Принципиальная схема солевой газоочистки довольно проста. Грязные раскаленные газы продуваются по трубе Вентури со скоростью 30--50 м/с. В трубу при этом непрерывно подается расплавленная соль, которая газовым потоком дробится на мелкие капли. Грязный газ, двигаясь сквозь взвешенный слой расплава, фильтруется от пыли, после чего поступает в каплеуловитель. Из каплеуловителя смесь пыли и расплавленной соли стекает в отстойник, где соль растворяется, а пыль осаждается в обычной грязной воде. Из отстойника пыль можо удалить транспортером. Концентрированный рассол из отстойника подается для выпаривания и расплавления соли прямо в камеру плавления. Оттуда его опять пускают в трубу Вентури для повторного улавливания пыли.
Ну а чистый раскаленный газ с температурой 800° или выше направляется в котел-утилизатор.
Солевая установка, стоящая за современной мартеновской печью, будет не только улавливать ежесуточно до 40 т пыли, но и снизит капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воздушного и водного бассейнов.
При выбросе 2 т/ч пыли, типичном для современных мартеновских печей, для каждой установки потребуется примерно один вагон соли. Воды же на ее регенерацию нужно будет около 10 т/ч, т. е. примерно в 20 раз меньше, чем для "мокрой" газоочистки.
Способ газоочистки, предложенный свердловскими инженерами, весьма перспективен. Однако для его практического внедрения необходимо решить сложные технические проблемы, связанные с коррозией трубопроводов и образованием в них отложений. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий...
АНТИЦИКЛОН
Казалось бы, циклон -- идеальное средство для обеспыливания воздуха. Но в самом его принципе есть такие противоречия, которые в некоторых случаях сводят на нет все его положительные качества. Для того чтобы развить в циклоне большую скорость запыленного потока и создать достаточную для отделения пыли центробежную силу, нужно затратить энергию. Чтобы частицы пыли образовали на стенках корпуса винтовую спираль и ссыпались в конусную часть, тоже нужна энергия. Чем больше витков спирали образует запыленный поток, тем больше для этого требуется энергии.
Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.
Многие виды пыли обладают парусностью. Если дунуть на обычную бытовую пыль, она взовьется в воздух и будет долго в нем парить. Одни пылинки летят вверх, другие медленно оседают, третьи беспорядочно пляшут в потоках воздуха. Особой парусностью обладают волокнистые частицы. Когда они попадают в циклон, то на них при вращении в потоке действуют две силы: одна -- центробежная, отталкивающая пылинку к стене, другая -- центростремительная. Последняя возникает потому, что на пылинку влияет уходящий из циклона воздушный смерч. Как парусник, попавший в ураган, пылинка несется вслед за потоком и вылетает из циклона. Чем больше таких частиц попадает в циклон, тем ниже его эффективность.
Известный специалист по вентиляции профессор Батурин, зная эти недостатки циклонов, предложил очистку воздуха от пыли производить в пылеосадочных камерах, конструктивно напоминающих анфиладу "комнат" со смещенными друг относительно друга дверными проемами. Запыленный воздух входит в дверь и за счет расширения теряет свою скорость. Ранее поддерживаемые струей крупные частицы пыли при этом также теряют скорость и падают. Освободившись от тяжелых частиц, воздух входит в следующую "комнату", и там из него выпадают более мелкие фракции. Затем следуют третья и четвертая "комнаты", затраты энергии на прохождение которых в камере Батурина очень незначительны. Ведь скорость движения воздушного потока здесь ничтожно мала.
Но кроме энергии есть и другая статья затрат -- стоимость самого аппарата. Ведь для того чтобы разместить на заводе анфиладу "комнат", нужно пожертвовать производственной площадью; чтобы сделать стенки камеры непроницаемыми, нужно вложить ценный материал и труд рабочих. Словом, экономия на электроэнергии полностью поглощается капитальными затратами.
Может быть, чтобы как-то сократить габариты камеры, в нее поместить коронирующие и осадительные электроды. Но тогда получится электрофильтр. Его сопротивление потоку воздуха тоже ничтожно, но электрооборудование, необходимое для создания потенциала, и его эксплуатация обходятся дорого. Построить камеру с дождевальной установкой -- возникает другая проблема: куда девать сточную воду? Поставить в камере генератор ультразвука -- опять нехорошо. На создание ультразвуковых волн расходуется очень много электроэнергии, к тому же они угнетающе действуют на организм человека. И, вообще, все это не ново. И электрофильтры, и оросительные камеры, и ультразвуковые пылеуловители применяются в промышленности, но пока обычный циклон остается вне конкуренции. Его дешевизна, компактность и, в общем-то, не такая уж высокая энергоемкость вполне устраивают многие предприятия. Но есть заводы, где циклоны давно потеряли право на жизнь. И стоят-то они там только потому, что до сих пор не было изобретено пылеуловителя, который обладал бы такой же компактностью, дешевизной и неприхотливостью в эксплуатации, как циклон.
Вот, например, в хлопкообрабатывающей промышленности электрофильтр не поставишь. От электрических разрядов загорится хлопок. Оросительная камера там тоже ни к чему. Улавливаемый из системы пневмотранспорта хлопок должен оставаться сухим. Поставить обычную пылеосадочную камеру? Но на среднем хлопкоочистительном заводе пневмотранспорт выбрасывает такое количество запыленного воздуха, что для его очистки рядом с одним корпусом завода потребуется воздвигнуть такой же корпус, в котором разместились бы пылеосадочные камеры... Не лучше положение на асбестоперерабатывающих, льноперерабатывающих и многих других предприятиях. Словом, нужен не циклон, а антициклон.
"Антиконструкция" родилась совершенно случайно. Как это произошло, я расскажу позже. В поисках способа улавливания пыли мне пришлось сделать все наоборот: подавать запыленный поток не по касательной к корпусу циклона, а по его вертикальной оси. Очищенный же воздух отсасывать из патрубка, который раньше назывался входным. Циклон сделали стеклянным с подвижным входным патрубком, расположенным по вертикальной оси так, что его торец был направлен на отверстие для выгрузки улавливаемого материала. С первых же мгновений испытания стало ясно, что налицо совершенно новый эффект. Парусная пыль при повышении скорости воздуха не тянется послушно за ним, как в обычном циклоне, а с резким хлопком вылетает в пылевыпускное отверстие. И, наоборот, при понижении скорости она, не достигая отверстия, делает поворот кругом и уходит в вытяжной патрубок.
Вот первое и основное отличие нового пылеуловителя от всех его старших собратьев. Ведь и в оросительных камерах, и в электрофильтрах, и в ультразвуковом аппарате, и во всех прочих системах пылеуловителей стоит увеличить скорость прохождения газового потока выше нормы, как сразу ухудшается эффект пылеулавливания. В антициклоне же все наоборот, чем выше скорость потока, тем сильнее летят частицы пыли в отверстие для выгрузки. Из этого следует, что можно сконструировать сверхкомпактный пылеуловитель, ведь площадь его сечения будет уменьшаться пропорционально росту скорости воздушного потока.
Итак, достигнута первая цель технической задачи -- компактность аппарата. Практически он будет занимать вдвое меньше места, чем обычный циклон. Вдвое меньше пойдет на его изготовление листовой стали. Следовательно, и цена его будет значительно ниже. Остается подсчитать эксплуатационные затраты. Для преодоления сопротивления обычного циклона расходуется часть электроэнергии, потребляемой мотором вентилятора. Чем выше сопротивление циклона, тем больше электроэнергии уходит на его преодоление. У антициклона сопротивление в 2 с лишним раза меньше, чем у обычного циклона.
По этому же принципу был сконструирован еще один пылеуловитель, названный двухступенчатым. В нем сочетается обычный циклон с антициклоном. Воздух, содержащий пушистые частицы, например хлопка, входит сначала в обычный циклон и вращается в нем. При этом пушинки сталкиваются и накатываются в довольно большие шарики, из-за высокой парусности они вылетают из циклона и поступают в антициклон, в котором и улавливаются. Здесь обычный циклон выполняет функцию подготовителя пыли для более успешного улавливания антициклоном. Ведь в нем чем выше парусность, тем эффективнее улавливание пыли. Правда, двухступенчатый пылеуловитель менее компактен, чем антициклон, но в нем можно отделить от пушистой пыли тонкую минеральную. В условиях хлопкоочистительных заводов это качество очень пригодится.
Антициклон в чистом виде уже сейчас способен заменить громоздкие пылеосадочные камеры и сетчатые фильтры, устанавливаемые на текстильных предприятиях в системах кондиционирования воздуха перед оросительными камерами. Большую пользу он принесет и в пневмотранспорте, если его использовать вместо циклонов-разгрузителей.
АНТИЦИКЛОН ВЫЗВАЛ ШКВАЛ ЗАПРОСОВ
Об антициклоне я рассказал в девятом номере журнала "Техника и наука" за 1974 г. После этого огромный поток писем буквально обрушился на редакцию. Я расскажу о тех своих ответах читателям, которые и сегодня не потеряли своей актуальности.
Меня спрашивали, защищен ли антициклон патентом.
Да, мне выдано авторское свидетельство No 270484 на антициклон, отличающийся тем, что воздуховод, расположенный на вертикальной оси корпуса, через который обычно отсасывают из циклона очищенный воздух, служит для подачи запыленного потока, а воздуховод, подключенный к циклону, обычно служащий для подачи запыленного потока, использован по совершенно новому назначению -через него отсасывают очищенный воздух. На сочетание двух устройств -антициклона и обычного циклона -- выдано авторское свидетельство No 336049 (рис.6).
Читатели журнала интересовались, как удалось изобрести антициклон и действительно ли это произошло случайно. Действительно случайно, но таких случайностей в моей жизни было уже несколько. Дело в том, что лет 15 назад в каком-то журнале я прочитал высказывание деда Чарлза Дарвина -- Эразма. Он рекомендовал периодически ставить самые дикие опыты. Так я и поступаю, Я проделал множество таких опытов, и из них ничего не получалось, но было несколько случаев, когда кое-какой эффект наблюдался. Как-то, попав на завод, где были установлены волочильные станы, я поразился огромной запыленности в помещении. Оказывается, пыль, вернее окалина, слетала с проволоки, которую волочили на станах. Ее сдували струи воздуха, подаваемого на проволоку для ее охлаждения.
-- А что если сделать все наоборот? -- спросила сопровождавшая меня сотрудница Н. Бузина.
Стали прикидывать так и эдак и, наконец, высчитали, что оптимальным решением будет не подача воздуха к проволоке, а, наоборот, его отсасывание. В течение нескольких часов жестянщик отключал от стана нагнетательный патрубок вентилятора и подключал всасывающий. Пыль исчезла, а стан продолжал работать как ни в чем не бывало. Н. Бузиной и мне за это предложение выдали авторское свидетельство No 177830 на "Способ охлаждения барабана волочильного стана".
На вопрос, можно ли в центральную трубу антицик
Рис. 6. Антициклон:
1 -- корпус; 2 -- входная труба для запыленного воздуха; 3 -- кольцевой зазор для входа чистого воздуха; 4 -- входной патрубок для чистого воздуха; 5 -- выходной патрубок для очищенного воздуха; 6 -- конусная перегородка; 7 -пылевыпускной патрубок.
лона подавать воздух со скоростью 50 м/с, отвечаю -- можно. Чем выше скорость, тем выше и степень очистки воздуха.
Машинист катера А. Вернер спрашивал, можно ли антициклон применить для улавливания в нем искр, вылетающих из выхлопной трубы двигателя. "Нам, -писал Вернер,-- нужен именно такой компактный аппарат, о котором говорилось в журнале, а то от нас шарахаются суда, груженные пожароопасным грузом".
Антициклон, конечно, поймает искру, но при этом может случиться, что в бункере наберется столько сажи, что она сама загорится и возникнет фейерверк на рейде. Поэтому лучше всего в нижнюю часть корпуса антициклона залить забортную воду, предусмотрев для ее подачи и слива две небольшие трубочки. Главное, чтобы уровень воды не поднимался выше нижнего среза центральной трубы антициклона.
Но не только с вопросами обращались читатели в редакцию журнала. Были письма и совсем иного свойства. Одни спешили поделиться радостью от удачного пуска антициклона, сообщить о том, что и у них появился положительный опыт его применения, некоторые предлагали свои интересные разработки пылеулавливающих устройств.
Старший преподаватель Калининского политехнического института Б. С. Аксенов темой своей научной работы избрал изыскание надежного способа улавливания торфяной пыли, образующейся при добыче фрезерного торфа. Обычный циклон, как показал опыт эксплуатации, недостаточно полно улавливал легкие частицы торфа, кроме того, он громоздок и занимал много места на торфоуборочной машине. Антициклон, который построил Б. С. Аксенов, обеспечил отличное улавливание торфяной пыли.
Параллельно он построил и установку для обеспыли-вания с помощью антициклона воздуха в кабине водителя торфоуборочной машины. Шлейф пыли тянулся за трактором, везущим торфоуборочную машину, обволакивал кабину, проникал в нее через все щели, забивал глаза и органы дыхания водителя. Нужен был очень компактный и эффективный пылеуловитель, в который можно было бы подавать наружный воздух с большим содержанием торфяных частиц, а выпускать в кабину абсолютно чистый. Конечно, в обычном антициклоне до такой степени очистить воздух нельзя. Б. С. Аксенов приехал в Москву ко мне на консультацию. В субботу моя квартира превратилась в мастерскую. Посреди комнаты жужжал пылесос, в подключенный к нему антициклон, сделанный из стеклянной фляги, бросали горстки пыли. Она тучами носилась в воздухе, но ловиться в антициклон не хотела никак. Ведь фракции аэрозолей, витающих в воздухе, значительно тоньше, чем фракции промышленной пыли! Одно дело поймать пыль, отсасываемую вентилятором от дымовой трубы или деревообрабатывающего станка, другое -заставить ее осесть из окружающей атмосферы или воздуха, находящегося в комнате.
"А ведь пыль все же поймать возможно! -- размышлял Борис Сергеевич Аксенов.-- Нужно только постараться обойти закон Стокса. Сделать так, чтобы частицы эффективно оседали не при минимальной, а при максимальной скорости несущего их воздуха".
Один из экспериментов мы с Борисом Сергеевичем поставили в ванне. Антициклон опустили наполовину в воду и включили пылесос. С огромной скоростью воздух с пылью устремился перпендикулярно слою воды, ударился о нее. И... все пылинки утонули, а очищенный воздух вышел из антициклона. Решение было найдено: для обеспыливания воздуха, поступающего в кабину водителя, нужно в антициклон заливать обычную воду.
Сейчас эксперимент уже позади. Аксенов построил установку для очистки воздуха на действующей машине.
Письмо инженера В. Данского из Калуги привожу почти целиком.
"Дорогая редакция! Ежегодно в стране гибнут при хранении в стогах и хранилищах, теряются при транспортировке и втаптываются в землю миллионы тонн прекрасного сочного сена. А ведь в конечном счете это и масло, и мясо, и молоко! Пока что в сельском хозяйстве применен лишь агрегат витаминной муки (АВМ), выпускаемый фирмой "Нерис". Только он предназначен для переработки свежескошенной травы в муку, являющуюся великолепным кормом для скота. Недостаток этого агрегата, с нашей точки зрения, в том, что он стационарный. Траву к нему нужно возить. Следовательно, потери при ее транспортировке остаются. Идеальный выход из положения -- сконструировать передвижной агрегат, но размеры оборудования, использованного в АВМ, настолько велики, что он не помещается ни на каком шасси. Особенно громоздок циклон. Его диаметр -- 1900 мм, высота-- 2500 мм. Автор помещенной в журнале статьи пишет, что антициклон, разработанный им, почти в 2 раза J компактней обычного и имеет вдвое меньшее аэродинамическое сопротивление. Это как раз то, что нам нужно, чтобы сделать самоходный агрегат для переработки травы в муку непосредственно на месте".
Сразу по получении этого письма В. Данскому были посланы расчеты. Прошло несколько месяцев, и из Kaлуги пришло второе письмо: "Спасибо за помощь, мы разработали антициклон, высота и диаметр которого в 2 раза меньше, чем у обычного циклона. Это и позволило создать компактную установку на колесном шасси. Улавливание вырабатываемой агрегатом муки полное".
Срочно выехавший на место событий фоторепортер привез фотографиию этой впечатляющей самоходной установки. Впечатляющей не только внешним видом, но и своими параметрами: агрегат давал тонну витаминизированного корма в час, он проходил по любому бездорожью и работал на низкосортном топливе.
И еще один интересный вопрос, который мне задал читатель, инженер из г. Гуково Ростовской области А. Г. Заболотский: "Как удалось решить проблему улавливания легких пылей?"
Случается, что проблема, о которой вы еще вчера и не думали, вдруг захватывает вас полностью и не отпускает по нескольку лет. Так случилось и со мной. Однажды, испытывая стеклянную модель циклона, я натолкнулся на совершенно новый эффект, который меня на первых порах просто ошарашил.
В этот день приятные неожиданности буквально преследовали меня. С утра раздался телефонный звонок, и редактор одного журнала обрадовал .меня сообщением, что моя статья о пневмотранспорте вскоре будет опубликована, а я должен подготовиться к визиту фотокорреспондента, который сделает репортаж о моей творческой кухне. Действительно, вскоре появился фотограф. Меня он загнал в угол комнаты, туда же велел поставить кухонный стол, на него пылесос и циклон, вокруг установил ослепительно яркие лампы, а сам стал выбирать точку для съемки. Вскоре объектив был наведен, я сделал каменное лицо, и затвор щелкнул. "Теперь еще",-- скомандовал фотограф. Я принял прежнюю позу. "Да нет же! -- досадовал репортер.-- Нужна экспрессия! Поверните как-нибудь иначе пылесосный шланг. Не смотрите в объектив! Вы работаете, не обращайте на меня внимания! Когда композиция мне понравится, я сниму".
Я включил пылесос и стал бросать хлопья ваты в стеклянный циклон, сделанный из молочной бутылки. Они вращались по окружности, а когда их количество возрастало настолько, что образовывался как бы "пояс астероидов", они, как корабли в старые парусные времена, делали поворот "все вдруг" и мгновенно улетали из циклона-бутылки.
Итак, я на какое-то время увлекся, своими занятиями и даже забыл о фотографе. Вдруг слышу его голос: "Да что вы мне все время один и тот же кадр даете! Неужели нельзя взять циклон не в правую, а в левую руку, повернуть его боком, что ли?"
Вот тут-то оно, это самое, и случилось. "Эх,-- думаю,-- да не все ли равно -- будет ли в бутылке циклонный эффект, поверну все вверх ногами, задом наперед и совсем по-другому. Что будет, то будет!"/Лихорадочно переменил я концы пылесосного шланга так, что запыленный поток стал входить не сбоку бутылки по касательной к ее поверхности, а с торца в то место, где было дно. В первое мгновение я ничего не понял. Такое впечатление, что в бутылке стал работать диафрагменный насос. Резкие хлопки, как такты поршневой машины, стали четко ощутимы. Посмотрел сбоку и увидел, что из верхнего патрубка, который минуту до того был выходным, частицы пыли, как из пушки, влетали в горлышко бутылки. Не поверил глазам. Еще и еще раз повторил этот до смешного простой, но совершенно необыкновенный опыт. Впускал в циклон бумажки, пепел от сигарет, кусочки шерстяных ниток. Я то подключал циклон по обычной схеме, то опять делал все наоборот. Наоборот циклон работал значительно лучше. В частности, вата по обычной схеме вообще не ловилась, наоборот -- ловилась почти полностью. Шерстинки от кроличьей шапки вели себя точно так же.
О том, что идет съемка, я вспомнил только тогда, когда фоторепортер сказал, утирая с лица пот: "Все! Вы стали повторяться, и пленка у меня кончилась!"
Забегая вперед, скажу, что фотограф в тот день побил все существовавшие до него рекорды -- из 72 отснятых кадров, на которых было одно и то же лицо с одними и теми же предметами, редакция приняла 22!