книги из ГПНТБ / Пирумов, А. И. Обеспыливание воздуха

ЦИП. Для пылеуловителей от ИП-1 по ИП-7 включительно при­ меняются циклоны с соответствующими обозначениями — ог ЦИП-1 по ЦИП-7. Пылеуловитель ИП-8 агрегируется с двумя циклонами ЦИП-6, а пылеуловитель ИП-9 — с двумя циклонами ЦИП-7. Коэффициент местного сопротивления циклонов, отне­ сенный к скорости воздуха во входном патрубке, равен 3,6. По данным Е. В. Рекка, эффективность пылеуловителей при искус­ ственном запылении воздуха цементом составляет 92%.

С течением времени практика показала, что, будучи по эф­ фективности равноценны циклонам, жалюзийные пылеуловители несколько уступают им по надежности. В связи с этим примене­ ние пылеуловителей типа ИП в аспирационных системах сокра­ тилось.

В последние годы в связи с широким освоением пустынных и полупустынных районов, характеризующихся высокой запылен­ ностью воздуха во время пыльных бурь, а также в связи с созда­ нием мощных строительных машин, вызывающих сильное пылеобразование при рыхлении и погрузке грунтов, возникла потреб­ ность в простых и прочных пылеотделителях для защиты обору­ дования от крупнодисперсной пыли. В отличие от пылеуловите­ ле!! в этих аппаратах улавливания отделенной пыли не произ­ водится. При необходимости их объединяют с уловителями, на­

пример, циклонного типа.

Жалюзийные решетки по своим компоновочным и другим особенностям оказались очень удобными для применения в ка­ честве пылеотделителей, в связи с чем они начали вновь полу­ чать распространение. Не исключается применение таких реше­ ток также для предварительной очистки воздуха в вентиляцион­ ных системах. Один из случаев применения жалюзийной решет­

12!

ки для очистки воздуха, потребляемого компрессорной установ­ кой, описан в главе IV.

Жалюзийные пылеотделители Даст Лавр фирмы «ААФ». Пы-

леотделитель Даст Лавр представляет собой клиновидную конст­ рукцию, образованную двумя плоскими жалюзийными решетка­ ми (рис. ШЛ5). Для повышения жесткости внутреннее простран­ ство разделено плоскими перегородками. К вершине клина под­ соединен воздуховод для отсоса пылевого концентрата. Фирма рекомендует отсасывать с пылью 10% воздуха.

Пылеотделители предлагается применять для очистки за­ грязненного атмосферного воздуха при пыльных бурях в степях запада и юго-запада США, Аравии и Сахары, а также воздуха, забираемого на запыленных территориях, промышленных предприятий. 'Пылеотде­ лители Даст Лавр устанавливаются на компрессорных установках в пустынных районах в качестве первой ступени очи­ стки перед воздушными фильтрами и при

Жалюзийные пылеотделители Дина — ФЭН. Фирма «Фэрр» (США) выпускает жалюзийные пылеотделители, предназна­ ченные для очистки воздуха, подаваемого л кабины локомотивов и потребляемого их двигателями.

При испытаниях этих пылеотделителей на воздухе, запыленном стандартной пылью США «Аризона-крупная» и «Ари-

зона-мелкая» (см. рис. 1.1), эффективность их составляла соот­ ветственно 95 и 80%. Начальная концентрация пыли 84 мг/м3,. объем отсасываемого концентрата примерно 10%. Скорость по­ тока запыленного воздуха 11 м/с. Сопротивление пылеоотделителя в этих условиях 50 кгс/м2 [35].

5.ПРОТИВОТОЧНЫЕ ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Впротивоточных пылеуловителях воздушный поток движет­ ся в направлении, противоположном направлению действия инер­ ционных сил, и частицы пыли приобретают отрицательное уско­

рение, т. е. тормозятся.

На рис. ШЛ6 представлена принципиальная схема противоточного пылеуловителя типа ЦРП [89]. Вентиляторное колесо,, развивающее большее разрежение, просасывает запыленный воз­ дух через второе колесо в направлении, противоположном есте­ ственному течению воздуха в рабочих колесах вентиляторов,, а именно — от периферии к центру.

122

Как известно, распределение скоростей по поперечному сече­ нию каналов центробежных машин отличается неравномерно­ стью, связанной с действием кориолисовых сил и вторичной цир­ куляцией. Очевидно, что неравномерное распределение скоростей имеет место и в каналах радиального пылеотделителя. Вследст­ вие этого значительная часть лылевых частиц увлекается воз­ душным потоком, преодолевающим действие инерционных сил и попадает в очищенный воздух.

На реальную эффективность пылеуловителей ЦРП, кроме то­ го, оказывают влияние неблагоприятные условия осаждения от­ делившейся пыли в бункере аппарата.

Аналогичный лротивоточный пылеотделитель В. С. Грищенко представляет собой барабан, собранный с небольшими зазорами из кольцевых дисков, насаженных на вал вентилятора. Торцовой диск делается глухим. Воздух, засасываемый вентилятором, мо­ жет пройти во всасывающее отверстие только через зазоры меж­ ду дисками, где закручивается и очищается от пылиЧем мень­ ше зазор между дисками, тем больше скорость закручивания, и, следовательно, центробежные силы и эффективность пылеотделения. В то же время с уменьшением зазоров возрастает расход энергии как на преодоление сопротивления трения, так и на соз­ дание скорости закручивания.

На рис. III. 17 представлен аналогичный пылеуловитель фир­ мы «Холмс—Джаффер» [66]. Запыленный воздух просасывается с помощью вентилятора через вращающийся барабан, снабжен-

123

иый продольными лопатками. Отделяющаяся при этом пыль ска­ пливается в бункере.

Существенным недостатком противоточных пылеотделителей является большой расход энергии. Эти аппараты представляют собой центробежный нагнетатель. Полный напор очищаемого га­ за при прохождении через пылеотделитель уменьшается на ве­ личину напора, создаваемого самим пылеотделителем.

Противоточные пылеуловители не получили широкого распро­ странения, однако в .последние годы большую популярность при­ обрели приборы БАКО для анализа дисперсного состава пыли, построенные по принципу противоточных пылеотделителей.

6. РОТАЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ СО СТЕРТЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ

Примером таких пылеуловителей служит пылеуловитель Вер­ текс, представляющий собой вращающуюся газовую центрифугу непрерывного действия. Аппарат выполняется в виде нескольких концентрически установленных барабанов длиной около 3 м, вра­ щающихся вокруг общей оси. Диаметр наружного барабана ра­ вен 2 м. Запыленный воздух подводится по касательной к распре­ делительной камере, закручивается в ней и, вращаясь, проходит в кольцевые полости, образуемые барабанами. Движение стенок барабанов поддерживает вращение воздуха, а возникающее тре­ ние уравнивает скорость его вращения со скоростью барабана. Под влиянием центробежных сил пылевые частипы осаждаются на внутренних поверхностях барабанов. При этом мелкие части­ цы комкующейся пыли могут налипать на них.

Пылеуловители Вертекс устанавливаются параллельно в ко­ личестве не менее двух агрегатов и работают .попеременно.

Можно полагать, что высокая эффективность пылеуловите­ лей Вертекс в значительной мере обусловлена отсутствием или незначительным выражением пограничного слоя. В пылеулови­ телях Вертекс тангенциальные составляющие скорости воздуха мало отличаются от скоростей движения стенок барабанов. Вследствие этого частицы, осевшие на их поверхности, не отры­ ваются, а остаются прижатыми или налипшими к ним. В пыле­ уловителях Микроплекс в отличие от описанного пылеуловителя вращаются плоские верхнее и нижнее днища. Для предотвра­ щения торможения воздуха у днища и возникновения циркуля­ ционных течений скорость вращения днища должна быть равна тангенциальной составляющей скорости потока воздуха.

7. ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Общие принципы устройства вентиляторных пылеуловителей

Движение запыленного воздуха в рабочем колесе вентилято­ ра и его направляющем аппарате происходит в условиях, благо­ приятствующих сепарации пылевых частиц. Идея использования

124

центробежных вентиляторов в качестве своего рода обогатитель­ ных аппаратов для попутного выделения из перемещаемого ими воздуха пылевого концентрата осуществлена в ряде пылеотделителей. Неоспоримым преимуществом этих аппаратов является их компактность.

В наиболее простых конструкциях пылеуловителей этой груп­ пы выделение пыли из воздушного потока происходит в кожухе вентилятора. Значительно больший интерес представляют венти­ ляторные пылеуловители, в которых используются инерционные процессы, происходящие в каналах лопаточных рабочих колес центробежных вентиляторов.

Известно, что лопатки центробежных вентиляторов, переме­ щающих газы, содержащие твердые частицы, подвержены силь­ ному износу. При мелкодисперсных аэрозолях, способных к на­ липанию, на поверхностях лопаток образуются корки. Так, при перекачке коксового газа на коксохимических заводах наблюда­ лось выпадение из него смолы, скапливающейся в кожухе эксга­ устеров, что сильно затрудняло их эксплуатацию [II].

При вращении рабочего колеса воздух, находящийся в прост­ ранстве между лопатками, закручивается, а затем вытекает из рабочего колеса в кожух и далее в атмосферу; на его место че­ рез всасывающее отверстие вентилятора поступают новые объе­ мы воздуха — вентилятор «подает» воздух. Закручивание возду­ ха происходит в результате прео­ доления его давления на поверх­ ность лопаток и определяется в основном кориолисовыми силами инерции [84]. При этом воздух приобретает скорость, которая может быть разложена на две со­ ставляющие: переносную ско­ рость вращения, равную скорости вращения рабочего колеса со, и относительную скорость протека­

ния воздуха в рабочем колесе w Рис. III.18. Схема движения пы­

(рис. III.18). Если в перемещаю­ левой частицы в межлопаточном

щемся таким образом воздухе пространстве рабочего колеса

содержатся пылевые частицы, то центробежного вентилятора они вовлекаются в это движение,

причем прямолинейность движения частицы, входящей в меж­ лопаточный канал, нарушается аэродинамической силой, при­ ложенной к ней со стороны потока, уже получившего враща­ тельное движение. Так как инерция пылевых частиц значитель­ но больше инерции воздуха, скорость вращения частиц несколько меньше скорости воздуха. Отставание частиц от потока в его вращательном движении приводит к тому, что они как бы отжи­ маются к набегающей поверхности лопатки.

Сепарация пылевых частиц из потока всегда происходит при

125

перемещении вентилятором запыленного воздуха. Эффектив­ ность сепарации определяется размером наименьших частиц, ус­ певающих достичь поверхности лопатки при самых неблагопри­ ятных условиях их входа в межлопаточный канал. Более круп­ ные частицы отделяются полностью, менее крупные— только ча­ стично, пропорционально их размеру и плотности.

Движение частицы в криволинейном канале, образуемом ло­ патками колеса, в случае, когда оно не вращается, определяется уравнением (1Л6).

Представим теперь, что колесо начало вращаться с окружной скоростью u=o)KRK, где юк— угловая скорость вращения рабо­ чего колеса; RK— расстояние от центра вращения колеса до про­ извольной точки в плоскости вращения. Очевидно, что рассмат­ риваемая частица будет вращаться со скоростью, незначительно отличающейся от и. Примем для упрощения, что эти скорости равны. При этом условии инерция частицывозрастаетна величи­ ну равнодействующей центробежной и кориолисовой сил, свя­ занных е вращением колеса. Сохраняя для изменившейся скоро­ сти потока обозначение w, примем, что скорость vc достигается частицей мгновенно и сохраняется постоянной все короткое вре­ мя ее движения. Опустим также член уравнения (1.16), отража­ ющий влияние кориолисовой силы, связанной с движением час­ тицы относительно лопаток колеса, значительно меньший, чем член, отражающий вращение колеса. Тогда относительное дви­ жение частицы в межлопаточном канале определяется уравне­ нием

Обозначим абсолютную скорость воздушного потока в кана- -ле через c=w -)-u. Скорость частицы в тех же условиях вследст­ вие ее большей плотности будет равна: са—w -)-u+vc.

В системе координат, вращающейся вместе с колесом, отно­ сительная скорость частицы приближенно равна v = w + v c или в координатной форме с учетом уравнения (III.13)

Исследования показали, что криволинейный диффузор, обра­ зуемый лопатками колеса, не заполняется полностью воздуш­ ным потоком; активное сечение потока при работе колеса на оп­ тимальном режиме остается более или менее постоянным [84].

В вентиляторах с прямыми радиальными лопатками, кроме того, является постоянной величиной угол а (см. рис. III.18) и из уравнений (III.14) легко получить траектории пылевых частиц. Практически лопатки профилируются по различным кривым. Ре­

126

шение уравнений в этом случае может быть достигнуто путем не­ которых упрощений.

Зависимость между минимальным размером частиц, полно­ стью осаждающихся из потока на поверхностях лопаток, и гео­ метрическими и кинематическими параметрами рабочего колеса вентилятора была получена в виде [73]

\°лоп /

Если в уравнении (III.15) значения z меняются в интервале O^zssTzo, то оно выражает собой зависимость т = /(z ) или при соответствующем изменении масштаба т= f( z /z Q).

В момент входа в межлопаточный канал частицы распределе­ ны по сечению .потока равномерно. Вследствие этого отношение z/z0 определяет долю частиц любого размера, содержащуюся в части потока, ширина которого определяется углом г. Поэтому, если указанную зависимость решить относительно z/zo, то полу­

[74].

При движении осевших твердых пылевых частиц по поверх­ ности лопаток последние изнашиваютсяИз этого следует, что при прочих равных условиях небольшие вентиляторы изнашива­ ются скорее, чем большие. Этот вывод подтверждается практи­ кой.

Из уравнения (III.15) следует также, что, уменьшая число ло­ паток-, теоретически можно получить колесо такой конструкции, в котором вообще не будет происходить осаждение частиц. Таким образом, 'подтверждается давно установленная практикой целе­ сообразность применения в аспирационных системах колес с не­ большим числом лопаток.

Представляет интерес также исследование влияния радиаль­ ной протяженности лопаток на эффективность сепарации. Диф­ ференциальные уравнения движения частиц при радиальных ло­ патках имеют вид

Уравнение траектории пограничной частицы представляет со­ бой прямую, а уравнение эффективности имеет вид

_____________w R i sin г _________

(III. 16)

2 со ш (R2— Ri cos z) — со2 Ri R 2 sin z

Из этого уравнения видно, что с увеличением длины лопаток количество осаждающейся пыли возрастает. Отсюда следует, что

127

центробежные вентиляторы высокого давления с протяженным»' лопатками больше подвержены износу, чем вентиляторы низкого давления, имеющие короткие лопатки.

Для плоских наклонных лопаток (г0=Ф ) уравнение эффек­

в сторону вращения колеса, тем выше эффективность осаждения. Исследования, кроме того, показывают, что при цилиндричес­ ких круто загнутых вперед лопатках эффективность осаждения и износ значительно больше, чем при плоских лопатках, особенно радиальных. В самом деле, разрушение криволинейных лопаток,

вособенности их выходных кромок,— явление, хорошо известное

впрактике эксплуатации дымососов.

Очень велико влияние направления отгиба лопаток. При ло­ патках, отогнутых назад, направления действия кориолисовых и центробежных сил относительного движения не совпадают. В ре­ зультате этого уменьшается сила, под влиянием которой частица приближается к набегающей поверхности лопатки. Таким обра­ зом, колеса с лопатками, загнутыми назад, являются оптималь­ ными в отношении абразивного износа.

В обычных центробежных вентиляторах пыль, отделившаяся на лопатках, в дальнейшем вновь диспергируется в потоке. Как будет показано далее, соответствующим устройством колеса и кожуха вентилятора можно добиться отделения этой пыли от по­ тока. При пыли, не обладающей высокой абразивностью, дости­ гаемый при этом эффект компенсирует небольшой износ лопаток.

Простейшие вентиляторные пылеуловители

Аппараты, описываемые в этом разделе, только в редких слу­ чаях могут сравниться по эффективности с циклонами, однако простота очистных установок, которая достигается при их при­ менении, вынуждает иногда обращаться к ним.

Общим признаком простейших вентиляторов-пылеотделите- лей является использование инерционных сил, возникающих в результате воздействия на поток неподвижных элементов вен­ тилятора-

На рис. III.19 показан пылеуловитель Турбокаптер фирмы «Прат-Даниель» (Франция). По своему устройству этот пыле­ уловитель мало отличается от циклона. Отделение пыли здесь происходит под влиянием центробежных сил, вызванных искривлением траектории воздуха, следующего профилю спиралевид­ ного кожуха 1, на торцевых стенках которого она сепарируется. Выделившиеся таким образом твердые частицы вместе с обога­ щенным ими слоем воздуха направляются шибером 2 в неболь­ шой циклон 3, где и происходит их окончательное осаждение.

128