Примем эту цифру во внимание и будем почаще проветривать комнаты, где мы живем и работаем. Право, от свежего воздуха пока еще никто не заболел.
ЧАСОВЫЕ ЗДОРОВЬЯ
КАМЕРЫ ДЛЯ ЗАДЕРЖИВАНИЯ ПЫЛИНОК
Первые установки для борьбы с пылью были предложены еще в прошлом веке. С учетом размеров и удельного веса частиц были построены пылеосадочные камеры, в которых двигался поток запыленного воздуха. Чтобы снизить скорость потока, камеры делали довольно большого сечения, а чтобы продлить в ней время пребывания частиц пыли,-- большой длины. Благодаря этому и достигали положительного эффекта. Но производительность предприятий росла, рос и объем запыленного выбросного воздуха. Размеры камер оказались малы. Пыль в них не оседала. Удвоить длину камер? Но место на заводах дорого... Решили сделать камеры с дополнительными ходами для запыленного воздуха по типу лабиринта. При строительстве текстильных предприятий предусматривались "пыльные подвалы" с резкими поворотами и коридорами, в которых оседали отходы, образующиеся при трепании, чесании и прядении волокна. Их и теперь можно увидеть на фабриках, сохранивших старые стены. Иногда "пыльные подвалы" и сейчас используются по назначению. Уж очень просты и надежны эти сооружения!
Иногда для обеспечения непрерывной работы пылео-садительная камера разделяется на две параллельные секции, из которых одна находится в работе, а другая в это время очищается от пыли.
Материалом для постройки камер чаще всего служит кирпич, реже -- бетон, сталь и дерево (для холодных газов). Усовершенствованная осадительная камера снабжается специальными устройствами для равномерного распределения газа по сечению камеры (например, газораспределительными решетками, диффузорами и т. д., затворами для включения и отключения газового потока) и бункерами для удобства выгрузки пыли.
Степень очистки в камерах не превышает 40--.50%, - поэтому их обычно применяют для предварительной очистки газа, чтобы облегчить работу установленных за ними аппаратов интенсивного пылеулавливания.
Практика показывает, что в пылеотстойных камерах улавливать пыль с частицами размером менее 40-- 50 мкм нецелесообразно; в них следует осаждать сравнительно крупную пыль (например, пыль горячих печных газов мышьяковых заводов, пыль вентиляционного воздуха асбестообогатительных фабрик и др.). Не исключена возможность использования этих аппаратов для улавливания частиц некоторых видов саж, металлургических возгонов, первоначально находившихся в газах в виде мелких частиц и соединяющихся с течением времени в агломераты со сравнительно большой массой.
Есть мнение, что пылеотстойные камеры устарели морально. Дескать, выглядят они на фоне современных заводов, как фраки пушкинских времен в сочетании с ботинками и джинсами. Но если пыль, подлежащая улавливанию, достаточно крупная и тяжелая, а заводская территория не перегружена другим оборудованием, почему бы и не установить "морально устаревшую" пылеотстойную камеру? Ее низкое сопротивление и высокая надежность окупят затраты на строительство "немодного" пылеуловителя. И, вообще, уместно ли в технике само понятие "мода"? Ведь говорили когда-то, что колесные тракторы изжили себя и на смену им пришли гусеничные. Однако и по сию пору машин на колесах работает на полях гораздо больше, чем гусеничных.
Словом, без точного расчета, учитывающего энергозатраты, стоимость и коэффициент полезного действия пылеотстойной камеры, как, впрочем, и любого другого пылеуловителя, отвергать или рекомендовать ее к внедрению нельзя.
Тем более нельзя спешить подписывать приговор пылеотстойной камере, если она уже имеется на предприятии. Повысить ее эффективность можно, используя некоторые несложные приемы. Проход для холодных газов может быть перегорожен несколькими рядами висящих бечевок, а для горячих -- рядами цепей. На входе в камеру можно установить трубы с мелкими отверстиями и через них подавать в газовый поток водяной пар. Это будет способствовать коагуляции и осаждению частиц.
РОЖДЕНИЕ ЦИКЛОНА
Пылеосадочную камеру можно сделать круглой, и воздух в нее подать сбоку по касательной. Тогда по инерции поток будет долго вращаться, и из него выпадут даже мелкие частицы.
Так, между прочим, родился циклон. Это было гениальное изобретение! Прошло около 100 лет, а конструкция его практически не изменилась. Циклон представляет собой цилиндрический корпус с конусным днищем, внизу которого прорезано пылевыпускное отверстие. Входной патрубок для запыленного потока подключен к корпусу сбоку по касательной, а выходной патрубок для очищенного воздуха -- в центре по вертикальной оси. Первый же пуск циклона показал такой эффект, о котором и не мечтали. Пыль в его конусе образовала маленький смерч. Войдя в корпус, поток запыленного воздуха расслаивался под действием центробежной силы. Твердые частицы отбрасывались к стенке, а воздух, имеющий массу, в несколько тысяч раз меньшую, вращался в середине. Но, как всегда, без "но" не обошлось. Вращаясь, воздух образовывал восходящий вихрь, который захватывал с собой мелкие частицы пыли. А они-то и есть самые вредные... Десятки всяческих вставок были опробованы инженерами и учеными для разрушения восходящего вихря, но... в результате лишь увеличивалось сопротивление циклонов, а степень пылеулавливания повышалась крайне мало, а то и вообще становилась меньше. Поиск велся все время в области циклонных камер: очень уж заманчивым казался циклонный эффект. Построить модель с вихрем в круглом корпусе легче легкого. Провести испытания пробы пыли на предмет улавливания в циклоне тоже несложно. Циклоны прекрасно показали себя и как пылеуловители, и как теплообменники, и как разгрузители пневмотранспорта, и даже как топочные устройства. Циклонный эффект возникает в очень большом диапазоне скоростей -от нескольких метров до нескольких десятков метров в секунду. Поток запыленного, воздуха, войдя в циклон со скоростью всего лишь 5 м/с, может создать в его конусной части вихрь, а при уменьшении- радиуса вращения за счет сохранения массы движения в нижней части конуса скорость достигнет своего максимального значения.
Но есть целый ряд областей техники, куда циклон внедрить почти невозможно. В нем нельзя улавливать легкие и пушистые частицы. Следовательно, циклону заказано внедрение в текстильной и легкой промышленности. Циклон не ловит сажу. Вот и еще одно "табу". Он пропускает слишком большое количество мелких фракций при очистке воздуха от литейной пыли и еще, и еще... И все же циклон, несмотря на все свои недостатки, продолжает оставаться на вооружении в пылеулавливании.
ВОДА ПОМОГАЕТ УДЕРЖАТЬ ПЫЛЬ
Во Всесоюзном теплотехническом институте решили подавать на стенки циклона воду. Пылинки, коснувшись стенки, не могут больше от нее оторваться. Для этого устанавливают несколько форсунок носиками по ходу вращения потока. Вода смывает пыль, выделяющуюся из вихря, и сливается через нижнее отверстие устройства.
Этот аппарат называется "цетробежный скруббер ВТИ". Он применяется и на тепловых электростанциях, и на химических заводах.
У центробежного скруббера есть один недостаток -- большой расход воды: 0,25 л на 1 м3 очищаемого газа. Если производительность скруббера 100 тыс. м3 газа в час, то для его очистки требуется подавать за тот же час более 20 тыс. л воды -- это целая река. Вода в скруббере загрязняется. Для ее очистки нужно строить огромные отстойники, тратить энергию на перекачку пульпы, проводить трубопроводы.
Существуют и другие устройства, работающие на центробежном принципе. Одно из них -- ротационный пылеуловитель, самый компактный аппарат для очистки газа. Все устройство для улавливания пыли расположено внутри вентилятора. В центробежном вентиляторе воздух вращается с очень большой скоростью. Следовательно, с пылинками там происходит то же, что и в циклоне. Нужно только суметь их уловить.
Концы лопастей ротора вентилятора можно изогнуть так, что частицы пыли, которые попадут на них, как по желобу, вылетят в бункер.
В последнее время разработано много таких пылеуловителей, но применяются они тогда, когда обычный циклон или скруббер поставить негде. Несмотря на компактность и высокую эффективность очистки воздуха, ротационный пылеуловитель -- несовершенное устройство. Расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 запыленного газа в нем составляет 2,5 кВт-ч. Изгибание лопастей снижает коэффициент полезного действия самого вентилятора.
Многоступенчатый циклон --это не что иное, как реконструированный классический циклон, известный много десятков лет. Но очистка газа в нем не ограничивается только вихрем во внешнем цилиндрическом корпусе. Тридцать пять лет назад французский инженер Жозеф Ранк, исследуя модель обычного циклона, заметил, что в центре вихря температура, а следовательно, и давление значительно ниже, чем у краев. Вот почему часть пыли, вращающаяся в конусной части циклона, засасывается обратно в центр и вылетает в трубу. А нельзя ли использовать это явление для увеличения эффективности действия циклона?
В выбросной трубе циклона была установлена конусная вставка с закрепленным патрубком. Между вставкой и патрубком вварили косые направляющие лопатки. Получился еще один циклон, в который газ поступал после завершения первого цикла во внешнем корпусе. Дополнительный корпус стал вылавливать из газового потока частицы, которые не успел поймать внешний корпус.
Конусная часть внутренней вставки циклона соединяется воздуховодом небольшого диаметра с всасывающим патрубком вентилятора, который гонит в циклон пыль. А если на этом воздуховоде поставить еще маленький циклон, то система будет не только ловить пыль, но и сортировать ее по фракциям. Во внешнем корпусе будет улавливаться крупная пыль, а в маленьком циклоне-мелкая.
Вихрь укрощен. Новый циклон имеет и небольшое сопротивление, и высокую эффективность. В нем улавливается до 99% пыли с диаметром частиц до нескольких микрометров. Многоступенчатые циклоны используют в системах пневмотранспорта коксохимических заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов и котельных, работающих на угольной пыли.
Но в газах часто содержится пыль с гораздо меньшими частицами. Есть пылинки, масса которых настолько мала, что центробежная сила не оказывает на них воздействия, достаточного для их выделения из потока. В таких случаях пылинки нужно укрупнять.
УЛЬТРАЗВУК И ПЫЛИНКИ
Когда колонны демонстрантов идут по улицам, как ни странно, пыли в воздухе становится меньше. Английский ученый Алан Кроуфорд объясняет это тем, что разнобой голосов создает ультразвук, который не дает пыли подниматься в воздух. Аналогично работают и акустические пылеуловители. Если генератор ультразвука установить в пылеосадочной камере, эффективность ее действия возрастает в сотни раз. Пылинки, которые и без того участвуют в беспорядочном броуновском движении, под действием ультразвука начинают усиленно ударяться друг о друга. При этом они сливаются, и размер их увеличивается. Это остроумное устройство, но, кроме того что ультразвуковой пылеуловитель "шумит", у него есть еще один недостаток: расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа составляет 3 кВт-ч. Поэтому акустические пылеуловители ставят для улавливания только очень ценной и тонкой пыли, например на свинцовых и бронзо-плавильных заводах. Если же ультразвуком улавливать не свинец, не бронзу, а, например, обычную суперфосфатную пыль, то стоимость ее будет в несколько раз меньше стоимости электроэнергии, затраченной на создание ультразвуковых волн. Но если выделяется очень тонкая и вредная пыль, то, конечно, с расходами не считаются.
КОРОННЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ
Иногда вокруг проводов линии электропередачи можно увидеть голубовато-фиолетовое свечение -- корону. Коронный разряд образуется и между электродами в электрофильтрах, к которым подведено высокое напряжение. Под действием коронного разряда в газе образуется большое количество ионов и свободных электронов и возникает ток. Когда загрязненный пылью газ пропускают между злектродами электрофильтров, заряженные частицы газа, двигаясь по силовым линиям электрического поля, по пути захватывают с собой частицы пыли или тумана, находившиеся в газовом потоке, и доставляют их к электроду.
На этом принципе основана работа промышленных электрофильтров. Положительный электрод здесь -- пластина или труба. Отрицательный коронирующий электрод -- проволока -- устанавливается по центру трубы или рядом с пластиной. Время от времени электроды встряхиваются и пыль с них осыпается в бункер. Для этого, правда, необходимо остановить фильтр, иначе пыль с потоком газа уйдет в атмосферу.
А вот в новой конструкции электрофильтра фирмы "Хаудел" электроды очищают во время фильтрации газа. В цилиндрическом корпусе, как соты, расположены металлические трубы; по их оси подвешены коронирующие электроды. Подвижный сектор, напоминающий раструб граммофона, медленно вращается электродвигателем, постепенно накрывая то одну, то другую группу труб. К раструбу подключены циклон и мощный вентилятор. Проходя над трубами, раструб высасывает осевшую на электродах пыль.
Расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа в электрофильтрах составляет всего 0,2 кВт. Электрофильтры установлены на сажевых, графитных, суперфосфатных заводах. И все же они до сих пор не нашли достаточно широкого применения. Дело в том, что строительство электрофильтра довольно дорого, сам он громоздок, а для эксплуатации его сложного электрооборудования нужен высококвалифицированный персонал.
А нельзя ли построить такой электрофильтр, в котором совсем не будет электрооборудования?
Древнегреческий ученый Фалес Милетский, заметив, как к веретену, на котором пряла его дочь, прилипала тоненькая нитка, открыл свойство янтаря наэлектризовываться. Некоторые пластмассы обладают похожими свойствами.
Химики создали новый фильтрующий материал из ультратонких синтетических волокон -- ткань ФП. Этот материал обладает и гидрофобностью, и хорошими фильтрующими свойствами.
Но сопротивление такого фильтра нестабильно, и, кроме того, он неприменим при высокой температуре. Поток, в котором много пыли, быстро забивает пористый слой, и сопротивление его возрастает, а горячий газ может расплавить ткань. Этот фильтр широко применяется в лабораториях, где работают с радиоактивными веществами, в цехах сборки особо точных приборов -- везде, где на счету каждая пылинка. А как же быть, если пыли в потоке газа очень много и температура его довольно велика?
НАШ БАРБОТАЖ
О том, что бороться с пылью нужно с помощью воды, знает любая хозяйка. А вот на предприятиях этот вопрос еще обсуждается. Врачи санэпидстанций требуют поставить в пыльном цехе мокрый пылеуловитель. Начинается томительный диалог между администрацией и врачом.
-- Гидравлический воздухоочиститель нам не подходит. Его сложно эксплуатировать. Не лучше ли поставить какой-нибудь сухой пылеуловитель типа тканевого мешка?
-- Нет, не лучше. Ткань забьется пылью и перестанет фильтровать воздух. Нужно применять воду.
Применять, но как?
Сотни лет назад на Востоке курили длинную камышовую трубку с высушенной дыней на конце -- чилим. В дыню наливали воду, и дым, прежде чем попасть в легкие курильщика, пробулькивал через нее. Наверное, это был самый первый и самый простой газоочиститель барботажного типа.
В прошлом столетии механик-самоучка Петр Гуров писал на имя управляющего Деминской мануфактуры: "А еще доношу Вашему Высокоблагородию, что замечено мною в дни весеннего стояния воды, когда пыльный подвал прядильной фабрики до половины был залит водой, улавливание пыли в нем происходило куда как чисто. По своему разумению мы дверь из пыльного подвала открыли, и воздух, что машины в него с пылью качали, в цех выпустили. Оттого было в цеху чище и прохладней, и волокно не летало и нить не рвалась".
Казалось бы, вот он, случай. Сама природа услужливо подсовывает его в руки инженера. Однако прошло более 50 лет, прежде чем...
В анналах бюро патентов сохранилась привилегия, выданная в 1908 г. технику А. Г. Лопатникову на устройство для вылавливания твердых частиц из газового (воздушного) потока. Устройство состояло из емкости с входным и выходным патрубками, перегороженной переборкой, не доходящей до дна на 20 дюймов. В емкость заливалась вода, и газ, чтобы пройти из одного патрубка в другой, вынужден был подныривать под перегородку. Примерно так выглядел первый водяной фильтр для запыленного воздуха. Позже устройство это назвали барботером. Не правда ли, в этом газоочистителе много общего с затопленным пыльным подвалом, о котором "доносил по начальству" механик Гуров?
Есть предприятия, на которых улавливание пыли не просто требование санитарии, а основной технологический процесс. Например, заводы, выпускающие сажу для шинной промышленности. В их печах сжигают жидкое топливо при большом недостатке воздуха. Черный коптящий факел охлаждается водой, и продукт сгорания поступает в электрофильтры. Здесь сажа притягивается к электродам и периодически стряхивается в бункер.
Самую тонкую сажу электрофильтры, к сожалению, уловить не способны. Поэтому вокруг заводов и зимой и летом было черно. Только одну весеннюю неделю листва радует глаз зеленью. И кто знает, сколько бы времени так продолжалось, если бы не случай.