Требовался очень простой и очень эффективный пылеуловитель, и на сей раз безопасный в обращении.
А что если попробовать древний азиатский чилим?
Для опыта потребовались ванна, решето и пылесос. Обечайка решета была опущена в воду, а под сито подвели шланг, соединенный с нагнетательным патрубком пылесоса. Кран ванны открыли так, чтобы струйка все время лилась на сито. Приготовились...
Три, два, один, пуск!
Взвыл пылесос, и над решетом забурлила вода. В качестве опытной среды во всасывающий патрубок пустили зубной порошок, крахмал, пудру, детскую присыпку,
Рис. 1. Простейший барботер:
1 -- корпус; 2 -- входной патрубок; 3 -- выходной патрубок; 4 -перегородка с козырьком; 5 -- вторая перегородка
Эффект потрясающий! Ни пылинки не прошло через бурлящую водяную завесу.
Остальное свелось к обычной конструкторской разработке. Несколько листов ватмана -- и проект барботажного аппарата был готов.
Но почему все же произошел взрыв? Ведь газ, проходящий через электрофильтр,-- продукт сгорания жидкого топлива? Чему же в нем было взрываться? Анализ, произведенный в калориметрической бомбе, показал, что теплотворная способность 1 м3 газа, выходящего из сажекоптильной печи, составляет около 500 ккал.
"Fie попробовать ли дожигать этот газ в обычной топке?" -- решили работники Ярославского сажевого завода. Газ, прошедший очистку в барботажном аппарате, направили трубопроводом прямо в котельную...
Ну а как же наш барботер? Он действовал исправно. Исправно, значит, без дефектов? Нет, один маленький недостаток в работе пылеуловителя оставался. Вода... Слишком много воды требовалось для очистки газа. Она льется на решето, а газ выходит из ячеек и заставляет воду бурлить. Получалось, что чем лучше нужно очистить газ, тем больше воды необходимо подавать на решето. Но ведь чем больше воды загрязнится при барботаже, тем труднее ее осветлить. Сам по себе небольшой пылеуловитель обрастал длинным хвостом громоздких водоосветлительных устройств (рис. 1).
Барботажно-вихревой пылеуловитель системы инженера С. Морозова прекрасно объединял в себе и очистку газа, и осветление воды. Как и устройство Лопатникова, камера разделена перегородкой, но только не простой, а фигурной. Газ, проходя над зеркалом жидкости, залитой в пылеуловитель, захватывает с собой влагу и поднимает ее на верхнюю ступень. Здесь газ отсасывается вентилятором, а жидкость по трубам стекает в бак -- там-то и отделяется от нее уловленная пыль. Осветленная жидкость вновь подается в пылеуловитель и совершает тот же круговорот.
Кандидат технических наук А. А. Курников сконструировал барботажный пылеуловитель с отдельным водоосветлительным устройством.
ВОЛНА ЛОВИТ ПЫЛИНКУ
Недавно были изобретены и применены новые пылеуловители -- ротоклоны. Газ в них очищается водой. В корпусе смонтирована фигурная перегородка с зазором, делящая пылеуловитель на две части.
Запыленный газ, проходя через зазор между перегородками, с большой скоростью перемещается над зеркалом налитой в пылеуловитель воды. Газ, как ветер на море, гонит перед собой волну. Эта волна и запыленный газ создают пылегазоводяную смесь. Контакт газа и воды настолько тесен, что пыли в нем почти не остается. Она вся переходит в воду.
После этого газ отсасывается вентилятором, а вода с уловленной пылью сливается в нижнюю часть ротоклона. В нем можно очищать газ от мелкодисперсной, гидрофобной пыли и от легкосмачивающейся. Температура очищаемых газов может достигать 200°, а расход воды в ротоклоне ничтожен: она циркулирует по замкнутой системе. Правда, такие пылеуловители недостаточно компактны, и производительность их ограничена. На 1 м длины щели между перегородками нельзя подавать больше 3 тыс. м3 газа в час.
А что если свернуть щель для прохода газа кольцом? Тогда у потока не будет краев, следовательно, не будет и не заполненных водой углов, неизбежных при прямоугольном отверстии для стока воды. Диаметр круглого пылеуловителя будет в 3,14 раза меньше, чем длина ротоклона. Это тоже удобно.
Такую конструкцию создали и назвали гидродинамическим пылеуловителем (рис. 2). Он улавливает и тонкую серебряную пыль, и порошок суперфосфата, и волокнистую пыль, и мельчайший тальк.
Гидродинамические пылеуловители работают на производственном объединении "Минудобрения", на Московском чугунолитейном заводе имени Войкова и в других местах. Они улавливают пылинки размерами до 1 мкм, а расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа не превышает 0,3 кВт ч. Они достаточно компактны, просты и надежны. Можно сказать, что на сегодня -- это самая универсальная конструкция очистителя газов. Она, правда, неприменима, если газы загрязнены аэрозолями или если ценность пыли снижается после ее смачивания. Но ведь для аэрозолей существуют ткань ФП и электрофильтры, а для сухого улавливания обычной пыли можно применить и многоступенчатый циклон.
Было разработано еще одно пылеулавливающее устройство. Это барботер -- тот же сосуд с перегородками, только сделать его проще простого. Стоит ли объяснять, как согнуть из листового железа ящик и вварить в него две перегородки, а к верхней перегородке приделать козырек. Но, несмотря на простоту, ящик этот не уступает по эффективности действия ни одному самому сложному барботеру.
Запыленный воздух нагнетается вентилятором в одну полость ящика и давит на зеркало воды, понижая его. Потом он пробулькивает в зазоре между перегородками. Вода в этом устройстве постоянно циркулирует из одной полости в другую. Дело в том, что во время пробулькивания часть воды в виде пены попадает из вход
Рис. 2. Гидродинамический пылеуловитель:
1 -- корпус;. 2 -- входной патрубок; 3 -- выходной патрубок; 4 -кольцевое сопло; 5 -- чаша; 6 -- шламовый затвор
ной полости в выходную. Она повышает уровень в выходной полости, и вода через зазор между дном и нижней перегородкой проходит во входную полость. В этом весь секрет хорошей очистки воздуха.
Ну а пыль из воды извлекают раз в неделю обычной лопатой через верхний люк.
Тканевые фильтры -- одно из самых простых и надежных воздухоочистительных устройств. Марлей закрывают хозяйки окна квартиры, если на улице пыльно. Широкими полотнищами закрывают нижнюю часть лица погонщики верблюдов...
Современный промышленный фильтр из ткани выглядит, конечно, несколько иначе. Установлено, что любой тканевый фильтр имеет свою предельно допустимую "нагрузку по запыленному воздуху". То есть 1 м2 натянутой поперек воздушного потока ткани может пропустить ограниченное количество воздуха. Например, на 1 м2 шерстяной фланели допускается нагрузка в 250-- 300 м3/ч воздуха, содержащего пыли не больше 100 мг/м3. Если, скажем, стоит задача очищать воздух, нагнетаемый вентилятором производительностью 5 тыс. м3/ч, то потребуется полотнище площадью 20 м2. Как же установить такую большую по площади ткань на пути воздушного потока?
Еще на заре мануфактурного производства рекомендовалось располагать ткань в "пыльных подвалах" зигзагообразно. Запыленный воздух проходит сквозь ткань и оставляет на ней слой пыли. Слой этот с каждым часом растет, и проход воздушному потоку постепенно затрудняется. Необходима чистка фильтра. Люди берут палки и щетки и начинают очищать уловленную пыль. Кому приходилось чистить ковровые дорожки, тот приблизительно знает, что это за работа... Во время чистки к тому же легко повредить и саму фильтровальную ткань. Поэтому на некоторых заводах ее заменяют металлической сеткой.
Ловят пыль и мешочным фильтром. Устройство его напоминает бытовой пылесос. К нагнетательному воздуховоду вентилятора присоединяются мешки, сшитые из пористой материи. Выходящий из вентилятора воздух раздувает их, как пузыри, и проходит через поры ткани уже очищенным. Пыль скапливается внутри мешка. Вытряхивать мешки не так сложно, как ковры-полотнища, но все-таки неприятно. И новаторы Всесоюзного НИИ цементного машиностроения разработали самоочищающиеся рукавные фильтры. Мешки в этих фильтрах вытянуты в Длину, они даже и не мешки вовсе, а рукава. Возможно, отсюда и название "фильтр рукавный". А принцип действия его тот же, что и мешочного фильтра. Есть, к примеру, такая конструкция самоочищающегося сетчатого фильтра. На большое колесо натягивается металлическая сетка. Оно вращается медленно -- всего два-три оборота в секунду. Запыленный воздух проходит через сетку внутрь колеса и удаляется по направлению, совпадающему с его осью. Уловленная пыль откладывается на внешней поверхности колеса. Кожух этого фильтра имеет два патрубка: один -- для подачи запыленного воздуха, другой --для выброса уловленной пыли. Под колесом прямо у пылеразгрузочного отверстия установлен вращающийся валик. Этот валик снимает с сетки колеса пыль и сбрасывает ее в пылеразгрузочное отверстие. Такие фильтры очень удобны для улавливания волокнистой пыли, но они не всегда исправно работают.
А нельзя ли сделать такой же фильтр, но попроще и понадежней. Можно. Вот довольно удачный пылеуловитель с сетчатым колесом, который работает благодаря центробежным силам. Сетчатое колесо вращается потоком воздуха, поступающего на фильтрацию. Колесо работает, как турбина. Турбофильтр можно сделать в любой мастерской из корпуса вентилятора.
Но не во всех случаях хорош турбофильтр. Его основной рабочий орган -турбина -- требует постоянного внимания, ее нужно периодически осматривать, менять уплотняющее фетровое кольцо, смазывать подшипники.
Для очень легкой пыли можно построить совсем простой фильтр с центробежным эффектом. В нем нет вращающегося ротора, следовательно, нет и неудобств турбофильтра. Называется он "циклон с рукавом". Циклон можно сделать из оцинкованного железа. Внутри его цилиндрического корпуса подвешивается рукав из бязи, а к нижнему краю цилиндра прикрепляется мешок. Как в обычном циклоне, запыленный воздух тангенциально входит в корпус и вращается в нем. Часть пыли сразу выделяется из потока и ссыпается в мешок, а часть наиболее легкой пыли осаждается на рукаве. Но ведь воздух в корпусе вращается, значит, на пыль должна действовать какая-то дополнительная сила. Верно. Эта сила встряхивает рукав, сдувает скопившуюся на "ем пыль. Как и турбофильтр, этот циклон сам себя очищает. Единственный его недостаток -- он не очень компактный. В циклон можно подавать в час всего 600--700 м3 запыленного воздуха.
Итак, нужен более компактный и производительный фильтр с плоским корпусом, такой, чтобы его можно было поставить вдоль стен, чтобы фильтрующий слой был доступен для осмотра и чтобы очистка производилась автоматически... Однажды мне пришлось присутствовать на состязаниях парусных судов. Резкий порыв ветра -- и парус нашей яхты выгнулся в обратном направлении, щелкнув, как кнут пастуха. Не здесь ли кроется разгадка эффективного встряхивания фильтрующей ткани?.. Вскоре после этого был построен пылеуловитель, который авторы назвали "парусный фильтр".
В корпусе между разделительными досками зигзагообразно расположены паруса, плотно прижатые к доскам планками. В каждый парус зашиты рейки. Загрязненный воздух поступает в корпус фильтра, как обычно, через всасывающий патрубок, очищенный -- уходит через вытяжные патрубки. Продувочные патрубки расположены под вытяжными. В вытяжных и продувочных патрубках установлены мотыльковые поворотные шиберы, сблокированные попарно (с помощью тяг), так что открытым может быть только один из патрубков. Для сбора пыли под парусами расположены выдвигающиеся ящики. Для осмотра и ремонта парусов предусмотрена съемная стенка. Принцип действия парусного фильтра такой. Запыленный воздух очищается, проходя через паруса. Основной поток воздуха, выбрасываемый вентилятором, уходит наружу, а остальная часть через специальный воздуховод, встроенный в расходный патрубок вентилятора, может быть подана обратно в фильтр для продувки и встряхивания фильтрующей ткани (парусов),
По штреку из забоя идет запыленный воздух. Как преградить ему дорогу? Можно поставить перегородку. Но она будет мешать транспортеру, вагонетке. Изобретатели кафедры промышленной аэрологии и охраны труда Новочеркасского политехнического института разработали такую схему (авторское свидетельство No 365464): вентилятор забирает запыленный воздух и гонит его поперек штрека, подобно тому как теплый воздух из калорифера создает невидимую завесу в дверях магазинов и метро. Заборник подхватывает и гонит воздух по трубам на очистку. Здесь неподвижное колесо с искривленными лопатками (авторское свидетельство No 417171) завихряет поток. Этим "финтом" изобретатели обходят стандартное решение задачи. А оно заключается в том, что для электрической зарядки частиц пыли ставят электроды. Здесь в них нужды нет. Под воздействием центробежных сил тяжелые частицы угля отлетают к стенкам трубы, двигаясь по винтовой траектории, пылинки трутся о стену и получают электрический заряд. Далее отсекатель направляет угольную пыль в бункер. Там положительный электрод создает электростатическую ловушку, и пыль прочно оседает.
Еще красивее с изобретательской точки зрения устройство для коагуляции (укрупнения) пыли (авторское свидетельство No 361291). Мелкая пыль -трудноуловима. Она проскакивает и через циклоны. Поэтому ее желательно укрупнить. Изобретатели предложили разделить тоннель, по которому идет запыленный воздух, на две трубы меньшего диаметра. Одну трубу изготовить из фторопласта, а другую -- из оргстекла. В каждую вставить неподвижные колеса -завихрители потока. Пылинки в силу указанного выше обстоятельства получат определенный заряд. На частицах антрацита в трубе из фторопласта возникает положительный заряд, а в трубе из оргстекла -- отрицательный. Разноименно заряженные частицы пыли попадают в общую коагуляционную камеру и там притягивают друг друга. Образуются крупные хлопья, которые легко улавливаются циклоном.
НА СЛУЖБЕ -- ЖАЛЮЗИ
В жалюзийных пылеуловителях пыль выделяется из газового потока под действием инерционных сил при изменении направления запыленного газового потока. Жалюзийный пылеуловитель состоит из двух основных частей: жалюзийной решетки и циклона. Решетка состоит из ряда пластин, собранных в виде жалюзи; бывает она и конусообразной формы. Назначение жалюзийной решетки-- разделить газовый поток на два:, в одном потоке находится 90--95% всего количества газа, в значительной мере освобожденного от пыли, а в другом -- 5--10% газа, в котором сосредоточена основная масса содержащейся в газе пыли.
Циклон служит для улавливания пыли из обогащенной части" газа, не прошедшего через жалюзийную решетку.
Схема жалюзийного пылеуловителя, разработанного инженером Я. З. Ефремовым, выглядит следующим образом. На пути запыленного газа в газопроводе вертикально установлена решетка, состоящая из ряда конусов. После каждого конуса струйка газа делает резкий поворот; проходя между конусами, газовый поток снова меняет направление и продолжает свое движение в газопроводе по другую сторону решетки в первоначальном направлении.
Частицы пыли, несущиеся вместе с газом, при изменении направления движения газовой струйки стремятся сохранить первоначальное направление. При этом они ударяются о поверхность конусов и отскакивают в сторону, противоположную движению основного потока газа. В результате газ, прошедший через решетку, в значительной мере очищается от пыли; оставшаяся по другую сторону решетки часть газа, насыщенная пылью, поступает через отсосный воздуховод в циклон для ее улавливания.
ВЫТЯЖНАЯ ТРУБА ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ
Чтобы очистить воздух, выходящий из вентиляционных коробов предприятий, приходится идти на большие затраты. Как уже говорилось, самые распространенные сейчас очистные устройства -- это циклоны. Чтобы избавиться от мелкой пыли, внутри вытяжной трубы циклона устанавливают проволочный коронирующий электрод. Электростатическое поле отбивает пыль в отстойник. Многие частицы не долетают вниз, а оседают на стенках вытяжной трубы и, если ее периодически не чистить, отслаиваются, попадают в воздушный поток и все-таки выносятся наружу.
Циклон периодически останавливают и тщательно чистят. Ставят дополнительно щетки, скребки. Однако все это плохо помогает.
Работники Всесоюзного заочного политехнического института С. П. Павлов, Н. Д. Киселев, В. Г. Борисенко, Н. Ф. Воропаев и Э. Ж. Немировский сумели совместить простоту и компактность электроциклонов с надежностью и эффективностью электрофильтров. Чтобы пыль не засоряла вытяжку, было решено отбивать ее еще у входа. Для этого не стали, как обычно, помещать электрод внутрь трубы, а саму трубу превратили, в электрод: полый металлический цилиндр, утыканный иголками -- так называемыми фиксированными точками. И не только с боков, но и снизу по периметру входного отверстия. Пыль, попадая в циклон, теперь сразу же наталкивается на мощное электрическое поле, создаваемое вытяжной трубой. Она уже не только в атмосферу -- в трубу не проберется.
Стали испытывать. Пока шла цементная и прочая токонепроводящая пыль, циклон великолепно работал, а когда пустили токопроводящую, стенд чуть не сгорел. Изолятор, отделяющий выхлопную трубу от металлического корпуса, покрылся толстым слоем пыли, и произошло короткое замыкание.
Сделали изолятор составным. Один цилиндр в другом. Если движется нисходящий .поток, загрязняется внешнее кольцо, если восходящий, частично очищенный, частички оседают на внутреннем кольце, а центральный основной цилиндрик всегда остается чистым и надежно предохраняет установку от короткого замыкания. А чтобы чистить изолятор, предусмотрена продувка сжатым воздухом -останавливать для этого установку не надо. Новый электроциклон компактен, вылавливает высокодисперсную пыль, прост в изготовлении и эксплуатации, имеет коэффициент полезного действия 95%. Его мы испытывали на Московском электродном заводе. Пыль там мелкодисперсная, электропроводная, но установка работала безупречно. Использовать новый электроциклон можно на предприятиях металлургической, химической, горной, горнообогатительной, строительной, пищевой и других отраслей промышленности.