Электрические свойства пыли
Электрические свойства оказывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Электрические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчивость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на живые организмы. Электрические свойства пыли должны быть учтены при решении вопросов, связанных с очисткой газов (воздуха) от пыли, в первую очередь, с работой электрофильтров. Данные об электрических свойствах улавливаемой пыли могут быть использованы для оптимизации работы электрофильтров, эффективность и устойчивость которых непосредственно зависит от этих свойств. С их учетом при необходимости осуществляется предварительная подготовка (кон-диционирование) газов перед очисткой в электрофильтре.
Это особенно важно при выборе режимов работы мокрых пылеуловителей. В ряде случаев необходимо учитывать электрическую заряженность частиц, которая влияет на их поведение в пылеуловителях и газоходах.
В зависимости от особенностей отделения твердых частиц от газовой фазы все пылеулавливающее оборудование делится на классы [1, 2].
Очистку воздуха от твердых и жидких примесей можно производить с помощью вентиляционных аспирационных систем, параметры которых даны в таблице.
Классификация устройств для очистки воздуха от пыли
Рис.1. Классификация пылеулавливающего оборудования
Наиболее распространенными установками сухого пылеулавливания являются циклоны [3]. Например, они используются для улавливания золы, образующейся при сжигании топлива в котлах тепловых станций. В циклонах осаждение сухой золы происходит вследствие закрутки под действием центробежного эффекта. При вводе через тангенциальный патрубок 1 или закручивающие лопатки 6 частицы отжимаются к внутренней стенке корпуса 3 и, теряя скорость, выпадают в индивидуальные 4 или общие 7 бункеры-накопители (в батарейных циклонах) и далее по трубопроводам 5 отводятся в системы транспортировки золы. Очищенный газ по трубам 2 выводится в газоходы или сборные камеры 9. Центробежный эффект сильнее проявляется у крупных частиц. С увеличением размера частиц и уменьшением диаметра циклона эффективность очистки возрастает.
Таблица 1
| Класс вентиляционных аспирационных пылеуловителей | Размер улавливаемых пылевых частиц, мкм, более | Группа пыли по дисперсности | Эффективность пылеуловителя |
| I | 0,3 | V IV | 0,8 0,8…0,999 |
| II | IV III | 0,45…0,92 0,92…0,999 | |
| III | III | 0,8…0,99 0,99…0,999 | |
| IV | II I | 0,95…0,999 0,999 | |
| V | I | 0,99 |
Рис.2. Циклонные золоуловиели: а –– с тангенциальным вводом; б –– с аксиальными лепестковыми лопатками; в –– батарейные
Для золоулавливания используют несколько циклонов небольшого диаметра, которые собираются в секции-батареи. Циклоны между собой соединяются подводящими патрубками 8 и сборными камерами 9. К недостаткам батарейных циклонов следует отнести подверженность сильному золовому износу, особенно входных патрубков 8 и 1 и расположенных в газораспределительном коробе 10 участков выходных патрубков 2 первых циклонов. Повышенный износ этих элементов батареи приводит к возрастанию присосов, перетока запыленного газа и снижению эффективности работы циклонов. Кроме того, степень очистки газов в батарейных циклонах ниже, чем в электрофильтрах и скрубберах, причем более высокая эффективность достигается в случае более крупных размеров золы. Поэтому батарейные циклоны обычно используются в качестве первой ступени очистки для улавливания наиболее крупной золы.
Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.
Задачи по очистке газов от пыли могут успешно решаться цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М, и СДК-ЦН-33) циклонами, разработанными Научно-исследовательским институтом по промышленной и санитарной очистке газов (НИИОГАЗ). На рис. 3 приведены конструктивные параметры этих циклонов, численные значения которых даны в табл. 2 и 3. В России для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров D, мм: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000. Все геометрические размеры цилиндрических и конических циклонов в таблицах приведены в долях внутреннего диаметра D.
Накопительные бункеры независимо от типа циклона имеют цилиндрическую форму диаметром D6, равным 1,5D для цилиндрических и (1,1 —1,2) D для конических циклонов. При этом высота цилиндрической части бункера составляет 0,8 D, а его днище выполняется с углом наклона 60° между стенками. Выходное отверстие бункера имеет диаметр 250 или 500 мм.
Для нормального функционирования избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. При этом во избежание конденсации паров жидкости температура газа выбирается на З0...50°С выше температуры точки росы, а по условиям прочности конструкции — не выше 400°С. Как уже было отмечено выше, увеличение диаметра циклона способствует увеличению его производительности. С ростом угла входа пылегазовой смеси в циклон серии ЦН эффективность очистки снижается.
Таблица 2
| Геометрические размеры цилиндрических циклонов | ЦН-15 | ЦН-24 | ЦН-11 |
| Угол наклона крыши и входного патрубка а, град | |||
| Высота входного патрубка, м | 0,66 | 1,11 | 0,48 |
| Высота выхлопной трубы, м | 1,74 | 2,11 | 1,56 |
| Высота цилиндрической части циклона, м | 2,26 | 2,11 | 2,06 |
| Высота конуса циклона, м | 2,0 | 1,75 | 2,0 |
| Общая высота циклона,м | 4,56 | 4,26 | 4,38 |
| Высота внешней части выхлопной трубы, м | — | 0,59 | — |
| Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия, м | — | 0,3-0,4 | — |
| Ширина входного патрубка в циклоне | — | 0,2 | — |
| Ширина входного патрубка на входе, м | — | 0,26 | — |
| Длина входного патрубка, м | — | 0,6 | — |
| Высота фланца, Нфл м | — | 0,1 | — |
Таблица 3
| Геометрические размеры конических циклонов | СДК-ЦН-33 | СК-ЦН-34 | СК-ЦН-34м |
| Высота цилиндрической части и высота заглубленной выхлопной трубы, м | 0,535 | 0,515 | 0,4 |
| Высота конической части, м | 3,0 | 2,11 | 2,6 |
| Внутренний диаметр выхлопной трубы, м | 0,334 | 0,340 | 0,22 |
| Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия, м | 0,334 | 0,229 | 0,18 |
| Ширина входного патрубка, м | 0,264 | 0,214 | 0,18 |
| Высота внешней части выхлопной трубы, м | 0,2-0,3 | 0,515 | 0,3 |
| Высота установки фланца, м | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Длина входного патрубка, м | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Высота входного патрубка, м | 0,535 | 0,2...0,6 | 0,4 |
| Текущий радиус улитки, м | 
| D/2+b | 
|
Рис.3. Цилиндрический (а) и конический (б) циклоны
Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем и рекомендованы к использованию для предварительной очистки газов на входе фильтров и электрофильтров. Циклоны ЦН-15 изготавливают из углеродистой или низколегированной стали. Конические циклоны серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН за счет большего гидравлического сопротивления.
Чтобы произвести расчет циклона необходимо иметь следующие исходные данные:
объем очищаемого газа Q, м3/с;
плотность газа при рабочих условиях r, кг/м3;
вязкость при рабочей температуре m, Па*с;
дисперсный состав пыли d50 lgdh;
входную концентрацию пыли свх, г/м3;
плотность частиц пыли rч, кг/м3;
требуемую эффективность очистки газа h.
Расчет циклонов ведут методом последовательных приближений в следующем порядке.
Задавшись типом циклона, определяем оптимальную скорость движения газа 
в сечении циклона диаметром D с учетом данных табл. 4.
Таблица 4
| Тип циклона | ЦН-24 | ЦН-15 | ЦН-11 | СДК-ЦН-33 | СК ЦН-34 | СК-ЦН-34м |
|
| 4,5 | 3,5 | 3,5 | 2,0 | 1,7 | 2,0 |
2. Рассчитываем диаметр циклона D, м, по формуле 
. Полученное значение D следует округлять до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклона.
По диаметру циклона находят действительную скорость движения газа в циклоне по формуле 
где п — число циклонов. Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%.
Определяем коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона 
где 
— поправочный коэффициент, учитывающий диаметр циклона (табл. 5), 
— поправочный коэффициент, учитывающий запыленность газа (табл. 6); 
— коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром 500 мм (табл. 7).
Определяем значение гидравлического сопротивления циклона по формуле
где ρ — плотность газа в расчетном сечении аппарата; ω — скорость газа в расчетном сечении аппарата.
Таблица 5
| Тип циклона | Значение | ||||
| ЦН-11 | 0,94 | 0,95 | 0,96 | 0,99 | 1,0 |
| ЦН-15, ЦН-24 | 0,85 | 0,90 | 0,93 | 1,0 | 1,0 |
| СДК-ЦН-23; СК-ЦН-34; СК-ЦН-34м | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Таблица 6
| Тип циклона | Значение k2 при СВХ, г/м3 | ||||||
| ЦН-11 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,87 | – | |
| ЦН-15 | 0,93 | 0,92 | 0,91 | 0,90 | 0,87 | 0,86 | |
| ЦН-24 | 0,95 | 0,93 | 0,92 | 0,90 | 0,87 | 0,86 | |
| СДК-ЦН-23 | 0,81 | 0,785 | 0,78 | 0,77 | 0,76 | 0,745 | |
| СК-ЦН-34 | 0,98 | 0,947 | 0,93 | 0,915 | 0,91 | 0,90 | |
| СК-ЦН-34м | 0,99 | 0,97 | 0,95 | – | – | – |
Таблица 7
| Тип циклона | Значение 
| |
| При выхлопе в атмосферу | При выхлопе в гидравлическую сеть | |
| ЦН-11 | ||
| ЦН-15 | ||
| ЦН-24 | ||
| СДК-ЦН-23 | ||
| СК-ЦН-34 | ||
| СК-ЦН-34м | – |
Определяем эффективность очистки газов в циклоне по формуле 
где Ф(Х) — табличная функция параметра X:
значения 
и 
приведены в табл. 8
Таблица 8
| Тип циклона | ЦН-11 | ЦН-15 | ЦН-24 | СДК-ЦН-23 | СК-ЦН-34 | СК-ЦН-34м |
| 8,5 | 4,5 | 3,65 | 2,31 | 1,95 | 1,3 |
| 0,308 | 0,352 | 0,352 | 0,364 | 0,308 | 0,340 |
Значения 
, приведенные в таблице, определены по условиям работы типового циклона, для которого справедливы следующие значения: DT=0,6 м; 
=1930 кг/м3; 
=22,2- 10° Па*с; 
т = 3,5 м/с. В случае отклонений условий работы циклона от типовых
Определив значение X, находим параметр Ф(Х) из табл. 9.
Таблица 9
| Значение Х Параметр Ф(Х) | -2,70 -0,0035 | -2,0 0,0228 | -1,8 0,0359 | -1,6 0,0548 | -1,4 0,0808 | -1,2 0,1151 |
| Значение Х Параметр Ф(Х) | -1,0 0,1587 | -0,8 0,2119 | -0,6 0,2743 | -0,4 0,3446 | -0,2 0,4207 | |
| Значение Х Параметр Ф(Х) | 0,5000 | 0,2 0,5793 | 0,4 0,6554 | 0,6 0,7257 | 0,8 0,7881 | 1,0 0,8413 |
| Значение Х Параметр Ф(Х) | 1,2 0,8849 | 1,4 0,9192 | 1,6 0,9452 | 1,8 0,9641 | 2,0 0,9772 | 2,7 0,9965 |
Рис.4. Пылеуловитель ротационного типа
Рассчитав эффективность очистки газов n, осуществляют выбор циклона. При этом, если расчетное значение n окажется меньше значения, требуемого по условиям допустимого выброса пыли в атмосферу, то необходимо выбрать другой тип циклона с большим значением коэффициента гидравлического сопротивления. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться формулой
где индексы 1 и 2 соответствуют двум разным циклонам.
Среди аппаратов, предназначенных для пылеулавливания, следует выделить аппараты центробежного действия. К этой категории относятся пылеуловители и противопоточные пылеотделители ротационного типа, а также вихревые пылеуловители (ВПУ).
Компоновка простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рис. 4. При вращении вентилятора колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеообразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 3. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4. Для повышения эффективности пылеуловителей такой конструкции необходимо увеличивать скорость очищаемого потока в специальном кожухе. Однако следует помнить, что это ведет к резкому повышению гидравлического сопротивления аппарата. Повысить эффективность можно уменьшением радиуса кривизны спирали кожуха, но это снижает его производительность.
ПРИЛОЖЕНИЕ.