3579
.pdf
топлива. В промышленности вентиляционный воздух может быть загрязнен как крупнодисперсной, так и мелкодисперсной пылью. К первой относятся результаты работы деревообработки, ко второй тонкая обработка материалов, например, шлифовка. Первичная очистка производится с помощью циклонов. Конструкция наиболее популярного из них, приведена на рисунке 31.
Рис. 31. Схема центробежного циклона: 1- корпус циклона; 2 – подача газа; 3 – выходная труба; 4 – бункер
для сбора пыли
40
Рис. 32. Расчетная схем циклона
Газовый поток подводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1 к бункеру 4. На стенке циклона образуется пылевой слой, который попадает в бункер. Отделение пыли происходит за счет поворота газового потока в бункере на 180о. Очищенный от пыли поток газа направляется в выходную трубу 3. Обязательным условием эффективной работы циклона является его герметичность.
В промышленности широко применяют цилиндрические и конические циклоны. Диаметр циклона может составлять от 200 мм до 3 000 мм. Как правило, все циклоны унифицированы, их конструктивные размеры привязаны к его внутреннему диаметру.
Циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем, золовых выбросов, пыли из сушилок при начальной запыленности от 0,3 до 4000 г/м3. Избыточное
41
давление газов не должно превышать 2500 Па, а температура газов – на 2030 оС выше точки росы, но не более 400 оС.
Производительность по очищаемому газу составляет от 100 до 68 000 м3/ч. Эффективность очистки для частиц пыли с размером свыше 10 мкм составляет от 0,83 до 0,97. С ростом размера частиц растет эффективность улавливания. Циклоны подобного типа применяют для предварительной очистки газа,
атакже для очистки от крупных частиц.
Внастоящее время существует множество методик аналитического расчета циклонов, расчеты по которым дают приближенные результаты. Наиболее достоверным является метод, в основу которого положены экспериментальные исследования различного типа циклонов. Данный метод имеет высокую степень точности расчета и достаточно прост для использования его в инженерной практике.
Исходными данными для расчета циклона являются условия работы и его тип, а также:
V0 – расход газа при нормальных условиях, м3/ч;
ρ0 – плотность газа, кг/м3;
t – температура газа, °С;
Рбар – барометрическое давление, кПа; Рц – давление или разряжение газа в циклоне, кПа; Z – исходная концентрация пыли, г/м3;
ρп – плотность пыли, кг/м3.
Подробная методика расчета изложена в [1, 9].
Для очистки больших объёмов газа применяют вихревые золоуловители.
Один из них приведен на рисунке 33.
42
Рис. 33. Батарейный циклон: 1 – подвод запыленного газа; 2 – отвод очищенного газа; 3 – циклоны; 4 – опорный пояс; 5 – корпус циклона; 6 – бункер сбора твердых частиц (золы)
Золоуловитель конструктивно выполнен таким образом, что подвод и отвод газа осуществляется с помощью общих коллекторов, а внутри газ распределяется между несколькими параллельно расположенными центробежными циклонами. Такая схема приводит к возможности очистки больших объемов газа без потери эффективности очистки и соблюдении энергетической и экономической эффективности установки.
43
Если пыль имеет хорошую смачиваемость, то для повышения эффективности применяют мокрые золоуловители. Пример такого золоуловителя приведен на рисунке 34.
Принцип его работы аналогичен принципу работы центробежного циклона, а для повышения эффективности очистки в верхнюю часть циклона подают воду, обеспечивая ее движение навстречу очищаемому газовому потоку.
Подачу воды обеспечивают путем распыла в объеме через форсунки или путем подачи через кольцевой канал по стенкам циклона. В ходе работы твердые частицы смачиваются водой и под действием силы тяжести попадают в бункер для сбора, а очищенный газ отводится через верхнюю часть.
Данные циклоны применяются при очистке от взрывоопасных газов или когда требуется снижение температуры газового потока. Эффективность мокрого золоуловителя существенно выше, чем у сухого, и составляет около 70 – 80 %.
Как видно из вышеизложенного, эффективность циклонов достаточно низкая. Следовательно, вентиляционный воздух и дымовые газы нуждаются в более глубокой очистке. Это может быть достигнуто с помощью специальных технологий и устройств, рассмотренных далее.
44
Рис. 34. Мокрые золоуловители: А – центробежный циклон: 1 – подвод загрязненного газа; 2 – корпус; 3 – подвод воды; 4 – бункер; 5 – гидрозатвор; 6 – отвод очищенного газа;
б– мокрый золоуловитель с трубой Вентури; 1 – подвод запыленного газа; 2 – отвод очищенного газа; 3 – подвод воды; 4 – труба Вентури; 5 – корпус; 6 – бункер; 7 – гидрозатвор
2.2. Электрофильтры
Электрическая очистка – один из наиболее совершенных видов очистки газов от частиц пыли и тумана. Процесс электрической очистки основан на ударной ионизации газа в
45
зоне коронирующего разряда, с последующей передачей заряда ионов частицам примесей и осаждения последних на осадительных и коронирующих электродах.
Загрязненные газы, поступающие в электрофильтры, всегда оказываются частично ионизированными за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и т.д.), что приводит к способности проводить ток, попадая в пространство между двумя электродами. Величина силы тока зависит от числа ионов и напряжения между электродами. С ростом напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов, и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.
Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора. В зазоре между коронирующим и осадительным электродами создается электрическое поле. Напряжение к электродам подается от выпрямителя.
Принципиальная схема электрофильтра приведена на рисунке 35.
46
Рис. 35. Принципиальная схема электрофильтра:
1 – коронирующий электрод; 2 – осадительный электрод; 3 – силовые линии электрического поля; 4 – выпрямитель
Коронирующий разряд возникает обычно при высоких напряжениях, достигающих 50 кВ и выше.
Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, приобретая электрический заряд, начинают движение в сторону электрода с противоположным знаком. Интенсивность зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории их движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего разряда. Время зарядки частиц составляет доли секунды.
Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия окружающего поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.
Под воздействием аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока, со скоростью близкой к скорости газа, которая для электрофильтров составляет
0,5-2 м/с.
Скорость движения при взаимодействии между электрическим полем и зарядом частицы зависит от размеров час-
47
тиц и напряженности электрического поля. С ростом напряженности и размеров частиц скорость увеличивается. Как правило величина скорости изменяется в пределах от 0,012 до
0,6 м/с.
Силы тяжести не оказывают существенного влияния на траекторию движения частиц пыли, поэтому в расчетах ими пренебрегают.
Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т.е. у коронирующих электронов и вызывает циркуляцию газов в межэлектродном пространстве со скоростью от 0,5 до 1,0 м/с. Поскольку отсутствует методика определения этой величины, учитывая ее незначительность расчетом также пренебрегают.
Под действием аэродинамических и электрических сил отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду. Положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде.
Большая доля частиц пыли получает заряд отрицательного знака поскольку объем внешней зоны коронного разряда больше объема внутренней. Это приводит к тому, что основная масса пыли оседает на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая – на отрицательном коронирующем электроде.
На процесс улавливания пыли существенное влияние оказывает её электрическое сопротивление. По величине электрического сопротивления пыль делят на:
1. пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (<104 Ом·см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;
48
2. пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом·см хорошо осаждаются на электроде и
легко удаляются с него при встряхивании; 3. пыли с удельным электрическим сопротивлени-
ем более 1010 Ом·см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.
Конструкция электрофильтра типа ЭГА приведена на рисунке 36.
Рис. 36. Трехпольный двухсекционный электрофильтр типа ЭГА: 1 –штуцер входа запыленного потока; 2 – штуцер выхода очищенного газа; 3 – газораспределительная решетка;
4 – клеммы подвода тока высокого напряжения;
5,6 – коронирующий и осадительные электроды; 7, 8 – механизмы встряхивания коронирующих и осадитель-
ных электродов; 9 – корпус; 10 – бункер; 11 – перегородка для уменьшения перетока газа;
12 – подъемная шахта; 13 – объемные газораспределительные элементы МЭИ; 14 – конфузорный отвод газов;
15 – смотровые люки
49