Промислова екологія - Апостолюк C.O. - Інерційні пиловловлювачі (циклони)

Існують такі конструкції сухих пиловловлювачів: гравітаційні (осаджувальні камери), інерційні, протитічні інерційні, тканинні, жалюзійні, вентиляторні, електричні та акустичні.

Розглянемо особливості конструкції і принцип дії кожного виду пиловловлювачів та сферу їх застосування.

Гравітаційні пиловловлювачі

Такі пиловловлювачі є найбільш простими і дешевими пристроями (рис. 3.17). їх виготовляють пустотілими, з горизонтальними полицями та вертикальними перегородками. Найефективнішими є гравітаційні пиловловлювачі з вертикальними перегородками (рис. 3.17, в, 3.17, г). Опишемо принцип роботи пиловловлювачів з вертикальними перегородками (рис. 3.17, в). Запилене повітря І подається через вхідний патрубок і, наштовхнувшись на перепони 4, зменшує швидкість. Частинки пилу внаслідок зниження швидкості і під дією власної ваги осідають у бункері 2, а очищене повітря виходить через патрубок II в атмосферу.

Рис. 8.17. Гравітаційні (осаджувальні) пиловловлювачі: а — порожнисті; б — з горизонтальними полицями; в, г — з вертикальними перегородками; / — запилене повітря; II — очищене повітря; III — пил; / — корпус; 2 — бункер; З — шибер для видалення пилу; 4 — перегородки; 5 — полиці

Гравітаційні камери використовують для осідання лише крупного пилу. Частинки пилу менше 10 мкм практично не осідають у камерах пиловловлювача, а в межах 10—100 мкм ефективність осідання знижується, не перевищуючи 40 %.

Швидкість осідання крупних частинок пилу визначають за формулою

де Рщ" Рл відповідно густина частинок пилу й повітря, мг/м3; к — коефіцієнт, що залежить від форми частинок: к = 1,1 — при квадратному поперечному перерізі; к — 0,9 — при прямокутному перерізі; Л — товщина частинок, мм.

За час перебування частинки в камері т повинно відбутися її осідання

де х — час перебування частинки пилу в камері, с; Я0 — висота осідання, м; ип — швидкість потоку повітря, м/с.

Довжина камери гравітаційного пиловловлювача з урахуванням фактичної швидкості руху запиленого повітря повинна бути не менше довжини, що розраховують за формулою

де м кінематична в'язкість запиленого повітря; /?0 — швидкість потоку повітря м/с; а* — діаметр частинок пилу; &І — гравітаційне прискорення, м/с2; рп — густина повітря, мг/ма.

Діаметр частинок пилу, які осідають у гравітаційній камері пиловловлювача, визначають за формулою

де Я — висота гравітаційної камери, м; Ь — довжина гравітаційної камери, м; р,п, оп — відповідно густина частинок пилу і повітря, мг/м3.

Гравітаційні пиловловлювачі (осаджувальні камери) успішно використовуються в машинобудівній та деревообробній промисловостях.

Інерційні пиловловлювачі (циклони)

Ці пиловловлювачі набули широкого застосування під назвою циклони (рис. 3.18).

Циклони належать до установок сухого механічного очищення, простої конструкції, компактні, відрізняються від інших невисокою вартістю. Циклони застосовують як самостійні пиловловлювальні установки при вхідній запиленості повітря до 2— З г/м3. При великій вхідній запиленості пиловловлювачі такого типу не забезпечують потрібного ступеня очищення. У цьому випадку їх застосовують для першого ступеня очищення з метою зниження вхідної запиленості перед апаратами другого ступеня — більш тонкого очищення.

У деревообробній, машинобудівній, металургійній промисловостях добре себе зарекомендували циліндричні (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24) та конічні (СК-ЦН-34, СК-СН-34М, СДК-УН-33) циклони. Циклон функціонує таким чином (рис. 3.18). Потік запиленого повітря вводиться в циклон через вхідний патрубок 1 дотичною до внутрішньої поверхні корпуса, що зумовлює обертово-поступальний рух уздовж корпуса до бункера 3. Під дією відцентрової сили частинки пилу на стінці циклона утворюють пиловий шар, який разом з частиною повітря потрапляє у бункер.

Рис. 3.18. Схема інерційного пиловловлювача: 1 — вхідний патрубок; 2 — верхній отвір; 3 — бункер

Величину відцентрової сили визначають за формулою

де А — постійний безрозмірний коефіцієнт; рг — густина частинок, мг/м3; d — діаметр частинок, мкм; ит — тангенціальна складова швидкості руху частинок, м/с; г — радіус частинок, мкм; і?ц — радіус циклона, м; п — постійна величина, що залежить від радіуса циклона й робочої температури; Н — висота циклона, м.

Відокремлення частинок пилу відбувається при повороті повітряного потоку в бункері на 180°. Звільнившись від пилу, повітряний потік утворює вихор і виходить із бункера через верхній отвір 2.

Для нормальної роботи циклона необхідно забезпечити герметичність бункера. В іншому випадку пил з потоком повітря буде без очищення виходити через верхні вихідні отвори (канали).

Для всіх циклонів бункери повинні мати циліндричну форму діаметром 1,5 Б — для циліндричних, і 1,1—1,2 І) — для конічних циклонів (й — внутрішній діаметр циклона). Висота конічної частини бункера повинна становити 0,8 й.

Для очищення значних мас повітря від пилу використовують батарейні циклони БЦ-2, ЦН-15, ЦРБ-150У та ін. На рис. 3.19 наведена схема батарейного циклона ЦН-15.

Рис. 3.19. Схема групових (батарейних) циклонів типу ЦН-15: а - прямокутне розташування восьми циклонів; б — кругове розташування 14 циклонів

Відведення очищеного повітря з циклонів з прямокутним розташуванням (рис. 3.19, а) здійснюється за допомогою дифузора, а підведення очищеного повітря — за допомогою колектора прямокутного перерізу, від якого відходять розгалуження до кожного з циклонів.

У циклонах з круговим розташуванням (рис. 3.19, б) очищуване повітря підводиться знизу через пилозбиральний бункер, що спричинено ускладненням конструкції та збільшенням коефіцієнта опору, але може бути доцільним для більш раціонального розташування повітроводів.

Циклони ЦН-15 вважають найбільш універсальними інерційними пиловловлювачами, випускаються Каховським заводом "Рембудмаш" (Україна), а також у Росії Сизранським турбобудівним заводом, Кузнецьким заводом полімерного машинобудування.

Циклони типу СИОТ (розробник — Свердловський інститут охорони праці) відрізняється від інших циклонів високою ефективністю. Ці циклони не мають циліндричної частини, тому їх вихлопна труба вводиться в конус. Особливістю циклонів СИОТ є також трикутний переріз вхідного патрубка. Коефіцієнт місцевого опору — 3,9, рекомендована швидкість входу повітря 15— 18 м/с. Такий циклон часто використовують на деревообробних і машинобудівних підприємствах.

На підприємствах паливної промисловості успішно експлуатуються циклони Файфеля. У нижній частині цих циклонів є пристрій для відокремлення периферійних збагачених пилом шарів повітряних потоків. Такий пристрій виконаний у вигляді плоского щита з центральними отворами для рециркуляції повітря в бункері.

Корпус циклона виготовлений з двома переходами від циліндричної до конічної конфігурації. Експериментами встановлено, що циліндрична вставка в конічну частину циклона зменшує інтенсивність вихору в нижній частині циклона й дещо послаблює розливні донні течії. Повітря входить у циклон через спіральний закручувальний апарат.