Принцип действия и области применения различных пылеулавливающих агрегатов

1 Введение

Для эффективного удаления пыли из отработанных газов существует множество пылеулавливающих систем, эпоха развития которых отчасти уже продолжается свыше 70 лет. Хотя различные методы пылеулавливания вряд ли изменились до настоящего времени, тем не менее достигнут существенный прогресс в плане достижимой степени пылеудаления и расширения границ температуры и давления.

По-прежнему пылеуловители разделяются по основным конструкционным типам:

- гравитационные пылеуловители,

- фильтрующие пылеуловители,

- электрические пылеуловители,

- мокрые пылеуловители,

специфические пределы применения которых представлены на рис. 1

Рис. 1 Сравнение систем пылеуловителей

Общее наименование	Гравитационные пылеуловители	Фильтрующие пылеуловители	Электрические пылеуловители	Мокрые пылеуловители
краткое наименование конструкционного типа	гравитационный пылеуловитель циклон мультициклон	тканевый фильтр патронный фильтр	сухой электрический фильтр мокрый электрический фильтр	скруббер динамический статический
принцип пылеулавливания	сила инерции сила тяжести центробежная сила	действие газопроницаемых мембран	электрическая сила	связывание пыли жидкостью
эффект пылеулавливания	умеренный	очень высокая	высокий до очень высокого	средний до высокого
диапазон концентрации пыли на входе [г/Нм3]	1-5000	0,1-5000	0,1-1000 (сух.) 0,1-50 (мокр.)	0,1-50
степень пылеулавливания [%]	85-98	99,0-99,99	95-99,99	90-99
диапазон температур [°С]	до 1300	до 850	до 480 (сух.) при газонасыщенности (мокр.)	при газонасыщенности
диапазон давлений [бар]	до 100	до 50	до 20	до 20

Гравитационные пылеуловители отличаются лишь умеренным эффектом пылеулавливания и годятся только в качестве предварительных уловителей для следующих за ними этапов окончательной очистки. Благодаря своей простой конструкции они считаются наиболее дешевыми и неприхотливыми в обслуживании разделительными аппаратами.

Фильтрующие пылеуловители относятся к наиболее эффективным отделителям пыли, которые в состоянии улавливать тончайшую пыль в субмикронном диапазоне. Благодаря постоянному усовершенствованию новых фильтрующих сред из искусственных волокон и устойчивых к высоким температурам металлических и керамических материалов, и без того широкая область применения фильтрующих пылеуловителей в последние годы еще более расширилась.

Электрические пылеуловители пригодны для сухого и мокрого отделения пыли и на основе своей отделяющей функции в состоянии эффективно выделять из газовых потоков тончайшую пыль. Механическая конструкция электрических пылеуловителей делает их нечувствительными к воздействию температуры, так что они просты в обращении и тем самым не требуют больших затрат для необходимого технического обслуживания.

Мокрые пылеуловители сегодня используются преимущественным образом для комбинирования пылеулавливания и очистки газов. При этом газ и жидкость приводятся в интенсивный контакт, частицы пыли принимаются каплями промывной жидкости и совместно отделяются в последующей ступени очистки. С ростом распределения жидкости в газовом потоке повышается и степень пылеотделения. Мокрые пылеуловители нуждаются, как правило, в предварительном пылеуловителе, например, циклоне, чтобы уменьшить количество расходуемой жидкости. В случае высокой степени пылеулавливания необходимо считаться с относительно высоким расходом энергии. Необходимые затраты на техническое обслуживание, как правило, выше, чем для фильтрующих и электрических пылеуловителей, если отделяемая пыль должна поступать в виде сухого конечного продукта.

2 ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И СТЕПЕНЬ УЛАВЛИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

Не всякий пылеуловитель является подходящим для решения всех проблем пылеулавливания. Выбор наиболее подходящей системы пылеулавливания определяется желаемой степенью улавливания в сочетании с размерами частиц, свойствами, состоянием пыли - мокрая или сухая - и, не в последнюю очередь, стоимостью.

На рис. 2 представлен обзор степени фракционного пылеулавливания в различных пылеуловителях в диапазоне размеров частиц до 10 мкм.

Рис. 2 Степень фракционного пылеулавливания в различных пылеуловителях

1 - циклонный отделитель; 2 - фильтрующий отделитель; 3 - электрический отделитель (сухой); 4 - электрический отделитель (мокрый); 5 - скруббер Вентури;

Вследствие различий в принципе действия для отдельных систем получаются и различные степени пылеулавливания, на реализации которых мы остановимся подробно, и тем самым точнее устанавливаются пределы их специфического использования.

2.1 Гравитационные пылеуловители

2.1.1 Принцип действия и область применения представлены на рис. 3.

Рис. 3 Принцип действия и область применения гравитационного пылеуловителя

1 - линия газового потока; 2 - крупные частицы пыли; 3 - мелкие частицы пыли

пылеотделение		за счет силы тяжести
степень отделения	%	около 10 для часто < 30 мкм около 40 для частиц < 90 мкм
скорость газа	м/сек	1-3
потеря давления	даПа	<20
диапазон температур	°С	до 1300
диапазон давлений	бар	до 100
использование		в качестве предварительного уловителя

2.2 Циклонные пылеуловители

2.2.1 Принцип действия и область применения представлены на рис. 4.

Рис. 4 Принцип действия и область применения циклонного пылеуловителя

1 - линия потока неочищенного газа и потоки пыли; 2 - линия потока чистого газа; 3 - отделенные частицы пыли

пылеотделение		за счет центробежной силы
степень отделения	%	85-98
скорость газа	м/сек	15-25
потеря давления	даПа	60-150
диапазон температур	°С	до 1300
диапазон давлений	бар	до 100
использование		в качестве предварительного уловителя

2.2.2 Определяющей для степени пылеулавливания является селективность, с которой работает циклонный пылеуловитель. Чем выше селективность, тем больше степень пылеулавливания, что видно из рис. 5.

Рис.5 Степень отделения в циклоне в зависимости от размеров частиц

Дополнительное воздействие на степень пылеулавливания оказывает потеря давления, что видно из рис. 6.

Рис. 6 Степень пылеулавливания в циклоне - 1 и потеря давления – 2

Из рисунка следует, что степень пылеулавливания при слишком высокой потере давления снова падает. Кроме того, становится заметным, что она уменьшается также в режиме частичной нагрузки при уменьшенном объемном потоке или, соответственно, уменьшенной скорости газа. Таким образом, циклонные отделители в режиме частичной нагрузки характеризуются плохим эффектом пылеулавливания.

Повышения степени пылеулавливания можно достичь путем увеличения центробежной силы, чему способствует уменьшение диаметра циклона. Поэтому при постоянном объемном потоке необходимо использовать большое количество параллельно подключенных циклонов.

На рис. 7 представлены 3 кривые фракционного пылеулавливания, описывающие этот процесс для циклонов с различным диаметром при постоянных характеристиках неочищенного газа на входе.

Рис. 7 Степень фракционного пылеулавливания для 3 диаметров циклона

1 - циклон с большим диаметром < 2.000 мм

2 - циклон со средним диаметром < 1.200 мм

3 - циклон с маленьким диаметром < 200 мм

Дальнейшие улучшения могут быть достигнуты в определенных границах с помощью так называемых специальных конструкционных типов, но из-за высоких потерь давления приводят, как правило, к повышенному расходу энергии.

2.2.3 Улучшение степени пылеулавливания в циклонных пылеуловителях

Улучшения степени пылеулавливания можно достичь с помощью:

Увеличения центробежной силы, воздействующей на частицы пыли, путем:

- уменьшения геометрии циклонов,

- распределения газового потока на несколько параллельно подключенных отдельных циклонов,

- уменьшения сечения на входе,

- уменьшения сечения погружной трубы.

Улучшения выноса пыли путем:

- устранения утечек в месте выхода пыли,

- отсасывания частичного потока в месте выхода пыли

Дополнительного подключения второго циклона, однако это рекомендуется только при сильной запыленности неочищенного газа.

2.3 Фильтрующее пылеуловители

2.3.1 Принцип действия и область применения представлены на рис. 8.

Рис. 8 Принцип действия и область применения фильтрующего пылеуловителя

1 - линия потока неочищенного газа

2 - предварительно отделенная пыль

3 - пыль, приставшая к рукаву фильтра

пылеотделение		за счет газопроницаемой фильтрующей срезы
степень отделения	%	99,0 – 99,99
скорость газа	м/сек	0.5 - 5 (сквозь фильтрующую среду)
потеря давления	даПа	50-200
диапазон температур	°С	до 350
диапазон давлений	бар	до 50
использование		в качестве окончательного пылеуловителя