Пылеуловители со встречными закрученными потоками в системах очистки пылевых выбросов в производстве строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пылеуловители со встречными закрученными потоками в системах очистки пылевых выбросов в производстве строительных материалов

Н.М. Сергина,

М.С.А. Абдулджалил,

Л.М. Абрамова

При сложившейся в мире экологической ситуации особое значение придается эффективности очистки промышленных выбросов от пыли, в особенности - от мелкодисперсных частиц фракций РМ₁₀ и РМ _{2, 5}. В последние годы в установках пылеочистки широкое применение находят аппараты со встречными закрученными потоками (ВЗП). Этим обусловлено большое разнообразие в конструктивном исполнении таких пылеуловителей.

Качество очистки воздуха в пылеуловителе ВЗП определяется величиной центробежной силы, под действием которой частицы пыли выбрасываются из потока. Поэтому многими авторами, занимающимися разработкой конструкций вихревых пылеуловителей, особое внимание уделяется конструктивному исполнению верхнего и нижнего вводов газопылевой смеси и разработке таких устройств, как завихрители, обтекатели и отбойная шайба, применение которых обеспечивает увеличение закрученности потоков. Конструкции корпуса самого аппарата, сепарационной зоны, узла выгрузки уловленной пыли и вывода очищенного газа также не остаются неизменными [1, 2].

Систематическое изучение процессов пылеочистки в вихревых аппаратах начато в 50-е годы прошлого века немецкими специалистами. Шауфлер Е. и Ценнек Х. в 1953 г. запатентовали вихревую камеру для отделения твердых и жидких аэрозольных частиц с помощью вспомогательного закручивающего потока газа [1, 2]. В 1963 г. Клейном Х. были опубликованы результаты исследований опытного образца вихревого пылеулавливающего аппарата, имеющего диаметр 200 мм. При этом автором в качестве исходной принята модель Шауфлера Е. [2].

В России аппараты со встречными закрученными потоками применяются, начиная с 70-х годов, сначала как технологические, в которых основной процесс совмещался с улавливанием дисперсного материала [1, 2]. Существенный вклад в исследование и развитие пылеуловителей ВЗП внесли российские (Сажин Б.С., Гудим Л.С., Латкин А.М., Лукачевский Б.П., Киселев В.М. и др.), в том числе волгоградские (Азаров В.Н., Боровков Д.П., Кошкарев С.А., Сергина Н.М. и др.) исследователи. Ими выполнен значительный объем как теоретических, так и экспериментальных исследований, направленных на разработку и дальнейшее совершенствование пылеуловителей ВЗП и на детальное изучение закономерностей процессов пылеулавливания в этих аппаратах [1-15].

В вихревом пылеуловителе ВИП (рис.1) конструкции Азарова В.Н., Донченко Б.Т. и др. [1-3] патрубки верхнего и нижнего вводов потоков очищаемого воздуха и патрубок рециркуляционного вывода газа имеют прямоугольное поперечное сечение и тангенциальное подсоединение к цилиндрическим поверхностям элементов пылеуловителя. Под отбойной шайбой, которая представляет собой пустотелый усеченный конус, располагается цилиндрический короб, сообщающийся с полостью рециркуляционого вывода газа. Нижний ввод очищаемого газового потока имеет два прямых и один (средний) криволинейный участок, что позволяет обеспечить большую равномерность и стабильность газовых потоков в сепарационной камере аппарата.

Рис.1. - Вихревой пылеуловитель ВИП конструкции Азарова В.Н., Донченко Б. Т., Кошкарева С.А., Мартьянова В.Н.: 1 - корпус аппарата; 2 - осевой вывод очищенного газа; 3 - ввод вторичного очищаемого потока газа; 4 - тангенциальный патрубок; 5 - тангенциальный патрубок ввода первичного очищаемого потока газа; 6 - прямой участок; 7 - криволинейное завихряющее колено; 8 - винтовой завихритель; 9 - оконечный прямой участок; 10 - отбойная конусная шайба; 11 - цилиндроконический пылесборник; 12 - тангенциальный патрубок рециркуляционного вывода газа; 13 - патрубок выгрузки уловленной пыли; 14 - выходное отверстие; 15 - нижнее основание отбойной шайбы; 16 - нижний конец корпуса; 17 - кольцевой зазор; 18 - цилиндрический короб; 19 - радиус поворота оси криволинейного завихряющего колена; 20 - люк осмотра; 21 - сепарационное пространство

При изменении направления газового потока параметр крутки и угол раскрытия струи достигаются посредством сочетания тангенциального подключения патрубка и установки винтового завихрителя на нижнем вводе потока очищаемого газа. При организации рециркуляционного отбора 8-10% подаваемого на очистку пылевоздушного потока отсутствуют восходящие потока газа из-под отбойной шайбы в сепарационное пространство. Все перечисленное обеспечивает повышение степени очистки аппарата, поскольку исключается перетекание пылегазового потока через кольцевой зазор в направлении, противоположном движению оседающей пыли.

Общеизвестно, что надежность работы аспирационной системы повышается, если все ее ответвления подключаются к одному коллектору. С учетом этого Азаровым В.Н., Богуславским Е.И. и Мартьяновым В.Н. предложена конструкция вихревого коллектора-пылеуловителя (рис. 2) [2].

Рис. 2. - Вихревой коллектор-пылеуловитель конструкции Азарова В.Н., Богуславского Е.И., Мартьянова В.Н.: 1 - цилиндрический корпус; 2 - тангенциальный ввод вторичного потока; 3, 4, 5 - патрубки ввода вторичного потока; 6 - осевой вывод очищенного потока; 7 - конический пылесборник; 8 - осевой ввод первичного потока; 9 - отбойная шайба; 10 - люк для осмотра

вихревой инерционный пылеуловитель поток

В верхней части цилиндрического корпуса вихревого коллектора-пылеуловителя располагаются тангенциальный ввод вторичного потока очищаемого газа и осевой патрубок вывода очищенного газа. Первый из них выполняется в виде нескольких патрубков, устанавливаемых на поверхности корпуса аппарата по его высоте отдельно друг от друга. Нижний осевой ввод газопылевой смеси с установленной на нем отбойной шайбой и конический пылесборник располагаются в нижней части корпуса [2].

В конструкциях вихревых пылеуловителей традиционным является вертикальное исполнение корпуса. Для установки в помещениях с небольшой высотой предложена конструкция горизонтального коллектора-пылеуловителя (рис. 3) [2]. В нижней части аппарата для ввода запыленного газа располагаются дополнительные патрубки, которые устанавливаются тангенциально к корпусу по его образующей. При этом необходимо выполнение следующего условия - площадь живого сечения патрубка осевого ввода пылегазовой смеси должна быть меньше или равна суммарной площади живого сечения дополнительных тангенциальных патрубков. Кроме этого, пылеуловитель снабжен коническим пылесборником, установленным в зоне патрубка осевого ввода загрязненного газа, и дополнительным патрубком вывода чистого газа.

Рис. 3. - Горизонтальный коллектор-пылеуловитель: 1 - цилиндрический корпус; 2 - патрубок вывода чистого газа; 3 - патрубок ввода загрязненного газа; 4 - конический пылесборник; 5 - продольная прорезь; 6 - осевой выход загрязненного газа; 7 - отбойная шайба; 8, 9, 10 - дополнительные патрубки ввода загрязненного газа; 11 - торец цилиндрического корпуса; 12 - дополнительный патрубок вывода чистого газа

Некоторые из технических решений, предложенных авторами, предусматривают многоступенчатую очистку газа. Авторами Азаровым В.Н., Богуславским Е.И. и Сергиной Н.М. разработан и успешно испытан на различных предприятиях вихревой пылеуловитель с двухступенчатой системой пылеочистки. Принцип его работы представлен на рис. 4 [1, 2, 4, 5, 8-10].

Двухступенчатый пылеуловитель имеет первый и второй аппараты, каждый из которых представляет собой пылеуловитель на встречных закрученных потоках. Частично обеспыленный в первом аппарате газовый поток удаляется из него по осевому выходному патрубку, и подается на верхний и нижний вводы второго аппарата. После очистки во втором аппарате часть газового потока удаляется в атмосферу. Другая часть очищенного газового потока вместе с пылью, уловленной во втором аппарате, через пылевыпускной патрубок по трубопроводу подается на нижний ввод первого аппарата.

Рис. 4. - Двухступенчатый пылеуловитель конструкции Азарова В.Н., Богуславского Е.И., Сергиной Н.М.: 1, 2 - первый и второй аппараты; 3, 4 - тангенциальные входные патрубки; 5, 6 - осевые выходные патрубки; 7, 8 - пылевыпускные патрубки; 9 - вентилятор; 10 - шлюзовой затвор; 11, 18, 19 - трубопроводы; 12, 13 - входные завихрители; 14, 15 - патрубки; 16, 17 - отбойные шайбы

Помимо конструкторских разработок авторами проводятся теоретические исследования, связанные с прогнозированием общей и фракционной эффективности пылеуловителей со встречными закрученными потоками [7, 14].

С учетом того, что фракционный состав поступающей на очистку пыли может существенно изменяться и, соответственно, для аппаратов и систем пылеочистки может значительно изменяться общая эффективность улавливания, предлагается рассматривать ее как случайную величину, которая зависит от многих случайных факторов, например - влажность, дисперсный состав материала и др. [15]. При этом используется понятие о вероятности сложного процесса обеспыливания, введенного в работах Богуславского Е.И. и Азарова В.Н.

Литература

1. Азаров В. Н., Сергина Н. М. [и др.] Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Обзор изобретений. Волгоград: ООО Ассоциация «Волгоградэкотехзерно», 1999. 48 с.

2. Азаров В. Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Опыт внедрения. Волгоград: РПК «Политехник» ВолгГТУ, 2003. 136 с.

3. Азаров В. Н., Донченко Б. Т. Системы аспирации дымовых и леточных газов производства карбида кальция // Строительные материалы, 2002, №11. С. 20-21.

4. Азаров В. Н., Сергина Н. М. Системы пылеулавливания с инерционными аппаратами в производстве строительных материалов // Строительные материалы, 2003, №8. С. 14-15.

5. Сергина Н. М., Азаров Д. В., Гладков Е.В. Системы инерционного пылеулавливания в промышленности строительных материалов // Строительные материалы, 2013, №2. С. 66-68.

6. Сергина Н. М., Семенова Е.А. Пути снижения пыли извести в атмосферу при производстве строительных материалов // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №11. С. 53-55.

7. Сергина Н. М., Азаров Д. В. Теоретическая оценка эффективности вихревых пылеуловителей с отсосом из бункерной зоны // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №10. С. 26-29.

8. Сергина Н. М. Аппараты ВЗП с отсосом из бункерной зоны в производстве строительных материалов // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №10. С. 43-45.

9. Сергина Н.М., Семенова Е.А., Кисленко, Т. А. Система обеспыливания для производства керамзита // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/1823/.

10. Сергина Н. М., Боровков Д. П., Семенова Е. А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов // Инженерный вестник Дона, 2012, №4 Ч.2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4р2y2012/1106/.

11. Azarov V. N., Borovkov D. P., Redhwan A. M. Applicaition of Swirling Flows in Aspiration Systems // International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2014. Vol. 8. №4. pp. 750-753.

12. Azarov V. N., Borovkov D. P., Redhwan A. M. Experimental Study of Secondary Swirling Flow Influence on Flows Structure at Separation Chamber Inlet of Dust Collector with Countercurrent Swirling flows // International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2014. Vol. 8. №5. pp. 851-856.

13. Кошкарев С. А., Кисленко Т. А. О применении аппарата пылеулавливания с комбинированной схемой сепарации пыли из пылегазового потока в производстве керамзита // Альтернативная энергетика и экология, 2013, №11. С. 47-49.

14. Кошкарев С. А., Кисленко Т. А. [и др.] О значимости параметров инерционных устройств очистки вентиляционных выбросов в производстве керамзита // Современные проблемы науки и образования, 2014, №1 URL: science-education.ru/115-12003.

15. Сергина Н. М. О применении вероятностного подхода к оценке эффективности многоступенчатых систем пылеулавливания // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1623/.

Размещено на Allbest.ru