14.3. Вихрові пиловловлювачі

Вихрові пиловловлювачі з’явилися в промисловості в 50-х роках, але вони встигли набути значного поширення. У вихровому пиловловлювачі, як і в циклоні, сепарація пилу заснована на використанні відцентрових сил. Основною їх відмінністю від циклонів є наявність допоміжного завихрюючого газового потоку.

Застосовують два види вихрових пиловловлювачів: соплові (рис. 14.13, а) і лопаточні (рис. 14.13, б).

У апараті того і іншого типу запилений газ поступає в камеру через вхідний патрубок із завихорювачем типу “розетка” і обтічником. У кільцевому просторі між корпусом апарату і вхідним патрубком розташована підпірна шайба, яка забезпечує безповоротний спуск пилу в бункер.

Рис. 14.13. Вихрові пиловловлювачі соплового (а) і лопаточного (б) типів: 1 – камера; 2 – лопаточний завихрювач; 3 – підпірна шайба; 4 – сопла; 5 – кільцевий лопаточний завихрювач.

У вихровому апараті соплового типу (рис. 14.13, а) запилений потік закручується лопаточним завихрювачем і рухається вгору, піддававшись при цьому дії витікаючих з тангенціально розташованих сопел струменів вторинного газового потоку. Під дією відцентрових сил зважені в потоці частинки відкидаються до периферії, а звідти – в створюваний струменями вихровий потік вторинного газу, що направляє їх вниз в кільцевий міжтрубний простір. Обтічник направляє потік газу до периферії. Пилові частинки за рахунок дії відцентрових сил переміщаються з центральної частини потоку до периферії.

Далі процес в апаратах двох видів дещо відрізняється. У сопловому апараті на запилений потік впливають струмені вторинного повітря (газу), що виходять з сопел, розташованих тангенціально. Потік переходить в обертальний рух.

Відкинуті під дією відцентрових сил до стінок апарату пилові частинки захоплюються спіральним потоком вторинного повітря (газу) і разом з ним рухаються вниз в бункер. Тут частинки пилу виділяються з потоку, а очищене повітря (газ) знову поступає на очищення.

Сопла для подачі вторинного повітря потрібно розташувати по низхідній спіралі. Оптимальною є установка 8 сопел діаметром 11 мм двома спіральними рядами під кутом нахилу 30°. Як оптимальне рекомендується встановлення лопаток завихрювача під кутом 30°...40° при відношенні діаметру завихрювача до діаметру апарату, рівному 0,8...0,9.

Вихровий пиловловлювач лопаточного типу (рис. 14.13, б) відрізняється тим, що вторинний потік вводиться у верхній частині апарату через завихрювач. У апараті лопаточного типу вторинне повітря, відібране з периферії очищеного потоку, подається кільцевим направляючим апаратом з похилими лопатками. За основними показниками апарати лопаточного типу виявилися ефективнішими: при однаковому діаметрі камери – 200 мм і продуктивності 330 м/год гідравлічний опір соплового апарату склав 3,7∙10³ Па, ефективність 96,5%, а лопатки – відповідно 2,8∙10³ Па і 98% (при вловлюванні особливо дрібнодисперсного пилу).

Застосовують наступні способи підведення до вихрового пиловловлювача повітря, необхідного для закручування потоку, що знепилюється: з навколишнього середовища, з очищеного потоку, із запиленого потоку. Перший варіант доцільний, якщо очищенню піддається гарячий газ, який необхідно охолодити. Застосовуючи другий варіант, можна дещо підвищити ефективність очищення, оскільки для використання в якості вторинного повітря відбирають периферійну частину потоку очищеного повітря з найбільшим вмістом залишкового пилу. Третій варіант найбільш економічний: продуктивність установки підвищується на 40...65% із збереженням ефективності очищення.

Продуктивність вихрового пиловловлювача по газу можна змінювати в межах від 0,5 до 1,15 по відношенню до номінальної. Це пояснюється вирішальним впливом на ефективність очищення параметрів вторинного потоку, при збереженні яких залишається незмінною окружна швидкість закручування потоку запилених газів і відповідно відцентрова сила, що діє на частинки пилу.

Вихровий пиловловлювач може застосовуватися для очищення вентиляційних і технологічних викидів від дрібнодисперсного пилу в хімічній, нафтохімічній, харчовій, гірничорудній і інших галузях промисловості. У вихрових пиловловлювачах досягається досить висока для апаратів, заснованих на використанні відцентрових сил, ефективність очищення – 98...99% і вище. На ефективність очищення робить незначний вплив зміна навантаження (у межах від 50 до 115%) і вмісту пилу в повітрі (газі), що очищається, – від 1 до 500 г/м³. Апарат може застосовуватися для очищення газів з температурою до 700°С. У вихровому пиловловлювачі не спостерігається зносу внутрішніх стінок апарату, що пов’язане з особливостями його повітряного режиму. Апарат компактніший, ніж інші пиловловлювачі, призначені для сухого очищення викидів.

Ступінь очищення у вихрових пиловловлювачах значно вищий, ніж в сухих циклонах, і може досягати значень, характерних для мокрих циклонів. Ефективність вихрових пиловловлювачів при очищенні повітря (газу) від ряду пилу і пилоподібних матеріалів, що мають різний медіанний діаметр частинок, характеризують наступні дані (табл. 14.14).

Таблиця 14.14.

Ефективність вихрових пиловловлювачів

Пил або пилоподібний матеріал	Медіанний діаметр частинок, мкм	Ефективність пиловловлювання, %
Синтетичний порошок	4	98,0
Целюлоза	6	96,5
Пральний порошок	10	98,0
Карбонат кальцію	11	99,0
Епоксидна смола	22	98,0
Поліакрилнітрил	32	99,8

За кордоном вихрові пиловловлювачі виготовляються на продуктивність від 330 до 30000 м³/год газу, що очищається (повітря). Одиночні апарати при необхідності можна згрупувати на необхідну продуктивність. Відомі установки з продуктивністю більше 300000 м³/год. Маючи високу ефективність очищення, установки вихрових пиловловлювачів успішно конкурують з електричними і тканинними пиловловлювачами.

Пиловловлювач вибирають, виходячи з витрати запиленого газу, по якому можна розрахувати діаметр апарату:

(14.45)

де V_г – об’ємна витрата запиленого газу, м³/с; υ_г – швидкість газу в робочій зоні пиловловлювача, м/с (рекомендується приймати в межах 5...12 м/с).

Критичний діаметр частинок, що повністю вловлюються в пиловловлювачі, може бути розрахований за однією із залежностей:

(14.46)

(14.47)

де Н – висота пиловловлюючої камери, м; D_тр – діаметр патрубка для підведення запиленого газу, м; ω – кутова швидкість газового потоку в апараті, с^-1; s – число оборотів потоку газу в пиловловлювачі, τ=1/2πR₁²H/(V₁+V₂) – час перебування газу в ядрі потоку, c; R₁ – радіус ядра потоку, що приймається рівним радіусу введення первинного потоку, м; V₁,V₂ – об’ємна витрата первинного і вторинного потоків газу, м/с.

Ефективність пиловловлювання (у %) є основним критерієм, за яким оцінюється робота вихрового пиловловлювача, і визначається як відношення кількості вловленого пилу до загальної кількості пилу, що поступає в апарат:

(14.48)

Оскільки запилений газ в пиловловлювач може подаватися двома потоками – через верхній і нижній підвідні патрубки, то загальна ефективність очищення визначатиметься залежно від розподілу потоків по введеннях:

(14.49)

де ε₁, ε₂ – ефективність пиловловлювання в первинному і вторинному потоках газу.

Величини ε₁ і ε₂ (у %) можуть бути розраховані із залежностей:

(14.50)

(14.51)

де D_1n – діаметр введення первинного потоку; D_вт – діаметр втулки аксіального завихрювача; r_1і, r_2i – радіус, на якому частинка входить в апарат з потоками газу; D_a – діаметр апарату; D_2n – внутрішній діаметр вторинного потоку.

Гідравлічний опір вихрових пиловловлювачів розраховують із залежності, що є аналогічною для розрахунку циклонів:

(14.52)

де υ_г – швидкість газу в робочій зоні апарату, м/с; ξ_пу – коефіцієнт гідравлічного опору, що розраховується за швидкістю υ_г.