Устройства очистки воздуха от загрязняющих веществ
Воздух необходим для жизнедеятельности людей, любое его загрязнение неблагоприятно влияет на самочувствие и состояние здоровья человека.Постоянное воздействие загрязненного воздуха на организм человека может привести к тяжелым недугам. Поэтому так необходимо постоянно следить за состоянием атмосферы Земли, уменьшать количество загрязняющих веществ выбрасываемых в воздух.
Под термином атмосферное загрязнение следует понимать присутствие в наружном воздухе различных газов и аэрозолей, которые неблагоприятно влияют на живые организмы, ухудшая их жизненные условия, и причиняют ущерб материальным ценностям. Огромный вред, наносимый загрязнением атмосферы, и большая стоимость мероприятий по борьбе с ним придают проблеме предупреждения загрязнения атмосферы кроме социальной также и экономическую значимость. В настоящее время эта проблема приобрела международный характер и стала общей практически для всех стран мира.
Количество и ассортимент веществ, загрязняющих внешнюю среду (выбросы промышленного производства и бытовые отходы), настолько возросли, что сама природная среда не в состоянии обезвредить их естественным путем.
Наибольшее загрязнение окружающей среды происходит в высокоразвитых в промышленном отношении странах и странах, в которых сельское хозяйство широко использует удобрения, гербициды и другие химикаты.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, производственные и бытовые процессы; выделяемые при этом загрязнители могут быть сведены в следующие четыре группы:
1) естественные загрязнители минерального, растительного, животного или микробиологического происхождения;
2) загрязнители, образующиеся при сжигании топлива для нужд промышленности, отопления зданий и сооружений, при работе автомобильного, железнодорожного, авиационного, морского, речного транспорта и т.п.;
3) загрязнители, образующиеся в результате промышленных производственных процессов;
4) загрязнители, образующиеся при сжигании и переработке бытовых и промышленных отходов.
Например, при сжигании топлива в атмосферу могут поступать большое количество твердых частиц несгоревшего топлива и золы, вредные газы, в том числе окись углерода СО, несгоревшие углеводороды, или окисленные вещества (альдегиды и кислоты), соединения серы (S02, S03, H2SO4), окислы азота (NO, N02), аэрозоли — мельчайшие частицы сажи и пыли, взвешенные в воздухе.
Опасность для окружающей среды иногда представляют выбросы, сопровождающие металлургические процессы.
При производстве цветных металлов кроме вредных примесей, образующихся при сжигании топлива, выделяются сернистый и углекислый газ, окись углерода и окислы различных металлов. Большое количество пыли и вредных веществ — окислов свинца, ртути, мышьяка и др. — выделяется при производстве меди, цинка и других цветных металлов.
Все процессы дробления, переработки, пересыпки и транспортирования сыпучих материалов сопровождаются выделением пыли, которая может загрязнять окружающую территорию и атмосферу.
Предприятия химической промышленности отличаются чрезвычайно большим разнообразием выделяемых вредных веществ. Обусловлено это широким ассортиментом выпускаемой продукции, темпами развития этой промышленности, и постоянным увеличением производства. В атмосферу от этих предприятий могут поступать различные газообразные, жидкие и твердые химические вещества. Так, в процессе получения серной кислоты в воздух поступают сернистый газ, аэрозоль серной кислоты, окислы азота и пыль. На лакокрасочных заводах в воздух выделяются пары разнообразных растворителей — бензина, ксилола, толуола, изопропанолового спирта и др. Для предприятий химической промышленности характерно содержание в выбросах одновременно большого количества разнообразных по своим свойствам химических веществ. Попадая в атмосферу, они взаимодействуют друг с другом и могут превращаться в другие соединения, иногда даже более вредные для организма, чем исходные.
Все эти загрязнители прямым образом влияют на наше здоровье, приводя к таким тяжелым недугам, как раковые заболевания. Возникновению злокачественных опухолей способствуют канцерогены, содержащиеся в продуктах сгорания и выхлопных газах к двигателей внутреннего сгорания, выбросы некоторых промышленных... предприятий, пыль промышленных центров. Болезни дыхательных путей—бронхиты, астма, эмфизема — вызываются загрязнителями, раздражающими органы дыхания. Раздражение слизистой оболочки глаз приводит к слезотечению и заболеванию конъюнктивитом. Дети наиболее подвержены влиянию различных загрязнителей. Нормативы чистоты приземного слоя воздуха — это так называемые предельно допустимые концентрации (ПДК) атмосферных загрязнителей. ПДК следует понимать такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном в течение длительного времени воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений в нем или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования. Для каждой сферы промышленности приняты определенные значения ПДК.
В данном курсовом проекте представлены основные устройства по очистки воздуха от загрязняющих веществ, их принцип работы и эффективность очистки.
1.Характеристика промышленной вентиляции
вентиляция очистка воздух примесь фильтр
В помещении все вредности (за исключением радиационного тепла) переносят воздухом, движение которого определяется струйными течениями. Воздушные струи имеют различное происхождение.
При наличии в помещении нагретых поверхностей оборудования воздух, соприкасаясь с ним, нагревается, его плотность становится меньше плотности окружающих масс воздуха и он вытесняется вверх. Так образуются тепловые струи. Аналогично происходит образование струй охлажденного воздуха у поверхностей, имеющих температуру ниже температуры окружающей среды, с той лишь разницей, что струи холодного воздуха, имея большую плотность, падают вниз.
Для поддержания в помещении требуемых санитарно-гигиенических параметров воздушной среды необходимо постоянно удалять "отработанный" (загрязненный) воздух и предусматривать поступление чистого воздуха, т.е. осуществлять воздухообмен. Удаление из помещения загрязненного воздуха осуществляется вытяжной вентиляцией (вытяжкой), подача чистого воздуха – приточной вентиляцией (притоком).
В зависимости от способа побуждения воздуха к движению вентиляция подразделяется на естественную (аэрацию) и механическую. При естественной вентиляции перемещение воздуха осуществляется вследствие разности давления столбов наружного и внутреннего воздуха и действия ветра. При механической вентиляции воздух приводится в движение специальными установками – вентиляторами.
В помещениях устраивают как механическую, так и естественную вентиляцию, возможны также комбинации названных способов. Как правило, помещения не герметичны, поэтому, если в них нагнетать какое-то количество воздуха, то такое же количество воздуха и уйдет из помещения. При механической вытяжке удаляемое количество воздуха будет компенсироваться поступлением наружного воздуха через неплотности в строительных ограждениях здания. Устройства для удаления и подачи воздуха в помещение, осуществляемые организованным путем, носят название приточно-вытяжной вентиляции. Вентиляция может быть местной и общеобменная. При удаление вредностей непосредственно у места их выделения достигается наибольший эффект действия вентиляции, так как при этом не происходит загрязнения больших объемов воздуха и можно удалить малыми объемами воздуха выделяемые вредности. Такой способ вентилирования носит название местной вытяжной вентиляции. В качестве местных отсосов применяются различные конструкции: укрытия, бортовые отсосы, панели равномерного всасывания, зонты и др. Наибольшей эффективностью обладают укрытия. Выделение вредностей происходит внутри укрытия, из которого они забираются и отводится за пределы здания. Укрытия имеют дверцы и проемы. Когда технологический процесс не позволяет применить укрытие, устраиваются бортовые отсосы или панели равномерного всасывания. В целях сокращения расхода удаляемого от бортовых отсосов воздуха может устраиваться передувка. Бортовыми отсосами оборудуются гальванические ванны, столы для пропитки и обработки изделий и т.п. Над рабочими столами, где технологический процесс ведется по всей площади стола, устраиваются панели равномерного всасывания. В тех случаях, когда выделение вредностей происходит по всему объему помещения или устройство местных отсосов невозможно, предусматривается общеобменная вытяжная вентиляция. Для возмещения удаляемого из помещения воздуха подается наружный чистый воздух, что осуществляется приточной вентиляцией, которой может быть местной и общеобменной. Общеобменные приток должен направляться в наиболее "грязные" места производственного помещения в таких количествах, чтобы разбавить производственные вредности до предельно допустимых концентраций или понизить температуру до требуемой при избытках тепла в помещении.
Местная приточная вентиляция может выполняться в виде воздушных душей и воздушных оазисов с целью создания в ограниченном объеме помещения требуемых метеорологических параметров. Воздушный душ выполняется в виде струи воздуха, направленной на человека. Воздушный оазис предусматривает "затопление" части рабочего помещения свежим воздухом. Этот участок может быть по периметру выгорожен из общего помещения легкими конструкциями. В отличии от воздушного душа при устройстве воздушного оазиса подача свежего воздуха осуществляется с небольшими скоростями.
В холодный период года воздух, подаваемый приточной вентиляцией, подогревается. Расход тепла на нагрев приточного воздуха составляет значительную часть эксплуатационных расходов, поэтому зачастую целесообразно применять подмешивание внутреннего (нагретого) к наружному воздуху, т.е. осуществлять частичную рециркуляцию при вредностях (газы, аэрозоли и пр.) ограничивается санитарными нормами.
Организованный естественный воздухообмен называется аэрацией. Для аэрации в промышленных зданиях служат оконные проемы в стенах и створки (поворотные) в фонарях. Оконные проемы в стенных предусматриваются для притока, а фонари – для вытяжки. В жилых и части административных помещений проветривание осуществляется с помощью форточек. Вытяжная установка состоит из забора загрязненного воздуха, воздуховоды для транспортирования воздуха, вентилятор и очистное устройство. Воздух поступает в воздухоприемные устройства, проходит по воздуховодам и после очистки удаляется в атмосферу.
Как правило, в системах вентиляции при обработке воздуха достаточно применять устройства для очистки и нагревания воздуха.
Наружный воздух до подачи в помещение подвергается обработке. Сначала он очищается от пыли в фильтрах. В холодный период года воздух подогревается в калориферах и увлажняется в камере орошения, в которой форсунками распыляется вода, вступающая в контакт с проходящим воздухом.
2.Требования, предъявляемые к вентиляции
Во всех производственных и вспомогательных помещениях предусматривают вентиляцию: естественную, механическую или смешанную.
При расчетах вентиляции требуемые метеорологические условия и предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочих помещений определяют по санитарным нормам проектирования промышленных предприятий.
При расчете систем приточной вентиляции в холодный период принимают следующие расчетные параметры наружного воздуха:
Для естественной и механической вентиляции, предназначенной для борьбы с избытками тепла, влаги и выделениями газов, предельно концентрации которых более 100 мг/м3, - расчетные параметры наружного воздуха для вентиляции;
для общеобменной вентиляции, предназначенной для борьбы с вредными выделениями газов, ПДК которых 100 мг/м3 и менее , или для компенсации количества воздуха. Удаляемого местными отсосами и технологическим оборудованием, - расчетные параметры наружного воздуха для отопления.
Объем неорганизованного притока наружного воздуха из смежных помещений для возмещения вытяжки в холодный период не должен превышать однократный воздухообмен в час, при этом в смежных помещениях должны отсутствовать вредные выделения.
Приточно-вытяжную вентиляцию сообщающихся между собой помещений устраивают так, чтобы исключалась возможность поступления воздуха из помещений с большим количеством вредных выделений в помещения с меньшим количеством вредных выделений.
Приточный воздух не следует подавать через зоны с большим загрязнением воздуха в зоны с меньшим загрязнением.
Воздух подаваемый системами с механическим побуждением, забирается в наименее загрязненной зоне с содержанием вредных выделений не более 30% от предельно допустимой нормы их содержания в рабочей зоне. В противном случае приточный воздух подвергается очистке.
В системах приточной вентиляции следует применять рециркуляции воздуха. Рециркуляционный воздух не должен содержать вредных примесей (газов, паров, пыли), количество которых превышает 30% от предельно допустимой концентраций, для того чтобы общее содержание вредных примесей в воздухе рабочей зоны не превышало предельно допустимых концентраций.
В производственных зданиях любого типа не допускается применение полной или частичной рециркуляции для вентиляции, воздушного отопления, совмещенного с приточной вентиляцией и кондиционированием воздуха при наличии ряда ядовитых газов, паров, пыли.
При вредных выделениях газов вентиляцию крановых кабин осуществляют наружным воздухом, а в остальных случаях применяют крановые кондиционеры, работающие на рециркуляцию.
Аварийную вытяжную вентиляцию предусматривают в соответствии с ведомственными указаниями. При включении аварийной вентиляции вытяжка специальным протоколом не компенсируется. Рекомендуют применять автоматическое включение аварийной вентиляции от газоанализаторов, настраиваемых на допустимую концентрацию газов или паров.
Приточный воздух системами механической вентиляции подают:
в рабочую зону – при совместном выделении в помещениях с выделениями тепла и пыли при устройстве вытяжки в зоне, в которой наблюдаются максимальные концентрации пыли выше, чем в рабочей зоне (сварочные цехи и др.);
в верхнюю зону помещений с выделениями газов и пыли, которые удаляются местными отсосами – при отсутствии значительных избытков явного тепла;
в верхнюю зону помещений – при нижней вытяжке в помещениях с выделением паров летучих растворителей и пыли;
в верхнюю зону с подачей при необходимости части объема воздуха в рабочую зону – в помещениях с выделениями тепла и влаги или только выделениями влаги;
в верхнюю зону – в помещениях общественных и вспомогательных зданий;
в верхнюю зону минимальным количеством струй – при рассредоточенном выделении влаги с температурой жидкости менее 400 С и без значительных выделений тепла.
Удаление воздуха при общеобменной механической вентиляции предусматривают:
из верхней зоны – при выделении газов с плотностью меньше плотности воздуха и водяных паров; при выделении газов независимо от их плотности, когда в помещении имеются избытки явного тепла; при выделении пыли с одновременным выделением тепла от сосредоточенных источников высокой температуры ( например, плавильные цехи);
из верхней и нижней зоны – при выделении газов с плотностью больше плотности воздуха, когда избыток явного тепла в холодный период отсутствует;
из нижней зоны – при выделении в помещении пыли.
Очистку воздуха от пыли в системах механической приточной вентиляции рекомендуют предусматривать:
по условиям технологического процесса и в случае, когда запыленность воздуха превышает 30% от допустимых концентраций пыли в рабочей зоне помещения;
в системах воздушного душирования и при подаче воздуха в зону дыхания работающих.
3.Расчет вентиляционного устройства
Циклон ЛИОЭТ. Высокая степень очистки получается в циклонах системыЛИОЭТ (Ленинградский институт организации и экономики труда). После входа в циклон благодаря поверхности верхней крышки при первом же своем повороте воздушный поток получает винтовое движение, которое и сохраняется вплоть до выхода воздуха в выхлопную трубу. При поступательно-вращательном движении пыль, находящаяся в воздухе, под действием центробежной силы движется к наружной стенке циклона и, ударяясь об нее, оседает вниз. Наиболее мелкие частицы, не успевшие дойти до наружной стенки циклона, уносятся из циклона через внутреннюю выхлопную трубу.
Для расчета основных размеров циклона принимаются следующие допущения:
1) частицы пыли имеют форму шара;
2) траектория движения шаров принимается плоской;
3) центробежная сила направлена по радиусу циклона (в действительности она направлена нормально к спиралеобразной траектории частицы);
4) отделение пыли происходит после удара ее о наружную стенку циклона.
Сопротивление воздуха движущемуся в нем телу выражается величиной
S=kF v2y1= kF v2 p1 (1)
2g 2
где k — коэффициент сопротивления;
F — площадь миделевого сечения, т. е. наибольшая площадь сечения тела, перпендикулярного направлению его движения;
v — скорость движения частицы;
y — удельный вес воздуха;
р1 — плотность воздуха.
Величина центробежной силы, развивающейся при вращении частицы, равна
C =mw2 (2)
x
где т—- масса частицы;
w — скорость вращения частицы;
х — расстояние ее от центра циклона.
При этом
w=Qx (3)
где Q — угловая скорость вращения частицы.
Поэтому
C = m Q2x2 = mQ2x,
x
масса частицы равна
m= пd3 p2
6
где р2 — ее плотность.
При равномерном движении частицы от внутреннего цилиндра к наружному существует равновесие между центробежной силой и сопротивлением воздуха движущейся частицы (шара) или
С = пd3 p2 Q2 x = k пd2 * v2 p1 (4)
6 4 2
Откуда
4 dQ2xp2 = kp1v2 (5)
3
Коэффициент сопротивления k есть функция числа Рейнольдса
Re= vd
l
где v — скорость пылинки в м/сек; d — диаметр пылинки в м; l —кинематическая вязкость воздуха в м2/сек.
Для всех случаев, когда при движении пылинки Re <= l, сопротивление воздуха движущемуся в нем шару изменяется по закону Стокса. В этом промежутке значений, когда Re <= l, коэффициент сопротивления выражается величиной
k = 24 (6)
Re
или
k = 24
vd
Подставляя значение k в формулу (1) получим
S= 24l nd2v2 p1= 3nvdp1l
dv 4 2
Отсюда видно, что при Re <= l сопротивление движению пылинки пропорционально скорости в первой степени и обтекание пылинки потоком соответствует ламинарному режиму.
Если l < Re< 103, то коэффициент сопротивления выражается величиной
(7)
В этом случае
S = 3nvdp1 l1 + 4l 1/3 * nd 2 *v2 _p1
v 1/3 d 1/3 4 2
или
S = 3nvdp1 l+1 nd 5/3 v 5/3 p1l 1/3 (8)
2
Таким образом, мы видим, что с увеличением числа Re, т. е. с увеличением скорости, сопротивление воздушной среды начинает зависеть от скорости v 5/3, т. е. постепенно приближается к квадратичной зависимости.
В пределах1*103 < Re < 2,5*105 наблюдается квадратичная зависимость сопротивления от скорости и обтекание пылинки соответствует турбулентному режиму.
Движение пылинки в пространстве между внутренним и наружным цилиндрами циклона вообще происходит при малых числах Re, однако, не зная размеров циклона, нельзя заранее определить и число Re; по этому при расчете циклона сначала следует задаться характером обтекания пылинок, рассчитать циклон, а затем проверить.
Допустим предварительно, что Re <= 1, тогда, подставляя в формулу(5) значение k из формулы (6)
4 dQ2xp2 = 24l p1v2 = 24l vp1
3 vd d
Откуда
v = dx = d2Q2p2 x
dt 1 8lp1
или
dt = 18lp1 dx
d2Q2p2 x
Интегрируя в пределах переменного от R1 до R2 получим
t = 18lp1 ln R2
d2Q2p2 R1
Отношение плотностей можно заменить отношением объемных весов воздуха y1 /y2, тогда получим
t = 18l y1 ln R2(9)
d2Q2y2 R1
При расчете циклонов сначала принимают скорость в выхлопном отверстии циклона и по расходу пыльного воздуха определяют R1, а затем, сообразуясь с размером нагнетательной трубы, подходящей тангенциально к циклону, определяют R2.
Далее, принимая минимальный диаметр частицы осаждаемой пыли равным d и зная объёмные веса y1 иy2 из уравнения (9), определяют время прохождения в циклоне самой невыгодно расположенной частицы пыли, т.е. той частицы, которая в момент поступления пыльного воздуха в циклоне находилась вблизи его внутренней стенки; затем вычисляется путь частицы, число витков воздуха в циклоне и высота цилиндрической части циклона.
Если w-средняя окружная скорость воздушного потока в циклоне, то путь воздушного потока будет wt
Средний радиус циклона R0
R0 = R1 + R2
2
При числе оборотов воздушного потока в циклоне, равным N, тот же путь потока будет
2n R0N= wt
Откуда
t=2nR0N = 2nN (10)
w Q
Подставляем это значение t в уравнение (9)
2nN =18l y1 ln R2
Q d2Q2y2 R1
Откуда получим значение минимальных диаметров пылинок, осаждаемых в циклоне
(11)
Пусть имеется циклон с наружным радиусом R2. Считая в формуле (11) величину R2 постоянной и R1 переменной, а также что движущиеся частицы находятся на расстоянии R1, получим переменные величины минимальных диаметров пылинок, осаждаемых в циклоне. Минимальный диаметр будет у частиц, непосредственно прилегающих к наружной стенке циклона, в том случае, когда R1= R2 (d=0). По мере уменьшения величины диаметр осаждающихся частиц увеличивается. Следовательно, у наружной стенки циклона степень очистки составляет 100%; ближе к внутренней стенке степень очистки уменьшается.
3.1 Методы расчета
Рассчитать циклон ля улавливания пыли. Объем пыльного воздуха Q=12000 м3/ч, объемный вес пыли y2=2600 кг/м3, входная скорость воздуха в циклон равна 16 м/с. Вес отдельных фракций пыли в процентах от общего веса следующий: при размерах пылинок до 3u весовое отношение фракции пыли составит 1,8 %; до 5u – 4,4 %; до 5u – 5,8 %; до 11u – 6,2 %; до 15u – 10%; выше 15u – 71,8%. Степень очистки циклона должна составлять около 90 %. Скорость в выхлопной трубе циклона обычно принимается равной 6 м/сек, поэтому площадь выхлопной трубы
fвых=12000/ 3600 * 6 = 0,555 м2
откуда ее диаметр D1=840мм, следовательно R1=420 мм.
Площадь трубы, подводящей пыльный воздух к циклону, определится из условия
f=12000 / 3600 * 16 = 0.209 м2
откуда её диаметр d=165мм.
Перед самым входом в циклон круглое сечение подводящей трубы переходит в прямоугольное, при этом отношение высоты этого сечения к ширине обычно принимается равным 1,5, поэтому
f= 0.209 = ab = 1.5 bb
откуда а = 560 мм, b = 370 мм.
Наружный радиус циклона
R2 = R1 + b = 420 + 370 = 790 мм
Средний радиус циклона
R0 = (420 + 790)/2 = 605 мм
Средняя окружная скорость воздух в циклоне бывает меньше скорости в нагнетательной трубе перед циклоном. На основании практических данных принимают
w = v= 16 = 11.4 м/сек.
1,4 1,4
В этом случае угловая скорость вращения частицы в средней части циклона, вокруг оси, будет равна
Qв.о. = 11,4 / 0,605 = 18,85 1/сек
При обычной температуре воздуха поступающего в циклон, t = 150 С, y1= 1.226 кг/м3 кинематическая вязкость воздуха l= 14,4 * 10-6 м2/сек.
Объемный вес пылинок по условию задачи равен y2=2600 кг/м3, степень очистки воздуха должна быть не менее 90 %. При данной степени очистки в циклоне должны осаждаться все пылинки, имеющие диаметр более 10u = 1*10-5 м.
Подставляя все полученные величины в уравнение (9), получим время, в течение которого частица пыли с минимальным диаметром и наиболее невыгодно расположенная, т.е. находящаяся у внутренней стенки циклона, дойдет до наружной его стенки
t = 18*14.4*1010*1.226 ln 790
106 * 18.852 * 2600 420
или
t = 3.42 ln 1.88 = 3.42 lg 1.88 = 2 сек.
При окружной скорости w = 11,4 м/сек длина пути невыгодно расположенной пылинки
lпуть = wt = 11.4 * 2 = 22.8 м
Средняя длина пути каждого витка приближенно может быть принята равной длине средней окружности
2nR0 = 2*3.14*0.605 = 3.8 м
Тогда необходимое число витков
N = 22.8/3.8 = 6
Высота каждого витка может быт принята равной высоте прямоугольного канала перед входом в циклон, поэтому высота в цилиндрической части циклона
H = an = 0.56 * 6 =3.36 м
Принимая 15% запаса, получим окончательно
Н = 1,15* 3,36 = 3,9 м
Диаметр d3 отверстия для удаления осажденной пыли в циклоне принимается около 250 мм.
Коническая часть циклона принимается с углом между его образующими в 30 – 40 0;выбирая среднее значение a=350, высоту конической части получим из условия
H2= (d2/2 – d3/2) ctg a/2 = (790 – 125) ctg 17.50 = 2100 мм = 2,1 м
Выхлопная туба опускается до начала конической части. В верхней части выхлопной трубы устраивается колпак для защиты от атмосферных осадков.
4.Устройства очистки воздуха
На промышленных предприятиях производится очистка воздуха, не только подаваемого в цехи, отделы, но и удаляемого из них в атмосферу, чтобы не допускать загрязнения наружного воздуха на территории предприятия и прилегающих к нему жилых кварталов.
Воздух, выбрасываемый в атмосферу из системы местных отсосов и общеобменной вентиляции производственных помещений, содержащий загрязняющие вещества, должен очищаться и рассеиваться в атмосфере с учетом требований санитарных норм проектирования промышленных предприятий.
Очистка технологических и вентиляционных выбросов от взвешенных частиц пыли или тумана осуществляется в аппаратах пяти типов:
1. Механические сухие пылеуловители (пылеосадочные камеры различных конструкций, инерционные пыле- и брызгоуловители, циклоны и мультициклоны. Пылеосадочные камеры улавливают частицы размером более 40 – 50 мкм, инерционные пылеуловители – более 25 – 30 мкм, циклоны – 10 – 200 мкм.
2. Мокрые пылеуловители (скрубберы, пенные промыватели, трубы Вентури и др.) более эффективны, чем сухие механические аппараты. Скруббер улавливает частицы пыли размером более 10 мкм, а с помощью трубы Вентури – частицы пыли размером 1 мкм.
3. Фильтры (масленые, кассетные, рукавные и др.)улавливают частицы пыли размером от 0,5 мкм.
4. Электрофильтры применяются для тонкой очистки газов. Они улавливают частицы размером от 0,01 мкм.
5. Комбинированные пылеуловители (многоступенчатые, включающие не менее двух различных типов пылеуловителей).
Выбор типа пылеуловителя зависит от характера пыли ( от размеров пылинок и её свойств; сухая, волокнистая, липкая пыль и т.д.), ценность данной пыли и необходимой степени очистки.
4.1 Сухие пылеуловители
Гравитационные пылеуловители. Простейшим типом пылеуловителей являются пылеосадочные камеры, относящиеся к гравитационным пылеуловителям. Их действие основано на том, что скорость потока запыленного воздуха, поступающего в камеру и расширяющегося в ней, уменьшается, вследствие чего находящиеся в нем твердые частицы осаждаются под влиянием собственного веса.
Для повышения эффективности очистки и сокращения времени осаждения пылевых частиц, т. е. сокращения длины камеры, ее разбивают на ряд каналов или устраивают лабиринты. Из-за своей громоздкости все эти камеры широкого распространения не получили. Эффективность очистки в лабиринтовых камерах доходит до 55—60%.
Инерционные пылеуловители. К сухим инерционным пылеуловителям относятся циклоны, струйные ротационные пылеуловители типа ротоклон и др.
Циклоны. Циклоны представляют собой пылеулавливающие аппараты, в которых улавливание пыли происходит а результате инерционной сепарации (см. Приложение А).
Очищаемый воздух, поступая в верхнюю цилиндрическую часть циклона тангенциально и вращаясь, опускается из кольцевого пространства, образуемого корпусом циклона и выхлопной трубой, в конусную часть и, продолжая вращаться, поднимается, выходя через выхлопную трубу. При этом как в нисходящем, так и в восходящем вихревом течении циклона происходит непрерывное изменение направления скорости потока, а поэтому скорость частиц, движущихся в потоке, в каждый данный момент времени не совпадает со скоростью потока. Аэродинамические силы, которые возникают под влиянием разности скоростей движения воздуха к частиц пыли, искривляют траектории частиц. Достигают же стенок циклона, т. е. сепарируются из потока, те частицы, вес которых достаточно велик.
Под влиянием силы тяжести, радиального стока, турбулентности, уменьшения угла конусности циклона и других гидродинамических факторов отделившиеся частицы опускаются в коническую часть циклона или в присоединенный к нему бункер.
Циклоны широко применяются для очистки от пыли вентиляционных выбросов, а также находят большое распространение во многих отраслях промышленности (горнорудной, керамической, энергетической и др.).
Особенно широкое распространение получили циклоны НИИОГаза, СИОТ и ЛИЭОТ.
Эффективность очистки воздуха в циклоне зависит от дисперсного состава пыли, массы отдельных пылевых частиц, скорости движения воздуха в подводящем патрубке, от конструкции и размеров циклона (чем меньше диаметр циклона, тем выше его эффективность).
Циклоны могут устанавливаться как на всасывании, так и на нагнетании.
Циклоны, в которых очищается воздух, содержащий влажную пыль (например, в литейных цехах), должны устанавливаться в отапливаемых помещениях, так как в противном случае возможны смерзание пыли и выход циклонов из строя.
При содержании в воздухе большого количества пыли для уменьшения износа вентилятора его целесообразно устанавливать после циклона.
Из различных конструкций циклонов наибольшее распространение получили циклоны ЦН (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24), СИОТ и вцнииот.
На основе оценки показателей действия циклонов — эффективности, экономичности и удобства компоновки — циклон ЦН-11 утвержден Госстроем СССР в качестве унифицированного пылеуловителя.
В циклоне ЦН-11 НИИОГаза повышенной эффективности. Запыленный воздух поступает в тангенциально расположенный входной патрубок. Вращаясь в цилиндрической части корпуса, частицы пыли, выделившиеся из воздуха, опускаются в бункер. Пыль удаляется из бункера через его, нижнее отверстие. Очищенный воздух по выхлопной трубе поступает в улитку и удаляется из циклона в атмосферу. Циклон ЦН-11 НИИОГаза выпускается с улиткой и без нее.
При необходимости очистки значительного количества запыленного воздуха рекомендуется вместо одного циклона большого размера устанавливать несколько циклонов меньших размеров. Так, при расходе воздуха более 5500 м3/ч рекомендуется компоновать циклоны ЦН-11 в группы по 2, 4, 6,8, 10, 12 и 14 циклонов.
Относительные характеристики циклонов при аэродинамическом сопротивлении 981 Па (100 кгс/м2) и одинаковой пропускной способности.
Циклоны конструкции НИИОГаза серии ЦН можно применять для улавливания золы из дымовых газов котельных, работающих на твердом топливе, сухой пыли из воздуха в системах аспирации помольных установок, пыли из сушилок и из воздуха пневматических транспортных систем при начальной запыленности от 0,3 до 400 г/м3. Циклоны НИИОГаза не следует устанавливать для очистки слипающейся, взрывоопасной и волокнистой пыли.
Циклон СИОТ (см. Приложение Б. Рис Б.1)состоит из корпуса 1, крышки корпуса 2 с расположенным на ней входным патрубком 3, раскручивателя 4, который заканчивается выходным патрубком 5, и пылеотводящего патрубка 6, находящегося в нижней части циклона. Конструкция циклона СИОТ характеризуется отсутствием цилиндрической части и треугольной формой входного патрубка.
Циклоны СИОТ можно применять для очистки воздуха от сухой неслипающейся неволокнистой пыли. Эти циклоны выпускают семи номеров (№ 1—7) пропускной способностью от 1500 до 10 000 м3/ч.
Циклон ВЦНИИОТ (с обратным конусом, см. Приложение Б. Рис Б.2)состоит из цилиндра 1, обратного конуса 2, внутреннего конуса 3, выхлопной трубы 4, входного патрубка 5, бункера для приёма пыли 6 и шибера 7. Циклоны ВЦНИИОТ применяют для средней очистки воздуха от сухой неслипающейся неволокнистой пыли и для очистки воздуха от абразивной пыли. Их можно применять также при слипающихся пыли типа сажи и талька. Для повышения эффективности пылеосаждения и предохранения пыли от взмучивания и уноса из пылеприемного бункера в нижней части циклона имеется внутренний конус.
Спирально-конусные циклоны НИИОГаза СДК-ЦН-33 (см. Приложение В. Рис В.1)и СК-ЦН-34 относятся к аппаратам с высоким аэродинамическим сопротивлением и могут устанавливаться только в тех случаях, когда при максимальной степени очистки аэродинамическое сопротивление не нормируется.
Циклон Л И ОТ № 1 (см. Приложение В. Рис В.2)состоит из корпуса 1, конуса 2, входного патрубка 3, выхлопной трубы 4, спирали 5 и патрубка для выхода пыли 6. Циклоны изготовляются как правого, так и левого исполнения. У циклона правого исполнения воздух движется по часовой стрелке (если смотреть на Циклон сверху), а у циклона левого исполнения — против часовой стрелки (см. Приложение В. Рис В2). Циклоны Л И ОТ могут устанавливаться как на всасывании, так и на нагнетании.
В деревообрабатывающей промышленности для улавливания древесных отходов применяют циклоны Гипродрева, Гипродревпрома и циклоны типа Клайпедского ОЭКДМ (см. Приложение Г). Циклон Клайпедского ОЭКДМ можно применять для улавливания стружки, опилок, пыли и древесных отходов на деревообрабатывающих заводах и в цехах производства древесностружечных плит. Циклон, устанавливаемый на нагнетании, может быть как правого, так и левого исполнения. Все циклоны для улавливания древесных отходов при установке следует -заземлять.
Струйные ротационные пылеуловители типа ротоклон. Ротационный пылеуловитель представляет собой вентилятор, который одновременно с перемещением воздуха очищает его от пыли. Очистка воздуха происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса.
В ротационный пылеуловитель типа ротоклон (см. Приложение Д) запыленный воздух поступает через всасывающее отверстие 1. При вращении центробежного колеса пылевоздушная смесь движется по межлопаточным каналам и под действием сил инерции и сил Кориолиса пылевые частицы прижимаются к поверхности диска колеса и к поверхностям набегающих лопаток. Пыль небольшим количеством воздуха (3—5%) поступает через зазор 2 между корпусом и диском колеса в кольцеобразный приемник 3. Из приемника пыль через патрубок 4 направляется в бункер 5, где оседает. Воздух из бункера через отверстие 6 вновь возвращается в пылеприемник 3. Очищенный воздух поступает в улитку кожуха и через нагнетательное отверстие 7 покидает пылеуловитель.