48

Пылевые камеры и инерционные пылеуловители.

Пылевые камеры относятся к простейшим устройствам для улавливания крупных сырьевых частиц или пыли. Они действуют по принципу осаждения частиц при медленном движении пылегазового потока через рабочую камеру, поэтому основными размерами камеры являются ее высота и длина. Геометрические размеры определяют время пребывания пылегазового потока в камере.

Даже самые совершенные по конструкции пылеосадительные камеры занимают много места, а поэтому в качестве самостоятельных элементов пылеулавливающей системы находят ограниченное применение. Однако упрощенные варианты пылевых камер применяются в качестве элементов основного технологического оборудования.

Камеры изготавливают из кирпича, железобетона или стали. Расчет пылевой камеры сводится к определению площади осаждения, т.е. площади днища камеры и ее стенок. При этом принимают ряд допущения: пыль равномерно распределяется по сечению камеры как по концентрации, так и по дисперсности; она состоит из шаровых частиц и полностью подчиняется закону Стокса; скорость газа по сечению камеры принимается равномерной; результат действия конвекционных токов и турбулентности газового потока на частицы пыли равен нулю; осевшая пыль не уносится из камеры.

Для частиц размерами < 80 мкм удовлетворительное значение конечной скорости оседания можно получить по закону Стокса. При проектировании пылеосадительных камер необходимо также иметь в виду возможность вторичного уноса. Требуется, чтобы скорость газового потока была не более 3 м/с.

Ниже приведены рекомендации по выбору максимально допустимой скорости газов в осадительных камерах.

Пыль	Плотность частиц, кг/м3	Среднемедианный размер частиц,мкм	Максимально допустимая скорость газов, м/с
Алюминиевая стружка	2720	335	4,3
Асбест	2200	261	5,0
Известняк	2780	71	6,4
Крахмал	1270	64	1,75
Неметаллическая пыль из плавильных печей	3020	117	5,6
Окись свинца	8260	14,7	7,6
Стальная дробь	6850	96	4,7
Деревянная стружка	1180	1370	4,0
Деревянные опилки	---	1400	6,6

Ясно, что при выборе скорости необходимо учитывать свойства материала. Например, крахмал или сажа подхватываются при очень маленьких скоростях (до 0,8 м/с), тогда как для агрегированных частиц (цемент, кокс) допустимы более высокие скорости.

Расчет пылеосадительных камер (пк).

Если запыленный газ, движущийся с определенной скоростью по газоходу, ввести в камеру, имеющую площадь поперечного сечения значительно большую, чем площадь газохода, то в этой камере скорость газа резко уменьшается. В этих условиях содержащаяся в газе пыль выпадает из него под действием гравитационных сил (сил тяжести). Такие камеры при­нято называть пылеосадочными. Условия осаждения пыли в пылеосадочной камере должны быть такими, чтобы частицы пыли успели осесть на дно камеры раньше, чем газ выйдет из нее.

Рассмотрим движение пыли, содержащейся в газе, который со ско­ростью v движется через пылеосадочную камеру (см рис.). На входе газа в пылеосадочную камеру содержащиеся в нем частицы будут нахо­диться на разной высоте. Все они должны осесть на дно камеры. Самый длинный путь должны пройти частицы, расположенные на входе в каме­ру под ее потолком, т.е. на расстоянии h от ее дна. Если принять, что пыль имеет, сферическую форму и состоит из частиц размером от 1 до 100 мкм, скорость ее осаждения v_п определяют по формуле:

Запыленный газ

Пыль

Рис 1. Схема ПК. ПППпылеосадочной камеры

Время осаждения пыли в камере высотой h будет равно hlv_n. Время пребывания газа в камере длиной L составит Lfv. Для того чтобы пыль успела осесть на дно камеры, время осаждения пыли должно быть, по крайней мере, равно или меньше времени пребывания газа в пределах камеры, т.е.

hlv_n = L/v. (1)

Скорость движения газа в камере v можно выразить отношением ко­личества газа V, проходящего через камеру, к площади ее поперечного се­чения hb: v = V/hb, где V=Lbh.

Подставив полученное значение в формулу (1), получим

h/v_n = Lhb/V или Lb = V/ v_n. (2)

Как видно из рис. 1, величина Lb = S представляет собой площадь дна камеры. Тогда формула (2) примет вид (м²):

S= V /v_n. (3)

Тогда получим следующую формулу

S= (4)

Из этой формулы находят минимальный размер частиц пыли, мкм, которые успеют осесть в пылеосадочной камере:

(5)

Размер частиц пыли, которые при входе в камеру находились на рас­стоянии а от ее дна и осядут в камере, рассчитывают по формуле:

d_n = (6)

Таким образом, из слоев газа, расположенных ближе ко дну камеры, успевают осесть в камере более мелкие частицы пыли. Для сбора уловлен­ной в камере пыли ее дно обычно выполняют в виде бункеров.

Чем больше размеры частиц пыли и больше их плотность, тем лучше они будут осаждаться в пылеосадочных камерах. Для более полной очистки газа от пыли в пылеосадочных каме­рах следует увеличивать площадь их дна, а также создавать условия, при которых частицы пыли, движущиеся вместе с газом, будут терять свою линейную скорость вдоль камеры. Чем меньше вязкость газа, тем мень­шее сопротивление он оказывает частицам пыли в процессе их осаждения в камере. Так как вязкость газа уменьшается при понижении его тем­пературы, при низкой температуре газа улучшаются условия осаждения пыли в камере.

Для уменьшения скорости газа устанавливают вертикальные полки.

Лабиринтная камера.

Удаляется пыль вручную, но это очень трудоемкий процесс, поэтому полки стали устраивать наклонно, чтобы пыль сползала или их переворачивают лебедкой с помощью тросов. При необходимости непрерывной очистки газов устраивают 2 параллельные камеры (1 рабочая и 1 резервная). Скорость газа в камере составляет 0,2-0,8 м/с, наибольшее осаждение у частиц d=30÷50 мкм. Их используют в качестве I ступени очистки.

Часто вместо камер устраивают расширенные газоходы – коллекторы со скоростью газа 5-6 м/с. Для очистки аспирационных газов и в пневмотранспорте пыль из бункеров удаляют скребовыми транспортерами, винтовыми шнекерами при температуре до 150ºС и разряжением до 2 кПа.

Эксплуатация пылеосадительных камер заключается в удалении пыли и ликвидации неплотностей в конструкции.

Расчет ПК сводится к определению площади дна камеры (площади осаждения) или площади полок по заданному количеству газа, запыленности и характеристики частиц пыли. Площадь определяют по рекомендуемой скорости газа, при этом высоту принимают из условия возможности размещения в требуемом месте.

ПК используется также для осаждения из вертикальных восходящих газовых потоков. Вертикальные ПК применяются для улавливания крупных частиц из вагранок, печей, более сложными являются камеры дефлекторного типа, в которых пыль собирается в кольцевом коллекторе, окружающем дымовую трубу. В этом случае скорость осаждения частиц должна быть выше скорости газового потока.

Рис. 2. Вертикальные пылеосадительные камеры:

а - без отвода пыли; б - с отводом пыли; 1-газоход: 2 - отражатель­ный диск; 3 -огнеупорное покрытие; 4 - отражательные конусы; 5-наклон­ная плита.

Пример 1.

Vг = 3,4 м/с, Па·с, , при d = 40 мкм равна 17 см/с = 0,17 м/с.

Площадь дна S = l·b= =

, принимаем потенциальную скорость газа =2м/с, Н = 1,5м.

м.

Площадь поперечного сечения b*Н=1,13*1,5=1,7 м².

l = 20/b=20/1,13=17,72 м.

Время пребывания газа в камере = l*b*Н/Vг = сек, где Vг – объемный расход газа.

Диаметры частиц. Которые будут полностью улавливаться в камере: 0,00002м=20 мкм.

Инерционные пылеуловители.

Эффективность обеспыливания в про­стой пылеосадительной камере может быть увеличена, а габариты ее уменьшены, если к эффекту гравитационного осаждения частиц придать дополнительный момент движения вниз. Этот принцип положен в ос­нову многих конструкций пылеуловителей.

Рис.3. Инерционные пылеуловители:

а- камера с перегородкой; б - камера с плавным поворотом газового пото­ка; в- камера с расширяющимся конусом; г-камера с заглубленным бун­кером.

Типичным представителем этого класса пылеуловителей являются «талевые мешки» (рис. 2.4, а), которые нашли применение в металлур­гии. В таком аппарате входная цилиндрическая труба придает части­цам дополнительно к гравитационной силе момент, равный примерно g/З. Например, такой пылеуловитель, установленный за доменной печью, обеспечивает степень улавливания частиц >30 мкм до 65—80 %.

Инерционный пылеуловитель, показанный на рис. 2.4 б, встраива­ется в газоходы диам. > 2 м. Выпадение крупных частиц в бункер про­исходит вследствие отклонения потока от прямолинейного движения. В современных конструкциях инерционных пылеуловителей меха­низм осаждения частиц основан на изменении направления движения. Пылегазовый поток проходит вертикально вниз по цилиндрическому газоходу, затем изменяет направление движения на 180° и проходит через кольцевой зазор; уловленная пыль ссыпается в бункер. Эффект пылеулавливания в значительной степени зависит от правильно по­добранного кольцевого зазора.

С целью повышения эффективности этих аппаратов предложены различные конструкции узлов (рис. 2.5). В одной конструкции в коль­цевой зазор подается воздух (с вращательным моментом движения) со скоростью, в два раза большей, чем осевая скорость основного потока. Дополнительно подаваемый воздух, вступая в контакт с основным по­током, придает последнему вращательное движение. Выходной газо­ход служит для отвода очищенного потока; в нем часть кинетической энергии переходит в энергию давления.

В другой, менее эффективной, но более простой конструкции часть отходящих газов отсасывается через щели в кольцевой муфте без до­полнительной подачи воздуха. Как видно из рис. 2.5, фракционная эффективность этих пылеуловителей позволяет применять их в качест­ве самостоятельных аппаратов вместо, например, циклонов.

На рисунке 5 показан другой тип экранного инерционного пылеуловителя.

Рис. 5.

Главная его часть U – образный элемент, в котором струи запыленного газа сталкиваются со стенкой. При столкновениях и круговом движении пыль отделяется от газового потока и попадает в пылесборник.

Жалюзийные пылеуловители.

Рис. 6. Схема установки конического инерционною пылеуловителе на выхлопной стороне вентилятора:

1 —вентилятор; 2 —воздухопровод аспирационной системы; 3 —рециркуляционный воздухопровод от циклона; 4-пылевой эатвор; 5 —пылесборный бункер; 6—циклон; 7— конические кольца ИПа; 8 —камера очищенного воздуха; 9-шахта.

Принцип действия жалюзийных пылеуловителей основан на рез­ком (около 150°) изменении направления узких струек газового потока, проходящих через зазоры между лопастями жалюзи, и от­ражении ударяющихся о поверхности лопастей частиц пыли в на­правлении щели (отверстия), через которую, удаляется часть газо­вого потока, обогащенного пылью (рис.6).

Конические инерционные пылеуловители собраны из большого числа конических колец, закрепленных в каркасе с просветами между кольцами 4,2 мм. Скорость выхода воздуха в первое, самое большое кольцо принимается 15—25 м/с.

Небольшая часть воздуха вместе с концентрированной пылью отводится из отверстия наименьшего кольца в вершине конуса и поступает в циклончик, рассчитанный на 5—7% от общего расхо­да установки. Схема установки ИПа показана на рис. 6. Потеря давления в циклончике при заданном расходе воздуха должна быть не больше потери давления в сети в месте присоединения ре­циркуляционного воздухопровода. В случае установки ИПа на всасывающей стороне вентилятора для надежной работы циклончика следует устанавливать вспомогательный вентилятор.

По данным ВТИ, фракционная степень очистки в жалюзийном золоуловителе в случае отсоса через циклон 10% основного объ­ема при сопротивлении жалюзи 4—5 гПа и плотности частиц р_т =2000 кг/м³ составляет:

, мкм , % , мкм , % , мкм , %

5 25 20 75 40 94,8

10 47 25 86,5 50 96,5

16 63 30 91,3 60 97,7

При увеличении отсоса воздуха через циклон с 10 до 20% сте­пень фракционного выноса (100 — ) уменьшается на 2—2,5%, а при уменьшении скорости прохода воздуха и падении перепада давления в жалюзи до 2—2,5 гПа увеличивается на 2—2,5%.

В связи с тем, что в обходной тракт газы поступают с высокой концентрацией пыли, состоящей в основном из крупных частиц, необходимо, так же как и в ИПах, принимать меры к защите это­го тракта (в особенности участков на повороте до циклона) и кор­пуса циклона от эрозии.

Жалюзийные пылеуловители можно рекомендовать в качестве первой ступени очистки с целью предотвращения абразивного износа следующей ступени.