Для очистки воздуха от пыли применяют пылеуловители и фильтры. К фильтрам относятся устройства, в которых отделение пылевых частиц от воздуха производится путем фильтрации через пористые материалы. Аппараты, основанные на иных принципах пылеотделения, принято называть пылеуловителями.
В зависимости от природы сил, действующих на взвешенные в газе пылевые частицы для их отделения от газового потока, используют следующие типы пылеулавливающих аппаратов:
сухие механические пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа при помощи внешней механической силы);
мокрые пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа путем промывки его жидкостью, захватывающей эти частицы);
электрические пылеуловители (частицы пыли отделяются от газового потока под действием электрических сил);
фильтры (пористые перегородки или слои материала, задерживающие пылевые частицы при пропускании через них запыленного воздуха);
комбинированные пылеуловители (используются одновременно различные принципы очистки).
По функциональному назначению пылеулавливающее оборудование подразделяют на два вида: 1) для очистки приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования; 2) для очистки воздуха и газов, выбрасываемых в атмосферу системами промышленной вентиляции.
Основными технико-экономическими показателями, характеризующими промышленную эксплуатацию пылеуловителей и фильтров, являются:
производительность (или пропускная способность аппарата), определяемая объемом воздуха, который может быть очищен от пыли за единицу времени (м3/ч, м3/с);
аэродинамическое сопротивление аппарата прохождению через него очищаемого воздуха (Па). Оно определяется разностью полных давлений на входе в аппарат и выходе из него, т. е. р = рвх — рвых;
общий коэффициент очистки или общая эффективность пылеулавливания, определяемая отношением массы пыли, уловленной аппаратом Gул, к массе пыли, поступившей в него с загрязненным воздухом GBX и выражаемый в относительных единицах или в %:
η = (Gул / Gвх)100;
фракционный коэффициент очистки, т. е. эффективность пылеулавливания аппарата по отношению к различным по крупности фракциям (в долях единицы или в %)
η = [Фвх – Фвых(1 – η)] / Фвх
где Фвх, Фвых — содержание фракции пыли в воздухе соответственно на входе и выходе из пылеуловителя, %.
Стоимость очистки воздуха (руб. на 1000 м3 очищаемого воздуха).
Наиболее простыми по устройству и эксплуатации аппаратами являются пылеосадительные камеры, в которых отделение частиц пыли от воздуха происходит под действием силы тяжести при прохождении воздуха через камеры. Эти устройства применяют для грубой очистки, их эффективность пылеулавливния составляет 50...60 %. Скорость движения воздуха в камере выбирается из условия обеспечения ламинарного движения и обычно составляет 0,2... 0,8 м/с. Аэродинамическое сопротивление камер невысоко и равно 80...100 Па. С целью повышения эффективности пылеулавливания камер они иногда разделяются по высоте полками, которые могут периодически встряхиваться для очистки от оседающей пыли. Для этой же цели применяют пылеосадительные камеры лабиринтного типа.
Центробежные пылеотделители — циклоны — находят более широкое применение, так как при сравнительно простой конструкции обеспечивают высокую степень обеспыливания воздуха (80...90%). Наиболее известные типы отечественных циклонов приведены на рис. 7.1.
Циклон состоит из цилиндрического корпуса, к которому тангенциально подведен входной патрубок; нижней конической части и выхлопного патрубка, размещаемого внутри корпуса соосно с ним. Входя в циклон со скоростью 1&...20 м/с, запыленный воздух приобретает вращательное движение и опускается вниз. При этом частицы пыли под действием сил инерции отбрасываются к стенкам аппарата и, скользя по ним вниз, попадают в бункер. Очищенный поток воздуха поворачивает вверх и через выхлопную трубу выходит из циклона.
Эффективность пылеулавливания возрастает с увеличением скорости входа воздуха в циклон, однако при слишком большой скорости возрастает турбулизация воздушной среды и эффективность циклона падает. Максимальную скорость воздуха принимают обычно не более 20 м/с. На эффективность этих аппаратов влияет и их диаметр: с его увеличением эффективность падает, поэтому диаметр циклонов принимается не более 1 м.
Гидравлическое сопротивление циклонов колеблется в пределах 500... 1100 Па. Оно зависит от конструкции аппарата и скорости воздуха на входе в него.
Рис. 7.1. Схемы циклонов основных типов:
а — НИИОГАЗ ЦН-15; б — СИОТ; в — ВЦНИИОТ; г — Гипродрев;
1 — входной патрубок; 2—выхлопная труба; 3—цилиндрический корпус; 4—коническая часть; 5—бункер; 6—улитка на выходе; 7—отверстие выхлопного патрубка; 8—коническая вставка; 9—перегородки
Конструкции современных циклонов довольно разнообразны, что объясняется многообразием условий их рационального применения. Наибольшее распространение получили циклоны типа НИИОГАЗ (несколько модификаций), СИОТ, ВЦНИИОТ, ЛИОТ, Гипродрева (см. рис. 7.1). Они различаются конструктивным оформлением, эффективностью пылезадержания и гидравлическим сопротивлением. Каждый циклон имеет свою рациональную область применения.
Циклон НИИОГАЗ отличается удлиненной конической частью и имеет малое гидравлическое сопротивление. Применяется он для улавливания неслипающихся и неволокнистых пылей.
Циклон СИОТ имеет корпус в виде конуса без цилиндрической части с входной трубой треугольного поперечного сечения. Используется он в тех случаях, когда имеются ограничения габаритов по высоте.
Циклон ВЦНИИОТ рекомендуется применять при улавливании абразивных пылей, так как он отличается малой изнашиваемостью стенок благодаря наличию обратно расположенного конуса внизу аппарата. Гидравлическое сопротивление его несколько выше, чем у циклонов других типов. Циклон ВЦНИИОТ можно использовать для улавливания волокнистых пылей (нижний внутренний конус в этом случае снимается).
Циклон ЛИОТ имеет развитую цилиндрическую часть и применяется для улавливания сухой неслипающейся пыли.
Циклон Гипродрева отличается бочкообразной формой, имеет малое гидравлическое сопротивление и используется в основном для улавливания отходов деревообработки.
Окончательный выбор того или иного типа циклона должен определяться по технико-экономическим показателям. В тех случаях, когда требуется очищать большие объемы воздуха, применяют групповые циклоны. В них аппараты подсоединяются параллельно входными патрубками к общему трубопроводу и устанавливаются на один бункер больших размеров. Необходимым условием эффективной работы циклонов в этом случае является исключение возможности перетекания воздуха из одного циклона в другой.
Рукавные фильтры для улавливания сухих неслипающихся пылей нашли широкое применение в промышленности (рис. 7.2). Основными рабочими элементами этих устройств являются матерчатые рукава, подвешиваемые к встряхивающему устройству и размещаемые в герметичном металлическом корпусе. Нижние открытые концы рукавов соединены с бункером. Воздух, проходя через ткань рукавов, оставляет на их поверхности пыль и удаляется из корпуса фильтра вентилятором. Накапливаясь на поверхности ткани в виде слоя, пыль сама становится фильтрующей средой и увеличивает эффективность пылезадержания фильтра. Очистка ткани рукавов от осевшей пыли производится путем их встряхивания, для чего устанавливается автоматически действующий встряхивающий меха низм. Во многих типах фильтров встряхивание рукавов сочетается с обратной их продувкой с целью лучшей очистки от пыли. Фильтры выполняются многосекционными. При отключении одной из секций для очистки рукавов остальные продолжают работать. Фильтры бывают всасывающего и напорного типов.
Рис. 7.2. Схема рукавного фильтра:
1 — входной патрубок; 2— рукав; 3— подвеска рукавов; 4— встряхивающий механизм;
5— выходной патрубок; 6 — бункер
Эффективность пылезадержания рукавных фильтров составляет 90...99 %. Воздушная нагрузка на ткань принимается в пределах 50...80 м3/(м2·ч). Гидравлическое сопротивление фильтра в зависимости от степени запыления рукавов колеблется в пределах 1...2.5 кПа.
В последние годы разработаны фильтры, в которых рукава выполнены из стеклоткани или пористых керамических материалов. Очистка фильтрующих элементов в них производится сжатым воздухом. Такие фильтры можно применять для очистки высокотемпературных газов, отсасываемых от технологического оборудования. Из выпускаемых промышленностью рукавных фильтров наибольшее распространение получили фильтры типов ФВК, ФВВ, ФРМ, ФТНС и др.
Электрические фильтры (рис. 7.3) находят широкое применение на предприятиях строительной индустрии для очистки воздуха и промышленных газов от пыли. В этих аппаратах отделение пылевых частиц от воздуха производится под воздействием статического электрического поля высокой напряженности. В металлическом корпусе, стенки которых заземлены и являются осадительными электродами, размещены коронирующие электроды, соединенные с источником постоянного тока. Напряжение выпрямленного тока составляет 30...100 кВ.
Вокруг отрицательно заряженных электродов образуется электрическое поле. Проходящий через электрофильтр запыленный газ ионизируется, вследствие чего приобретают отрицательные заряды и пылевые частицы. Последние начинают перемещаться к стенкам фильтра, и, оседая на них, образуют плотный слой. Очистка осадительных электродов производится путем их остукивания или вибрации, а иногда путем смыва водой.
Рис. 7.3. Схема электрофильтра:
1 — входной патрубок; 2— корпус электрофильтра (осадительный электрод); 3—коронирующий электрод;
4— изоляторы; 5— выходной патрубок; 6— высоковольтный выпрямитель тока; 7— бункер
Эффективность пылеулавливания электрофильтров высокая, она достигает 99,9 %. Причем улавливаются частицы любых размеров, включая субмикронные при их высоких концентрациях в газах, достигающих 50 г/м3. Преимуществами этих аппаратов являются низкое гидравлическое сопротивление 100...150 Па, экономичность эксплуатации, возможность очищать газы при их высоких температурах (до450°С).
Для различных условий применения промышленностью выпускаются разные типы электрофильтров: УГ, ЭГА, УТТ, ОГП, УБ, УВВ, ПГ, ДМ и др.
Пылеуловители мокрого типа являются аппаратами глубокой очистки и отличаются высокой эффективностью пылеулавливания. Их применение целесообразно в том случае, когда улавливаемая пыль хорошо смачивается водой, не цементируется и не образует твердых, трудно разрушаемых отложений.
Из этого класса аппаратов наиболее часто применяют циклон с водяной пленкой ЛИОТ (рис. 7.4). Он имеет вертикальный цилиндрический корпус, в нижнюю часть которого тангенциально подводится очищаемый воздух. Последний закручивается и, вращаясь, поднимается в верхнюю часть аппарата, откуда отводится в атмосферу через выхлопной патрубок.
Рис. 7.4. Циклон с водяной пленкой:
1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 — выходной патрубок; 4 — устройство для подачи воды
При вращении потока из него под действием центробежных сил выделяются пылевые частицы, которые удаляются со стенок аппарата стекающей сверху водой. Последняя подается на стенки аппарата через водоподающее кольцо и несколько тангенциально расположенных трубок и стекает по стенкам аппарата в виде сплошной водяной пленки. Образующийся шлам собирается в бункере.
Эффективность пылеулавливания циклонов с водяной пленкой составляет 99,0...99,5 %, потери давления в аппарате равны 400...800 Па. При очистке от пыли агрессивных газов, разрушающих металлические стенки аппарата, последние с внутренней стороны армируются кислотостойкими покрытиями.
Высокими эксплуатационными показателями отличаются также пенные пылеуловители (рис. 7.5). Аппараты этого типа имеют цилиндрический металлический корпус, внутри которого горизонтально размещена решетка. Вода подается на решетку, через которую снизу пропускается очищаемый воздух. При этом на решетке образуется слой пены, высота которого зависит от высоты сливной перегородки (порога). Обычно она составляет 80... 100 мм. С целью снижения капельного уноса влаги в верхней части аппарата размещается каплеуловитель, выполненный в виде решетки с лабиринтными каналами.
Рис. 7.5. Пенный пылеуловитель:
1 — приемная коробка; 2— корпус; 3— решетка; 4— сливная перегородка (порог); 5—сливная коробка
1. Назовите основные источники и свойства пылей, выделяющихся на строительных площадках. 2. Каковы методы контроля запыленности воздуха? 3. Перечислите общие и индивидуальные средства защиты работающих от пыли. 4. Назовите основные виды пылеуловителей и фильтров, применяемых для очистки воздуха. 5. Каковы технико-экономические показатели, применяемые при оценке пылеуловителей и фильтров? 6. Объясните принцип действия и укажите области применения пылеосадительных камер и циклонов. 7. Как устроены и работают рукавные фильтры? 8. Объясните принцип действия электрических фильтров. 9. Как устроены пылеуловители мокрого типа и в каких случаях они применяются? 10. Объясните принцип действия пенных пылеуловителей.
ГЛАВА 8