Лекция Механическое пылеулавливание. Пылеосадительные камеры. Циклонные осадители. Конструкции циклонов. Вихревые пылеуловители.
План
1. Осаждение пыли в камерах и газоходах.
2. Инерционные пылеуловители. Конструкции. Область применения
3. Сухие центробежные циклоны. Принцип действия. Основные типы циклонов
4. Батарейные циклоны и их эксплуатация
1. Осаждение пыли в камерах и газоходах.
В сухих инерционных пылеуловителях для очистки газов от пыли используют гравитационные, инерционные и центробежные силы. Под действием гравитационных сил пыль осаждается в пылеосадочных камерах и коллекторах. В инерционных пылеуловителях пыль улавливается из газа за счет инерционных сил, возникающих в процессе движения частиц с определенной скоростью в газовом потоке. При изменении направления движения газа пыль по инерции двигается в первоначальном направлении и в результате этого выделяется из газового потока. Для изменения направления движения газа в аппаратах устанавливают жалюзи, перегородки и другие устройства.
Инерционные силы для очистки газа используют в жалюзийных пылеотделительных и инерционных пылеуловителях (пылевых мешках).
В центробежных аппаратах (циклоны, батарейные циклоны, аппараты машинного типа) очистка газа от пыли осуществляется за счет центробежной силы, развивающейся при вращательном движении запыленного газа и действующей на частицы пыли. В виду того что центробежная сила во много раз больше инерционной для одних и тех же условий, в центробежных аппаратах газ очищается более эффективно, чем в инерционных аппаратах.
Пылеосадочные камеры и коллекторы
Если запыленный газ, движущийся с определенной скоростью по газоходу, ввести в камеру, имеющую площадь поперечного сечения значительно большую, чем площадь газохода, то в этой камере скорость газа резко уменьшается. В этих условиях содержащаяся в газе пыль выпадает из него
под действием гравитационных сил (сил тяжести). Такие камеры называют пылеосадочными. Условия осаждения пыли в них должны быть такими, чтобы частицы пыли успели осесть на дно камеры раньше, чем газ выйдет из нее.
Если ранее пылеосадочные камеры (рис. 1.1, а) использовались довольно широко для предварительной очистка газов от крупной пыли, то сейчас их применение весьма ограниченно по следующим причинам: большие размеры (их длина может достигать нескольких десятков метров); установленные на камерах люки (для очистки и удаления осевшей пыли), а также во многих случаях недостаточная плотность стен камер приводят к большому подсосу атмосферного воздуха в камеры. Их применяют в основном там, где по условиям производственного процесса необходимо разделение уловленной из газа пыли на крупные и мелкие фракции. Наиболее полно в пылеосадочных камерах осаждаются частицы размером более 40 мкм, поэтому их используют в качестве первой ступени перед аппаратами, предназначенными для очистки газа от мелкодисперсной пыли.
Рис. 1.1. Типы пылеосадочных камер:
а − простая камера; б − камера с вертикальными перегородками; в − лабиринтная камера (план); г − камера с горизонтальными полками; д − камера с наклонными полками: 1 −корпус камеры; 2 − бункер; 3 − штуцер для улавливания пыли; 4 − полки; 5 − перегородки; 6 − тросы; 7 − колокольные затворы; 8 − люки для удаления пыли Конструктивные и эксплуатационные характеристики камер и коллекторов
Пыль из газового потока осаждается медленно, поэтому размеры камеры, в частности ее площадь, в процессе расчета получаются большими. Для уменьшения размеров камеры в ней устанавливают горизонтальные полки, разделяющие ее на ряд небольших камер, в которые газ попадает параллельно по ходу своего движения (рис. 1.1, г,д). Для уменьшения скорости движе-
ния пыли вдоль камеры в ней устанавливают вертикальные перегородки (рис.1.2, б,в). Газ в процессе движения огибает перегородки; пыль, ударяясь о них, теряет скорость и падает на дно.
Осевшую на полках пыль удаляют вручную. Эта операция трудоемка, поэтому полки в камерах выполняют наклонными. По мере накопления пыли на полках их поворачивают при помощи лебедок, соединенных с полками тросами, и устанавливают вертикально. При этом пыль ссыпается в бункер и удаляется из него шнековым механизмом. При необходимости непрерывной очистки газа пылеосадочные камеры разделяют на две параллельные секции, из которых одна находится в работе, а другая в это время очищается от пыли. Выполняют камеры обычно из кирпича, бетона или металла.
Скорость газа в простых камерах и камерах с вертикальными перегородками 0,2-0,8 м/с, а в камерах с горизонтальными или наклонными полками до 3 м/с.
В системах аспирационной вентиляции и газоочистки в черной металлургии получили распространение расширенные газоходы или коллекторы, которые могут устанавливаться, например, под агломерационными машинами. Коллекторы могут устанавливаться горизонтально или вертикально и имеют цилиндрическую или прямоугольную форму.
2. Инерционные пылеуловители. Конструкции. Область применения
Инерционные пылеуловители (рис. 1.2) в металлургии называют пылевыми мешками и используют для выделения из газа крупных (размером 25-30 мкм) и тяжелых частиц пыли перед аппаратами тонкой очистки.
Рис. 1.2. Типы инерционных пылеуловителей с различными способами подачи газа:
а − при помощи перегородки;
б − через центральную трубу;
в − через боковую трубу;
г − пылеуловитель, встраиваемый в газоход
Простейшее устройство − сухой инерционный пылеуловитель с изменением направления потока газа на 90 или 180о, который встраивают в газоход (рис. 1.5, а). Рост гидравлических потерь при этом незначителен, соответственно эффективность такого аппарата низка.
Более эффективны пылеуловители других типов. Так в аппарате, представленном на рис. 1.2, б, частицы пыли отделяются от газа при ударе о перегородку и во время огибания ее газом. В первом случае частицы теряют скорость и падают в бункер под действием гравитационных сил, а во втором − за счет инерционных сил. Очистка газа в пылеуловителе с центрально расположенной трубой (рис. 1.2, в) осуществляется за счет инерционных сил. Диффузорный насадок на конце трубы уменьшает скорость газа на выходе из нее,т.е. снижает силу удара газа о бункер. В пылеуловителе с вводом газа через боковую трубу (рис. 1.2, г) пыль по инерции отделяется от газа при его повороте после входа в аппарат.
В перечисленных пылеуловителях скорость газа в цилиндрической части корпуса принимают равной 1 м/с, а во входной трубе 10 м/с; степень улавливания колошниковой пыли (более 90 % − крупнее 20 мкм) достигает 65-85 %. Повышение скорости сверх 1 м/с приводит к ухудшению очистки, а ее понижение к неоправданному увеличению габаритов аппарата без заметного
повышения эффективности. Диаметры таких пылеуловителей - 10 м и более.
Высота аппарата примерно равна или немногим больше его диаметра. Гидравлическое сопротивление устройств такого типа 150-400 Па.
3. Сухие центробежные циклоны. Принцип действия. Основные типы циклонов
Циклоны широко используются в черной и цветной металлургии для выделения из технологических газов грубой пыли, т.е. в качестве первой ступени очистки перед аппаратами тонкого пылеулавливания, однако применяются и в качестве единственной ступени очистки.
Принцип действия и общие сведения
Выделение частиц пыли из газового потока происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении запыленного потока в циклоне и при изменении направления потока при выходе в выхлопную трубу. Вращение потоку сообщается путем ввода его в аппарат с большой скоростью либо через улиточный вход, либо по касательной к стенке корпуса или с помощью
закручивающего устройства. Корпус бывает либо цилиндрическим с конической нижней частью, либо полностью коническим. Пыль, выделяемая при вращении потока на стенки корпуса, далее выводится в бункер через пылевыпускное отверстие в суженном конце конической части, а очищенный газ выходит через выхлопную трубу, концентрически установленную в корпусе.
В настоящее время эксплуатируются циклоны различных конструкций:
ЛИОТ, НИИСТО, СИОТ, однако предпочтение отдают циклонам конструкции НИИОгаза (рис. 1.3), которые более совершенны и способны с достаточной эффективностью улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.
В зависимости от объема очищаемого газа циклоны устанавливают либо по одному (одиночные циклоны), либо объединяют в группы по 2, 4, 6, 8(реже по 14) элементов (групповые циклоны).
Особый вид циклонов − батарейные (рис. 1.4), представляющие собой набор смонтированных в общем корпусе циклонных элементов небольшого диаметра (примерно до 250 мм), при этом в корпусе размещается общий для всех элементов распределительный коллектор запыленного газа, а также и общий собирающий коллектор очищенного газа. Такие батареи лучше улавливают пыль, чем обычные циклоны; они могут работать с переменной нагрузкой, при выключении и включении отдельных элементов батареи.
Одиночные и групповые циклоны изготовляют с «левым» и «правым» вращением газового потока, причем «правым» считается вращение потока в циклоне по часовой стрелке (со стороны выхлопной трубы). Направление вращения выбирают, исходя из компоновочных соображений.
Эффективность очистки в циклоне (в среднем 70-80 %) определяется крупностью улавливаемых частиц, т.е. дисперсным составом пыли и их плотностью, а также вязкостью очищаемого газа; кроме того она зависит от диаметра циклона и скорости газа (с уменьшением скорости подачи газа в
циклон эффективность очистки резко снижается).
Рис. 1.3. Циклон НИИОгаза (общий вид и схема движения газа):
1− входной патрубок; 2 − винтообразная крышка; 3 − выхлопная труба; 4 −корпус (цилиндрическая часть циклона); 5 − корпус (коническая часть циклона); 6 − пылевыпускное отвер-
стие; 7 − бункер; 8 − улитка для вывода газа; 9 − газоход очищенных газов; 10 − пылевой затвор
Рис 1.4. Общий вид батарейного циклона:
1 − входной патрубок; 2- распределительная камера; 3 – выходной патрубок; 4 – камера; 5 -выходные трубы; 6 – циклонные элементы; 7 – направляющие аппараты элементов Эффективность циклонов также падает при наличии подсосов, в частности, через бункер.
Как уже отмечалось, наибольшее распространение получили циклоны конструкции НИИОгаза: цилиндрические с винтовой крышкой серии ЦН (рис. 1.4) и спирально-конические типов СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34.
К цилиндрическим относят циклоны типов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24, которые отличаются один от другого углом наклона входного патрубка (цифры обозначают угол его наклона к горизонтали, перпендикулярной оси циклона). Они имеют удлиненную цилиндрическую часть; отношение диаметра выхлопной трубы d к диаметру циклона D составляет 0,59. Циклон типа ЦН-15У (укороченный) характеризуется меньшей высотой. Наиболее эффективным является циклон типа ЦН-11, однако для него характерно наибольшее гидравлическое сопротивление.
Циклон типа ЦН-24 отличается от циклонов других типов высокой пропускной способностью и небольшой степенью очистки газа. Поэтому его используют для грубой очистки газа от пыли в качестве первой ступени перед наиболее эффективными аппаратами (рукавными фильтрами, электрофильтрами и др.).
Наибольшее распространение для очистки газа с высокой концентрацией мелкой пыли, а также для улавливания пыли, склонной к слипанию, получили циклоны типа ЦН-15.
Для них характерны низкие технико-экономические показатели; их используют при отсутствии в месте установки достаточных габаритов по высоте.
Циклоны типа ЦН склонны к истиранию стенок пылью, поэтому для очистки газов от абразивной пыли их не применяют. В этом случае рекомендуют использовать конические циклоны типа СДК-ЦН-33 и 34, которые различаются по высоте, длине конической части, имеют спиральный входной патрубок и малое отношение диаметров выхлопной трубы к корпусу циклонов – соответственно 0,33 и 0,34. Эти циклоны работают с достаточной эффективностью при небольшой скорости газового потока и поэтому меньше подвержены истиранию пылью. Кроме того, циклон СДК-ЦН-33 является высокоэффективным аппаратом для очистки газа от пыли размером более 10 мкм. Однако вследствие больших размеров его использование возможно при наличии достаточных габаритов помещения по высоте. При ограниченных габаритах рекомендуют применять циклоны СК-ЦН-34, которые работают эффективно, но обладают более высоким гидравлическим сопротивлением.
4. Батарейные циклоны и их эксплуатация
При очистке большого количества газов для достижения высокой степени улавливания пыли необходимо устанавливать группу циклонов. Однако число циклонов в группе ограничивается из-за конструктивных соображений; тем самым ограничивается и производительность группы, поэтому для очистки больших объемов газов применяют не групповые, а батарейные циклоны, которые также называют мультициклонами.
Как уже отмечалось ранее, батарейные циклоны – объединенные в одном корпусе циклонные элементы с внутренним диаметром не более 250 мм.
Существует два типа батарейных циклонов. В циклонах первого типа вращательное движение пылегазовому потоку придается с помощью закручивающих устройств типа «винта» или «розетки», устанавливают которые в кольцевом пространстве между стенкой цилиндрической части каждого циклонного элемента и его выхлопной трубой. Благодаря такой компоновке размеры батарейных циклонов меньше, чем группы обычных циклонов при той же производительности. Однако при этом они более металлоемки и менее надежны. В этом отношении лучше батарейные циклоны другого типа: с улиточным или спиральным подводом газа к элементам.