23. Инерционные пылеуловители. Механизмы выделения пыли из газовой среды. Конструкции, область применения и расчет пылеосадительных камер. Скорость витания.

Инерционные пылеуловители

Действие инерционного пылеуловителя основано на том, что при изменении направления движения потока запыленного воздуха (газа) частицы пыли под действием сил инерции отклоняются от линии тока и сепарируются из потока. К инерционным пылеуловителям относится ряд известных аппаратов: пылеотделитель ИП, жалюзийный пылеуловитель ВТИ и др., а также простейшие инерционные пылеуловители (пылевой мешок, пылеуловитель на прямом участке газохода, экранный пылеуловитель и др.).

Инерционные пылеуловители улавливают крупную пыль – размером 20 – 30 мкм и более, их эффективность обычно находится в пределах 60 – 95 %. Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. По этой причине инерционные аппараты применяют обычно на первой ступени очистки с последующим обеспыливанием газа (воздуха) в более совершенных аппаратах. Преимуществом всех инерционных пылеуловителей является простота устройства и невысокая стоимость аппарата. Этим и объясняется их распространенность. Рассмотрим основные конструкции инерционных пылеуловителей.

Инерционный пылеуловитель ИП представляет собой конус, образованный коническими кольцами постепенно уменьшающегося диаметра. Очищаемый воздух входит в основание конуса со скоростью 18 м/с и движется к основанию конуса.

По ходу движения воздух выходит через щели между кольцами, а пылевые частицы под действием сил инерции, продолжая движение в прямолинейном направлении, ударяются о стенки и отбрасываются в массу потока. По мере движения потока концентрация в нем пыли возрастает. У вершины конуса в пылевоздушной смеси остается лишь 5 – 10 % воздуха, поступившего в аппарат. Выйдя из аппарата, пылевоздушная смесь направляется в циклон. Пыль отделяется от воздуха и поступает в бункер, а обеспыленный воздух возвращается к вентилятору.

Таким образом, в установке ИП-циклон воздух подвергается двухступенчатой очистке, общая эффективность которой порядка 90 %. При улавливании пескоструйной пыли эффективность, как показывали испытания, находилась в пределах 92,5 – 95,9 %.

Преимуществом ИП является компактность и простота устройства. Аппарат может применяться в качестве первой ступени при очистке воздуха от крупнодисперсной пыли. Разработано несколько номеров ИП, рассчитанных на различную производительность.

Простейшие инерционные пылеуловители. Один из пылеуловителей такого типа известен под названием «пылевой мешок». Очищаемый газ входит в корпус аппарата по центральной трубе, прямой или конической. Сепарация пыли происходит при повороте потока на 180 и последующем его подъеме к выходному патрубку. Скорость потока во входном патрубке 10 м/с, в цилиндрической части корпуса 1 м/с. Эффективность очистки газов с пылевыми частицами более 30 мкм находится в пределах 65 – 80 %. Гидравлическое сопротивление – 150 – 390 Па. Пылевые мешки целесообразно применять для предварительной очистки газов с высокой концентрацией пыли – несколько сот граммов на 1 м3. Используется преимущественно в металлургии.

Экранный инерционный пылеуловитель. Основной элемент аппарата – V-образный профиль. Струи, на которые разбивается поток запыленного газа, сталкиваются с основанием V-образного элемента. В результате столкновения и кругового движения пыль отделяется от потока и попадает в бункер, расположенный внизу. В случае необходимости для более полного удаления пыли из V-образных каналов прибегают к постукиванию или вибрации. Применяют также впрыскивание жидкости, что способствует удалению пыли и предотвращает ее повторный унос газовым потоком. Преимуществом аппарата является возможность его использования при высоких температурах и агрессивных средах.

Выделение из газа твердых и жидких частиц в процессе фильтрации основано на использовании следующих основных механизмов осаждения: 1) инерционного, когда частица пыли сталкивается с осаждающим элементом пористой среды (волокно, нити и др.) под действием силы инерции, а не огибает его в своем движении с газовым потоком; 2) броуновской диффузии, когда частица пыли соприкасается с осаждающим элементом под действием удара газовых молекул; 3) зацепления, когда частица пыли соприкасается с осаждающим элементом, проходя с газовым потоком вдоль его поверхности на расстоянии, равном или меньшем радиуса частицы.

В некоторых случаях частицы пыли выделяются при фильтрации в результате отсеивания (ситовый эффект). Влияет на процесс фильтрации также взаимодействие электростатических зарядов, накапливающихся на частицах пыли и осаждающих элементах пористых сред. При фильтрации твердые частицы пыли накапливаются в виде пылевого слоя на поверхности фильтрующих (осаждающих) элементов пористых сред, а также в порах между элементами. В процессе подобного накопления улучшается эффективность улавливания пыли, в частности, из-за более значительного влияния отсеивания. В то же время растет гидравлическое сопротивление прохождению газового (воздушного) потока через пористую среду, что приводит к падению производительности фильтрующего аппарата по количеству (расходу) очищаемых газов. Поэтому возникает необходимость непрерывного или периодического (что чаще) разрушения и удаления пылевого слоя как на поверхности фильтрующих (осаждающих) элементов, так и между ними (внутри пористой среды). Это может быть выполнено так называемой регенерацией пористой среды. При падении гидравлического сопротивления производительность фильтрующего аппарата возрастает. После этого вновь растет гидравлическое сопротивление пористой среды и снижается производительность фильтрующего аппарата. Для пористых сред некоторых видов (например, высокоэффективные волокнистые фильтры) регенерацию не производят, а использованный фильтровальный материал, из которого состоит пористая среда, заменяют свежим. Принята следующая условная классификация фильтрующих аппаратов (фильтров):

A. Фильтры тонкой очистки воздуха (высокоэффективные фильтры). Используются для улавливания с очень высокой эффективностью (более 99 %) высокодисперсных частиц пыли (субмикронного размера) при обычно низкой входной запыленности (0,5-5 мг/м³) и малой скорости фильтрации (менее 6 м/мин). Фильтры тонкой очистки обычно не регенерируют.

Б. Фильтры для очистки запыленных воздушных потоков (воздушные фильтры). Используются в основном в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Обычно работают при входной запыленности до 50 мг/м³. Воздушные фильтры по конструкции подразделяются на регенерируемые и нерегенерируемые.

B. Промышленные фильтры. Используются в основном для очистки промышленных (технологических) газов с высокой входной запыленностью (до 60 г/м³ и более), во многих случаях при повышенных температурах и содержании в газах агрессивных компонентов (S02) и др.). В качестве пористых сред в промышленных фильтрах применяют в основном рукава из тканей и нетканых материалов, зернистые и другие фильтровальные материалы. Промышленные фильтры, как правило, работают с регенерацией.

1. Пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители.

При размерах частиц пыли 25-50 мкм и высоких их концентрациях в газовом потоке (более 50 г/м3) обычно используют пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители (рис. 6.5).

Пылеосадительные камеры в большинстве случаев применяются для предварительной очистки сильно загрязненных газовых потоков от крупных частиц пыли. Запыленный газ в пылеосадительной камере имеет скорость движения 0,2-1,5 м/с. При этом частицы пыли, имеющие размеры более 50 мкм, осаждаются на полках и стенках камеры, а очищенный газ выбрасывается в атмосферу или подается на следующую стадию очистки — от более мелких частиц.

После образования слоя пыли определенной толщины на стенках и полках аппарата включается вибрационное устройство, и пыль падает вниз.

Степень очистки запыленного газа в пылеосадительных камерах не превышает 40 - 50%.

В инерционных пылеуловителях скорость запыленного газа на входе в аппарат составляет 5-15 м/с. Принцип действия инерционных пылеуловителей заключается в следующем.

При увеличении скорости движения запыленного газа на частицы пыли одновременно действуют силы тяжести и инерционные силы. Если резко изменить направление движения газа, то частицы пыли будут продолжать свое движение по инерции, что приведет к выделению пыли из газового потока.

На рис. 6.56 изменение направления движения газа достигается с помощью перегородки. При этом частицы пыли по инерции направляются вниз, а очищенный газ выводится сверху.

Для запыленного газового потока с размерами частиц 25-30 мкм степень очистки достигает 65 - 80%. Такие аппараты находят применение в металлургической промышленности для первичной очистки газовых потоков от пыли.

Скорость витания — это скорость восходящего воздушного потока, при которой аэродинамическое давление на поверхность единичной твердой частицы становится равным силе ее тяжести.

Расчет пылеосадительной камеры. Продолжительность прохождения газами камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет

       V- объёмный расход газа м3/с L,B,H- длина, ширина, высота соответственно,м

За это время под действием силы тяжести частица пройдет путь h S- средняя скорость

Скорость осаждения sср определяется по диаграммам.Эффективность камеры  определяется по отношению h/Н   , если h > H , то все частицы имеющие скорость осаждения Sср будут улавливаться в камере