Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 3.4. Вентиляторні пиловловлювачі

Загальні принципи конструкції вентиляторних пиловловлювачів

Пиловловлювачі цієї групи часто використовуються на промислових підприємствах. За конструкцією вони прості та компактні — це їх значна перевага.

У найпростіших конструкціях вентиляторних пиловловлювачів виділення пилу із повітряного потоку здійснюється в кожусі вентилятора. Значно більше зацікавлення викликають вентиляторні пиловловлювачі, в яких використовуються інерційні процеси, що відбуваються в каналах лопаткових робочих коліс.

Відомо [22], що лопатки радіальних вентиляторів, які переміщують гази з твердими частинками пилу, піддаються сильному зношуванню. При застосуванні дрібнодисперсних аерозолів, здатних до налипання, на поверхнях лопаток утворюється кірка. Так, під час перекачування коксового газу на коксохімічних заводах спостерігається випадання з нього смоли, яка накопичується в кожусі ексгаустерів, сильно ускладнюючи їх експлуатацію.

Під час обертання робочого колеса повітря, що знаходиться у просторі між лопатками, завихрюється, а потім витікає із робочого колеса в кожух, а далі — в атмосферу; на його місце через всмоктувальний отвір вентилятора надходить нове повітря — вентилятор "подає" повітря. Завихрення повітря визначається переважно коріолісовими силами інерції. При цьому повітря набуває швидкості, яку можна розкласти на дві складові: переносну швидкість обертання, що дорівнює швидкості обертання робочого колеса ш, і відносну швидкість протікання повітря в робочому колесі IV (рис. 3.34). Якщо в повітрі, що переміщається, знаходяться пилові частинки, їх охоплює цей рух, причому прямолінійність руху частинки, що входить у міжлопатковий канал, порушується аеродинамічною силою, прикладеною до неї зі сторони потоку, який вже отримав обертовий рух. Оскільки інерція пилових частинок досить значна, то швидкість обертання частинок менша від швидкості обертання повітря. Відставання частинок від потоку в обертовому русі призводить до того, що вони ніби відтискаються до поверхні лопатки, що наближається.

Рис. 3.34. Схема руху частинки пилу в міжлопатковому просторі робочого колеса радіального вентилятора

Сепарація пилових частинок з потоку під час переміщення вентилятором запиленого повітря здійснюється завжди. Ефективність сепарації визначається розміром найменших частинок, які встигають досягнути поверхні лопатки при найбільш несприятливих умовах входження в міжлопатковий канал. Більші частинки відокремлюються повністю, менші — тільки частково, пропорційно до розміру та густини.

Рух частинки пилу в криволінійному каналі, що утворюється лопатками колеса, коли воно не обертається, можна виразити такими рівняннями:

де т - - маса частинки пилу; и — абсолютна швидкість прямолінійного руху частинки пилу відносно нерухомої системи координат м/с; и> — відносна швидкість повітря в робочому колесі (на криволінійній дільниці), м/с; пп — коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря, м2/с; т — час релаксації (змочування) частинок пилу, с, визначається за формулою

(і — діаметр частинки пилу, мкм; оп — густина пилу, г/см3.

Відносна швидкість частинки пилу в координатній формі можна подати у вигляді рівнянь

де ш — кутова швидкість обертання робочого колеса, м/с; а — кут нахилу лопаток; Илоп — радіус кривизни циліндричних лопаток; х, у — координати; І — радіальна протяжність лопаток.

Залежність між мінімальним розміром частинок пилу, що повністю осаджуються на поверхнях лопаток, і геометричними та кінематичними параметрами робочого колеса вентилятора отримана А.І. Пірумовим [25] у вигляді

де /?, — радіус вхідного отвору вентилятора, м; Я, — радіус робочого колеса вентилятора (див. рис. 3.34); у - - кут між віссю абсцис х і лінією, що сполучає геометричний центр вентилятора з верхньою точкою його лопатки (див. рис. 3.34); а,— кут, що визначає ширину повітряного потоку, який містить певну частину пилу будь-яких розмірів.

На основі рівнянь (3.16) і (3.17) побудовані графічні залежності ефективності осадження пилових частинок від діаметра колеса, кількості лопаток, кута встановлення лопаток.

На рис. 3.35, а зображено, як змінюється ефективність осадження пилових частинок на лопатках радіального вентилятора низького тиску з так званим кошиковим робочим колесом залежно від діаметра колеса. При розрахунку швидкість руху повітря у міжлопаткових каналах умовно приймалась постійною. Графік підтверджує, що чим менший вентилятор, тим ефективніше сепарується пил на його лопатках.

Із рівняння (3.18) випливає, що, зменшуючи кількість лопаток, теоретично можна отримати колесо такої конструкції, в якому взагалі не буде відбуватися осадження пилу. Таким чином підтверджується давно відома в інженерній практиці доцільність застосування в аспіраційних системах вентиляторних коліс з невеликою кількістю лопаток (рис. 3.35, б).

На графіку (рис. 3.35, в) зображено, що із збільшенням протяжності (довжини І) лопаток кількість осадженого пилу зростає. Отже, радіальні вентилятори високого тиску з довгими лопатками більше зношуються, ніж вентилятори низького тиску з короткими лопатками.

На рис. 3.35, г відображено, як змінюється мінімальний діаметр частинок пилу, що відокремлюється, при збільшенні кута а розташування плоских лопаток вентилятора. Із графіка видно, що чим більший нахил лопаток у сторону обертання колеса, тим вища ефективність осадження пилу (крива 1). На цьому графіку побудована крива 2 залежності між мінімальними діаметрами відокремлюваних частинок пилу та кутом встановлення при різній кривизні лопаток. Суцільні дільниці кривих 1 і 2 характеризують область практично можливих кутів розташування лопаток.

Рис. 3.35. Вплив геометричних параметрів коліс радіальних вентиляторів на ефективність сепарації пилу: а — вплив діаметра колеса; 0 — вплив кількості лопаток; в — вплив радіальної протяжності лопаток; г — вплив кута розташування плоских (1) і криволінійних (2) лопаток