную камеру, которая ограничена трубными решетками. В трубных решетках герметично крепятся циклонные элементы. После того, как газ очищен, он выводится через выхлопные трубы элементов в общую камеру. Отделенные частицы пыли накапливаются в коническом дне циклона. Циклонные элементы такой конструкции имеют малый диаметр. Газ в них поступает сверху, а не по касательной. Вращательное движение потоку газа передается посредством специального винта или розеток, оснащенных наклонными лопатками.

Качественная работа батарейной циклонной установки обеспечивается за счет идентичности его элементов и равных условий работы.

Общий корпус мультициклона включает в свой состав циклонные элементы. Элементы герметично установлены в трубных решетках. Исходный газ поступает через штуцер в газораспределительную камеру и распределяется по циклонным элементам, заполняет кольцевое пространство между корпусом элемента и патрубком для вывода очищенного газа. В кольцевом пространстве расположены лопастные устройства, заставляющие газовый поток вращаться. Частицы пыли отбрасываются к стенкам циклонного элемента, движутся вниз по спирали и поступают в бункер, общий для всех элементов. Очищенный газ из каждого элемента выводится по трубе в общую камеру, а оттуда - наружу через верхний штуцер.

Батарейный циклон

Как правило, одиночные циклоны имеют диаметр 40-1000 мм, а циклонные элемента - 40-250 мм.

Батарейные циклоны представляют собой параллельно включенные циклоны малого диаметра. Такие устройства лучше улавливают пыль, т.к. при малом радиусе циклона значительно возрастает центробежная сила.

Батарейные циклоны способны работать с переменно нагрузкой, т.е. при необходимости можно включать или выключать отдельные элементы батареи.

Труба оснащена наружными винтовыми лопастями, которые передают потоку газа движение по спирали. В корпус газ подается сверху, затем проходит по поверхности винта в кольцевом пространстве (между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью корпуса). Твердые частицы задерживаются на стенках корпуса, после чего осыпаются в нижнюю коническую часть и поступают в бункер батареи.

Элементы конструкции батарейного циклона расположены вертикально, параллельными рядами в корпусе прямоугольного сечения. Камера оснащена двумя решетками, в отверстия которых устанавливаются элементы. Очищаемый газ подается через патрубок в пространство между решетками и распределяется по отдельным элементам. После очищения газ поступает в пространство над верхней решеткой и выводится посредством бокового патрубка. Твердые частицы ссыпаются в коническое дно. Элементы конструкции батареи выполняются из чугуна, а решетки из листовой стали. Такие устройства способны очищать газ при широком диапазоне температур.