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

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

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.

• 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/115−12 003.
• 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/.