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

41

Согласно изложенному, для удержания на поверхности во­ ды хорошо смачиваемой частицы достаточно их точечного кон­ такта. Плохо смачиваемые частицы, включая все мелкие, будут уловлены в том случае, если глубина погружения в жидкость их центра превышает их радиус г {xjd>0,5), так как при этом можно ожидать захлопывания каверны за погрузившейся части­ цей. Как видно из графика на рис. 1.7, этому условию соответ­ ствуют значения Re>5. Из графика видно также, что для тор­ можения крупных частиц требуется большая толщина пленка воды. Например, смачиваемая частица (-&«л/2) размером 40 мкм, ударившись о поверхность воды со скоростью 18 м/с, что вполне реально для условий пылеулавливания, пройдет в воде до полной потери скорости путь, равный около 16 d. Пред­ ставим, что толшина слоя воды равна 0,3 мм, как это имеет место в центробежных скрубберах [30]. Пройдя через такой слой воды, частица ударится о поверхность металлической стен­ ки со скоростью 5,2 м/с. Пренебрегая потерями энергии части­ цы я,ри ударе ее о твердую стенку, получим, что она покидает поверхность воды со скоростью примерно 0,6 м/с. Вылетевшая из воды частица может быть подхвачена воздушным потоком и вынесена из пылеуловителя.

Проведенный анализ позволяет сделать некоторые важные выводы.

Всухих фильтрах общего - назначения II и III класса эф­ фективности могут надежно удерживаться пылевые частицы размером не более 4—5 мкм. Заполнять сухие фильтры пред­ почтительнее полимерными материалами, так как деформация поверхности этих материалов при ударе о них частиц улучшает условия контакта и адгезии.

Вфильтрах с поверхностями, смоченными маслами, могут надежно удерживаться хорошо смачиваемые частицы разме­ ром до 20—50 мкм и плохо смачиваемые частицы размером до

10 мкм.

Пленками воды в мокрых пылеуловителях надежно удержи­ ваются частицы, движение которых характеризуется значением Re>5. Частицы малых размеров и частицы, соударяющиеся с поверхностью пленки воды с малыми скоростями, погружаются

вводу на глубину менее величины г и, если они плохо смачи­ ваются водой, могут быть сорваны воздушными потоками. При

значении Re>1000 и толщине пленки воды менее 20 г возмо­ жен отскок частиц от твердой стенки, покрытой пленкой, и вто­ ричный выход частицы в воздушный поток.

Общие закономерности пылеулавливания в пористых слоях

Совокупность рассмотренных условий осаждения пылевых частицна элементах заполнения пористого слоя, а также осо­ бенности его выполнения и размещения, т. е. конструкция са-

42

мого фильтра, сообщают фильтру определенные качества, в пер­ вую очередь эффективность, пылеемкость и связанное с ней сопротивление. Зависимость между переменным сопротивле­ нием фильтра Н (Gy) и количеством уловленной в нем пыли Gy выражается уравнением

На логарифмической сетке эта зависимость, выявленная экспериментальным путем, представляется прямой линией, оп­ ределяемой угловым коэффициентом п и постоянной А, полу­ чаемой из условия Gy/E =\:

Н (Gy= Е)

А = , (1.54)

где H(Gy=E) — сопротивление фильтра, когда количество задержанной в нем пыли численно равно его эффективности.

Соответственно уравнение процесса пылеулавливания мож­ но написать в виде

Постоянный угловой коэффициент п может быть определен из условия Gy= 1:

lgН (Gy = Е) — IgH (Gy = 1)

п = fg£ (1.56)

и что для оценки качества фильтра можно пользоваться без­ размерным комплексом, связывающим эффективность, нылеемкость и сопротивление фильтра, т. е. критерием качества фильтра в виде

п lg Е

(1.57)

A\gH (Gy) '

где Alg Я (Gy) = lg H(Gy=E) — \g H(Gy).

Удобно выбирать Gy= E — AGy. В дальнейшем принимается

AGy—200 г.

При практических расчетах значение п можно определять по линеаризированным графикам как отношение отрезков

lg tf (Gy = E)

lgGy (H = HE)-\gGy (H= 1) *

43

Г ЛАВА II

ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО

ИРЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА

гКЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ФИЛЬТРОВ

Важнейшими показателями воздушных фильтров являются их эффективность и сопротивление. Эффективность фильтров зависит от дисперсности улавливаемой пыли. Ввиду того что на практике она меняется, правильнее говорить об усредненных показателях определенных групп или классов фильтров. Клас­ сификация фильтров по таким показателям приведена в табл. 11.1*.

ТАБЛИЦА И.1

Классификация воздушных фильтров по их эффективности

Характеристика воздушных фильтров, наиболее широко при­ меняемых в нашей стране, дана в табл. II.2.

Фильтры I класса, как правило, волокнистые, характеризу­ ются способностью улавливать частицы всех размеров, и доста­ точно надежно удерживать их на сухих поверхностях и в густом переплетении образующих фильтр тонких волокон.

В волокнистых фильтрах II класса с более толстыми волок­ нами, расположенными в слое не так часто, частицы мельче 1 мкм задерживаются неполно.- Более крупные частицы эффек­ тивно задерживаются в результате механического зацепления и инерции. Частицы крупные 4—5 мкм в сухих фильтрах этого класса могут удерживаться недостаточно надежно. В волокнис­ тых фильтрах II класса волокна не должны быть толще 8— 10 мкм. В электрических фильтрах II класса частицы задержи­ ваются под влиянием электрических сил.

В фильтрах III класса, заполняемых относительно толстыми

45

г/м*

*См. табл. 11.9.

**В процентах от массы масла в ванне.

'** В числителе дано сопротивление без противоуносиого фильтра, в знаменателе — сопротивление с учетом противоуносиого фильтра.

волокнами, проволокой и т. п., основным действующим факто­ ром является инерция, эффект которой определяется значения­ ми числа St>100. Ввиду большого размера пор и каналов, об­ разующихся в заполнении таких фильтров, условия удержания крупных частиц после их отскока здесь особенно неблагоприят­ ны, в связи с чем фильтры этого типа, как правило, смачивают. Как было показано в п.З главы I, минимальный размер частиц, улавливаемых отдельными элементами заполнения, может быть сравнительно мал, однако вследствие разреженности фильт­ рующей среды эффективность фильтров определяется усло­ виями удержания частиц, и в первую очередь плохо смачивае­ мых частиц, на смоченных поверхностях. Из этих соображений для фильтров III класса нижний предел размеров эффективно улавливаемых частиц принят приблизительно равным 10 мкм, з верхний — 50 мкм (см. табл. II.1).

К III классу относятся также некоторые сухие фильтры. Следует, однако, иметь в виду, что надежность этих фильтров значительно меньше, особенно при содержании в воздухе круп­ ных частиц, которые способствуют срыву осевших мелких, а так­ же при возможности толчков, вибраций и т. п.

Эффективность, пылеемкость и сопротивление фильтров, относящихся к одному и тому же классу, также могут несколь­ ко различаться, в связи с чем эти показатели получают путем лабораторных испытанийфильтров. Часто испытания проводят по методикам, дающим заведомо завышенные результаты, вследствие чего в литературе можно встретить данные, мало

ооответствующие действительной эксплуатационной эффектив­

ности фильтров.

В США применяют методику испытаний, согласно которой фильтры, соответствующие III классу по СНиП, испытывают на

ший интерес при решении практических задач [63, 114]. Инсти­ тут воздушных фильтров США проводит испытания фильтров II и III класса весовым методом на смёте дорожной пыли шта­ та Аризона с добавкой 25% сажи и 3% волокнистой ныли (см. рис. 1.1).

ВАнглии фильтры испытывают по стандартной методике (стандарт № 2831) на аэрозоле метиленовой синьки с части­ цами размером от 0,2 до 2 мкм путем оценки эффективности оп­ тическим методом либо на стандартной испытательной пыли с оценкой эффективности весовым методом.

ВФРГ принята методика испытаний фильтров, разработан

ная в Боннском пылетехническом институте. Испытания провс* дят с искусственным запылением воздуха «кварцевой мукой».

48

по своему составу аналогичной пылевидному кварцу КП-3 по ГОСТ 9077—59, применяемому в лаборатории ЦНИИПромзданий.

Все перечисленные методики, как правило, не предусматри­ вают ограничения предельной крупности пыли, поступающей в испытываемый фильтр, и ее дезагрегации; испытаниям могут подвергаться только очень небольшие образцы фильтрующих материалов.

В заключение следует отметить, что существуют методики испытаний фильтров I класса на тумане маслянистых жидкос­ тей с частицами размером около 0,3 мкм. Эти методики поз­ воляют точно оценить даже небольшие проскоки аэрозолей через плотнейшие фильтры.

С 1958 г. в лаборатории ЦНИИПромзданий применяется ве­ совая методика испытаний фильтров, основанная на использо­ вании атмосферного воздуха, естественное пылесодержание которого несколько увеличивается путем добавления небольшо­ го количества очень мелкодисперсной пыли, близкой по своим физико-химическим свойствам к атмосферной пыли [77]. Для запыления воздуха применяется пылевидный кварц КП-3 (см.

рис. 1.1).

равномерную подачу материала (на схеме не показан)1, подает­ ся к основанию цилиндрического классификатора диаметром 450 мм. Горловина классификатора образована двумя коакси­ альными трубками, причем внутренняя трубка сообщается

1 Для этой цели удобно применять генератор, разработанный в НИИОГазе С. С. Янковским и Н. Г. Булгаковой.

49

'также с бункером классификатора. Аэрозольный концентрат поступает в кольцевой зазор тангенциально и, вращаясь, пере­ ходит через плавное уширение в шахту классификатора.

Вращение потока позволяет разрушить пограничный слой у стенок шахты и выровнять поле скоростей в шахте, что облег­ чает классификацию частиц. В средней части потока в зависи­ мости от установившейся в нем скорости течения частицы либо поднимаются вверх, либо падают вниз. В первом случае части­ цы выходят из классификатора и отводятся в канал стенда. Верхний предел крупности этих частиц определяется скоростью потока и поэтому может регулироваться изменением объема подаваемого сжатого воздуха. Крупные частицы через горлови­ ну классификатора выпадают в бункер.

Падающие крупные частицы могут увлекать за собой некоторое число мелких частиц. Кроме того, большое количест­ во частиц разного размера может выпадать в бункер в момент выхода пылевого концентрата из кольцевой щели. Для предот­ вращения этого явления в горловине создается ток воздуха. В результате в бункер опускаются только те частицы, которые изза их большой массы не выносятся из верхней части классифи­

Поток концентрированной аэрозоли, выходящей из класси­ фикатора, разбавляют до концентрации 1+0,5 мг/м3. Входное отверстие канала стенда, оформленное в виде плавного кол­ лектора, располагают непосредственно над выходным отверс­ тием классификатора.

Перемешивание аэрозоли удалось ускорить, введя в возду­ ховод небольшое полотнище, укрепленное в виде флага на стержне, расположенном поперек канала. Энергичные встря­ хивания полотнища существенно турбулизируют поток за счет диссипации энергии флага его свободным концом [105]*.

Эффективность фильтра устанавливают сравнением кон­ центрации пыли в воздухе до и после его очистки. Концентра­ ция определяется по пробам, которые отбирают из каналов до

ипосле фильтра с помощью пылезаборных трубок (рис. II.2).

Внасадок пылезаборной трубки закладывается аналитический фильтр типа АФА, что предотвращает потери пыли, имеющие место в трубках с внешней фильтрацией. Небольшая масса вкладного фильтра (^ 4 0 —60 мг) позволяет более точно опре­

делять небольшие привесы, получаемые при отборе проб.

* Энергия встряхивания так велика, что ее оказалось возможным ис­ пользовать для аэродинамического обеспыливания спецодежды 480].

.50