Таблица 5.17

Параметры, определяющие эффективность батарейных циклонов

Параметры	Тип циклонного элемента
	«Розетка»  = 25, D = 250 мм	«Розетка»  = 30, D = 250 мм	«Винт»  = 25, D = 250 мм
d50т, мкм	3,85	5,0	4,5
lg 	0,46	0,46	0,46

Таблица 5.18

Технические характеристики батарейных циклонов

Тип циклона	Число элементов в секции n	Оптимальная скорость газа в элементе опт, м/c	Расход газа в одной секции, м3/с	Коэффициент гидравлического сопротивления 
ЦБ-254Р	25; 30; 40; 50; 60; 80	4,5	5,6–16,2	90
ЦБ-231У	12; 16; 20; 25; 30; 42; 56; 63	4,5	2,2–11,7	110
ЦБ-2	20; 25; 30; 36; 42; 56	4,5	4,84–13,6	70
ПБЦ	24; 36; 48; 96	3,5	4,2–16,7	150

Примечание: Данные, относящиеся к циклонным элементам типа «Розетка» и «Винт», соответствуют следующим условиям их работы: средняя скорость газового потока в элементе v_т = 4,5 м/с; динамическая вязкость _т = 23,710^–6 Пас; плотность частицы _чт =2200 кг/м³.

2. Рассчитывают число циклонных элементов, необходимое для оптимальных условий работы батарейного циклона:

, (5.40)

где Q — общий расход газа, м³/ с.

3. По табл. 5.18 подбирают батарейный циклон с ближайшим к n_опт числом циклонных элементов n. Число элементов выбранного батарейного циклона n желательно выбирать таким, чтобы оно отличалось от n_опт не более чем на 10%.

Далее определяют действительную скорость потока в элементе v, м/с:

. (5.41)

4. Рассчитывают потери давления в батарейном циклоне, Па:

, (5.42)

где  — коэффициент гидравлического сопротивления батарейных циклонов (табл. 5.18); _г — плотность газа, кг/м³.

5. Определяют коэффициенты очистки газа в элементе возвратно-поточного батарейного циклона, пользуясь схемой расчета, приведенной для обычных циклонов. Необходимые для этого значения и приведены в табл. 5.17. При условии равномерного распределения очищаемого газа, общая эффективность будет равна эффективности очистки в одном элементе.

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. На рис. 5.33 показаны две основные разновидности вихревых пылеуловителей.

Рис. 5.33. Конструкции вихревых пылеуловителей:

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 вихревом аппарате соплового типа (рис. 5.33, а) запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и двигается вверх, подвергаясь при этом воздействию из тангенциально расположенных сопел 3 струй вторичного газа (воздуха). Под действием центробежных сил взвешенные в потоке частицы отбрасываются в 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 6, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер 7.

Наилучшие результаты по эффективности улавливания достигаются при установке сопел, распыливающих вторичный газ, не менее чем в четыре ряда под углом 30. В качестве оптимальной рекомендуется установка лопаток завихрителя под углом 30–40 при отношении диаметра завихрителя к диаметру аппарата 0,8–0,9.

Вихревой пылеуловитель лопастного типа (рис. 5.33, б) характеризуется тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопастями 8.

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях могут быть использованы атмосферный воздух, периферийная часть потока очищенных газов и запыленные газы (рис. 5.34).

Первый вариант целесообразен, если очистке подвергается горячий газ, который необходимо охладить. С экономической точки зрения этот вариант является наихудшим. Наиболее выгодным в экономическом отношении, является использование в качестве вторичного газа запыленный газ, т. к. он позволяет повысить производительность установки на 40–65% с сохранением эффективности очистки.

Рис. 5.34. Варианты подвода вторичного газа к вихревым пылеуловителям:

а — подвод внешнего газа; б — подвод очищенных газов; в — подвод запыленных газов

Подобно циклонам, вихревые пылеуловители могут компоноваться в группы. Это делается с целью увеличения эффективности пылеулавливания, за счет уменьшения диаметров аппаратов.

Производительность вихревого пылеуловителя по газам может меняться в пределах от 0,5 до 1,15 по отношению к номинальной. Это объясняется решающим влиянием на эффективность очистки параметров вторичного газа, оптимальный расход которого, по разным данным, должен составлять от 30 до 50 % от первичного.

По сравнению с противоточными циклонами вихревые пылеуловители имеют следующие преимущества: более высокую степень очистки высокодисперсных пыли; отсутствие абразивного износа активных частей аппарата; возможность обеспыливания газов с более высокой температурой, за счет использования вторичного воздуха; возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет регулирования расхода вторичного воздуха.

К недостаткам вихревых пылеуловителей можно отнести: необходимость дополнительного вентилятора; увеличение за счет вторичного газа общего объема газов, проходящих через аппарат; сложную эксплуатацию аппарата.

Вихревые пылеуловители могут применяться для очистки вентиляционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в химической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности. За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью от 330 до 30000 м³/ч. В отечественных конструкциях обеспечивается более низкое гидравлическое сопротивление и более низкая доля вторичного воздуха, по сравнению с зарубежными аппаратами.

Для ориентировочной оценки эффективности улавливания частиц различного диаметра можно воспользоваться приведенными ниже данными:

Размер частиц, мкм	2,5	5,0	10,0
Степень очистки, %	92	95	98

В различных источниках публикуются данные об использовании вихревых пылеуловителей в химической промышленности:

Пыль или пылевидный материал	Медианный диаметр частиц, мкм	Эффективность пылеулавливания
Целлюлоза	6	96,5
Синтетический порошок	4	98,0
Стиральный порошок	10	98,0
Эпоксидная смола	22	98,0
Карбонат кальция	11	98,0
Полиакрилнитрил	32	98,0

Учитывая, что методы инженерного расчета для вихревых пылеуловителей пока еще не разработаны, рекомендуется при расчете этих аппаратов использовать методы теории подобия.

Динамические пылеуловители. В динамических (ротационных) пылеуловителях, кроме центробежных сил, на пылевые частицы оказывает воздействие сила Кориолиса. Основная особенность динамических пылеуловителей — совмещение функций побудителя движения воздуха и пылеуловителя. Благодаря этому, аппарат более компактен и потребляет меньше энергии, чем вентилятор и пылеулавливающее устройство.

Простейшие пылеуловители ротационного действия представляют собой механизм, состоящий из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника). Пылегазовый поток приводится во вращательное движение рабочим колесом, при этом под действием развивающихся сил (центробежной и Кориолиса) из очищаемого газа выделяется пыль.

Эксплуатационный опыт показывает, что динамические пылеуловители обеспечивают высокую степень очистки при улавливании частиц с размером более 10 мкм.

Существующие конструкции ротационных пылеуловителей подразделяют на две группы.

В аппаратах первой группы (наиболее многочисленной) отделяемые частицы имеют направление движения, совпадающее с направлением газа (рис. 5.35). Очищаемый газ 4 через приемный патрубок 5 поступает в центральную часть колеса 2, вращающегося в спиралеобразном кожухе 3. Под действием центробежных и кориолисовых сил частицы пыли отбрасываются к стенкам кожуха и отводятся в пылесборник 6, а очищенный газ выводится из пылеуловителя через патрубок чистого газа 1.

Процесс отделения пыли для ротационных пылеуловителей этой группы в большой степени зависит от угла наклона лопастей вентилятора.

Рис. 5.35. Ротационный пылеуловитель первой группы

В аппаратах второй группы (рис. 5.36) улавливаемые частицы выделяются из потока в направлении, противоположном движению газа.

Очищаемый газ с помощью центробежного колеса 2, размещенного в кожухе 3, всасывается во вращающийся барабан 1 через отверстия, расположенные на его боковой поверхности. В пограничном слое частота вращения пылегазового потока достигает окружной частоты вращения барабана, благодаря этому частицы пыли, преодолевая силы аэродинамического сопротивления газа, отбрасываются от поверхности барабана в радиальном направлении.

Наибольшее распространение в отечественной промышленности получил дымосос-пылеуловитель ДП (рис. 5.37).

Работа дымососа-пылеуловителя основана на следующем принципе. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом 2 на валу 1, запыленный поток поступает в улитку 5 и приобретает криволинейное движение. Под действием центробежных сил, частицы пыли отбрасываются к периферии и вместе с небольшим количеством газов (8–10%) отводятся для окончательного отделения через патрубок 9 в выносной малогабаритный циклон 8, соединенный с улиткой газоходами. Разгрузка циклона производится через спускной стояк с затвором-мигалкой 10. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Аэрозоль протягивается через циклон под действием перепада давлений между центром улитки и ее периферией, которая повышается за счет работы вспомогательной крыльчатки 6. Из центральной зоны улитки очищенные газы через направляющий аппарат 4 поступают в рабочее колесо дымососа, а затем через кожух выбрасываются в дымовую трубу 11.

В настоящее время промышленностью серийно выпускаются дымососы пылеуловители ДП-8; ДП-10; ДП-12; ДП-13,5 (число обозначает диаметр рабочего колеса в дм) производительностью от 8000 до 55000 м³/ч. Эффективность улавливания частиц пыли диаметром 15–20 мкм составляет 80–90%. Полное давление, развиваемое аппаратом, составляет 1400–4700 Па.

Рис. 5.36. Схема ротационного пылеуловителя второй группы

Дымососы — пылеуловители применяются для очистки дымовых газов малых котельных, в литейных производствах для очистки аспирационных выбросов и на асфальтобетонных заводах для очистки газов сушильных барабанов.

Рис. 5.37. Дымосос-пылеуловитель

Ротационные пылеуловители компактны, надежны в работе, не требуют дополнительных побудителей газа. К их недостаткам следует отнести сравнительно невысокую степень очистки (80–90%), опасность абразивного износа лопаток дымососа, возможность образования отложений на лопатках, и, как следствие, дисбаланс ротора, сложность в изготовлении.

Инженерные методы расчета динамических пылеуловителей не разработаны; имеются лишь результаты исследований некоторых конструкций этих пылеуловителей.