Эффективность пылеулавливания новым циклоном выше 90%. Это позволяет ему иногда конкурировать с дорогими установками. Эксплуатация золоуловителя Ярина настолько проста, что запуск его не потребовал ни одной дополнительной штатной единицы.
Рис. 4. Квадратный циклон:
1 -- корпус; 2 -- входной патрубок;
3 -- выходной патрубок; 4 -- ось
спирали; 5 -- спираль; 6 -- затвор
"МАТРЕШКА" ЛОВИТ ПЫЛЬ
Много лет тому назад загорский токарь Звездочкин выточил первую матрешку. Милая-веселая игрушка быстро завоевала мир. Свой многоступенчатый циклон изобретатели назвали "матрешкой". Почему? Сейчас я постараюсь это объяснить.
Циклон -- аппарат известный. Полый цилиндр с конусным днищем и тангенциальным вводом -- самое простое и надежное устройство для очистки запыленного газа.
Чем же он хорош?
Рукавный фильтр, колонна, заполненная кольцами Рашига, кассеты с электростатической тканью -- все это очень эффективные устройства, но стоит их привести в действие, как сопротивление проходу воздуха начинает расти. Если своевременно их не прочистить, они быстро забиваются пылью. Имеют недостатки и другие устройства -- промывные оросительные камеры, ультразвуковые коагуляторы, электрофильтры, барботажные аппараты и инерционные пылеуловители. Они эффективны лишь при одном заданном режиме. Предельная скорость газа для этих устройств-- 1,5--2 м/с.
Прямо скажем, скорость не современная. Ну а старый, добрый циклон в этом отношении молодец. Прежде всего, сколько бы он ни работал, сопротивление его остается неизменным. Пыль в нем ведь не задерживается. И как бы ни увеличивали скорость входа запыленного газа в циклон, эффективность его не снизится.
Правда, есть и в классическом циклоне своя ахиллесова пята. Та самая центробежная сила, которая так полезна для выделения пылинок из потока, вредно влияет на окончательный выход пылинок из циклона. Дело в том, что воздух тоже имеет свою массу, и при вращении в циклоне частицы воздуха, как и пылинки, стремятся к стенкам. В центре циклона возникает разреженное пространство. Оно располагается по вертикальной оси циклона от трубы для входа очищенного воздуха до пылевыпускного отверстия. Вот это разрежение и есть ахиллесова пята. Оно захватывает часть пыли, выходящей из нижнего отверстия. Образуется нечто подобное смерчу в пустыне, и от 5 до 50% пыли выносится не туда, куда нужно.
Снова и снова мысли изобретателей возвращаются к классическому, сухому, циклону. А что если?..
Напомним диалектику этого устройства: центробежная сила улавливает пыль, но она же и выносит уловленные частицы из пылеуловителя. Наша задача -использовать ту же -центробежную силу для предотвращения выноса уловленных частиц. Добиться того, чтобы смерч работал против смерча. Так родилась идея многоступенчатого циклона-"матрешки". Его авторы взяли простой циклон и поместили внутрь его другой, столь же простой циклон, без всяких перегородок, с открытым нижним отверстием. Получилось как раз то, что нужно. Запыленный воздух во внешнем циклоне вращается обычным путем, потом входит через зазор между конусами внутреннего циклона в его полость и начинает кружиться там.
Внутри второго циклона можно поставить еще один или несколько циклонов, а движение воздуха останется прежним. Появится и разреженное пространство. Но это уже не страшно -- оно будет работать на нас. Разрежение, которое создавало смерч и выносило уловленную пыль из циклона, теперь вытягивает пыль из пылевыпускных отверстий внутренних циклонов. Такие многоступенчатые циклоны работают на пыли различных удельных весов, различных фракций и конфигураций.
Теперь можно смело строить циклон без скрупулезных расчетов его диаметра и высоты.
Скажем, нужна такая-то производительность. Берете циклон с одной вставкой. Поставили, включили. Ловит? Хорошо! Если из него вылетает пыль, ставьте внутрь еще точно такую же вставку -- места в трубе достаточно.
Хорошо бы наладить выпуск циклонов на одном из заводов вентиляционного оборудования. Тогда предприятия могли бы купить столько циклонов и вставок, сколько им потребуется. А пока приводим чертеж циклона-"матрешки" (рис. 5). Диаметр трубы циклона нужно принять в зависимости от производительности, все остальные размеры связаны с диаметром.
Из чего делать циклоны? Из чего угодно. Из кровельного железа, из оцинковки, из листовой полуторамиллиметровой стали, из винипласта.
Только одно условие: избегайте неровностей на внутренних стенках конусов, сварные швы и вмятины ухудшают эффект пылеулавливания. А вообще-то мы делали циклоны и со швами, все равно 99% пыли они вылавливают.
Сопротивление циклона можно определить, умножив скоростной напор на коэффициент сопротивления циклона. Этот коэффициент мы получили опытным путем, он равен: для циклона с одной вставкой -- 4,6, с двумя вставками -- 7,2. На каждую последующую вставку к этому коэффициенту нужно прибавлять 1,7.
"Матрешка" работает с одинаковыми показателями, если ее подключить к вентилятору, как на всасывании, так и на нагнетании. Если улавливаемая пыль не обладает абразивными свойствами, то лучше поставить ее на нагнетание. Это проще, бункер не потребует такой плотной герметизации. Если на вашем предприятии есть пылящие циклоны других известных конструкций, замерьте диаметр их внутренних труб и спроектируйте для них вставки, как у "матрешек".
Рис. 5. Многоступенчатый циклон-"матрешка":
1 -- корпус; 2 -- входной патрубок; 3 -- выходной патрубок; 4 -внутренняя труба; 5 -- конусный корпус внутреннего циклона; б -- косые направляющие лопатки; 7 -- пылевыпускной патрубок
ВЕНТИЛЯТОР -- ТУРБОФИЛЬТР
В атмосфере текстильных предприятий, заводов искусственного волокна и меховых фабрик витают частицы тонкой волокнистой пыли. Пылинки сталкиваются и осаждаются хлопьями на станках и машинах, засоряют механизмы и вредят здоровью людей.
Казалось бы, чего проще: поставить вентилятор -- и пыли не будет. Ведь известно немало устройств, выделяющие из загрязненного воздуха силикатную пыль с помощью самой простой осадительной камеры, классического циклона или барботажного аппарата. Но для волокнистой пыли ни один из этих пылеуловителей не подходит.
Дело в том, что этой пыли свойственна так называемая парусность. Пушинка взлетает при самом незначительном движении воздуха. Центробежные силы, действующие на пушинку в циклоне, или силы тяжести в пылеосадочной камере оказываются меньше сил, увлекающих ее с потоком воздуха в выбросную трубу. И в воде пушинка не тонет, значит, барботажное улавливание для нее также не подходит.
С давних пор волокнистую пыль улавливают методом фильтрации, для чего существует немало различных фильтров. Их объединяет обязательная деталь -фильтрующий слой. Это рукава из ворсистой ткани, зигзагообразно расположенные пластины из металлической сетки или пористой бумаги или круглые вращающиеся сетчатые барабаны. Недостатки таких устройств в том, что уловленная пыль собирается на фильтрах толстым слоем, и они вскоре становятся непроходимыми для воздуха.
Мастер Н. Чистов, инженер Б. Бельков и автор этих строк разработали новый пылеуловитель с применением центробежного эффекта. Пылеуловитель состоит из корпуса и турбины, напоминающей мельничное колесо. Основная деталь пылеуловителя -- турбина, отсюда и его название -- турбофильтр. Он сделан из оцинкованной стали.
Но для изготовления турбофильтра можно использовать обычный вентилятор. Лучше всего подходят старые вентиляторы низкого давления типа ВР или "Сирокко". Номер вентилятора выбирают в зависимости от требуемой производительности. Если количество воздуха, нуждающегося в очистке, не превышает 1 тыс. м3/ч, то пригоден No 3; 2 тыс. м3/ч -- No 4 и т. д.
Когда вы найдете подходящий вентилятор, приступайте к переделке его в турбофильтр. Основная деталь турбофильтра -- сетка. Лучше всего взять сетку из нержавеющей стали с ячейками 0,3x0,3 мм. Вырежьте из нее полоску на 800 мм шире, чем рабочее колесо вентилятора, и по длине равную его окружности. Обтяните сеткой рабочее колесо и спаяйте ее концы. Оставшиеся края заверните на диски колеса, прижмите их кольцами и закрепите винтами. Теперь остается приварить к рабочему колесу уплотнительный патрубок -- и турбина готова.
Переделать улитку вентилятора в корпус турбофильтра еще проще. Вырежьте рядом с выбросным патрубком улитки прямоугольное отверстие и вварите в него воронку, а между фланцем всасывающего патрубка улитки и ее стенкой проложите фетровое кольцо. Диаметр отверстия в кольце не должен быть больше диаметра уплотнительного патрубка.
Снимите с вала вентилятора шкив и вместо него наденьте любой маховичок, который сможете найти. В крайнем случае его можно сделать самим, согнув в кольцо полудюймовую газовую трубу. Поворачивая турбинку за маховик, проверьте, легко ли она вращается. Этот маховик еще пригодится для проворачивания турбинки при профилактических осмотрах фильтра. Теперь остается сделать стойку из уголка 75х75 -- и турбофильтр готов.
Вентилятор для подачи в турбофильтр запыленного воздуха лучше всего расположить где-нибудь поблизости, соединив его с входным патрубком диффузором. Номер подающего вентилятора должен быть, конечно, меньше того, из которого сделан турбофильтр. Подберите его по "Справочнику по вентиляторам" с учетом сопротивления сети воздуховодов и сопротивления турбофильтра. Коэффициент сопротивления турбофильтра, отнесенный к скорости воздуха на входе, равен 2-2,5.
После того как турбофильтр будет установлен и соединен с вентилятором, нужно надеть на его воронку мешок и включить подающий вентилятор. Только не забудьте как следует закрепить мешок на воронке, а то его сорвет потоком воздуха.
. Воздух, входя в корпус турбофильтра по касательной, проходит сквозь сетку и ударяет в плоскости лопастей. Турбина под действием его напора начинает вращаться, а частицы взвешенной пыли задерживаются на сетке. В отличие от сетчатых пылеуловителей других конструкций большого слоя пыли на сетке турбофильтра не собирается. Благодаря центробежной силе она тут же слетает с сетки и попадает в мешок. А очищенный воздух через патрубок выходит наружу. Его можно увлажнить в оросительной камере и опять подать в цех.
РОЖДЕННЫЕ ВИХРЕМ
Вихревые пылеуловители были изобретены сравнительно недавно. Первые публикации о них относятся к 60-м годам нашего века. На первый взгляд эти аппараты мало отличаются от циклонов с водяной пленкой и центробежных скрубберов ВТИ: завихривающая газ насадка на входном патрубке, конический бункер с пылевыпускным штуцером и выходная труба вверху. Разница лишь в том, что в циклонах с водяной пленкой и центробежных скрубберах ВТИ пыль, отброшенная к стенкам вниз, смывается водой, а в вихревых пылеуловителях -воздухом. Наиболее простой вихревой пылеуловитель -- соплового типа. Поток загрязненного газа входит в его корпус через патрубок, закручивается в лопаточном завихрителе и устремляется вверх. Навстречу ему из сопл поступает вторичный воздух. Частицы пыли из газа, поступающего снизу, отбрасываются к стенкам, откуда сдуваются вторичным воздухом вниз, в зазор между входным патрубком и внутренними стенками корпуса. Далее пыль высыпается через штуцер в транспортер. Недостаток этого вихревого пылеуловителя состоит в том, что в его бункере, ниже патрубка, образуется избыточное давление и, следовательно, перетекание наиболее тонкой пыли в восходящий поток воздуха.
Вихревой пылеуловитель (авторское свидетельство No 956027), изобретенный сотрудником Научно-исследовательского и проектного института по газоочистным сооружениям, технике безопасности и охране труда в промышленности строительных материалов А. Б. Лапшиным, от описанного ранее отличается тем, что входной патрубок для запыленного газа у него выполнен в виде улитки с осевым отверстием, через которое избыток давления из бункера эжектируется выходящим вихрем. Вторым отличием изобретения признано то, что поток вторичного воздуха (газа) подается на закрутку не через сопла, а, как в обычном циклоне, через тангенциально установленный патрубок. Вторичный газ, поступая в вихревой пылеуловитель, создает и кольцевую воздушную завесу, которая частично перекрывает выходной патрубок, установленный по центру корпуса. Чем надежней это перекрытие, тем выше степень очистки в вихревом пылеуловителе.
Для вихревых пылеуловителей небольшого диаметра подачи вторичного воздуха (газа) с периферии корпуса достаточно, но, когда вихревой пылеуловитель имеет большой диаметр, боковые струи воздушной завесы быстро затухают, и в центре корпуса образуется как бы "глаз торнадо" -- зона низкого давления, в которую засасывается мелкодисперсная пыль.
Сотрудники Гипроникеля М. О. Райнус и А. И. Баранчеев предложили вихревой пылеуловитель (авторское свидетельство No 957974), в котором с целью предотвращения вторичного уноса дополнительно к боковым соплам установлен и центральный участок газохода, создающий завесу путем дутья на вершину специально подвешенного конуса. Воздушный поток в данном случае образует полное перекрытие восходящему потоку очищенного газа.
Однако и эта конструкция не лишена недостатков. Большой расход вторичного, неорганизованного воздуха удорожает эксплуатацию пылеуловителя. Кроме того, устранить присос неорганизованного воздуха в систему пылеулавливания предписывают инструкции.
Как же "организовать" этого "неорганизованного" нарушителя? Прежде всего получше приглядеться к его поведению. Как мы уже знаем, во время проведения исследований на прозрачной модели случайно было замечено, что неорганизованный присос наружного воздуха через отверстие в газоходе вызвал налипание пыли на его противоположной стенке. Выходит, даже небольшая воздушная струйка способна отклонить поток пыли. А если отверстия сделать по всей окружности корпуса пылеуловителя?
На Лиепайском заводе сельскохозяйственного машиностроения был впервые поставлен эксперимент по умышленному присосу воздуха в корпус пылеуловителя. Модель циклона с кольцевой щелью вокруг входного патрубка для запыленного потока была подключена к источнику особо тонкой пыли. Сначала мы перекрыли кольцевую щель полностью и циклон работал, как обычно, пропуская наиболее тонкие фракции на выброс, но, как только щель открыли, пылевой поток словно отрезало. Воздушная струя создала своеобразный фильтр, отбивший даже самые мельчайшие пылинки к стенке. Новый вихревой пылеуловитель сделали с расчетом на большой расход газа. В отличие от ранее описанного, загрязненный газ подавали в него не снизу, а сверху. На конце входного патрубка укрепили завихривающую насадку с изогнутыми лопастями, а на окружности корпуса расположили кольцевую щель. Запыленный поток на выходе делился на две части. Одна сразу опускалась в бункер, там из нее выделялась крупная пыль, другая выходила через изогнутые лопасти и создавала вихревой поток с воздушно-пылевым поясом, препятствующим выходу из бункера уже уловленных фракций. Самые же тонкие фракций пыли улавливались верхней завесой вторичного воздуха, ставшего таким образом "организованным".
ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СЕТКА ПОМОГАЕТ ВИХРЮ
На заводах цементной промышленности для очистки воздуха до сих пор использовались циклонные пылеуловители. Популярность их объясняется простотой конструкции и дешевизной. В самом деле, если стоимость электрофильтра доходит до 250--300 тыс. руб., то циклонный пылеуловитель в несколько раз дешевле.
Но беда в том, что очистка в нем не всегда составляет даже 80%. Оставшиеся 20% пыли вылетают в трубу. При современных масштабах производства это чересчур много, и потому в ближайшее время намечено заменить все циклонные агрегаты электрофильтрами. Предстоят многомиллионные затраты. Как это часто бывает, помощь пришла из другой отрасли промышленности.
Харьковские изобретатели В. С. Гурьев, В. И. Соловьев и В. А. Успенский из института ВНИПИчермет-энергоочистка предложили простое и дешевое решение, избавляющее народное хозяйство от этих расходов. Чтобы разъяснить суть изобретения, напомним: основной недостаток циклонного пылеуловителя заключается в незначительной центробежной силе, действующей на пылинки, которые попадают в центральную часть аппарата и крутятся близ его оси. В результате две, а то и три пылинки из десяти выносятся вместе с очищенным потоком воздуха наружу и не улавливаются.