2. Аналіз недоліків конструкцій прямотечійних циклонів

Порівняльний аналіз конструкції сучасних високоефективних прямотечійних циклонів та попередніх конструкцій прямотечійних апаратів показав, що всі відомі до цього часу прямотечій ні відцентрові пиловловлювачі мають далеко не ідеальний аеродинамічний режим потоку газу всередині корпусу.

Останнє пояснюється відсутністю у них бункера, як у звичайних протитечійних циклонах і використання в якості накопичувача вловленого пилу нижньої частини корпусу.

Що стосується протитечійних циклонів, які на сьогодні вивчені дуже добре, то відомо, що бункер є необхідною і невід’ємною частиною циклону, в якій продовжується процес сепарації пилу де завихрений потік змінює свій напрям і втрачає швидкість, внаслідок чого відбувається випадіння твердих частинок з газового потоку. [2] Тобто, бункер бере участь в аеродинаміці циклонного процесу, а тому використання протитечійних циклонів без бункера або із зменшеним проти рекомендованих розмірів бункера призводить до погіршення ефективності апаратів.

Окрім відсутності бункера, низьку ефективність багатьох прямотечійних циклонів можна пояснити і виведенням вихлопної труби через бічну стінку нижньої частини корпусу, що також суттєво порушує аеродинаміку газопилового потоку в апараті (наприклад, циклон ЦКТИ). Вихлопна труба тут створює перешкоду на шляху руху закрученого потоку в кільцевому перерізі між корпусом і вихлопною трубою. При зустрічі потоку з цією перешкодою утворюються завихрення,ьякі порушують аеродинаміку і в сепараційній частині корпусу апарату. В результаті суттєво зменшується ефективність циклону і зростає його гідравлічний опір.

Таким чином загальні конструктивні недоліки прямотечійних циклонів були причиною їх недооцінки і використання як першої стадії для грубої очистки газів.

1. Дубинін а.І., Прямотечійний циклон з коаксіальною вставкою. Аналіз роботи. [Текст] / а.І. Дубинін, я.М. Ханик, в.В. Майструк, р.І. Гаврилів // Хімічна промис-ловість України, 2005, №3. – с.26 – 28.

2. Асламова в.С. Прямоточные циклоны. Теория расчет, практика [Текст]/ в.С. Асламова - Ангарск: Ангарская государственная техническая академия, 2008.-233 с.

Аналіз ыснуюючих конструкцій выдцентрово- інерцыйних пиловловлювачів сухого типу.

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їхнього складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах. В осаджувальних камерах очищають гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм і більше. Ефективнішою є осаджувальна камера Говарда в якій газовий потік розбивається горизонтальними пластинами на окремі секції. Незважаючи на незначний аеродинамічний опір і невисоку вартість, ці апарати застосовують рідко через труднощі їх очищення. З них відхідні гази направляють в інші, ефективніші апарати для подальшого очищення.

Значно поширеніші циклонні сепаратори. У них запилений газ, обертаючись по спіралі, відкидає часточки пилу на стінки апарата, звідки вони потрапляють у пилоосаджувальну камеру. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менш як 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78-86% для пилу розміром 30-40 мкм. Основний недолік циклонів - значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або зносостійкими сплавами, що здорожує конструкцію апарата. Циклони використовують для очищення запилених газів і повітря з великими часточками в різних галузях промисловості.

У фільтрах газовий потік проходить крізь пористий матеріал різної щільності й товщини. Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у фільтрах, заповнених коксом, піском, гравієм, насадкою різної природи й форми. Для очищення від тонкодисперсного пилу використовують фільтрувальний матеріал типу паперу, повсті або тканини різної щільності. Папір використовують для очищення атмосферного повітря або газів з низьким вмістом пилу. В промислових умовах застосовують тканини або рукавні фільтри. Вони мають форму барабана, тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно. Їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Останнім часом як фільтрувальні тканини широко використовують синтетичні матеріали та скловолокно, що можуть витримувати температуру 150-250 °С, вони хімічно і механічно стійкіші і менш вологоємні порівняно з шерстю та бавовною. Останні дають змогу очищати гази з температурою не вище за 100 °С. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока ефективність очищення, яка досягає 99% для всіх розмірів часточок. Для тонкого очищення застосовують керамічні фільтри, фільтри з пластмас або скла. Ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99%, а температура очищуваного газу - 500 °С.

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри. Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки.

Для підвищення ефективності роботи електроди інколи змочують водою. Такі електрофільтри називають мокрими. У мокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею. Найпростішою конструкцією є промивна башта, заповнена кільцями Рашіга, скловолокном або іншими матеріалами. До апаратів такого типу належать скрубери та труби Вентурі. Часто для видалення шламів, що утворюються, труби Вентурі доповнюють циклонами. Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору, а поглинальна рідина (частіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману [12].

У барботажних апаратах запилений газ пропускають крізь рідину (воду). Їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з часточками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду добавляють ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97-99%.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію.

В апаратах інерційного пиловловлювання різко змінюється напрямок потоку. Часточки пилу за інерцією вдаряються об поверхню, осаджуються і через розвантажувальний пристрій видаляються з апарата. Усередині апаратів розміщені пластини або кільця, об які вдаряється газ. Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Ультразвукові апарати використовують для підвищення ефективності роботи циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук сприяє адгезії і закріпленню часточок пилу. Ці апарати ефективні у разі високої концентрації пилу в очищуваному газі. Для збільшення ефективності роботи апарата його зрошують водою. Такі апарати в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот тощо.

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція. Абсорбція - це процес хімічного осадження або звязування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення - кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк. Ефективність очищення становить 90-95%. Шлами після очищення можуть використовуватись для подальшого перероблення й отримання продуктів. Недоліком цих апаратів є ускладнення процесу видалення шламів у разі утворення важкорозчинних речовин.

Постановка проблеми. Зменшення забруднення атмосферного повітря, яке є основним середовищем життєдіяльності людини, відходами її господарської діяльності є однією з найважливіших проблем безпечного існування людського суспільства, нехтування якою може привести до незворотних наслідків, викликати екологічні зсуви і катастрофи.

І хоч за обсягом забруднення повітряного басейну Землі домішками антропогенного походження поки що менші від забруднень природними процесами ( виверження вулканів, лісові пожежі, піщані бурі, вивітрювання, ерозія і т. ін. ), однак їх об’єм постійно зростає.

Призупинити цей процес, знайти оптимальне вирішення питання про співвідношення між задоволенням людини матеріальними благами і збереженням чистого природного середовища можна лише спільними діями всіх країн, незалежно від рівня їх промислового розвитку.

Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua 175

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Аналіз останніх досліджень і публікацій свідчить, що розробка нового і вдосконалення існуючого пилоочисного обладнання проводиться різними шляхами, одним із яких є створення пиловловлювачів, що поєднують принципи дії декількох різних за принципом дії апаратів. Таке рішення дозволяє не тільки підвищити ефективність очищення, але часто сприяє зниженню гідравлічного опору, що знижує вартість очищення, і скороченню виробничих площ, які займає очисне обладнання.

Доволі успішним рішенням в цьому напрямку є створення пиловловлювачів, у яких поєднані принципи дії відцентрових і жалюзійних апаратів [1–3]. Експериментальні і теоретичні дослідження таких пиловловлювачів [4–6], результати експлуатації їх у конкретних умовах виробництв є переконливим свідченням доцільності створення таких апаратів і основою для вдосконалення таким чином інших видів пиловловлювачів.

Постановка завдання. Хоч у створених відцентрово-інерційних пиловловлювачах з жалюзійним відводом повітря вдалось значною мірою усунути найхарактерніший недолік циклонів – підсмоктування і винесення частинок пилу потоком очищеного газу, який піднімається і виходить через вихлопну трубу, але їх ефективність, як і ефективність циклонів, зменшується із збільшенням діаметра апарата.

При застосуванні циклонів для очищення значних об’ємів газів без зниження ступеня пиловловлювання встановлюють групу циклонів порівняно невеликого діаметра, бажано не більше 1м. Однак кількість циклонів у групі обмежується конструктивними міркуваннями; тим самим обмежується і продуктивність установки.

Саме це стало передумовою розробки конструкції циклонів, які при незначному діаметрі, тобто придатних для достатньо повного вловлювання дрібних фракцій пилу, могли бути просто об’єднані в батареї більшої продуктивності, ніж групи циклонів.

Такі апарати, що одержали назву циклонних елементів батарейних циклонів, з діаметром циліндричної частини корпусу від 40 до 250 мм почали застосовуватись в техніці пиловловлювання до початку Другої світової війни.

За рахунок осьового вводу запиленого потоку в циклонні елементи, де вони закручуються направляючими елементами у вигляді гвинта або розетки, розміри батарейного циклона (в плані) менші, ніж групи циклонів такої самої продуктивності.

Іншою перевагою батарейних циклонів є те, що їхні циклонні елементи простіші за конструкцією, ніж звичайні циклони. Їх можна відливати з чавуну, що дозволяє застосовувати їх для вловлювання абразивного пилу.

Ефективність очищення батарейних циклонів на рівні ефективності найкращих одиночних циклонів при приблизно однаковому гідравлічному опорові. Однак їх висота порівняно з висотою одиночних циклонів однакової продуктивності набагато (приблизно втричі) менша.

Створення батарейного циклона, в якому замість звичайних циклонних елементів використовуються елементи з жалюзійними решітками, аналогічними тим, що застосовуються у від- центрово-інерційних пиловловлювачах з жалюзійним відводом повітря [7], продиктоване, в першу чергу, прагненням усунути основний недолік цих апаратів – зменшення ефективності пиловлов-лювання із збільшенням діаметра. З іншого боку, таке рішення повинно усунути і основні недоліки циклонів – турбулізацію повітряного потоку при зміні напряму його руху і винесення ним частини уже виділеного пилу, особливо найдрібніших фракцій, з нижньої частини апарата, утворення зон розрідження біля горловини вихлопної труби і попадання туди частинок пилу, що рухаються біля корпусу апарата і які також виносяться потоком очищеного повітря, яке входить у вихлопну трубу, що знижує ефективність очищення. Для визначення показників роботи створеного батарейного циклона з жалюзійними елементами, оцінки досконалості його конструкції і порівняння з аналогічними показниками інших пиловловлювачів проведені стендові експериментальні дослідження за загальноприйнятою для такого класу пилоочисного обладнання методикою [8].

Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua 176

1. А. с. 379289 СССР. Центробежно-инерционный пылеуловитель / А.И. Чернявский, В.А. Сорока, Г.А. Аксельруд. – Опубл. 20.04.73, Бюл. № 20. – 2 с.

2. А. с. 598623 СССР. Центробежно-

Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua 178

инерционный пылеотделитель / А.И. Чернявский, В.А. Батлук, В.П. Куц. – Опубл. 25.03.78, Бюл. № 11. – 2 с.

3. Пат. 23900А Україна. Жалюзійно-вихровий пиловловлювач / В.П. Куц, В.Б. Каспрук, М.І. Плескун. – Опубл. 30.03.98 // Промислова власність. – №4. – 2 с.

4. Батлук В.Н. Исследование процесса пылеулавливания с помощью жалюзийного инерционного пылеуловителя нового типа: Дис. …канд. техн. наук. – Львов, 1973. – 143 с. – Машинопис.

5. Куц В.П. Повышение эффективности пылеулавливания в центробежно-инерционных пылеотделителях с жалюзийным отводом воздуха: Дис. …канд. техн. наук. – Львов, 1986. – 221 с. – Машинопис.

6. Каспрук В.Б. Підвищення ефективності пиловловлювання в апаратах із зустрічними закрученими потоками: Дис. …канд. техн. наук. – Тернопіль, 1998. – 160 с. – Машинопис.

7. Пат. 59139А Україна. Батарейний циклон з жалюзійними елементами / В.П. Куц, Я.Д. Ярош, О.М. Марціяш. – Опубл. 15.08.03, Бюл. № 8. – 2 с.

8. Коузов П.А., Иофинов Г.А. Единая методика сравнительных испытаний пылеуловителей для очистки вентиляционного воздуха. – Л.: ВНИИОТ, 1967. – 103 с. 9. Ярош Я.Д. Підвищення ефективності пиловловлювання батарейних циклонів за рахунок застосування елементів з жалюзійними решітками: Дис. …канд. техн. наук. – Тернопіль, 2003. – 160 с. – Машинопис.