А. И. Пирумов

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВОЗДУХА

А. И. Пирумов

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВОЗДУХА

МОСКВ А СТРОЙИЗДАТ 1 974

УДК 628.511

Пирумов А. И. Обеспыливаиие воздуха. М., Стройиздат, 1974. 207 с.

В книге рассмотрены вопросы борьбы с пылью в промышленных, общественных и жилых зданиях. В ней изложены основы теории пылеулавливания, приведены современные конструкции, методы подбора и расчета воздушных фильтров и пылеуловителей, применяемых в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, а также основные положения проектирования воздухоочистных установок.

Книга предназначена для научных и и)нжене|рно-технических работников проектных и научно-исследовательских институтов, строительных и монтажных организаций и служб эксплуатации зданий различного назначения, занимающихся вопросами очистки воздуха.

Табл 34, ил. 92, список лит.: 121 назв.

30210—62430210—624047(01)-74047(01)-74-194—74-194—74

30210—624

30210—624

047(01)-74

047(01)-74

-194—74

-194—74

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

D — диаметр циклона, канала, волокна; коэффициент диффузии;

d ——диаметр шарообразной пылевой частицы;

七一эффективность улавливания пыли; энергия;

尸一сила инерции;

G — масса пыли;

g — ускорение свободного падения;

Н、к — ширина канала или сечения;

k — постоянная закона площадей;

m, тв, тж — масса соответственно пылевой частицы, воздуха (в о'бъеме пылевой частицы) и капли или присоединенного объема жидкости;

N — число пылевых частиц;

р — давление;

Q — объем воздуха;

R ——радиус сечения, кривизны, циклона;

г ——радиус шарообразной пылевой частицы;(Re=，прн движенииг ——радиус шарообразной пылевой частицы;(Re=，прн движенииRe ——критерий Рейнольдса частицы в воздухе);St — критерий Стокса (stчастицы в воздухе);t — время;Re ——критерий Рейнольдса частицы в воздухе);St — критерий Стокса (stчастицы в воздухе);t — время;1五1五5 %, %, vr,%，vz— скорость пылевой частицы5 %, %, vr,%，vz— скорость пылевой частицыЦвЦвd2侬8р при движении"B力d2侬8р при движении"B力(скорость соответственно(скорость соответственнодвижения, витания и сепарации, а также ее радидвижения, витания и сепарации, а также ее радиальная, тангенциальная и аксиальная составляющие);з, %, w—скорость воздушного потока (скорость течения, а также ее тангенциальная и аксиальная составляющие);©ср, ©о — соответственно средняя и начальная скорость возальная, тангенциальная и аксиальная составляющие);з, %, w—скорость воздушного потока (скорость течения, а также ее тангенциальная и аксиальная составляющие);©ср, ©о — соответственно средняя и начальная скорость воз

г ——радиус шарообразной пылевой частицы;

(Re=，прн движении

г ——радиус шарообразной пылевой частицы;

(Re=，прн движении

Re ——критерий Рейнольдса частицы в воздухе);

St — критерий Стокса (stчастицы в воздухе);

t — время;

Re ——критерий Рейнольдса частицы в воздухе);

St — критерий Стокса (stчастицы в воздухе);

t — время;

1

五

1

五

5 %, %, vr,

%，vz— скорость пылевой частицы

5 %, %, vr,

%，vz— скорость пылевой частицы

Цв

Цв

d2侬8

р при движении

"B力

d2侬8

р при движении

"B力

(скорость соответственно

(скорость соответственно

движения, витания и сепарации, а также ее ради

движения, витания и сепарации, а также ее ради

альная, тангенциальная и аксиальная составляющие);

з, %, w—скорость воздушного потока (скорость течения, а также ее тангенциальная и аксиальная составляющие);

©ср, ©о — соответственно средняя и начальная скорость воз

альная, тангенциальная и аксиальная составляющие);

з, %, w—скорость воздушного потока (скорость течения, а также ее тангенциальная и аксиальная составляющие);

©ср, ©о — соответственно средняя и начальная скорость воз

душного потока;

Woo ——невозмущенная скорость воздуха далеко от препятствия;

Г ——циркуляция скорости;

331* Зак 116

3

3

卩& 卩次 ——коэффициент динамической вязкости соответственно воздуха и жидкости;

^ — коэффициент местного сопротивления;

р, рж, рв — плотность соответственно пылевой частицы, жидкости и воздуха;

о ——поверхностное натяжение жидкости;

т время релаксации пылевой частицы;

3 冗 “в d /

<р — потенциал скорости;

巾—функция тока; коэффициент аэродинамического сопротивления;

(о ——угловая скорость вращения.

ВВЕДЕНИЕ

Выбросы пыли в атмосферу увеличиваются по мере роста промышленного производства. Особенно опасных размеров достигло загрязнение воздуха в 50-е годы, когда валовые выбросы пыли и золы отдельными предприятиями стали исчисляться сотнями и тысячами тонн [7, 37, 70]. Катастрофический рю ст загрязнения воздуха в этот период был обусловлен резким не- соотв.етствием между развитием промышленного лроизводства и техники очистки, в частности техники обеспыливания воздуха, которая была не в состоянии решить проблемы, поставленные перед ней промышленностью. В дальнейшем техника обеспыливания лолучила значительное развитие, и рост загрязнения воздуха в отдельных местностях 'был приостановлен. Так, если в 195'2 г. катастрофический смог в Лондоне лривел к гибели 4000 человек, то уже в 1956 г. смог повторился здесь в более слабой форме, и число его жертв снизилось дю 1000 человек, а в 1962 и 1967 рг. — соответственно до 700—800 и 300—400 человек [23]; при этом видимость повысилась с 2,5 до 8,5 км.

Однако достигнутые успехи носят в основном местный характер, а в целом загрязненные атмосферы постоянно возрастает. Об этом свидетельствует, например, увеличение ущерба, наносимого загрязнением воздуха в США, с 1,5 млрд, долларов в 1952 г. до 12 млрд, долларов в 1965 г. и до нескольких десятков миллиардов долларов в 1969 г. [72].

В настоящее время Лондон по интенсивности загрязнения воздуха уже не составляет исключения среди других столичных и больших городов мира — в Нью-Йорке в 1963 г. от аналогичных причин погибло 400 человек, в Токио в 197<0 г. от смога пострадало 10 тыс. человек, а в 1971 г. — 28 тыс. человек. В Лос- Анджелесе действует трехбалльная система «воздушных тревог». По тревоге № 1 запрещается пользование некоторыми типами мусоросжигательных печей, сокращается автомобильное движение и т. п. По тревоге № 3 полностью прекращается работа промышленных предприятий и транспорта. В Токио такие воздушные тревоги объявляются 100—150 раз в году, а в Эссене, самом «грязном» городе ФРГ, в некоторых районах периодически приостанавливается автомобильное движение.

Характерно, что уже начинает отчетливо проявляться взаимодействие выбросов различных стран, вызывая необходимость создания международных правовых основ защиты атмосферы.

Борьба с загрязнением атмосферы стала одной из важнейших социальных проблем глобального характера.

В СССР плановое размещение промышленности и более совершенные санитарные нормы смягчают вредные последствия загрязнения атмосферы. Тем не менее и в Советском Союзе борьба с загрязнением воздуха является важной проблемой.

Состояние воздушного бассейна промышленных районов определяется главным образом уровнем развития техники очистки дымовых и других газов промышленных установок. Очистка технологических выбросов—это часть основного производства, которая должна проектироваться одновременно с ним. В данной книге очистка их не рассматривается.

Загрязнение воздуха в промышленных районах, в свою очередь, создало проблему обеспыливания воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции и кондициойиро- вания, с целью защиты от пыли, содержащейся в наружном воздухе, людей, оборудования и отделки помещений, а также теплообменников приточных камер и кондиционеров. Новые аспекты этой проблемы возникли в связи с развитием производств, предъявляющих повышенные требования к чистоте воздуха в помещениях для наиболее ответственных технологических операции, в связи с увеличением масштабов потребления воздуха в производстве кислорода, в газотурбинных и других установках, а также в связи с освоением пустынных и (полупустынных районов с малосвязными почвами, где часто возникают пыльные бури.

Второй важной задачей вентиляционной техники является очистка воздуха, удаляемого из производственных помещений с помощью вытяжных (аспирационных) вентиляционных систем. Объем отдельных вентиляционных выбросов и содержание пыли в них, как правило, невелики. Выбросы обычно производятся в течение неполных суток с перерывами и переменной интенсивностью. На общее состояние воздушного бассейна вентиляционные выбросы оказывать значительного влияния не могут, но из-за неболышой высоты расположения над землей, рассредоточенности, большого суммарного объема и, как правило, плохой очистки они сильно загрязняют приземной слой атмосферы.

Весьма актуальными стали также мероприятия по устранению последствий запыленности воздуха в производственных помещениях, в частности очистка спецодежды.

Оборудование, применяемюе для обеспыливания воздуха, подразделяют на следующие основные виды (СНиП 1-Г. 5-62): 1) воздушные фильтры для очистки от пыли наружного или рециркуляционного воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции и кондиционирования; 2) пылеуловители для улавливания пыли из воздушных выбросов вытяжных (аспирационных) вентиляционных систем.

Разделение оборудования на воздушные фильтры и пыле- 3 ловители является несколько условным. Так, имеются пылеуловители, в которых отделение пыли происходит главным образом в результате фильтрации воздуха через пористые слои, например рукавные пылеуловители. Эти пылеуловители часто именуют рукавными фильтрами, подобно тому как электрические золоуловители часто называют электрическими фильтрами, хотя в дейстительности фильтрации воздуха в них не происходит.

Противоречивость терминологии проистекает из существовавшей ранее разобщенности сфер применения обеспыливающего оборудования разных видов. Однако с течением времени разнородные по конструкции обеспыливающие аппараты, традиционно носящие одинаковые наименования, например электрические фильтры для очистки выбросов и электрические фильтры для очистки воздуха в системах приточной вентиляции, волокнистые тканевые фильтры для очистки вы'бросов и волокнистые фильтры для кондиционеров и т. п., все чащ,е стали применять в одних и тех же отраслях народного хозяйства. В этих условиях неточность терминологии создала определенные неудобства, что обусловило необходимость более четкого разграничения двух основных областей применения обеспыливающих аппаратов—очистки выбросов и очистки наружного воздуха, определяющих их конструкцию.

Техника обеспыливания характеризуется большим разнообразием конструкций и форм исполнения обеспыливающего оборудования. Число модификаций фильтров и пылеуловителей настолько велико, что в данной книге приводится описание лишь наиболее распространенных, в первую очередь в СССР, или наиболее интересных по своему устройству и конструктивному решению аппаратов, которые могут быть использованы в вентиляционных системах. При этом не рассматриваются пылеуловители, (1трим1еняющиеся пока главным образом для очистки технологических выбросов (электрические, пенные, рукавные, Вентури), хотя с течением времени их использование в вентиляционных системах, несомненно, будет возрастать.

Правильное применение средств техники обеспыливания воздуха приобретает особое значение в современных условиях растущего загрязнения атмосферы.

ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ВОЗДУХА

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЫЛЕЙ ПО ИХ ДИСПЕРСНОСТИ

Пыль является одной из разновидностей аэрозолей, т е. дисперсных систем, состоящих из твердых или жидких частиц (дисперсной фазы), взвешенных в газовой (дисперсионной) среде, а именно аэрозолью с твердыми частицами диспергаци- онного происхождения [НО]. Такие частицы образуются при измельчении твердых тел, например при дроблении руд, механической обработке металлов, ветровой эрозии грунтов и т. п.

Аэрозоли с твердыми частицами, образовавшимися в результате объемной конденсации пересыщенных паров, например паров металлов, и при химических реакциях некоторых веществ, находящихся в газообразном состоянии, называют дымами. К ним относятся аэрозоли, возникающие при горении, плавке металлов и их сварке, а также п,ри некоторых фотохимических процессах [26].

Аэрозоли с жидкими частицами называют туманами.

Иногда аэрозолями называют дисперсные системы с частицами размером менее 10 мкм [97]. Такое определение основывается на том, что для частиц крупнее 5—10 мкм взвешенное состояние не является характерным, во всяком случае в покоящейся воздушной среде.

В инженерной практике, как правило, пылью называют не только среду со взвешенными частицами ——аэрозоль, но и сами (пылевые частицы различного происхождения, в том числе осевшие (порошки), и это упрощение сохранено в некоторой мере в дальнейшем изложении.

Ввиду развитой поверхности многие пыли обладают повышенной взрыво- и огнеопасностью.

Одной из важнейших характеристик пыли является ее дисперсность. Под дисперсностью пыли понимается совокупность размеров всех частиц, составляющих пылевую систему. Она определяет особенности поведения дисперсных систем, а также методы, применяемые при решении пылетехнических задач.

Наглядное представление о сравнительной дисперсности различных пылей можно получить, сопоставляя интегральные кривые распределения массы их дисперсной фазы по размерам частиц. Систему классификации пылей по их дисперсности оказалось возможным создать путем спрямления этих кривых в билогарифмической или вероятностно-логарифмической сетке [76]. , 「

Классификационная номограмма, приведенная на рис. li, представляет собой вероятностно-логарифмическую сетку, на

которую штри'хпунктирными линиями нанесены границы пяти классификационных групп пылей:

I — очень крупнодисперсная пыль;

II ——крупнодисперсная пыль (например, мелкозернистый песок для строительных растворов по ГОСТ 8736—67);

III — среднедисперсная пыль (например, цемент);

IV——мелкодисперсная пыль (например, кварц молотый пылевидный КП-3 по ГОСТ 9077—59);

V — очень мелкодисперсная пыль.

99,9

典8

882510 2D 50 W 200 3勿Размер частиц, мкм2510 2D 50 W 200 3勿Размер частиц, мкмРис. 1.1. Классификационная номограммаРис. 1.1. Классификационная номограмма■"〃处%^ ^ ^加532 曾学gm AbDRQ* QnrBKd名02■"〃处%^ ^ ^加532 曾学gm AbDRQ* QnrBKd名02/——V ——классификационные группы пылей по их дисперсности; /——уголь» измельченный в шаровой мельнице, 2 ——мелкозернистый кварцевый песок; 3 ——пылевидный кварц КП-3, 4 — цемент, 5 и 6 — пыли, применяемые при испытаниях лабора торией ЦНИИПромзданий, 7 ——дым мартеновских печей, 5 — атмосферная пыль: 9 — стандартная испытательная пыль «Аризона-крупная> (США), 10 — то же, «Аризона мелкая»

8

8

2510 2D 50 W 200 3勿

Размер частиц, мкм

2510 2D 50 W 200 3勿

Размер частиц, мкм

Рис. 1.1. Классификационная номограмма

Рис. 1.1. Классификационная номограмма

■"〃处%^ ^ ^加532 曾学gm AbDRQ* QnrBKd名02

■"〃处%^ ^ ^加532 曾学gm AbDRQ* QnrBKd名02

Расположение кривой в той или иной зоне номограммы означает принадлежность данной пыли к соответствующей классификационной группе.

Кривые распределения иногда имеют несколько максимумов, принимая вид ломаных линий, или располагаются несимметрично относительно границ классификационной группы. Тем не менее определение группы пыли по дисперсности, как правило. не вызывает особых затруднений.

Пылевые частицы находятся в непрерывном движении относительно среды, в которой они взвешены. Знание законов, определяющих их взаимодействие с этой средой, важно для решения технических задач.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ С ВОЗДУШНЫМИ ПОТОКАМИ

Движение частиц в прямолинейном потоке. Законы, олре- деляющие движение частиц в покоящемся воздухе, или, что то же, законы их обтекания воздухом, зависят от размеров частиц.

Аэродинамическое сопротивление частицы диаметром d, движущейся со скоростью vc относительно воздуха плотностью рв, выражают формулой

л； d2 磋

尸=” -у- Рв 亏• (1.1)

Коэффициент аэродинамического сопротивления 屮 зависит •от числа Рейнольдса Re.

При движении с малыми скоростями и очень небольших размерах частиц, когда OvReVl,巾= 24/Re, а сопротивление определяется формулой Стокса,

尸=3 п “в du「 (1.1а)

В тех случаях, когда исследуется движение, характеризующееся заведомо большими значениями Re, для олределения коэффициента аэродинамического сопротивления «применяют формулу Л. С. Клячко [48]:

В интервале 3<ReV400 эта формула дает отклонения от действительных значений не более 2%, при Re=1000 погрешность составляет около —4%, а при Re=0,l —около 4%.

Пылевые частицы оказывают друг на друга механическое и аэродинамическое воздействие, выравнивающее скорости их движения. Соприкосновение частиц часто приводит к образованию агрегатов, т. е. к коагуляции пыли, сильнейшим образом изменяющей свойства пылевого облака, вызывая его «старение».

Механизм удержания соприкоснувшихся пылевых частиц чрезвычайно сложен. В наиболее общем случае — при отсутствии электрических сил — он определяется силами молекулярного притяжения. Последние очень малы и быстро убывают по

мере удаления частиц друг от друга, становясь ничтожно малыми уже при зазоре между ними около 1 мкм [31]. Силы молекулярного притяжения зависят от площади контактирующих поверхностей частиц и, следовательно, от их формы.

Силами, стремящимися разъединить слипшиеся частицы, при отсутствии особых механических воздействий в виде вибрации и т. п. являются сила тяжести частиц и аэродинамические •силы. При экспериментах добиться полного разрушения агрегатов из частиц радиусом около 1 мкм в потоке, образующемся в плоской щели шириной 8'0 мкм, удавалось только при скоростях более 170 м/с [111].

Способность пыли к слипанию зависит в первую очередь от ее дисперсности. Кроме размера частиц большое значение при этом имеют их форма и механические свойства, в основном их пластичность, влияющая на площадь контакта.

Увлажнение пыли приводит к образованию на поверхности отдельных частиц слоя влаги и тем самым увеличивает площадь их контактирующих поверхностей. Способность пылевых частиц к слипанию возрастает также при конденсации паров воды в зазорах между их контактирующими поверхностями, обусловленной действием двойного электрического слоя, образующегося в зоне контакта, и ряда других эффектов.

Движение частиц в криволинейном потоке. Установлено, что формула Стокса (1.1а), полученная для сферы, обтекаемой прямолинейным поступательным потоком, не вполне точно определяет даже сопротивление частицы, седиментирующей в горизонтальном потенциальном потоке [75]. При обтекании же сферы криволинейным потоком симметричность линий тока нарушается и проявляется воздействие ряда новых факторов.

Если движение происходит по концентрическим окружностям, а частицы воздуха не вращаются (потенциальный поток), то скорости распределяются по закону площадей:

wR = k — const.(1.3)

Для определения постоянной k рассмотрим плоское течение в криволинейном канале единичной толщины, образованном Двумя концентрическими поверхностями (рис. 1.2).

Объемный расход Q потока, протекающего со скоростью ⑪ по каналу, равен:

Q = J w dR = g & In 又2-.

&

Так как Q/(7?2—R)=侬°, то

吗)(Rs - Ri)@ =p

Rln

или

々=5 R =々=5 R =叫(& — Ri)叫(& — Ri)InIn&Ri&Ri(1-4)(1-4)

々=5 R =

々=5 R =

叫(& — Ri)

叫(& — Ri)

In

In

&

Ri

&

Ri

(1-4)

(1-4)

Во вращающихся потоках реальных вязких газов скорости распределяются по закону, несколько отличающемуся от закона площадей:

з/?'= const,(1.3а)

•при этом значение показателя степени 乂, согласно измерениям, составляет в различных случаях от 0,5 до 1.

Рис. 1.2. Эпюры скоростей потенциального течения в криволинейном каналеРис. 1.2. Эпюры скоростей потенциального течения в криволинейном канале

Рис. 1.2. Эпюры скоростей потенциального течения в криволинейном канале

Рис. 1.2. Эпюры скоростей потенциального течения в криволинейном канале

В центре вращающегося потока (ядре вихря) х= — 1 и скорости распределены как в твердом теле. В этом случае по аналогии с вращательным движением твердых тел постоянная k может быть названа угловой скоростью вращения потока со. Сопротивление тел, обтекаемых вращающимися потоками при f0 = const, было исследовано Тейлором и Праудманом [75]. Оказалось, что сопротивление сферы радиусом г равно:

4 2 ”

F = 6 jt，Мв vc — ~ л г3 рв(ox((oxR) + ~ л г2 рв (®xvc). (1.5)

Первый член правой части этого уравнения ——сила Стокса в ее обычном выражении, а второй и третий члены ——дополнительные компоненты аэродинамического сопротивления, обу-

словленные вращением потока. Второй член, по модулю равный ，72в侬2/R, представляет собой центростремительную силу объема воздуха, вытесненного сферой; третий член с модулем 2"2PBз% — силу, направленную под 'прямым углом к вектору скорости относительного движения сферы в сторону вращения потока.

Учитывая, что 2nrco представляет собой циркуляцию Г относительной скорости по контуру среднего сечения сферы, получим третий член в виде 7з грвГ^с. Так как величина рвГ^- представляет собой подъемную силу кругового цилиндра радиусом г, обтекаемого прямолинейным потенциальным потоком со скоростью % мож1но сделать вывод, что рассматриваемый член уравнения (1.5) —это подъемная сила сферы радиусом г.

С учетом сказанного уравнение (1.5) примет вид

4 _ а»2 1

F 6 л г цв ис + — л г3 рв — г рв Г dc. (1-6)

Второй и третий члены этого уравнения очень малы по сравнению с его первым членом, поэтому нет оснований отказываться от применения формулы Стокса и для криволинейных потоков, во всяком случае при движении шарообразных частиц.

Однако теоретические и экспериментальные исследования Тейлора и Праудмана показали также, что при определенных условиях обтекание тел криволинейными потоками может иметь двухмерный характер, в результате чего как сила сопротивления, так и подъемная сила частицы будут значительно больше, чем это следует из формул (1.1а) и (1.6) [75].

Силы инерции. Один из важнейших результатов взаимодействия пылевых частиц с увлекающими их воздушными потоками——это проявление сил инерции.

На инерционной сепарации пыли из воздушных потоков основано устройство большой группы разнообразных «инерционных» пылеуловителей, получивших наиболее широкое распространение в практике обеспыливания: циклонов, жалюзийных пылеуловителей, центробежных скрубберов, ротоклюнов и др. В значительной мере силами инерции обусловлены отделение пыли при фильтрации воздуха через пористые слои, осаждение пыли на препятствиях, коагуляция пылевых частиц в「поле ультразвуковых колебаний и т. п.

Еще сравнительно недавно природа и существо сил инерции являлись предметом дискуссии [113]. Классическая механика была склонна трактовать силы инерции как фиктивные силы, которые вводятся формально, чтобы можно было применять законы Ньютона при рассмотрении некоторых движений тел.

В свете современных физических представлений различают два класса сил инерции: 1) ньютоновы силы инерции, действующие в инерциальных системах отсчета, т. е. в системах неподвижных или движущихся по отношению к неподвижным прямо-

линейно и равномерно； 2) силы инерции, действующие в неинерциальных системах отсчета, т. е. в системах, движущихся по отношению к неподвижным с ускорением.

Рассмотрим прежде всего ньютоновы силы инерции. Согласно первому закону Ньютона (закон инерции), в инерциальной системе координат каждое уединенное тело, на которое не действуют силы со стороны других тел, может двигаться только прямолинейно и равномерно. Таким можно представить движение пылевой частицы в вакууме, если отвлечься от сил тяготения или допустить, что масса частицы достаточно мала, чтобы можно было на некоторый промежуток времени пренебречь влиянием этих сил, например на искривление ее траектории.

Частица, движущаяся в воздушной среде, испытывает ее воздействие. Согласно второму закону Ньютона, в результате этого воздействия у частицы возникает ускорение относительно неподвижной системы координат и скорость ее движения начинает уменьшаться. Ускорение всегда пропорционально действующей на частицу силе сопротивления среды и по направлению совпадает с направлением этой силы.

Если абсолютная скорость частицы относительно неподвижной системы координат равна v, а скорость воздушной среды (потока) —w, то сила инерции

m = 3 л d (w — v),(1.7)

dt

ИЛИ

dr 1、

(w —v),

где

t = —— -(L 8>

В данном случае ускоряющее действие оказывает на частицу воздушная среда. Ускоряющая сила, представленная правой частью уравнения (1.7), приложена к частице.

Согласно третьему закону Ньютона, каждое действие вызывает равное ему и противоположное по направлению противодействие. Ньютонова сила инерции представляет собой силу противодействия ускоряемой частицы и как сила реакции приложена к ускоряющей воздушной среде. Таким образом, действующая сила аэродинамического сопротивления и противодействующая ей сила инерции, характеризующие взаимодействие частицы с воздушным потоком, имеют одну и ту же природу.

Для исследования сил инерции второго класса рассмотрим поведение частицы в потоке, протекающем, например, в конфузорной части трубы пылеуловителя Вентури, в неподвижной системе координат. По мере сужения сечения конфузора скорость

потока w быстро возрастает. Скорость же движения частицы v, равная в момент входа в конфузор v0==w0, изменяется медленнее, и поэтому всегда существует значение vc=v—w, отличное от нуля.

Введем подвижную систему координат, движущуюся вместе с потоком, т. е. движущуюся ускоренно с переменной скоростью w по отношению к неподвижной системе координат. Абсолютная скорость частицы v=w+v＜；, при этом w может быть названа скоростью переносного движения, a vc ——скоростью относительного движения. Соответственно ускорение составит:

dv dw dv, dt dt dt '

Наблюдатель, связанный с подвижной системой координат и поэтому не замечающий ее ускорения dw/dt, долж-ен будет отметить, что пылевая частица движется с ускорением, равным dv/山——dw/dt, которое он не смог бы объяснить действием каких-либо конкретных сил. Для объяснения этого явления необходимо ввести в рассмотрение силу инерции — mdw[dt, направленную в сторону, противоположную направлению потока. Уравнение движения частицы относительно подвижной системы координат примет вид

dw 1

Вследствие произвольности выбора скорости подвижной системы координат w может произвольно изменяться и значение силы——mdw(dt. Очевидно, однако, что эта сила также является силой реакции частиц.

Рассмотрение движения частиц в подвижных системах координат часто упрощает исследование.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ СЕПАРАЦИИ ПЫЛИ ИЗ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ

Современные представления о механизме отделения пыли от воздушных потоков

Сепарация пыли из воздушных потоков происходит в результате действия сил тяжести, инерции, электрических и ра- диотермических, а также в результате молекулярной и турбулентной диффузии. Взаимодействие между частицами может приводить к их укрупнению и тем самым способствовать дальнейшей сепарации. Во всех случаях окончательное отделение пыли от воздушных потоков и ее улавливание определяется действием силы тяжести частиц или условиями их контакта с поверхностями, на которые они осаждаются, в частности с поверхностями жидкостей. Исследованиям различных механиз-

mob отделения пыли посвящено большое число работ, многие из которых получили освещение в монографиях Н. А. Фукса [110, 111] и других исследователей [26, 96, 97, 119]. Далее упоминаются только отдельные оригинальные работы, из числа непосредственно относящихся к рассматриваемым вопросам, или работы, не освещенные в указанных монографиях.

Седиментация наиболее полно рассмотрена в покоящейся среде и в ламинарных потоках.

Из уравнения движения пылевой частицы, находившейся в покое в момент времени f=0, а затем медленно оседающей со скоростью V под действием силы тяжести (OvRevl),

(1.9)(1.9)dv и

(1.9)

(1.9)

скорость осаждения частицы составит:

и = % (1

где % ——постоянная скорость витания, равная

1% = П cP Мв Р.

Как правило, время t пребывания частицы в канале значительно больше времени ее релаксации т. Вследствие этого величиной е-'/т можно пренебречь и принять скорость осаждения и равной скорости витания vs. Осаждение частиц под действием собственного веса происходит очень медленно (и«==^т).

В ламинарном потоке составляющие скорости течения в л гобой его точке могут быть выражены через функцию тока гр:

吃=』-；WH吃=』-；WHd屮~dLd屮~dL

吃=』-；WH

吃=』-；WH

d屮~dL

d屮~dL

Если принять, что скорость vL движения частицы в направлении потока равна скорости потока wL, то составляющие скорости частицы можно выразить следующими уравнениями:

d厶0屮 dHdtdH ' dtd厶0屮 dHdtdH ' dt0屮0屮

d厶0屮 dH

dtdH ' dt

d厶0屮 dH

dtdH ' dt

0屮

0屮

В результате получим дифференциальное уравнение траектории частиц vsdL~——d^. Интегрируя по длине канала £, получим:

%l=屮0 一w厶，где 5 и 5 — значения функции тока в точках, занимаемыхчастицей соответственно при входе в канал и выходе из него.

Функция тока выражает объем воздуха, протекающего в единицу времени между дном канала единичной ширины и данной линией (поверхностью) тока. Поскольку траектории осаждающихся частиц пересекают дно канала,屮丄=0 разграничивает траектории осаждающихся и неосаждающихся частиц.

Для осаждающихся частиц ^q = vsL. Еслн обозначить общий расход потока чер<ез др", то эффективность седиментационного осаждения частиц £s будет характеризоваться соотношением

$ др".

Длина канала, необходимая для полного осаждения всех частиц со скоростью витания %, составляет:

侬ср НL =—

Так видно из последнего выражения, эффективность осаждения не зависит от характера распределения скоростей.

Диффузия. Для отделения мелких частиц более действенным является фактор диффузии. Чем мельче частицы, тем в большей мере проявляется их способность к молекулярной (броунов'ской) диффузии во всех случаях и к турбулентной диффузии в турбулизированных потоках аэрозолей.

В процессе диффузии частицы не остаются на одной линии тока. Совершая неупорядоченное движение, они перемещаются также в направлениях, поперечных к линии тока, приближаясь к границам потоков и к поверхности обтекаемых препятствий” вплоть дю столкновения с ними.

Для осаждения частиц размером dW0,2 мкм молекулярная диффузия является определяющей. Результат броуновского движения частиц размером d>l мкм, когда коэффициент диффузии QV10-7 см2/с, очень мал. Молекулярная диффузия учитывается в теории высокоэффективных фильтров, предназначенных для улавливания очень мелкодисперсных пылей.

Влияние турбулентной диффузии распространяется на частицы значительно большего размера. Исследования показывают, что частицы размером 2《30 мкм полностью увлекаются турбулентными пульсациями. Полнота захвата частиц турбулентными пульсациями зависит от их массы или инерции. Таким образом, даже в диффузионном осаждении силы инерции играют важную роль, а в большинстве случаев практики обеспыливания вентиляционного воздуха силы инерции являются определяющим фактором.

Инерционная сепарация пыли. Инерционная сепарация может происходить в криволинейных и прямолинейных потоках. Циклонные пылеуловители, в которых используется инерционная сепарация в криволинейных потоках, применяют около 100 лет. Исследованию циклонной сепарации 'посвящено множество работ. При теоретическом рассмотрении такой сепарации обычно принимали, что тангенциальная составляющая скорости движения частицы совпадает со скоростью среды, и определяли радиальную составляющую ее относительной скорости； возникающую под действием центробежной силы. В пн-

тературе приводятся формулы для определения размера наименьших частиц, полностью сепарирующихся в циклоне, в зависимости от скорости воздуха и геометрии циклона. Формулы различны по написанию, но все выведены из одного и того же условия — равенства центробежной силы силе сопротивления среды:

т 心 А = 3 jt ^в d%・ (1.10)

Разные исследователи, принимая в формуле (1.3а) значения показателя степени в пределах —1W%W1, задаваясь длительностью движения частиц и т. п., получали формулы для определения «минимального диаметра» частиц, входящих в циклон в наибольшем удалении от его наружной стенки и успевающих достигнуть ее за время пребывания в циклоне. Практика показала, что для расчета циклонов эти формулы неприменимы.

Более детальный анализ взаимодействия частицы со средой в криволинейном потоке [75] позволил несколько уточнить теорию. Дальнейшее ее развитие приведено в последующем изложении.

В прямолинейных потоках инерционные эффекты проявляются при обтекании препятствий. Препятствия могут иметь вид плоских перфорированных листов, реек, цилиндров (волокна, круглые стержни), отдельных сферических тел (шары, капли, зерна) и т. п. Такими препятствиями в обеспыливающих устройствах являются отдельные элементы заполнения фильтров и пылеуловителей, а также капли жидкости, разбрызгиваемой в мокрых пылеуловителях.

Инерционное осаждение в данном случае обусловливается искривлением линий тока воздуха при обтекании им препятствий. Эффективность осаждения или коэффициент захвата определяется сотношением числа частиц, соударяющихся с препятствием, с числом частиц, которые пересекли бы контур препятствия, если последнее не отклоняло бы течения.

Аналитическое решение уравнений движения частиц при обтекании препятствий затруднено необходимостью учета распределения скоростей вблизи препятствий, соотношения размеров частиц и препятствий, а также числа Рейнольдса. Как правило, коэффициенты захвата определяются с помощью вычислительных машин. Л. М. Левин рассмотрел процесс осаждения частиц из потока шириной 2/ на бесконечной пластинке, установленной перпендикулярно направлению потока, при ее симметричном обтекании [56]. Было установлено, что при значениях критерия Стокса St> — • — частицы рано или поздно

4 侬8

осаждаются на бесконечной пластинке, а при значениях Крите рия Стокса St< — • —частицы вообще не осаждаются на ней.

4 %

физически это явление объясняется торможением потока, несущего частицы, вблизи передней критической точки обтекания —точки застоя. Движение частиц малого размера при этом настолько замедляется, что они теряют инерцию и под влиянием поперечных составляющих скорости потока сносятся параллельно пластинке, не достигая ее поверхности.

Оказалось, что критические условия осаждения существуют для широкого класса симметричных потоков аэрозолей. Было выявлено, что критические значения критерия Стокса StKp зависят от формы обтекаемого препятствия и связаны с поведением потока около точки застоя.

Осаждение частицы на препятствии происходит не только при пересечении его контура траекторией центра частицы, но и тогда, когда частица коснется препятствия, т. е., например, когда центр шарообразной частицы приблизится к препятствию на расстояние, равное радиусу частицы. Этот «эффект зацепления» существенно увеличивает эффективность осаждения частиц на очень тонких волокнах или других препятствиях, когда размеры частицы соизмеримы с размерами препятствия.

В высокоэффективных воздушных фильтрах диаметр волокон часто является величиной одного порядка с размерами частиц. К таким фильтрам относятся, например, целлюлозноасбестовые фильтры, в которых на каркасе из относительно крупного целлюлозного волокна уложены волокна асбеста диаметром в доли микрометра, а также нетканые волокнистые фильтры из смеси толстых и тонких волокон. В этом случае отклонение траектории частиц при обтекании волокон мало, как и при очень больших значениях критерия Стокса St.

С другой стороны, если размеры частиц намного меньше диаметра волокон, очень мал эффект зацепления.

Таким образом, значение StKp определяет для тела данной конфигурации минимальный диаметр частиц d^ин из оседающих, на нем:

^мин =^мин =18 卩口 StKp /18 卩口 StKp /県県(I•⑴(I•⑴

^мин =

^мин =

18 卩口 StKp /

18 卩口 StKp /

県

県

(I•⑴

(I•⑴

Чем больше значение StKp, тем хуже происходит инерционное осаждение мелких частиц при прочих равных условиях. Оказалось, что меньшими значениями StKP характеризуются тела более обтекаемой формы. Частицы улавливаются тем лучше, чем больше их плотность р и скорость потока и меньше линейные размеры препятствия.

Критические значения критерия Стокса и значения минимального диаметра осаждающихся частиц для некоторых пре- пятствий, используемых в обеспыливающих устройствах, приведены в табл. 1.1.

Осаждение на цилиндрических препятствиях было рассчитано Брауном при помощи специально сконструированного ин-

тегратора [110]. Результаты расчета приведены на рис. 1.3. Параметр (p=Re2/St учитывает действительное значение числа Re обтекания частицы и, таким образом, характеризует сте-тегратора [110]. Результаты расчета приведены на рис. 1.3. Параметр (p=Re2/St учитывает действительное значение числа Re обтекания частицы и, таким образом, характеризует сте-ления частиц. ?та одно-ления частиц. ?та одно-Рис. 1.3. Эффективность Е инерционного осаждения пылевых частиц при потенциальном обтекании цилиадраJ — при ф и=0, 2 — при Ф =100; 5 — при <р =1000Рис. 1.3. Эффективность Е инерционного осаждения пылевых частиц при потенциальном обтекании цилиадраJ — при ф и=0, 2 — при Ф =100; 5 — при <р =1000механизмов нельзя, так как общий эффект хотя и больше кажмеханизмов нельзя, так как общий эффект хотя и больше каж

тегратора [110]. Результаты расчета приведены на рис. 1.3. Параметр (p=Re2/St учитывает действительное значение числа Re обтекания частицы и, таким образом, характеризует сте-

тегратора [110]. Результаты расчета приведены на рис. 1.3. Параметр (p=Re2/St учитывает действительное значение числа Re обтекания частицы и, таким образом, характеризует сте-

ления частиц. ?та одно-

ления частиц. ?та одно-

Рис. 1.3. Эффективность Е инерционного осаждения пылевых частиц при потенциальном обтекании цилиадра

J — при ф и=0, 2 — при Ф =100; 5 — при <р =1000

Рис. 1.3. Эффективность Е инерционного осаждения пылевых частиц при потенциальном обтекании цилиадра

J — при ф и=0, 2 — при Ф =100; 5 — при <р =1000

механизмов нельзя, так как общий эффект хотя и больше каж

механизмов нельзя, так как общий эффект хотя и больше каж

Препятствие

S%p

Диаметр препятствия.

Скорость обтекающего потока, м/с

Диаметр наименьшей частицы из осаждающихся на препятствии.

Цилиндрические волок-

зо

J 1,5

0,39

наили проволока

1 2,5

0,3

(включая пленку замас-

1

f 1 5

0 56

ливателя при ее наличии)

8

60

I 2：5

0：43

350

1,5

1,38

450

1,5

1,56

900

2,5

1,7

Капля сферическая

f 2,5

0,33

50

15

0,134

1 100

0,052

12

(2,5

1,04

500

15

0,425

(100

0,16

ТАБЛИЦА 1.1

Критические значения критерия Стокса для некоторых препятствий, характерных для фильтров и пылеуловителей

временность создает большие трудности для развития теории фильтрации Суммировать эффекты от действия отдельных

дого отдельного слагаемого, но меньше их суммы. Исследования высокоэффективных фильтров I класса, выполненных из очень тонких волокон, показали, что эффективность этих ■фильтров (близкая к абсолютной) снижается на доли процента в области частиц размером 0,1—0,3 мкм, для которых инерционный эффект уже почти неощутим, а диффузионный еще недостаточно действен.

Определению суммарного коэффициента захвата пылевых частиц единицей длины волокна в фильтре посвящено много серьезных исследований. В последнее время все большее распространение получает метод расчета улавливания очень мелкодисперсных частиц (d<5 мкм), разработанный Н. А. Фуксом и его сотрудниками [47] для высокоэффективных фильтров при скоростях фильтрации менее 1 м/с. Метод основывается на определении коэффициента захвата Ks «веерной» модели фильтра, представляющего собой систему решеток из

параллельных волокон, повернутых на произвольные углы отно

сительно друг друга.

В элементарном слое фильтра толщиной dh, образованного волокнами диаметром D, уложенными с одинаковой плотностью -4ad/г

упаковки а, общая длина волокон равна . При протека

л D

нии со скоростью w через этой слой аэрозоля, концентрация частиц в котором равна Nq、каждой единицей длины волокна улавливается KsDNqw!(1―а) частиц данного размера.

Убыль частиц в потоке с переменной концентрацией N составит —wdN, или

dN 4a 仆^ л D (1 — a)dN 4a 仆^ л D (1 — a)Учитывая, что ния получим:Учитывая, что ния получим:величина а очень мала, послевеличина а очень мала, послеинтегрирова-интегрирова-lg(i — «s)= 2 —lg(i — «s)= 2 —1,72 a 九 Ksл; D1,72 a 九 Ksл; D(1-12)

dN 4a 仆

^ л D (1 — a)

dN 4a 仆

^ л D (1 — a)

Учитывая, что ния получим:

Учитывая, что ния получим:

величина а очень мала, после

величина а очень мала, после

интегрирова-

интегрирова-

lg(i — «s)= 2 —

lg(i — «s)= 2 —

1,72 a 九 Ksл; D

1,72 a 九 Ksл; D

Практический интерес представляет закономерность распределения осаждающейся пыли по толщине фильтра. Для выяснения этой закономерности запишем выражение (1.12) в виде

dhтdhтdN

dhт

dhт

где 入一постоянная фильтрации.

После интегрирования получим:

NN(М3)(М3)

N

N

(М3)

(М3)

откуда следует, что при 九=入 коэффициент проскока равен c-i = 0,368.

В соответствии с этим постоянную фильтрации можно определить как толщину слоя фильтра, в котором задерживается 63,2% всех частиц:

入=耳一■(L14)

2,31g 77；

Из выражения (1.14) следует, что чем эффективнее фнльтр» тем меньше его постоянная фильтрации. Наиболее эффективное улавливание происходит в первых по течению воздуха слоях фильтра. Это положение хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями, описанными в главе II. Теория фильтрации относится главным образом к области максимального проскока частиц, предполагая полное улавливание частиц за пределами этой области, что справедливо для высокоэффективных фильтров, и совершенно не учитывая отскока частиц от волокон, который, как будет показано далее, имеет место уже при сравнительно небольших скоростях соударения.

Фильтры общего назначения, наиболее широко применяемые в системах вентиляции, рассчитывают главным образом на основе опытных данных, однако приближенную оценку их эффективности можно получить с помощью приводимых теоретических зависимостей.

Отделение пылевых частиц в поле действия электрических сил обычно протекает в две стадии: сначала они заряжаются в поле коронного разряда, а затем осаждаются под действием электрических сил.

Коронный разряд возникает в неоднородном электрическом поле у поверхности электродов с малым радиусом кривизны. Различают зону ионизации газа небольшой протяженности (собственно корону) и внешнюю зону коронного разряда. В зоне короны, где напряженность поля очень велика, кони, содержащиеся в газе, перемещаются по направлению силовых линий поля и разгоняются настолько, что, столкнувшись с нейтральными газовыми молекулами, выбивают из них несколько внешних электронов. При этом возникают новые положительные и отрицательные ионы.

Образующиеся в процессе лавинообразной ударной ионизации ионы, имеющие заряд того же знака, что и потенциал коронирующего электрода, притягиваются к противоположно заряженному осадительному электроду, устремляясь во внешнюю зону ионизации. Сталкиваясь здесь с пылевыми частицами, ионы сообщают им свой заряд, вследствие чего эти частицы также начинают притягиваться к осадительному электрод). Скорость движения пылевой частицы к электроду зависит в значительной мере от величины полученного ею заряда, которая, в свою очередь, определяется действующими на газовые ионы вблизи частицы силами, связанными с внешним полем, поляризацией частиц, электростатическим отображением и отталкиванием одноименных зарядов.

Электрическое осаждение может происходить также в результате взаимодействия зарядов, образующихся на волокнах

пористого фильтра, с нейтральными пылевыми частицами. Заряженное волокно создает вокруг себя неоднородное электрическое поле. Частицы поляризуются этим полем и притягиваются к поверхности волокна. Электрическое осаждение усиливается с увеличением размеров частиц и уменьшением толщины волокон. Электрические заряды на волокнах в большинстве случаев нестабильны и быстро исчезают вследствие проводимости волокна и под влиянием влажности. Известны фильтры с непрерывно возобновляемым электрическим полем, но они пока не получили широкого распространения.

Закономерности инерционной сепарации пыли в криволинейных потоках

Инерция пылевых частиц, взвешенных в воздушных потоках, проявляется при любых изменениях скорости потока. В технике ■обеспыливания широко используется инерционная сепарация, происходящая при сравнительно плавном, но длительном искривлении потоков.

Движение частицы в криволинейном потоке при отсутствии внешних воздействий описывается уравнением

丄т丄т(1-15)(1-15)dv

丄т

丄т

(1-15)

(1-15)

di

В работе [75] давалось приближенное решение уравнения (1.15), при этом движение частицы рассматривалось в подвижной системе координат. Скорость частицы принималась равной v=w+vc, а ее ускорение определялось согласно теореме Кориолиса.

Уравнение (1.15) при этом может быть представлено в виде

\

m ~— 4-/nwX(<oxR)4-m —— X R + 2 /и (wxvc) =—3 л d, (1.16)

\ at /

Каждый из членов левой части этого уравнения представляет собой компонент силы тсЫ/сИ, с которой частица действует на воздушный поток, стремящийся искривить ее траекторию и изменить ее скорость.

Второй член уравнения (1.16) представляет собой центробежную силу. Как уже отмечалось, при исследованиях инерционной сепарации пыли, например в циклонных пылеуловителях, часто учитывается только эта составляющая силы инерции н уравнение движения записывается в форме (1.10).

Первый член уравнения (1.16) связан с ускорением сепарационного движения и может быть равен нулю только при скорости Vc= const, что, 'как правило, невозможно. Направление силы, представленной этим членом, зависит от начальных условий входа частицы в искривленную часть потока. Примем, что ПРИ искривлении потока скорости его отдельных слоев изме-

няются в соответствии с законом площадей ——скорость периферийных слоев уменьшается, а скорость 'центральных слоев увеличивается. В точке М (см. рис. 1.2) скорость потока равна его начальной скорости w0. Можно считать, что перестройка потока происходит мгновенно, в то время как скорость пылевых частиц, равная до этого скорости потока (v0=w0), изменяется сравнительно медленнее. В силу этого в начальный момент времени /=0 можно принять vc=w0—W(Ro).

В соответствии с указанным, в правой части потока, представленного на рис. 1.2, скорость vc направлена к его периферии. Легко убедиться, что вектор rndN^dt направлен в ту же сторону, что и вектор центробежной силы, хотя не всегда полностью совпадает с ним. Слева от точки М эта сила обращена к центру потока.

Вектор, представленный третьим членом уравнения (1.16)” всегда совпадает по направлению со скоростью w； он представляет собой реакцию частицы, переходящей во все более замедленные слои, на тормозящее влияние среды.

Четвертый член уравнения представляет собой силу Корн。- лиса. В рассматриваемом случае она направлена также к периферии потока.

Сепарация частиц на начальном участке движения. Расчет сепарационного движения частиц в криволинейном канале может быть произведен с помощью ЭВЦМ.

Схема потока представлена на рис. 1.2. В неподвижной системе координат w = k/R н R = ]/"炉+小.Тогда уравнение (1.15) в проекциях на оси координат имеет вид

0 X1dxkуd門+тт济41dy _kXdt炉十产0 X1dxkуd門+тт济41dy _kXdt炉十产ЭВЦМЭВЦМ(1.17)(1.17)Для возможности расчета наДля возможности расчета наКутта уравнения первого порядкаКутта уравнения первого порядка(1.17) преобразуются в систему(1.17) преобразуются в системупо методу Рунге —по методу Рунге —уравненииуравненииdx=u;dtdx=u;dtdu1dtтdu1dtтku —- тku —- тdydtdqdydtdq=q；=q；1k= -- —q + -.TT1k= -- —q + -.TTX炉十У2X炉十У2

0 X

1

dx

k

у

d門+

т

т

济4

1

dy _

k

X

dt

炉十产

0 X

1

dx

k

у

d門+

т

т

济4

1

dy _

k

X

dt

炉十产

ЭВЦМ

ЭВЦМ

(1.17)

(1.17)

Для возможности расчета на

Для возможности расчета на

Кутта уравнения первого порядка

Кутта уравнения первого порядка

(1.17) преобразуются в систему

(1.17) преобразуются в систему

по методу Рунге —

по методу Рунге —

уравнении

уравнении

dx

=u;

dt

dx

=u;

dt

du1

dtт

du1

dtт

k

u —- т

k

u —- т

dydtdq

dydtdq

=q；

=q；

1k

= -- —q + -.

TT

1k

= -- —q + -.

TT

X

炉十У2

X

炉十У2

Начальные условия имеют вид / = 0; %о =欠 о； 4о = О； “0 = 0； 90 =叫・

При расчете принимали т==3,06- 10-3с (d=20 мкм), т= 27,5・10-з с (д?=60 мкм) и т=172,1 • 10~3 с (d=150 мкм).

решалось приближенно с -помощью и введения некоторых упрощений.

Расчет проводили для значений Ro, равных 0,1； 0,15; 0,2; 0,3 и 0,4 м. Средняя скорость входа воздуха ш0= 15 м/с; & = 0,(Ю5 м; №=0,5 м;々=2,93 м2/с. Для каждого интервала времени △f определялись координаты частицы х«), у⑴，R= ।/ ^^^, ■скорости dxfdt и dyldt и угол ф,

В данном случае оказалось возможным проследить траектории частиц на неограниченном расстоянии.

Рис 1.4. Траектории в криволинейном потоке

1 — частиц крупностью 20 мкм; 2 — то же, 60 мкм; 3 — то же, 150 мкм; 4 — то же, 60 мкм по упрощенному расчет

Как видно из рис. 1.4, траектории частиц представляют собой спирали с последовательно убывающими приращениями полярного радиуса, т. е. асимптотически приближающиеся к окружности очень большого радиуса. В области w<w0 траек-

тории частиц искривлены меньше, чем в области w>a)0. Как и следовало ожидать, чем крупнее частица, тем меньше искривлена ее траектория. График позволяет оценить возможности циклонной сепарации. Частицы крупностью 20 мкм и меньше, входящие в циклон на расстояние более 7s радиуса от его наружной стенки, должны совершить более двух оборотов в своем спиральном нисходящем движении, чтобы достигнуть этой стенки. Между тем, продолжительность пребывания частицы в циклоне может не удовлетворять этому условию.

Анализ уравнений (1.17) приводит к ряду интересных выводов. Прежде всего перейдем от декартовых координат к полярным, введя в уравнения значения первых и вторых производных от координат %=Rcos(p и y=Rsin<p. После преобразований получим:

d2R / d 屮、21 dRdR dtpd2 cpi dcp2 • R + 展+ R dt dtт dtd2R / d 屮、21 dRdR dtpd2 cpi dcp2 • R + 展+ R dt dtт dtk——=0, тk——=0, т(1-18)(1-18)(1.19)(1.19)

d2R / d 屮、21 dR

dR dtpd2 cpi dcp

2 • R + 展+ R

dt dtт dt

d2R / d 屮、21 dR

dR dtpd2 cpi dcp

2 • R + 展+ R

dt dtт dt

k

——=0, т

k

——=0, т

(1-18)

(1-18)

(1.19)

(1.19)

откуда

R2 -~~ = ^ + с9е~^х atR2 -~~ = ^ + с9е~^х at(1-20)(1-20)

R2 -~~ = ^ + с9е~^х at

R2 -~~ = ^ + с9е~^х at

(1-20)

(1-20)

Применительно к воздушному потоку Rd31dt=з. В данном случае это произведение представляет собой тангенциальную составляющую скорости движения частицы, т. е.

Постоянная интегрирования определяется из условия R=Rq и u<j)=uo=g при f=Q. Тогда со=^о^о —力 и

% = а； +(纨-^-—а;) е"-〃'. (1.21>

Из выражения (1.21) видно, что с течением времени тангенциальная составляющая скорости движения частицы стремится к тангенциальной составляющей скорости воздушного потока, что в пределе приводит к квазистационарному состоянию движения. Оно достигается тем скорее, чем меньше время релакса- от нуля, является участком нестационарного движения частицы, в пределах которой значение е 一〃г еще существенно отличается от нуля, является участком нестационарного движения частицы, 1. е. начальным участком. Длина этого участка различна для частиц разного размера. Для практических расчетов можно принять, что u(p —w при f》7p, т. е. при "工 ^ 10-3.

Расчеты показали, что для частиц размером 5 мкм и более длина начального участка соизмерима с общей протяженностью пути, проходимого частицей в циклонных аппаратах.

Отметим, что из выражений (1.18) и (1.20) имеем:

d2R , 1 由？ 伏+ (吗)R)一田 「"可

d/2 + ~т~ ° dt —必=° •(1.22)

Сепарация частиц за пределами начального иия. В этом случае время t достаточно велико (1.22) принимает вид [96, 119]

участка движе- и уравнение(1-23)участка движе- и уравнение(1-23)出 21 т dt R3出 21 т dt R3Полученное уравнение типа Эмдена — Фаулера не может быть решено в элементарных функциях. Принимая обозначение dR]dt=UR, приведем уравнение (1.22) к следующему виду:

участка движе- и уравнение

(1-23)

участка движе- и уравнение

(1-23)

出 21 т dt R3

出 21 т dt R3

血&8 臨+傾仆一在)勺21

dR =E^R~ V •(L 24)

В фазовой плоскости (R,少五)уравнение (1.24) представляет собой изменение углов наклона касательных к кривой vR в зависимости от R (рис. 1.5). Очевидно, что значение du"dR = U соответствует максимуму скорости Уд. Из уравнения (1.24) в

этом случае имеем:

т W+%e-〃t)2т W+%e-〃t)2где R* — значение R, соответст-以

т W+%e-〃t)2

т W+%e-〃t)2

вующее 力? макс.

Для частиц, входящих на поворот в точке М (со=О), а также для очень мелких частиц (?-'/'—>0) независимо от их начального положения, т. е. для всех частиц, у траекторий которых нет начального участка, уравнение (1.25) имеет вид

(1-25)(1-25)Рис. 1.5. Изменение окоэости ча* стицы в фазовой плоскостиРис. 1.5. Изменение окоэости ча* стицы в фазовой плоскости收 макс = Т r*3 •收 макс = Т r*3 •(1.26)(1.26)Уравнение (1.26) представляет собой кубическую гиперболу, на которой расположена точка, соответствующая максимальному значению vRt т. е. точка максимума функции vR=f(R).

(1-25)

(1-25)

Рис. 1.5. Изменение окоэости ча* стицы в фазовой плоскости

Рис. 1.5. Изменение окоэости ча* стицы в фазовой плоскости

收 макс = Т r*3 •

收 макс = Т r*3 •

(1.26)

(1.26)

Отбрасывая в порядке первого приближения первый член в уравнении (1.23), получим равенство

在2

=Q27)

совпадающее с уравнением (1.10), поскольку vc=vr. Очевидно, что на рис. 1.5 уравнение (1.27) представляет собой кривую Л а

ее участок в области между значениями Rm и 火2 дает величины скорости vR, принимаемые при пользовании формулами типа (1-10) для расчетов сепарации. Действительная величина скорости определяется кривой 2, а погрешность расчета оценивается площадью, заключенной между кривыми / н 2.

Интегрируя уравнение (1.27), получим «при f=0, R = Ro и C\ = Rq

欠4 =福+ 4т/г/. (1.28)

Пользуясь этим уравнением, можно построить траектории частиц для рассмотренного выше течения. Положение частицы на траектории определяется величинами R н ср по формулам (1.20) и (1.28), а именно: RdR=xkd^, и после интегрирования 2工々屮=氏2+。2. При(р = 0 и R = Ro постоянная интегрирования e2 = - /? 0 И

* 2xk . 、

Вычисленная для частицы размером 60 мкм при Ro=O,2 м траектория нанесена на рис. 1.4 (кривая 4) для возможности сопоставления ее с приведенными на том же графике более точными траекториями частиц. В то время как истинные траектории на всем протяжении отклоняются от прямой первоначального движения в направлении течения, т. е. частицы как бы «сдуваются» потоком, траектории, построенные по упрощенной формуле, отклоняются в противоположную сторону. Такой характер движения не может быть объяснен действием каких- либо физических факторов. Он, несомненно, является следствием того, что величина членов дифференциального уравнения, отброшенных при составлении упрощенной формулы, соизмерима с величиной оставленных членов, т. е. настолько велика, что их игнорирование приводит не только к количественным, но и к качественным погрешностям.

С уменьшением т вносимая погрешность пропорционально \ меньшается, однако остается существенной. Приближение к истинному значению Ur можно получить, подставляя в уравнение (1.23) его величину по выражению (1.27). После преобразований получим в качестве второго приближения

t胪 3 d您

Аналогично можно получить последующие приближения. Расчеты показали, что для рассмотренного примера вблизи значения Т?2 второе и третье ттриближения достаточно точно определяют величину vR, однако в области между значениями Rm и R* истинные значения скорости таким путем получить нельзя.

На рис. 1.5 показано изменение скорости движения частицы> вошедшей в поток в равновесной точке Л1. Для других час тш1 фазовая картина изменения vR отличается расположением гипербол /. Из рис. 1.5 следует, что выражениями типа (1.10} можно пользоваться для оценки величины радиальной составляющей скорости движения частиц за пределами начального участка, а для мелких частиц — вблизи наружных стенок. Рассчитывать с их помощью траекторию частиц и соответственно «минимальные диаметры» сепарирующихся частиц нельзя, так как при этом вместо истинной скорости vR, изменяющейся по кривой АВ, принимаются значения скорости по кривой А'В', намного большие на участке Rm R*.

Сепарация пыли в пограничных областях турбулентных потоков

Сепарация пыли вблизи границ потоков отличается рядом особенностей, обусловленных закономерностями распределения поперечных пульсаций скоростей турбулентных потоков. Известно, что средней части потока, удаленной от его твердых границ и отличающейся постоянством распределения скоростей, свойственна более или менее изотропная турбулентность, т. е. здесь среднеквадратичные пульсации скоростей одинаковы во всех направлениях. Если выделить мысленно в этой части потока, например горизонтального, горизонтальную площадку^ то вследствие существования поперечных пульсаций скоростей через эту площадку будет происходить перенос объемов воздуха как сверху вниз, так и снизу вверх. Количество воздуха, перемещающегося в противоположных направлениях, должно быть совершенно одинаковым, так как в противном случае в верхней либо в нижней части лотока образовались бы пустоты, что невозможно.

Рассмотрим движение частицы, находящейся в потоке, вблизи выделенной площадки. Очевидно, что такая частица будет вовлечена в пульсирующее поперечное движение, при этом- в тем большей мере, чем меньше ее размеры и масса. Степень увлечения частицы размером 1 мм (при плотности, равной 1) составляет всего 2%, но частица размером 100 мкм увлекается на 70%, а частица размером менее 30 мкм — практически полностью [110].

Частица, перенесенная, например, из слоя, расположенного П°Д площадкой, в слой, расположенный над площадкой, в дальнейшем может быть вновь перенесена под площадку либо унесена в верхнюю часть потока. Так как движение обменивающихся объемов воздуха хаотично и определяется случай- нымн причинами, движение частиц подчиняется статистическим закономерностям. Если распределение частиц по вертикальному сечению потока было равномерным, то при отсутствии внешних

сил турбулентное перемешивание не может нарушить этого распределения. При неравномерном начальном распределении частиц перемешивание приводит к их распространению по всему сечению потока.

Вблизи стенок положение меняется, так как здесь результирующая пульсаций скоростей не равна нулю, иначе говоря, здесь через рассматриваемую площадку происходит обмен массами воздуха, обладающими различными скоростями. Вследствие этого у дна потока частицы, подхватываемые поднимающимися массами, получают больший импульс, чем частицы, увлекаемые вниз. Устанавливается закономерный процесс турбулентного переноса, препятствующего осаждению частиц на Дне. 。

Экспериментальные исследования распределения пульсаций скоростей позволили подойти к количественной оценке явления взвешивания частиц потоками [16]. В частности, исследования Е. М. Минского [61] показали, что среднеквадратичные пульсации скоростей w 'г изменяются по следующей закономерности:

1,05 Sep М。, 125 备[1 + 1,72 (~^) ], (1.30)

где ®ср — средняя скорость течения в канале; X — коэффициент трения;力 1 — коэффициент корреляции; / ——расстояние от оси до рассматриваемой точки; R「——гидравлический радиус канала.

Как видно из формулы (1.30), наименьшее значение пульсаций скоростей соответствует оси потока, когда / = 0, а наибольшее их значение ——его периферической части, например вблизи дна канала (для пограничного слоя потока формула неприменима). Подобная закономерность наблюдается в распределении пульсаций скоростей и в циклонах [120].

Приближенно граничный размер частиц, оседание которых затруднено турбулентными пульсациями, можно оценить исходя из соотношения их скоростей витания и пульсаций скоростей. Частицы определенного размера будут совершать беспорядочное движение в том районе потока, где усредненная по времени поперечная пульсация скорости равна скорости витания данных частиц. Частица, вышедшая по случайным причинам из этого района, испытывает воздействие скоростей, либо больших, чем ее скорость витания, и тогда вновь поднимается до прежнего уровня, либо меньших, чем ее скорость витания, и в этом случае оседает до прежнего уровня. _—

Пользуясь выражением (1.30), из условия %(d) =/g；mo〃y- чим для граничного разм-ера частиц:

心=4,36 +

где а — отношение среднеквадратичных значений пульсаций скоростей.

Частицы размером dv山 будут находиться во взвешенном состоянии, а размером d>dc достигнут дна канала. Граничный размер оседающих частиц для всего сечения может быть определен из условия 〃Rr=l. Некоторые частицы этой категории, находящиеся вблизи границ потока, могут получить импульс, достаточный для того, чтобы они достигли дна или, оказавшись в пределах ламинарного пограничного слоя, вышли из области пульсаций. На дальнейшее движение пылевых частиц, оказавшихся в пределах пограничного слоя, оказывают влияние такие факторы, как их подъемная сила, соотношение их размеров и скорости движения, толщина и скорость пограничного слоя.

Градиент скорости в пределах пограничного слоя может достигать очень большой величины. При этом частицы в пограничном слое начинают вращаться вокруг собственной оси. Так, наблюдая движение пшеничных зерен в каналах пневматического транспорта, отмечали угловые скорости вращения зерен 30 000—60 0>00 об/мин, а наблюдая движение песчинок в прямолинейном канале ——угловые скорости их вращения до 3300 об/мин [24].

Рассмотрим частицу, осевшую на дно воздуховода. Толщина пограничного слоя соизмерима с размером частицы, поэтому в то время как самая нижняя точка частицы соприкасается с неподвижной границей потока, верхняя испытывает его увлекающее действие. При этом только очень мелкие частицы могут оставаться неподвижными под влиянием сил адгезии. Основная же масса частиц перекатывается под воздействием опрокидывающего момента. Если принять во внимание соотношение скорости потока и размеров частиц, то легко прийти к выводу, что угловые скорости могли достигать наблюдавшихся величин. В самом деле, скорость ламинарного пограничного слоя у плоской стенки в системе координат ХОУ, расположенной так, что ось ординат направлена перпендикулярно направлению потока и стенке, может быть представлена функцией

wx = а 6,

где а — коэффициент пропорциональности; 6 — толщина пограничного слоя [101].

Пользуясь общепринятыми представлениями механики, можно рассматривать градиентное течение как вращение потока вокруг непрерывно перемещающихся по прямой линии мгновенных центров вращения. При таком рассмотрении градиентного потока а есть не что иное, как угловая скорость вращения потока вокруг мгновенных центров. Очевидно, что коэффициент а равен, кроме того, угловой скорости со вращения всех частиц потока, в том числе и взвешенных в нем. Поскольку толщина ламинарного слоя 6 измеряется долями миллиметра, а секунд-

мая скорость потока шх — метрами, очевидно, что величина со действительно очень велика.

Доказано, что силы, действующие на круговой цилиндр, движущийся в градиентном прямолинейном потоке, отличаются от сил, действующих на тот же цилиндр в неградиентном потоке, составляющей 2лграис [75]. Эта сила направлена от стенки канала (при Uc>0), т. е. представляет собой подъемную силу Н. Е. Жуковского, возникновение которой обусловлено вращением частицы. Легко убедиться, что подъемная сила больше силы тяжести частицы, если исы = 1,2ip/pB.

Таким образом, достаточно, чтобы в экспериментах Феллиса скорость движения частицы отличалась от скорости воздушного потока на 0,04——0,10 м/с, и тогда подъемная сила частицы будет больше ее силы тяжести. Под влиянием подъемной силы частицы движутся вверх до тех пор, пока вращаются, а затем вновь падают на дно канала.

Условия удержания пылевых частиц на поверхностях

Осаждение пылевых частиц на сухих поверхностях. Современная теория пылеулавливания исходит из представления, что каждое соприкосновение частицы с препятствием завершается ее прилипанием; частица отделяется от потока и может считаться уловленной. В действительности это справедливо только для очень мелких частиц. Крупные частицы, коснувшись в процессе сепарации поверхности, могут отскочить от нее и вновь вернуться в воздушный поток. Это обстоятельство не имеет практического значения при рассмотрении процесса фильтрации в высокоэффективных фильтрах. Основной задачей в таких фильтрах является создание условий для соприкосновения с волокнами частиц размером меньше 1 мкм, которые прочно удерживаются на них. Более крупные частицы здесь улавливаются как ситом плотными фильтрующими слоями. Несколько иная задача решается в пылеуловителях и широко распространенных фильтрах общего назначения II и особенно III класса эффективности, используемых для отделения и надежного удержания более крупных частиц.

Соприкосновение частиц с препятствием подчиняется закономерностям удара. Коэффициент k восстановления скорости частицы после удара можно принять равным 0,8. Отскок》 микротел после удара препятствуют силы адгезии. Если кинетическая энергия отскока частиц (в предположении отсутствия сил адгезии) меньше энергии адгезии, то частицы прилипают, в противном случае они отскакивают. Таким образом, если пренебречь силой тяжести частицы, предельное условие ее прилипания выразится равенством [27]

=Еад,=Еад,/пи2

=Еад,

=Еад,

где и — скорость отскока в предположении отсутствия сил адгезии; £ад — энергия адгезии.

也3也3В свете наиболее современной теории молекулярных взан- действий Е. М. Лифшица при пренебрежении электрическими н капиллярными силами, действительной формой поверхносш частицы и ее деформацией при ударе, а также рядом других факторов сила адгезии 尸ад может быть вычислена по форму je [52]

也3

也3

(I з；)

где 力① ——константа Лифшица — Ван-дер-Ваальса; z0 — зазор между контактирующими телами, при котором силы адгезии достигают максимума.

Величина постоянной %со, известная пока лишь для небольшого числа твердых веществ, колеблется в пределах от 0,6 до 9 эВ. Приняв в качестве среднего значения /is = 6 эВ, а величину No в соответствии с установившейся практикой равной 4 • 10-8 см, получим силу адгезии

Гад = 0,012 d дин, (1.34)

где d — размер частиц в мкм.

Порядок величины силы адгезии, получаемой при расчете по формуле (1.33), подтверждается экспериментальными исследованиями ряда авторов [52, 57]. Теоретически эта зависимость может быть использована для оценки порядка величины силы адгезии частиц радиусом от 1 до 100 мкм. Следует, однако, учитывать, что с увеличением размеров частиц (d>2 мкм) адгезия все в большей мере определяется размером (радиусом) выступов их шероховатой поверхности. Контакт может осуществляться как в одной, так и в нескольких точках. При размере выступов около 0,5 мкм и контакте в одной точке сила адгезии не превышает 3―4 мдин, а цри размере выступов 0,1 мкм и контакте в трех точках— 1,8—2,4 мдин.

В выражении (1.32) энергия адгезии, т. е. работа, затрачиваемая на преодолении сил адгезии, при изменении зазора между контактирующими телами равна:

Еад = f Fa“d瓦6

Сила адгезии убывает очень быстро — пропорционально квадрату или даже кубу размера зазора в наиболее узком его месте, становясь чрезвычайно малой величиной уже при зазоРах около 1 мкм. Прямое измерение зазора весьма сложно. Если принять, как это делается в ряде работ [14, 41, 57], что Еад = Еад九，а 九=6 А, то получим, ЧТО £'ад=0,012-6- 10-8 d мин.

2 3ik П6

2-0,012-6-IO-8 d 1—必2-0,012-6-IO-8 d 1—必Тогда из условия (1.32) получим：

2-0,012-6-IO-8 d 1—必

2-0,012-6-IO-8 d 1—必

廖廖(I.35>(I.35>т

廖

廖

(I.35>

(I.35>

откуда граничное значение скорости, при котором еще возможно прилипание частиц, равно:

(I 36>(I 36>0,249и х см/с,

(I 36>

(I 36>

где d — размер частиц в мкм.

Из выражения (1.36) видно, что частицы размером около 1 мкм могут прилипать к поверхностям при скоростях столкновений примерно 0,3 см/с. При деформации частиц или волокон и при образовании на контактирующих телах слоя адсорбированных молекул воды и углеводородов условия адгезии могут становиться более благоприятными [1]. Тем не менее сухие поверхности волокон и других препятствий не могут надежно удерживать крупные пылевые частицы, хотя первоначальное осаждение их из воздушных потоков происходит так же, как и на смоченных поверхностях.

В процессе последовательных столкновений крупных частиц с волокнами фильтрующего слоя скорость их постепенно уменьшается, так как она не может восстанавливаться воздушным потоком мгновенно. При этом создаются более благоприятные условия для их седиментации и механического удержания в фильтрующем слое.

Экспериментальное исследование показало, что максимум эффективности сухих фильтров соответствует крупности частиц 4—6 мкм; при большей крупности частиц d эффективность фильтров резко снижается [20]. Смоченные фильтры сохраняют высокую эффективность в области более крупных частиц. Характерно, что эффективность испытанных смоченных фильтров также обнаруживает тенденцию к падению по мере увеличения крупности частиц.

Осаждение пылевых частиц на смоченных поверхностях, Смачивание поверхностей, предназначенных для осаждения частиц, является хорошо известным средством повышения эффективности фильтров и пылеуловителей.

При наличии тонкой пленки смачивающей жидкости на поверхности сила адгезии определяется формулой [39]

(I.37>(I.37>2 а о d с cos 1 + tg (e/2)'

(I.37>

(I.37>

где е ——угол, определяющий смоченную часть поверхности частицы (сферы);令——краевой угол смачивания, зависящий от химических свойств и дисперсности пыли.

Для смачивания поверхностей, предназначенных для осаждения пылевых частиц, стремятся подбирать жидкости, хорошо смачивающие частицы, например масла. При 行=0 и при точечном контакте, т. е. когда е=0, сила адгезии достигает значения

尸 ад = 2 nod.(1.38)

zzРис. 1.6. Осаждение сферической пылевой частицы на смоченную поверхностьРис. 1.6. Осаждение сферической пылевой частицы на смоченную поверхность5^0,5 d. а повеох'ностное на гя-5^0,5 d. а повеох'ностное на гя-На рис. 1.6 показана сферическая частица, контактирующая с тонкой пленкой несмачивающей жидкости. При полном смачивании поверхность жидкости вблизи частицы повышается (см. пунктир слева на рис. 1.6), улучшая условия контакта. Формула (1.38) подтверждена многочисленными экспериментами. В частности, Ларсен установил, что она распространяется также на сплошные пленки масел, покрывающие волокна фильтров [55], причем 尸ад=%2пМ. Коэффициент Д зависит от площади поверхности контакта; для частицы, погруженной в пленку на 0,5 d, коэффициент Д = 0,83.

z

z

Рис. 1.6. Осаждение сферической пылевой частицы на смоченную поверхность

Рис. 1.6. Осаждение сферической пылевой частицы на смоченную поверхность

5^0,5 d. а повеох'ностное на гя-

5^0,5 d. а повеох'ностное на гя-

Принимая толщину пленки_

жение, как для нефтяного масла, 30 дин/см, получим

尸ад 然 157 d дин.(1.39)

Как видно из выражений (1.39) и (1.34), при смоченной поверхности сила адгезии значительно больше, чем при сухой. При отрыве частицы от смоченной поверхности сила адгезии действует до тех пор, пока отрываемая частица сохраняет контакт с пленкой жидкости; согласно выражению (1.37), эта сила хвеличивается по мере отрыва частицы, достигая максимума при 8 = 0. Принимая в соответствии с этим зазор h равным тол- щнне пленки замасливателя, составляющей в нормальных условиях не менее 20—40 мкм, и предполагая, что наличие тонкой пленки не оказывает влияния на упругий характер столкновения, получим:

.2-157.40-10-4 d 1 —/г2

己2 =. 森

откуда

(1-40)(1-40)7350и = см/с.

(1-40)

(1-40)

d

3535Из выражения (1.40) видно, что частицы размером 10 мкм удерживаются на поверхностях даже при скоростях, превышаю-

35

35

2’ Зак 116

щих 7 м/с, однако частицы размером 100 мкм отскакивают от смоченных фильтрующих поверхностей уже при скоростях около 1 м/с.

В замасленных фильтрах с заполнением, например, из толстых волокон или проволочных сеток скорость фильтрации составляет 1,5——3,5 м/с. При таких значениях скорости на поверхностях надежно удерживаются частицы размером не более 25—30 мкм. Действительно, при испытаниях замасленных фильтров из стекловолокнистого фильтрующего материала типа ФСВУ с применением искусственно приготовленной пыли, крупность которой составляла от 10 до 100 мкм, эффективность улавливания очень быстро падала с 99——95 до 30%. В воздуховоде за фильтром наблюдалось выпадение крупных пылевых частиц из воздушного потока.

При скоростной киносъемке процесса столкновений частиц кварца с цилиндрическими элементами, смоченными маслами, был зафиксирован отскок частиц размером около 200 мкм при толщине пленки от 25 до 40 мкм в зависимости от вида применявшихся замасливателей. Скорость частиц, рассчитанная по кинограммам, составляла 2 м/с, коэффициент восстановления скорости был близок 1.

Очевидно, что по мере насыщения слоя масла уловленными пылевыми частицами условия удержания частиц ухудшаются. Тенденция к падению эффективности фильтров при наличии в воздухе очень крупной пыли наблюдалась и в исследованиях Уитби [20].

Если жидкость плохо смачивает частицу, так это часто быв а ет на практике, поверхность жидкости вблизи частицы приобретает вогнутую форму. В случае, если жидкость совершенно не смачивает частицу (今+冗)，в выражении (1.37) знак плюс меняется на минус, т. е. силы поверхностного натяжения жид кости препятствуют погружению в нее частицы.

Способность пыли смачиваться оказывает существенное влияние на эффективность ее улавливания. Некоторые вещества гидрофобны из-за особенностей молекулярной структуры их поверхности. Иногда гидрофобностью обладает пыль гидрофильных материалов вследствие образования на поверхностях ее частиц электрического заряда одного знака с зарядом на поверхности воды или адсорбции на поверхностях ее частиц прочного слоя молекул воздуха, препятствующих их смачиванию

Известно, что смачиваемость твердых тел уменьшается с увеличением их дисперсности — даже такой предельно гидро фильный минерал, как кварц, после раздробления становится трудносмачиваемым. Можно считать, что частицы размером менее 10 мкм и особенно менее 5 мкм относятся к несмачиваемым независимо от их состава [12, 13].

Для улавливания гидрофобных частиц необходимо, чтобы ил

кинетическая энергия превышала работу погружения частицы в воду, т. е. работу преодоления сил поверхностно。。натяжения. Зто условие осуществляется только при больших скоростях соударения. Повышение эффективности пылеулавливания в атом случае достигается уменьшением поверхностного натяжения воды путем введения «смачивателей», подогрева и т. <п.

Схема сил, действующих на частицу, погружающуюся в несмачивающую жидкость в результате косого удара под углом а, показана на рис. 1.6. Силы поверхностного натяжения о в данном случае образуют прямой угол с радиусом частицы (пунктирная стрелка) и имеют составляющую, направленную в сторону, противоположную направлению движения частицы. Вес частицы и гидростатическая сила не учитываются.

Так как силы поверхностного натяжения пропорциональны смоченному периметру частицы, определяемому ее хордой 2 入, то суммарная выталкивающая сила будет равна: F=——2冗九。义 Xsin(a+6). Из условия равенства кинетической энергии дви;ку- щейся частицы работе погружения ее в жидкость на глубину dV6 можно определить предельную скорость, необходимую для надежного удержания частиц в пленках. Энергия погружения частицы в жидкость определяется интегралом

г—2 г

Ед = j 尸dz> (I 41) О

где 2 — путь погружения.

Из рис. 1.6 имеем 入=，sin(a+0) и 尸=—2nrasin2(a+p). По нормали к поверхности путь погружения равен. z=r—rX ><cos(a+B); при этом величина z изменяется в пределах 0&2《 W2r при изменении § соответственно в пределах —aWPW Wn—>a. Тогда dz=rsin(a+B) dp.

Проекция dz на направление движения частицы % равнаdzdx =-,

cos a

а проекция силы 尸 на направление движения х равна

cos a

После подстановки в (1.41) получим:

"广 2 n г" о sin3 (a 十 §)"广 2 n г" о sin3 (a 十 §)8 л38 л3г2 стcos2 aг2 стcos2 aПредельное условие погружения частицы и в этом нмеет вид mv2/2 = Ea , откуда” —cos a У p d *Предельное условие погружения частицы и в этом нмеет вид mv2/2 = Ea , откуда” —cos a У p d *(1.42)случае(1.43)(1.42)случае(1.43)

"广 2 n г" о sin3 (a 十 §)

"广 2 n г" о sin3 (a 十 §)

8 л

3

8 л

3

г2 ст

cos2 a

г2 ст

cos2 a

Предельное условие погружения частицы и в этом нмеет вид mv2/2 = Ea , откуда

” —cos a У p d *

Предельное условие погружения частицы и в этом нмеет вид mv2/2 = Ea , откуда

” —cos a У p d *

(1.42)

случае

(1.43)

(1.42)

случае

(1.43)

Из формулы (1.43) следует, что при любых размерах и плотности несмачиваемых частиц существуют такие значения угла а, при которых погружение и соответственно улавливание частицы может произойти только при очень больших скоростях движения. Очевидно, что на практике во многих случаях частицы рикошетируют от поверхности жидкости, причем в зависимости от соотношения между и и а они рикошетируют либо круто вверх, после чего вновь разгоняются и уносятся воздушным потоком, либо полого над поверхностью жидкости. В последнем случае возможно повторение рикошетов до тех пор, пока траектория прыгающих частиц не изменится так, что угол а станет достаточно малым для выполнения предельного условия с учетом установившейся скорости сближения частипы с поверхностью жидкости. При а=0 получим [67]:

V = 2,83 У^^^ см/с. (1.44)

Из формулы (1,44) видно, что при скоростях фильтрации около 3 м/с, характерных для масляных фильтров, в них могут надежно удерживаться несмачиваемые маслом частицы, начиная с размера 10 мкм. Частицы, не погрузившиеся полностью в пленку в момент удара, остаются на ее поверхности, которая быстро выпрямляется до формы, определяемой только весом частицы (в случае горизонтальной поверхности пленки). Адгезия в данном случае определяется лишь молекулярными силами и для частиц крупнее 1 мкм, согласно изложенному выше, очень мала, вследствие чего осевшие частицы могут быть сорва

ны потоком.В реальных щем случаены потоком.В реальных щем случаеусловиях угол смачивания ^Vn, поэтому в об-условиях угол смачивания ^Vn, поэтому в об-尸=2 л:厶 о sin (а + Р) cos 8;尸=2 л:厶 о sin (а + Р) cos 8;8Еп = — — л г2 ао 38Еп = — — л г2 ао 3cos &cos2 аcos &cos2 а(L44)(1.46)(L44)(1.46)

ны потоком.

В реальных щем случае

ны потоком.

В реальных щем случае

условиях угол смачивания ^Vn, поэтому в об-

условиях угол смачивания ^Vn, поэтому в об-

尸=2 л:厶 о sin (а + Р) cos 8;

尸=2 л:厶 о sin (а + Р) cos 8;

8

Еп = — — л г2 ао 3

8

Еп = — — л г2 ао 3

cos &cos2 а

cos &cos2 а

(L44)

(1.46)

(L44)

(1.46)

При О=л энергия погружения определяется формулой (1.42), при 今=冗/2 энергия £а =0, так как сила поверхностного натяжения направлена вдоль поверхности жидкости. При значениях 0V今Vn/2 силы поверхностного натяжения способствуют поглощению частиц жидкостью.

Осаждение пылевых частиц на поверхности жидкости. Если толщина пленки жидкости больше размера частицы, то последняя может погрузиться в жидкость полностью. Утолщенные пленки и слои жидкости необходимы для надежного улавливания пыли при ее повышенной концентрации, в особенности при наличии в ней крупных частиц. Такие условия стремятся создать при очистке воздушных выбросов в мокрых пылеуловителях, при этом, как правило, используют циркулирующую в пылеуловителях воду.

В рассматриваемом случае кинетическая энергия частицы

должна быть достаточна для преодоления сопротивления воды гфи ударе о ее поверхность и при погружении в нее. Важно выяснить также, какова должна быть минимальная толщина слоя воды, чтобы крупная частица, движущаяся через воду : большой скоростью, не смогла вновь вернуться в воздх шный поток, отскочив в воде от твердой стенки

В то время как £а в зависимости от способности частицы смачиваться может достигать положительной или отрицательной величины или быть равной нулю (при 仆=л/2), затраты энергии частицы на удар и на движение в жидкости происходят при всех условиях ее взаимодействия с жидкостью. Если пренебречь потерями энергии на брызгообразование и струйные явления, которые в данном случае не могут быть велики, то удар можно рассматривать как быстрое погружение свободно летящего тела [51, 87, 93].

При неравномерном движении частицы в воде нельзя пренебрегать присоединенной массой, как это делается при нсс」е- довании движения частицы в воздухе. Кроме того, ввиду большей вязкости воды значение Re в начале движения оказывается больше 1 даже при движении с малыми скоростями и очень небольших размерах частиц. С учетом этого уравнение движения частицы имеет вид

dv

(m 4- тж) -— = — /С у2, (1.47)

где К — коэффициент сопротивления сферы.

В данном случае для определения коэффициента сопротивления сферы удобно применить формулу (1.2). Имея в виду эту формулу, а также то, что присоединенная масса сферической частицы равна половине массы жидкости в объеме сферы, после преобразования получим из выражения (1.47)

Подставив в уравнение (1.48) соотношение

dRe dRe р,в dRe

=a = Re dtdx рж d

запишем

dRe dxdRe dx(1.49)(1.49)

dRe dx

dRe dx

(1.49)

(1.49)

Замена x=^d приводит уравнение (1.49) к безразмерному виду

"Re_lh«4- Re%)

Разделяя переменные и подставляя tz3=Re, после интегри- {ювання получим:

VT —arctg # = сVT —arctg # = с

VT —arctg # = с

VT —arctg # = с

Постоянная интегрирования с определяется из условия: при х=0 имеем ь = % Re=Re(). Тогда

XРжУ ^ео у Re

+ arc tg ' p寸—arc tg ^― .(1.50)

Для воды рж=1 г/см3. Принимая р=2,5 г/см3, получим, что общая длина пройденного частицей пути %к (при и=0) определится выражением

%кRe。(/ Re。

3p6d /6'了6

При малых значениях Re(ReV5；/"ReJ 6V1) можно ограничиться двумя членами разложения функции:

沙前 乎貽 Re

ЭГС tg- 18 疗'

после чего из выражения (1.50) при принятых значениях рж и р получим:

~ (Re0 — Re)

и соответственно

~~ = Re0 .(1.52)

На рис. 1.7 показана зависимость пути %/d, проходимого частицами в воде, от Re°, подсчитанная по формуле (1.50). Как видно из графика, скорость крупных частиц убывает быстрее, чем скорость мелких, движение которых в воде подчиняется формуле Стокса. Мелкие частицы (размером до 5 мкм) при таких больших начальных скоростях движения в воде, как 2 м/с, проходят путь не более 1,2 d. Влияние размера частиц на абсолютную длину пути & больше, чем влияние скорости. Из графика видно, что смачиваемая частица размером, например, 100 мкм при начальной скорости движения 10 м/с проходит до нулевой скорости путь 20,5 d, т. е. более 2 мм.

рис. I 7. Зависимость путн, проходимого сфе- р ичеокой пылевой частицей в воде, от размера частицы и значения критерия Re в момент удара частицы о поверхность воды

Рис 18. Значения Re для движения сферических пылевых частиц в воде при /=20℃

Согласно изложенному, для удержания на поверхности воды хорошо смачиваемой частицы достаточно их точечного контакта. Плохо смачиваемые частицы, включая все мелкие, будут уловлены в том случае, если глубина погружения в жидкость их центра превышает их радиус г （%/d>0,5j, так как при этом можно ожидать захлопывания каверны за погрузившейся частицей. Как видно из графика на рис. 1.7, этому условию соответствуют значения Re>5. Из графика видно также, что для торможения крупных частиц требуется большая толщина пленкк воды. Например, смачиваемая частица （令^п/2） размером 40 мкм, ударившись о поверхность воды со скоростью 18 м/с. что вполне реально для условий пылеулавливания, пройдет в воде до полной потери скорости путь, равный около 16 d. Представим, что толщина слоя воды равна 0,3 мм, как это имеет место в центробежных скрубберах [30]. Пройдя через такой слой воды, частица ударится о поверхность металлической стенки со скоростью 5,2 м/с. Пренебрегая потерями энергии частицы при ударе ее о твердую стенку, получим, что она покидает поверхность воды со скоростью примерно 0,6 м/с. Вылетевшая из воды частица может быть подхвачена воздушным потоком и вынесена из пылеуловителя.

Проведенный анализ позволяет сделать некоторые важные выводы.

В сухих фильтрах общего назначения II и III класса эффективности могут надежно удерживаться пылевые частицы размером не более 4—5 мкм. Заполнять сухие фильтры предпочтительнее полимерными материалами, так как деформация поверхности этих материалов при ударе о них частиц улучшает условия контакта и адгезии.

В фильтрах с поверхностями, смоченными маслами, могут надежно удерживаться хорошо смачиваемые частицы размером до 20—50 мкм и плохо смачиваемые частицы размером до 10 мкм.

Пленками воды в мокрых пылеуловителях надежно удерживаются частицы, движение которых характеризуется значением Re〉5. Частицы малых размеров и частицы, соударяющиеся с поверхностью пленки воды с малыми скоростями, погружаются в воду на глубину менее величины г и, если они плохо смачиваются водой, могут быть сорваны воздушными потоками. При значении Re〉1000 и толщине пленки воды менее 20 г возмо жен отскок частиц от твердой стенки, покрытой пленкой, и вторичный выход частицы в воздушный поток.

Общие закономерности пылеулавливания в пористых слоях

Совокупность рассмотренных хсловий осаждения пылевых частиц на элементах заполнения пористого слоя, а также особенности его выполнения и размещения, т. е. конструкция са-

мого фильтра, сообщают фильтру определенные качества, в первую очередь эффективность, пылеемкость и связанное с пей сопротивление. Зависимость между переменным сопротивлением фильтра Н (Gy) и количеством уловленной в нем пыли Gy выражается уравнением

Я (ОУ) = ДО；.(1.53)

На логарифмической сетке эта зависимость, выявленная экспериментальным путем, представляется прямой линией, определяемой угловым коэффициентом п и постоянной А, получаемой из условия Gy/E=l:

〃 (Gy = £)

力=£7i,(1 • 54)

где 〃(Gy=E)—сопротивление фильтра, когда количество задержанной в нем пыли численно равно его эффективности.

Соответственно уравнение процесса пылеулавливания можно написать в виде

Н (Gy) = Н (Gy = Е) —- .(1.55)

Постоянный угловой коэффициент п может быть определен из условия Gy = 1:

lg〃(Gy = E) — lg" (Gy = 1)

n =电 E•(1.56)

Отсюда следует, что для любого фильтра

lg〃(Gy = E)-lg" (Gy = 1)"]g上=1

и что для оценки качества фильтра можно пользоваться безразмерным комплексом, связывающим эффективность, пылс- емкость и сопротивление фильтра, т. е. критерием качества фильтра в виде

где Alg 〃(Gy)=lg 〃(Gy=E) — lg "(Gy).

Удобно выбирать Gy=E — AGy. В дальнейшем принимается △ Gy=200 г.

При практических расчетах значение 九 можно определять по линеаризированным графикам как отношение отрезков

1g Я (Gy = £)

IgGy(H = ”E)— lgGy (〃= 1)

где Не — сопротивление фильтра при Gy=E； G式Н=Н力 и Gy(〃=l) —количество уловленной пыли соответственно при сопротивлениях /н 1 кгс/м2

Чем хуже показатели эффективности и пылеемкости (сопротивления) фильтра, тем больше Кк. У самоочищающихся фильтров сопротивление не изменяется и Кк = 0. Значения Кк для некоторых фильтров, испытанных автором, даны в главе II.

ГЛАВА II

ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ

ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО И РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ФИЛЬТРОВ

Важнейшими показателями воздушных фильтров являются их эффективность и сопротивление. Эффективность фильтров зависит от дисперсности улавливаемой пыли. Ввиду того что на практике она меняется, правильнее говорить об усредненных показателях определенных групп или классов фильтров Кна<- сификация фильтров по таким показателям приведена в табл II 1

ТАБЛИЦА II 1

Классификация воздушных фильтров по их эффективности

Класс фильт ров

Эффективно улавливаемые полевые частицы

Нижние пределы эффективности при очистке атмосферного воздуха, %

I

Частицы всех размеров.

99

II

Частицы размером более 1 мкм .

85

III

То же, от 10 до 50 мкм..

60

Характеристика воздушных фильтров, наиболее широко применяемых в нашей стране, дана в табл II.2.

Фильтры I класса, как правило, волокнистые, характеризуются способностью улавливать частицы всех размеров и достаточно надежно удерживать их на сухих поверхностях и в густом переплетении образующих фильтр тонких волокон.

В волокнистых фильтрах II класса с более толстыми волокнами, расположенными в слое не так часто, частицы мельче 1 мкм задерживаются неполно Более крупные частицы эффективно задерживаются в результате механического зацепления и инерции. Частицы крупные 4—5 мкм в сухих фильтрах этого класса могут удерживаться недостаточно надежно. В волокнистых фильтрах II класса волокна не должны быть толще 8— 10 мкм. В электрических фильтрах II класса частицы задерживаются под влиянием электрических сил.

В фильтрах III класса, заполняемых относительно толстыми

ТАБЛИЦА II 2

Номенклатура воздушных фильтров

Вид фильтра

Тип фильтра

Наименование фильтра

Класс фильтра по эффективности

Воздушная нагрузка на входное сечение, м3/ч -ма

Начально1 сопротивление при допустимой воздушной нагрузке, кгс/м2

Пылесм- кость входного сечения фильтра (при увеличении сопротивления в 2—3 раза), г/м2

Способ регенерации

рекомендуемая

допустимая

Сухие пористые

Ячейковые ФяЛ

I

6000

7000

10

430

Сменафильтрующего

материала

Волокнистые

Ячейковые ЛАИК

I

-*

—

_*

—

Смена фильтра

、Рулонные ФРП

III

5000

9000

10

1000

Очистка фильтрующего материала пневматически

Сетчатые

Губчатые

Ячейковые ФяВ

Ячейковые ФяП

III

III

6000

6000

7000

7000

6

7

2600

350

То же или промывкой в воде То же

Смоченные пористые

Волокнистые

Рулонные ФРУ

Ячейковые ФяУ

III

III

8000

G000

10 000

7000

6

4

450

570

Сменафильтрующего

материала

То же

Продолжение табл. )/ 2

Вид фильтра

Тип фильтра

Наименование фильтра

Класс фильтра

эффек- гивнос-

Воздушная нагрузка на входное сечение, м〃ч - м2

Начальное сопротивление при допустимой воздушной нагрузке, кге/м2

Пылеем- кость входного сечения фильтра (при увеличении сопротивления в 2—3 раза), г/ма

Способ регенерации

рекомендуемая

допустимая

Смочен-

Масляные

/ Самоочищающееся К兀 КдМ и Кт

III

6000

7000

8

7—15

Непрерывная промывка фильтрующих элементов в масле с периодической заменой масла

ные пористые

Самоочищающиеся ФШ

III

7000

8000

8

7—15**

То же

Ячейковые ФяР

III

6000

7000

6

2300

Промывка фильтрующих элементов в содовом растворе с последующим замасливанием

Ячейковые ФяВ

III

6000

7000

6

2600

То же

Электрические

Электрические двухзональные промывные

Агрегатные ФЭ

Тумбочпые ЭФ-2

II

II

7000

7000

8000

8000

]

6 * *

6

1500

1500

Промывка фильтра водой

То же

волокнами, проволокой и т. п., основным действующим фактором является инерция, эффект которой определяется значениями числа St>100. Ввиду большого размера пор и каналов, образующихся в заполнении таких фильтров, условия удержания крупных частиц после их отскока здесь особенно неблагоприятны, в связи с чем фильтры этого типа, как правило, смачивают. Как было показано в п.З главы I, минимальный размер частиц, улавливаемых отдельными элементами заполнения, может быть сравнительно мал, однако вследствие разреженности фильтрующей среды эффективность фильтров определяется условиями удержания частиц, и в первую очередь плохо смачиваемых частиц, на смоченных поверхностях. Из этих соображений для фильтров III класса нижний предел размеров эффективно улавливаемых частиц принят приблизительно равным 10 мкм, а верхний — 50 мкм (см. та^бл. II.1).

К 1П классу относятся также некоторые сухие фильтры. Следует, однако, иметь в виду, что надежность этих фильтров значительно меньше, особенно при содержании в воздухе крупных частиц, которые способствуют срыву осевших мелких, а также при возможности толчков, вибраций и т. п.

Эффективность, пылеемкость и сопротивление фильтров, относящихся к одному и тому же классу, также могут несколько различаться, в связи с чем эти показатели получают путем лабораторных испытаний фильтров. Часто испытания проводят по методикам, дающим заведомо завышенные результаты, вследствие чего в литературе можно встретить данные, мало соютветствующие действительной эксплуатационной эффективности фильтров.

В США применяют методику испытаний, согласно которой фильтры, соответствующие Ш классу по СНиП, испытывают на каменноугольной золе с добавкой 5% волокнистой (хлопчатобумажной) пыли, а фильтры, соответствующие II классу по СНиП, — на атмосферной пыли. Эффективность фильтров определяют оптическим методом ‘без возможности перехода к весовой эффективности, представляющей наибольший интерес при решении практических задач [63, 114]. Институт воздушных фильтров США проводит испытания фильтров II и III класса весовым методом на смёте дорожной пыли штата Аризона с добавкой 25% сажи и 3% волокнистой пыли (см. рис. 1.1).

В Англии фильтры испытывают по стандартной методике (стандарт № 2831) на аэрозоле метиленовой синьки с частицами размером от 0,2 до 2 мкм путем оценки эффективности оптическим методом либо на стандартной испытательной пыли с оценкой эффективности весовым методом.

В ФРГ принята методика испытаний фильтров, разработанная в Боннском пылетехническом институте. Испытания прово дят с искусственным запылением воздуха «кварцевой мукой»,

по своему составу аналогичной пылевидному кварцу КП-3 по ГОСТ 9077—59, применяемому в лаборатории ЦНИИПром- зданий.

Все перечисленные методики, как правило, не предусматривают ограничения предельной крупности пыли, поступающей в испытываемый фильтр, и ее дезагрегации; испытаниям могут подвергаться только очень небольшие образцы фильтрующих материалов.

В заключение следует отметить, что существуют методики испытаний фильтров I класса на тумане маслянистых жидкостей с частицами размером около 0,3 мкм. Эти методики позволяют точно оценить даже неболышие проскоки аэрозолей через плотнейшие фильтры.

С 1958 г. в лаборатории ЦНИИПромзданий применяется весовая методика испытаний фильтров, основанная на использовании атмосферного воздуха, естественное пылесодержание которого несколько увеличивается путем добавления небольшого количества очень мелкодисперсной пыли, близкой по своим физико-химическим свойствам к атмосферной пыли [77]. Для запыления воздуха применяется пылевидный кварц КП-3 (см. рис. 1.1).

Рнс II.1. Схема стенда для испытания фильтров

/ — трубка для подвода пыли из дозатора; 2 — классификатор; 3 — входной коллектор; 4—пылезаборные трубки; 5—вакуумный трубопровод; d—испытываемый фильтр;

7 — микроманометр; 8—измерительная диафрагма; 9 — дроссель-клапан; 10 — вентилятор； // — нагнетательный трубопровод; 12 — расходомеры

Схема испытательного стенда показана на рис. II.1. Пылевидный кварц через механический дозатор, обеспечивающий равномерную подачу материала (на схеме не показан) \ подается к основанию цилиндрического классификатора диаметром 450 мм. Горловина классификатора образована двумя коаксиальными трубками, причем внутренняя трубка сообщается

Для этой цели удобно применять генератор, ,разработанный в НИИО- 「азе С. С. Янковским и Н. Г. Булгаковой.

-также с бункером классификатора. Аэрозольный концентрат поступает в кольцевой зазор тангенциально и, вращаясь, переходит через плавное уширение в шахту классификатора.

Вращение потока позволяет разрушить пограничный слой у стенок шахты и выровнять поле скоростей в шахте, что облегчает классификацию частиц. В средней части потока в зависимости от установившейся в нем скорости течения частицы либо поднимаются вверх, либо падают вниз. В первом случае частицы выходят из классификатора и отводятся в канал стенда. Верхний предел крупности этих частиц определяется скоростью потока и поэтому может регулироваться изменением объема подаваемого сжатого воздуха. Крупные частицы через горловину классификатора выпадают в бункер.

Падающие крупные частицы могут увлекать за со'бой некоторое число мелких частиц. Кроме того, большое количество частиц разного размера может выпадать в бункер в момент выхода пылевого концентрата из кольцевой щели. Для предотвращения этого явления в горловине создается ток воздуха. В результате в бункер опускаются только те частицы, которые из- за их большой массы не выносятся из верхней части классификатора.

При испытаниях фильтров скорость восходящего потока в рабочей части классификатора принимают равной 0,8 см/с, что соответствует скорости витания частиц кварца размером 10 мкм. Применение трехциклонного прибора и каскадного импактора НРТИОГаз позволило установить фракционный состав пыли (линия 5 на рис. 1.1).

Поток концентрированной аэрозоли, выходящей из классификатора, разбавляют до концентрации 1+0,5 мг/м3. Входное отверстие канала стенда, оформленное в виде плавного коллектора, располагают непосредственно над выходным отверстием классификатора.

Перемешивание аэрозоли удалось ускорить, введя в воздуховод небольшое полотнище, укрепленное в виде флага на стержне, расположенном поперек канала. Энергичные встряхивания полотнища существенно турбулизируют поток за счет диссипации энергии флага его свободным концом [105].

Эффективность фильтра устанавливают сравнением концентрации пыли в воздухе до и после его очистки. Концентрация определяется по пробам, которые отбирают из каналов до и после фильтра с помощью пылезаборных трубок (рис. II.2). В насадок пылезаборной трубки закладывается аналитический фильтр типа АФА, что предотвращает потери пыли, имеющие место в трубках с внешней фильтрацией Небольшая масса вкладного фильтра (W40—60 мг) позволяет более точно определять небольшие привесы, получаемые при отборе проб.

Пылезаборные трубки располагают на вертикальных участках каналов В сечении размещают не менее двух пылезаборных трубок Для установки трубок используют плотные кулачковые зажимы Продолжительность отбора проб не менее 3—6 ч

Рис II2 Пылезаборные трубки с внутренней фильтрацией (верхняя тр\6ка дана в разобранном виде)

/ — сменный наконечник, 2—вставка для отбора проб при повышенной запы ленности, 3 ——уплотнительное кольцо 4 ——внутренний фильтр (аллонж) из ма териала ФП (АФА), 5 — отверстие для измерения статического давления 6 — трубка для отсоса пробы 7 — штуцер полного давления, 8 — штуцер статиче ского давления

Пробы отбираются изокинетически, т е скорость отсоса воздуха во входном сечении насадка трубки равна скорости потока в этом месте Такой способ отбора позволяет избежать искажений, связанных с инерционностью пылевых частиц Если скорость отсоса больше, чем скорость потока, то во входное отверстие попадут не все крупные частицы из периферии засасываемой элементарной трубки тока В противном случае, наоборот, в него могут попасть частицы, находящиеся вне этой трубки Влияние нарушения изокинетичности при определенных условиях сказывается уже на частицах размером более 4 мкм

Трубка ЦНИИПромзданий, показанная на рис II 2, приспособлена для измерения скорости потока в месте ее установки. Полное давление измеряется с помощью микроманометра, присоединяемого к штуцеру, установленному на всасывающем канале трубки, а статическое давление — через специальное отверстие в плоской торцовой стенке насадка трубки Статическое давление передается к микроманометру с помощью тонкой трубки и второго штуцера Скоростной напор вычисляется по разности

Рис. 11.3. Аэродинамические характеристики фильтров и ф^ильт^рующих материалов А / — фильтра Рекк Б; 2 — фильтров Рекк М и ФяР; 3 — фильтра ФяВ; 4 — фильтра ГСТМ; 5 — материала Виледон фирмы «Фройденберг» (ФРГ); Р5В/220： 6 — то же. A3/300; 7 — то же, Р15/500; 8 — фильтра Кд, 9 — фильтра ФШ; 10 — фильтра Вен- текс; 11 — материала Вил едой японского производства; 12 — то же, итальянского производства, 13—материала производства ЧССР; 14 — материала ЦНИИШерсти; 15 — материала Сипрон； 16 — материала ВНИИСВ; 17 — материала ФСВУ (фильтры ФРУ и ■ФяУ); 18 — фильтра ФяЛ; 19 — фильтра Микросорбон 20—необработанного ППУ (ХЮ3); 21 — обработанного ППУ, б =10 мм; 22 — то же, 6=20 мм; 23 — то же, 6・ =40 мм; 24 —由нльтра Дрнй-Пак; 25 ——материала ФВН (фильтр ФРП)

давлений в указанных штуцерах с учетом тарировочного коэффициента, равного для т.рубок этой конструкции приблизительно 0,6. По вычисленной скорости подбирается объем отсоса, после чего освобождается зажим, отключавший трубку на время измерений скорости, и начинается отбор проб.

Трубка описанной конструкции менее подвержена забиванию пневмометрических каналов пылью, чем трубки других типов. При отборе проб в условиях большой запыленности, например в вытяжных вентиляционных системах, цилиндрическая часть насадка удлиняется вставкой 2, заполняемой стеклянной ватой, после чего устанавливается сменный наконечник /, отверстие в котором подбирается из условия соблюдения изокине- тичности отбора лробы.

Концентрация пыли определяется как частное от деления массы пыли, уловленной аллонжем, на объем воздуха, профильтрованного через аллонж за время отбора пробы.

Изменяющееся по мере накопления пыли сопротивление испытываемого фильтра фиксируется в процессе определения его эффективности, что позволяет получить комплексную характеристику фильтра, включая его пылеемкость.

Предварительно определяется аэродинамическая характеристика Н (Q) чистого фильтра, т. е. зависимость его сопротивления от удельной воздушной нагрузки (рис. II.3). Анализ приведенных характеристик показывает, что коэффициенты местного сопротивления не сохраняют постоянного значения; это свидетельствует об изменении режима течения. В зависимости от состояния пористого слоя (замасленность, коррозия, вариации в толщине волокон и т. п.) сопротивление может отличаться на ±10—15%.

На рис. II.4 даны пылевые характеристики 1—E(Gy) и "(Gy) испытанных фильтров и фильтрующих материалов. Полное сопротивление фильтра подсчитывается по формуле Н= = //(Q)+〃(Gy), где "(Q) —начальное сопротивление чистого фильтра (см. рис. II.3) при той же воздушной нагрузке, при которой определялось Z/(Gy), т. е., как правило, при Q = = 7000 м3/ч-м2.

Технические показатели фильтров, приведенные в табл. II.2, определены по описанной методике.

3nH3-nFQduJ3nH3-nFQduJ(2 14 (б 谓 2 纟5 3456 7 8 9 他 12 14Удельная Воздушная нагрузка, м3/^м^1000(2 14 (б 谓 2 纟5 3456 7 8 9 他 12 14Удельная Воздушная нагрузка, м3/^м^1000^§§4~qHdp£¥~hu) % - но百 du n знпу 吟刍yu?--0NX * ZJMT^RE&R*^§§4~qHdp£¥~hu) % - но百 du n знпу 吟刍yu?--0NX * ZJMT^RE&R*4ff初费 川 86543 2 74ff初费 川 86543 2 7

3nH3-nFQduJ

3nH3-nFQduJ

(2 14 (б 谓 2 纟5 3456 7 8 9 他 12 14

Удельная Воздушная нагрузка, м3/^м^1000

(2 14 (б 谓 2 纟5 3456 7 8 9 他 12 14

Удельная Воздушная нагрузка, м3/^м^1000

^§§4~qHdp£¥~hu) % - но百 du n знпу 吟刍yu?--0NX * ZJMT^RE&R*

^§§4~qHdp£¥~hu) % - но百 du n знпу 吟刍yu?--0NX * ZJMT^RE&R*

4ff初费 川 86543 2 7

4ff初费 川 86543 2 7

Рис. II4. Пылевые хара>ктеристики фильтров и фильтрующих материалов

/ — фильтра Рекк Б (при 6000 м3/ч-м2, Кк=61); 2— фильтра Рекк М и ФяР (при 6000 м3/ч-м2, Кк= 73), 3 — фильтра ФяВ (Кк=75); 4 — фильтра ГСТМ (Кк=89), 5 — материала Виледон японского производства (Кк = 70); 6 — то же, итальянского производства (Кк=54); 7 — материала производства ЧССР (Кк— =84)), 5 — материала ЦНИИШерсти (Кк=39), 9—материала Сипрон ((Кк=36); 10 — материала ФСВУ и фильтров ФРУ и ФяУ (при Кк=7000 м3/ч м2, Кк=5б), 11 — то же (при 10 000 м3/ч-м2, Кк=56); 12 — фильтра ФяЛ 1(Кк=5); 13 — фипьт ра ФяП (Кк=89); 14 — фильтров ФЭ и ЭФ-2 (при 7200 м3/ч-м2, Кк=33); /5— фильтра Кд； %—фильтра Дрий-Пак <(Кк=21)

МАСЛЯНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Общие сведения

Для повышения эффективности улавливания крупных частиц фильтры этого типа смачиваются малоиспаряющимися вязкими жидкостями. До последнего времени для смачивания применялись нефтяные масла, вследствие чего в практике установилось указанное выше название фильтров этого типа. Иногда их называют также висциновыми по названию масла, примененного в первых фильтрах такого типа фирмой «Дельбаг».

Влияние качества смачивающих жидкостей рассматривается в главе IV.

Необходимость обновления масляных пленок обусловливает регулярное проведение грязных и трудоемких ручных операций по промывке фильтров, регенерации масел и пр. В последние годы масляные фильтры все чаще заменяются более прогрессивными, в частности волокнистыми. Тем не менее масляные фильтры пока еще являются основным видом фильтровального оборудования для очистки воздуха в приточных камерах и кондиционерах. Достоинства масляных фильтров ——долговечность их основной конструкции, предохраняемой от коррозии масляными пленками, и дешевизна единственного расходуемого материала ——масла.

В конструктивном отношении масляные фильтры подразделяются на два основных вида: ячейковые и самоочищающиеся.

Ячейковые масляные фильтры

Ячейковые фильтры типа Рекк. Фильтры этого типа представляют собой металлическую коробку, заполненную .гофрирован^ ными стальными сетками. Коробка закреплена в металлической установочной рамке. Высота гофров сетки составляет 4 мм. Сетки уложены в коробку фильтров так, что гофры смежных сеток направлены перпендикулярно друг другу. Заполнение фильтров состоит нз трех слоев стальных сеток различных номеров по ГОСТ 3826—66(№ 0,63; 1,2; 2,5), расположенных таким образом, что размбрн отверстий в сетках уменьшаются в направлении движения очищаемого воздуха.

Промышленность изготовляла фильтры малой (индекс М) и большой (индекс Б) модели с числом сеток соответственно 12 и 18. Площадь лобовой поверхности ячеек обеих моделей равна 0,22 м2.

Аэродинамические и пылевые характеристики фильтров обеих моделей приведены на рис. П.З и II.4.

Эффективность фильтров несколько увеличивается с повышением зоздушиой 'нагрузки. Это увеличение невелико, и лри практических расчетах эффективность фильтров при всех нагрузках может приниматься постоянной.

Как видно из графика на рис. II.4, эффективность большой модели превышает эффективность малой модели не более чем на

2—3%. Практически эффективность очистки воздуха в фильтрах обеих моделей можно считать одинаковой (около 80%). По мере загрязнения фильтра есо эффективность несколько возрастает. Это объясняется накоплением пыли на сетках (главным образом, на первой сетке), в результате чего образуется рыхлый слой пыли, который, в свою очередь, служит фильтрующей средой.

Следует отметить, что в некоторых районах СССР наблю工а- <ется резкий рост сопротивления фильтров летом, когда в воздухе содержится много пуха цветущих тополей. Оседая на первых сетках фильтров, этот пух образует сплошной слой, обладаю

щий высоким сопротивлением.

Некоторый рост эффективности в начальный период запыле

ния наблюдается почти во всех .пористых фильтрах.

На рис. II.5 показано распределение осажденной пыли по толщине фильтров, в том числе фильтра Рекк, определенное пу-

о 1020 仞 506070Толщина (рильгрукицсгс，力о* ммо 1020 仞 506070Толщина (рильгрукицсгс，力о* ммтем послойного взвешивания сеток [79]. Нижние ветви графика представляют собой дифференциальные, а верхние — интегральные кривые распределения массы уловленной пыли. Как видно из графика, в фильтре Рекк до 90% уловленной пыли было задержано в первых восьми сетках. Дальнейшее увеличение числа

о 1020 仞 506070

Толщина (рильгрукицсгс，力о* мм

о 1020 仞 506070

Толщина (рильгрукицсгс，力о* мм

сеток оказывает все меньшее влияние на эффективность пылеулавли вания.Эффективность фильт-сеток оказывает все меньшее влияние на эффективность пылеулавли вания.Эффективность фильт-Рис II 5 Распределение пыли по толщине фильтрующего слоя

сеток оказывает все меньшее влияние на эффективность пылеулавли вания.

Эффективность фильт-

сеток оказывает все меньшее влияние на эффективность пылеулавли вания.

Эффективность фильт-

/ ——фильтров Рекк М и ФяР, 2 — замасленного фильтра фяВ, J ——су》с「о Qu^bipa ФяВ, 寸一 фильтра ФяП

ров данного класса можно оценить с пюмощью изложенных в п 3 главы I соображений об инерционной сепарации пыли на препятствиях цилиндрической формы.

Для фильтров рассматриваемого типа с диаметром проволоки 350 мкм, скоростью фильтрации 1,5 м/с и толщиной масляно? пленки 50 мкм, согласно табл. 1.1, 5%=% = 0,125 и 盡咽廿 —1,56 мкм.

Принимая для упрощения, что ширина зоны застоя при обтекании проволоки равна с/мин, найдем, что вероятность улавливания таких частиц на одной сетке при среднем расстоянии между нитками сетки примерно 1,5 мм равна 1,56/1500^ ^1/1000.

Учитывая В'се 12 сеток и взаимщо п:рпендикуляр»ное располо-

жение ниток, получим примерную вероятность улавливания 【/《о Таким образом, эффективность улавливания частиц размером 1—1,5 мкм в этих фильтрах не может превысить 3%.

Такой же вывод получается при рассмотрении рис. 1.3, где видно, что близкая к 80% эффективность достигается при значениях St〉6. Для замасленных проволок диаметром 350 мкм этому соответствует размер частиц примерно 10 мкм (St —6; эффективность, обусловленная инерционным эффектом, Е= = 0,8).

Эффективность улавливания частиц этого размера первой сеткой равна 2 • 0,8 • 450/1500 л； 0,48. Следующая сетка улови г соответственно 2-0,8(1—0,48)450/1500^0,25 и т. д. Так как суммарная эффективность вообще равна Е=1 — (1—旦)"，где п ——число сеток, то как и следует из рис. II.5, эффективность фильтра при увеличении числа сеток вначале возрастает быстро, а затем ее увеличение замедляется. С учетом дисперсного состава пыли и наличия в ней плохо смачивающихся частиц результаты расчета удовлетворительно соответствуют результатам экспериментального исследования распределения пылл по толщине фильтра.

Унифицированные ячейковые фильтры типа Фя. В 1965 г. фильтры Рекк подверглись модернизации, при которой изменились также некоторые размеры ячеек. Модернизированные фильтры могут заполняться как стальными гофрир'ованными сетками, так и другими заполнителями и, в частности, при за- полпенни волокнистыми или губчатыми материалами использо' ваться как сухие фильтры.

В зависимости от заполнителя различают следующие модификации ячейковых фильтров Фя, выпускаемых Крюковским вентиляторным заводом:

ФяР . . . .фильтр ячейковый с заполнением из 12 стальных гофрированных сеток по ГОСТ 3826—66

ФяВфильтрячейковый с заполнением из 12 винипла

стовых «сеток» по С ТУ 30/24-23-62

ФяПфильтрячейковый с заполнением из модифици

рованного пенополиуретана по МРТУ 6-05 1150-68

ФяУ . . . .фильтр ячейковый с заполнением из упругого стекловолокнистого фильтрующего материала по ТУ 21-01-369-70.

Фильтры типа Фя с заполнением из стальных гофрированных сетокпю аэродинамической и пылевой характеристикам равноценны фильтрам Рекк малой модели и обозначаются индексом ФяР (табл. II.3).

Ячейка этих фильтров (рис. II.6) представляет собой разъемную металлическую коробку /, закрепленную в установочной рамке 2 пружинными защелками 3. Разъемная коробка состоит из корпуса, куда укладывается фильтрующий слой, и крышки, которая плотно вставляется в корпус и защемляется в нем при 56

Рис II6 Ячейка унифицированных фильтров типа ФяРис II6 Ячейка унифицированных фильтров типа Фя

Рис II6 Ячейка унифицированных фильтров типа Фя

Рис II6 Ячейка унифицированных фильтров типа Фя

сборке зигами, вьгштампованными на боковых стенках обеих деталей. Рамка и крышка могут снабжаться опорными решетками, удерживающими фильтрующий слой от выпадения под воз-

таблица II 3

Технические показатели фильтров типа Фя

Показатели

ФяР

ФяВ

ФяП

ФяУ

Номинальная пропускная способность, nP/u

1540

1540

1540

1540

Удельная воздушная нагрузка, м3/ч • м2

7000

7000

7000

7000

Начальное сопротивление, кгс/м2 ..

5

6

6

4

Пылеемкость (при увеличении сопротивления до 15 кгс/м2), г/м3 ・・..

2300

2600

350

570

действием воздушной нагрузки. Корпус ячейки снабжен ручка

ми для его установки и извлечения.

Регенерацию фильтров следует проводить по графику, заме

их обработки резервными.их обработки резервными.няя загрязненные фильтры на период

их обработки резервными.

их обработки резервными.

Рекомендуется иметь в резерве не менее 10% фильтров.

На предприятиях, имеющих большое количество фильтров, для облегчения работы персонала по отмывке фильтров в содовом растворе может быть использована фильтромоечная машина, представляющая собой ванну, в которой загрязненные фильтры промываются путем энергичных встряхиваний с помощью особого вибромеханизма [19].

Фильтры типа Фя можно монтировать в плоские и V-образные панели (рис. II.7). Для возможности сборки ячеек в плоские панели

Рис II 7 Панели для установки фильтров типа Фя 〃 一плоская: б — V-образная

в каждой стенке установочной рамки устроено по три отверстия. Установочные рамки присоединяются друг к другу на болтах, или заклепках, а зазоры между ними уплотняются. Разработаны чертежи панелей пропускной способностью до 40 тыс. м3/ч (табл. II.4 и II.5).

ТАБЛИЦА II 4

Технические показатели плоских панелей для фильтров типа Фя

Пропускная спо* собность, тыс м3/ч

Число ячеек в панели

Компоновка ячеек в панели

Присоединительные размеры, м^ (см рис И 7, а)

Л

Б

3—3,5

1X2

518

1034

4—7

2x2

1034

1034-

7—10

2x3

1034

1563

10—15

зхз

1560

1560

15—20

12

3X4

1560

2и68

20—25

15

3X5

1560

2582

25—28

16

4x4

2066

2065

28—35

20

4x5

2066

2582

35—37

24

4X6

2066

3098

37—40

25

5X5

2582

2582

ТАБЛИЦА II 5

Технические показатели V-образных панелей для фильтров типа Фя

Пропускная способ-

Число ячеек в панели

Присоединительные размеры, мм (см рис

11.7, б)

ность* тыс

м3/ч

Б

10

6

564

1344

20

14

1580

1034

40

27

2090

1598

Угол между двумя смежными ячейками, установленными в V-образной панели, составляет 30°. Сопротивление панели при этом практически не увеличивается и может приниматься по характеристикам одиночных ячеек.

Фильтры ФяВ заполнены 12 винипластовыми гофриров!анны- ми сетками (пленками) со следующей технической характеристикой:

Диаметр отверстий, мм 2,8± 0,1

Расстояние между центрами отверстий, мм: ло длине пленки 3,1±0,2

» ширине » . . .3,6 土 0,2

Высота гофров, мм 1—2,5

Шаг гофров, мм 5

Толщина пленки, мм 0,5

Сопоставляя пылевые характеристики ячейковых фильтров Рекк и винипластовых фильтров (см. пунктирные линии 2 н 3 на рис. II.4), можно заметить, что последние имеют несколько меньшую эффективность.

Кривые распределения пыли в масляном випипластовом фильтре имеют более пологий характер, чем в фильтрах Рекк (см. рис. II.5), что указывает на большую глубину проникания пыли в этот фильтр и объясняет его несколько большую пылеем- кость

Фильтры с заполнением из винипластовых гофрированных сеток значительно легче и удобнее в эксплуатации.

Характерно, что и при заполнении испытываемых фильтров силоновыми сетками их сопротивление росло по мере запыления медленнее, обусловливая их большую по сравнению с фильтрами с металлическими сетками, пылеемкость [97]

Пластмассовые сетки не корродируют и поэтому могут использоваться без замасливания. По основным техническим показателям сухие фильтры ФяВ мало уступают замасленным и мо『〉т быть рекомендованы для применения в тех случаях, когда замасливание воздуха и вообще применение масел является нежелательным. По аэродинамической характеристике сухие фильтры этого типа практически не отличаются от замасленных.

При изготовлении и ячейки фильтров ФяВ из коррозионно- 3 стойчивых материалов могут быть использованы в качестве орошаемых в случае повышенной запыленности воздуха (более 1—2 мг/м3), так как орошаемые фильтры непрерывно очищаются от оседающей в них пыли и сопротивление их оста- <ется постоянным. Фирма «Свенск Флактфабрикен» (Швеция) применяет такие фильтры в системах вентиляции сухогрузных морских судов, где запыленность воздуха достигает больших размеров, особенно при погрузке и разгрузке угля, руды, минеральных удобрений и других сыпучих и пылящих грузов.

Орошение в этом случае производится забортной водой с расходом около 0,1 л/м3. Наклонно установленный фильтрующий спо百 орошается со стороны входа виздуха с помощью форсунок Пропускная способность установок, осуществленных на некоторых судах, по данным каталогов фирмы, превышае! 100 тыс. м3/ч.

Ячейковые фильтры типа ГСТМ-373 с заполнением из колец Рашига. Фильтры с заполнением из керамических колец Рашига продолжают находить некоторое применение, несмютря на их большую массу (27 кг) и большое сопротивление. Глубина этих фильтров значительно больше, чем друт их, так как для создания достаточно развитой фильтрующей поверхности из колец диаметром 201—25 мм нужно очень много колец

Самоочищающиеся масляные фильтры

Самоочищающиеся фильтры типа Кд. Фильтры этого типа разработаны в качестве секции кондиционеров тою же найме новация. Номенклатура самоочищающихся фильтров типа Кд (табл II6) включает фильтры на производительность 3— 240 тыс м3/ч-

Технические показатели фильтров типов Кд и Кт

ТАБЛИЦА II 6

Обозначение моделей и типоразмеров

Номинальная пропускная способность, тыс. м3/ч

Площадь входного сечения фильтра, м$

Полезная емкость масляной ваины, л

Кд-43

3

0,315

20

Кд-45

5

0,49

40

Кд-Ю

10

1,01

75

Кд-20

20

2

135

Кт-30

30

3,115

290

Кд-40

40

3,48

175

Кт-40

40

3,94

290

Кд-60

60

5,84

488

Кт-60

60

6,31

585

Кд-80

80

7,12

590

Кт-80

80

7,88

585

КД-120

120

10,9

590

Кт-120

120

12,62

585

Кд-160

160

14,9

790

Кт-160

160

15,76

585

Кд-200

200

18,7

790

Кд-240

240

20,55

885

Кт-250

250

23,64

850

На рис II 8 показан фильтр Кд-240 на номинальную пропускную способность до 240 тыс. м3/ч. Фильтр представляет собой металлическую станину коробчатой формы, в верхней и нижней частях которой установлены соответственно ведущие и натяжные горизонтальные валы фильтровальных панелей. Панели имеют вид непрерывной ленты из пружинно-стержневой сетки, элемент которой показан на рис. II.9.

Ведущие валы устанавливаются в подшипниках и приводятся во вращение электродвигателем через редуктор. В небольших фильтрах применяется ручной привод.

Перемещение панелей происходит з результате трения сеток о поверхность верхних вращающихся валов. Нижние валы расположены в ванне с маслом, составляющей опорную часть станины, благодаря чему обеспечивается постоянная промывка движущихся панелей в масле. На рис II.8 фильтр показан во время его испытаний. К движущейся фильтровальной панели подвешены ^рузы в виде стальных листов большого веса. С течением времени пружинные сетки фильтровальных панелей растягиваются и поэтому их следует укорачивать.

В фильтрах Кд устанавливаются две фильтрующие панели последовательно по ходу воздуха. Таким образом, очищаемый

воздух проходит через четыре пружинные сетки. В целях предупреждения уноса масла направление движения панелей выбирается так, чтобы последняя поверхность двигалась сверху вниз.

При лабораторных испытаниях по методике, описанной в п. 1 данной главы, эффективность фильтров составила около 60%_

Рис. II8. Масляный самоочищающийся фильтр Кд-240Рис. II8. Масляный самоочищающийся фильтр Кд-240Рис. II 9. Пружинно-старжневая сетка фильтров типа КдРис. II 9. Пружинно-старжневая сетка фильтров типа Кд

Рис. II8. Масляный самоочищающийся фильтр Кд-240

Рис. II8. Масляный самоочищающийся фильтр Кд-240

Рис. II 9. Пружинно-старжневая сетка фильтров типа Кд

Рис. II 9. Пружинно-старжневая сетка фильтров типа Кд

По данным эксплуатационных испытаний, эффективность фильтров типа Кд при начальной залыланиости воздуха 0,2—— 0,3 мп/м? составляет 50—60%.

Оценку эффективности фильтров Кд можно произвести по той же методике, что и фильтров Рекк. Толщина проволоки в данном случае 800 мкм, а с учетом масляной пленки около 900 мкм. Число рядов проволочных решеток с учетом частичного влияния кольцевого рашоложения проволоки можно принять равным шести, а расстояние между проволоками — 800 мкм. Согласно табл. 1.1, d1VHm = 1.7 мкм. Эффективность улавливания частиц этого размера можно оценить (примерно в 1,7/1600= = 1/940, а для шести решеток — соответственно в 1/156, или примерно 1 %. Для частиц размером 10 мкм критерий Стокса St=4,25 и, согласно рис. 1.3, Е = 70%. Эффективность улавливания частиц этого размера первюй решеткой стержней составит 70• 900>/1600«40%, а всеми сетками примерно 95,4%, что также корреспондирует с результатами экспериментов.

Аэроди'намичеокая характеристика фильтров, полученная в эксплуатационных условиях, показана на рис. II.3. С течением времени сопротивление фильтров несколько возрастает в связи с

на Кд. Фильтрующие панели же, как и в фильтрах Кд, больше, в особенности вна Кд. Фильтрующие панели же, как и в фильтрах Кд, больше, в особенности вРис II 10 Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками а — конструктивная схема, 6 — устройство нижней части фильтра загрязнением и коррозией сеток, вследствие чего рекомендуется принимать сопротивление фильтров на 2—3 кгс/м2 большеРис II 10 Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками а — конструктивная схема, 6 — устройство нижней части фильтра загрязнением и коррозией сеток, вследствие чего рекомендуется принимать сопротивление фильтров на 2—3 кгс/м2 больше

на Кд. Фильтрующие панели же, как и в фильтрах Кд, больше, в особенности в

на Кд. Фильтрующие панели же, как и в фильтрах Кд, больше, в особенности в

Рис II 10 Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками а — конструктивная схема, 6 — устройство нижней части фильтра загрязнением и коррозией сеток, вследствие чего рекомендуется принимать сопротивление фильтров на 2—3 кгс/м2 больше

Рис II 10 Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками а — конструктивная схема, 6 — устройство нижней части фильтра загрязнением и коррозией сеток, вследствие чего рекомендуется принимать сопротивление фильтров на 2—3 кгс/м2 больше

Самоочищающиеся фильтры типа ЛФПВ. В Финляндии применяются фильтры типа ЛФПВ, несколько сходные по конструкции с фильтрами ти- в этих фильтрах устроены так однако шаг сетки значительно первой панели. Отличается

также конструкция валов, которые имеют пластинчатые продольные ребра, сопрягающиеся при движении панелей с местами соч- ■ленення элементов сетки.

Самоочищающиеся фильтры Славянского завода и фильтры Мальти Дьюти фирмы «ААФ» (США). Фильтрующие панели в этих фильтрах образованы из сетчатых шторок, прикрепленных к втулочным цепям, надетым на приводные зубчатые шестерни (рис. 11.10). На вертикальном участке движения шторки перекрывают друг друга, создавая фильтрующий слой из трех-четырех слоев сеток. В нижней части фильтра шторки разъединяются при проходе через масляную ванну, в его верхней части они переворачиваются.

Шлам удаляется вручную с помощью скребка, извлекаемого за две ручки через переднюю уширенную часть ванны.

Фильтры Славянского завода комплектуются из базовой секции шириной 1700 мм с электроприводом и одной или двух дополнительных секций правой и левой сборки. Номинальная пропускная способность каждой секции 20 тыс. м3/1!, удельная воздушная нагрузка 8350 м3/ч • м2.

К нижней части шторок фильтров Малый Дьюти могут прикрепляться стальные предохранительные решетки для защиты сеток от повреждения и забивания крупными предметами. По сборке эти фильтры также аналогичны фильтрам Славянского завода. Шторки движутся периодически через каждые 12 мнн В фильтрах высотой до 2850 мм фильтрующие панели проворачиваются в течение 13 с, а в более высоких фильтрах — в течение 20 с. По данным фирмы, такой режим движения обеспечивает сток излишков масла к тому времени, когда шторка, вышедшая из масляной ванны, начинает подвергаться действию воздушного потока.

Для работы фильтров в условиях повышенной запыленности предусматривается возможность циркуляции масла в ваннах с его очисткой з регенерационной аппаратуре. Ванны многосекш!- анных установок в этом случае объединяются с помощью патрубков и соединительных отводов-калачей диаметром 100 мм. Большой диаметр коммуникаций позволяет поддерживать такие- скорости циркуляции масла, которые предупреждают выпадение шлама на дно ванн и обеспечивают прокачиваемость масла и при низких температурах. Для этой же цели фильтры снабжаются электроподогревателями, устаназ читаемыми снаружи ванн. При подборе фильтров фирма рекомендует исходить из скорости потока воздуха не более 2,5—2,6 м/с.

Самоочищающиеся шторчатые фильтры типа ФШ. Фильтры типа ФШ (рис. 11.11 и табл. II.7) предназначены для использования как в нормальных условиях, так и при повышенной запыленности воздуха. С этой целью в фильтр предусмотрено механическое удаление шлама с помощью скребкового транспортера.

ТАБЛИЦА II 7

Технические показатели фильтров типа ФШ

Показатели

Ф2Ш1

Ф4Ш2

Ф6ШЗ

Ф8Ш4

Ф12Ш5

Номинальная пропускная способность, ТЫС. М3/ч Площадь рабочего сечения, м2 ..

20

40

60

80

120

1,8

3,2

5,9

7,2

ИД

Число секций при ширине секции, мм.

1532

1

1

2

2

1015

2

1

—

Полезная емкость масляной ванны, м3

0,3

0,41

0,48

0,56

0疑

Масса (без масла), кг

538

925

1280

1546

1625

Фильтр состоит из секций, представляющих собой вертикаль- ннй транспортер периодического действия, съемные шторки ко торого являются фильтрующими элементами.

Рис II 11 Схема устройства фильтра ФШ производства Серпуховского механического завода

На двух бесконечных втулочных цепях 1, расположенных v боковых <стенок корпуса 2 за пределами живого сечения фильтра, шарнирно подвешены фильтрующие шторки 3. Шторки, находящиеся в одной плоскости, образуют сплошную фильтрующую панель. Это обеспечивается направляющими и конструкцией самих шторок, устроенных таким образом, что зазор между ними перекрывается. Цепи движутся по системе «патер ностер» без опрокидывания, разъединяясь и снова соединяясь в верхней и нижней час1ях фильтра при переходе из одной плоскости в др у гую.

Перемещение шторок и работа механизмов шламоудаления

осуществляется от одного привода 4, расположенного на бункере 5 масляной ванны 6. Скребковый механизм связан с редуктором узла привода цепной передачей, а ведущий вал секции ——механизмом мальтийского креста 7.

Рычаг храпового механизма выполнен с пружинными элементами. При повьишении крутящего момента на выходном валу редуктора в случае заедания или заклинивания шторокв направляющих 1пруж1ин1ные элементы тяги сжимаются, мри этом микровыключатель, закрепленный на тяге, размыкает цепь питания электродвигателя. Наличие механизма мальтийского креста исключает одновременную нагрузку на узел привода от двух или более секций.

В фильтре имеется устройство для равномерного натяжения цепей механизма шторок без перекосов.

Ванна состоит из двух отсеков, разделенных между собой фильтрующим слоем 8, например листом губчатого пенополиуретана, опирающимся на перфорированную металлическую перегородку. Из нижнего отсека ванны масло перекачивается шестеренным насосом в верхний отсек. Таким образом создается непрерывная рециркуляция масла, очищаемого фильтрующим слоем.

Шлам, скапливающийся на фильтрующем слое в ванне, очищается с него скребковым механизмом 9 и сбрасывается в бункер ванны. Механизм для удаления шлама из бункера ванны представляет собой группу черпаков /0, шарнирно-подвешенных на цепях. При разгрузке черпаки опрокидываются и ударяются о нож, укрепленный на корпусе бункера. При этом большая часть вынесенного шлама сбрасывается с черпака в шламопри- емник 11.

Шламоприемник оборудован фильтром из куска мешковины, отделяющим масло, которое в небольшом количестве выносится со шламом. Профильтрованное масло из шламоприемиика может возвращаться в ванну фильтра при помощи того же насоса.

Фильтрующая шторка состоит из вертикальных пластинок специально1го профиля, насаженных на горизонтальные штыри и жестко стянутых при сборке П-образными боковыми стенками. Шторки всегда обращены к потоку одной стороной. Отсутствие нижней и верхней стенок способствует более свободному течению масла между пластинками и, следовательно, лучшей их промывке; после выхода шторки из ванны масло быстро стекает с нее. При рекомендуемой воздушной нагрузке порядка 8 тыс. м3/ч- м2 скорость в живом сечении шторок (без учета толщины масляных пленок) составляет около 4 м/с (см. табл. IL7).

Эффективность фильтров можно оценить следующим образом. Пластинки заполнения шторок образуют множество плоских изломанных каналов шириной в свету 3,5 мм. В пределах каждой из шторок поток изгибается дважды под углом <р=45°, а в

дв》х рядах шторок •—4 раза. Можно считать, что каждый и зги с канала представляет собой искривление потока с внутренним и наружным радиусами соответственно R = 12 мм и 2=15 мм*

Минимальный размер частиц ^Мин, сепарирующихся после четырех искривлений потока к наружной стенке с эффективностью порядка 95%, может быть приближенно оценен из условия, что эффективность сепарации этих частиц на каждом из четырех поворотов составит Е=1—j/ 1―0,95^0,5. Тогда для достижения нео(бходи!мой эффективно1сти достаточно, чтобы полностью отделились частицы размером “н из половины ширины входного сечения, т. е. все значения R должны быть в интервале

^50% =^50% =R2 + Rl2R2 + Rl2

^50% =

^50% =

R2 + Rl

2

R2 + Rl

2

Учитывая, что в данном случае размер улавливаемых частиц заведомо очень мал, воспользуемся для оценки формулой (1.29), на которой следует

р2р2

《50% 一0

X =.

2 й ф

Приняв распределение скоростей в сечении канала согласно формуле (1.4), в результате вычислений получаем т=4,5-10-4 с ИЛИ ~мин = 7 мкм.

Присоединительные фланцы фильтров производительностью- 20, 40, 60, 80 и 120 тыс. м3/ч по своим размерам в точности совпадают с фланцами секций кондиционеров Кд* (табл. II.8).

ТАБЛИЦА II 8

Основные габаритные и присоединительные размеры, мм, фильтров типа ФШ

Марка фильтра

Я

н、

В

当

Ф2Ш1

2400

1344

2325

1580

Ф4Ш2

2880

1844

2916

2090

Ф6ШЗ

3660

2625

3433

2625

Ф8Ш4

3660

2625

3950

3125

Ф12Ш5

5033

4000

3950

3125

Аэродинамическая характеристика фильтров типа ФШ показана на рис. II.3.

Режим передвижения шторок прерывйстый, с паузами, средняя скорость передвижения 0,76 см/с. Продолжительность пауз составляет 12,5 мин, что достаточно для стока излишков масла. Ванна фильтра снабжена сифонным устройством для удаление скопляющейся в ней воды.

На рис. 11.11 условно показан фильтр, состоящий из двух секций

рис II 12 Самоочищающийся шггорчатый фильтр фирмы «Конкор、 дия» с механическим шламоудале- ннем

/ — шторка, 2 — укрытие над поперечным скребковым транспортером шламоуда- ления 3 — шламоприемиик

Шарнирно-шторчатые фильтры имеют ряд преимуществ перед фильтрами с сетчатыми панелями: фильтрующие панели достаточно жестки и прочны; пластинки, образующие фильтрующий слой, значительно лучше сеток отмываются от пыли; масло стекает быстрее и поэтому его вынос за пределы фильтра происходит в гораздо меньшей степени; механизированное удаление шлама непосредственно в

цроцессе работы фильтров без замены каждый раз всего масла облегчает их эксплуатацию. Конструкцию (шторок можно менять, воздействуя таким образом на эффективность фильтров без изменения их основной конструкции.

Самоочищающиеся шторчатые фильтры фирм «Дельбаг» и «Конкордия» (ФРГ). В этих фильтрах шторки выполнены в виде металлических рамок коробчатой формы. Рамки заполнены штампованными просечными пластинками, образующими лабиринтообразную структуру. Для лучшей промывки и стока масла верхняя in ннжняя стенки рамок имеют отверстия. Вращение

от редуктора, расположенного внизу, передается при помощи длинной ттангн и храпового механизма на промежуточную ось, а с нее ——цепными передачами на верхние звездочки цепей шторок (рис. 11.12). Движение имеет прерывистый характер.

Удаление шлама производится стр и помощи скребкового механизма с длинными продольными скребками. Механизм может иметь как ручной, так и механический привод.

ВОЛОКНИСТЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Общие сведения

К волокнистым фильтрам относится большая пруппа фильтров различной конструкции, снаряжаемых неткаными волокнистыми фильтрующими слоями. Развитие технологии нетканого производства различных текстильных изделий позволило получать во-

локнистые слои машинной выработки в виде матов, обладающие необходимой однородностью и прочностью.

Объемные нетканые фильтрующие материалы могут быть изготовлены из нескольких тонких слоев штапельного (короткого) волокна, получаемых на чесальных машинах тек1стильнаго производства. Слои склеивают овяз-ующими веществами ти!па латекса, поливинилацетатной смолы и т. п. Связующее наносят на поверхности отдельных слоев с помощью .пульверизаторов, .после чего слои накладывают друг на друга и обрабатывают в сушильных камерах, где связующее полимеризуется, скрепляя между собой как слои, так и волокна в слоях.

Синтетические волокна могут быть также связаны в прочный слой в процессе их изготовления.

В других случаях волокнистые слои пропитывают эмульсиями связующих веществ, а затем подвергают термической обработке. Такие нетканые материалы называют клеевыми.

Действие склеивающих смол может быть заменено или усилено механическим связыванием волокон с помощью специальных игл (иглопробивные материалы). Недостатком таких фильтрующих материалов иногда является повышенный проскок пылевых частиц через каналы, образованные иглами.

Объемные фильтрующие материалы могут быть изготовлена также из длинного волокна путем его специальной укладки, пропитки связующим веществом и последующей вытяжки получаемого слоя. Такие материалы характеризуются волнистой структурой и упругостью. Толщина материалов может достигать 100 мм.

Волокнистые слои могут иметь различную структуру — от очень плотной структуры типа бумаги или картона и до едва связанной структуры типа ваты или ватина. Эффективность во локнисых слоев также варьирует в очень широких пределах — от «абсолютной», т. е. обеспечивающей практически полное улавливание частиц всех размеров, до эффективности, соответ ствующей III классу фильтров. Повышение эффективности до стирается утонением применяемых волокон и более плотной их укладкой. Сопротивление волокнистого слоя, как правило, увеличивается с повышением его эффективности.

В конструктивном отношении волокнистые фильтры подразделяются на две группы: ячейковые и рулонные.

Ячейковые волокнистые фильтры бывают плоские, карманные и складчатые. Плоские фильтры заполняются рыхлыми волокнистыми материалами толщиной 25—50 мм. В карманных фильтрах применяются материала с повышенным сапротивлением и, соответственно, с повышенной эффективностью, а в складчатые фильтрах — еще более плотные материалы, которые укладыва ются в фильтр так, что образуют складки, позволяющие максимально развить фильтрующую поверхность.

Рулонные волокнистые фильтры также бывают плоские и складчатые.

Как правило, фильтрующий материал после иопользования выбрасывают, однако имеются материалы, которые можно использовать повторно после очистки их путем отряхивания, лро- мьгвки, продувки или пылесосом.

Волокнистые фильтры значительно менее пылеемки, чем масляные, однако их применение позволяет избежать трудоемких и грязных операций, связанных с эксплуатацией и регенерацией масляных фильтров. Отчасти по этой причине масляные фильтры вытесняются равноценными им ло эффективности волокнистыми фильтрами III класса.

Ячейковые волокнистые фильтры

Плоские фильтры

Плоские ячейковые волокнистые фильтры по конструкции не отличаются от масляных, а их технические показатели определяются свойствами фильтрующего материала. Характеристики нескольких видов материала типа Виледон, весьма распространенного нетканого фильтрующего материала, приведены на рис. П.З и II.4. Образцы различались по толщине волокон и слоя, эффективности и пылеемкости. Такие фильтры легко регенерируются промывкой водой из шланга с наконечником, просто под водопроводным краном, в тазу с мыльной водой и т. п. или очисткой пылесосом, что делает их особенно удобными в установках бытового назначения.

Объемный нетканый фильтрующий материал, изготовленный по технологии ЦНИИШерсти, сформирован из смеси натуральной свиной щетины и полипропиленового <медно-аммиачного или полихлоридного волокна. Толстая и упругая щетина, укладываемая в колич&стве до 25——35%, создает упругий каркас, который заполняется более тонкнм химическим золокном.

Фильтры могут снаряжаться также фильтрующим материалом типа Ф]СВУ (ТУ 21-01-369-70), который изготовляется из тянутого стеклянно1го волокна Ивотским стекольным заводом. В процессе выработки слой приобретает большую упругость, вследствие чего может транспортир'оваться и храниться в сжатом состоянии. Материал, выпускаемый шириной до 1150 мм и толщиной 50 мм, слегка промасливается. Содержание масла составляет до 10% массы волюкна. Масса 1 м2 материала 300— 350 г. Плотность 8 кг/м3. Прочность на разрыв полоски материала шириной 100 мм не меньше 7 кгс.

В отличие от известных ранее стекловолокннстнх фильтрующих материалов, изготовлявшихся из дутьевого волокна, очень хрупких и способных в процессе эксплуатации загрязнять воздух игольчатой стеклянной пылью, материал ФСВУ прочен.

Он обладает небольшим начальным сопротивлением и удовлетворительной эффехтизнэстью ——около 80% при испытании в эксплуатационных условиях центра Москвы, что несколько выше эффективности описанных ранее масляных (фильтров Если сравнивать фильтры по количеству пропускаемой ими пыли (1—Е), то окажется, что материал ФСВУ примерно на 25% эффективнее заполнения фильтров ФяР. В соответствии с толщиной волокна материала ФОБУ и его более плотной уклад- иой следовало ожидать еще большей разницы в эффективности； ■возможно, что здесь сказывается плохое смачивание маслом волокон, покрытых слоем полимера. После использования материал должен быть заменен новым.

В некоторых случаях полотнища материала развешивают в рабочем сечении на штырях, укрепляемых в верхней части проема. В этом случае для удержания в нужном положении материала, лрогибающегося под Давлением воздушного потока, следует предусматривать опорную решетку. Стеклов'олокнйстые фильтры могут также встраиваться в строительные конструкции здания, яапример в подшивной потолок при подаче воздуха через него в помещение окрасочных камер.

Карманные фильтры

В тех случаях, когда предъявляются особые требования к компактности фильтра, либо при малой величине располагаемого давления удобно пользоваться фильтрами карманного типа

На рис. 11.13 показан фильтр Дрий-Пак фирмы «ААФ». Карманы этого фильтра имеют глубину около 400 мм. Для предотвращения смыкания карманов, раздувающихся под давлением воздуха, их прошивают металлическими скрепками, образующими несколько рукавов. Карманы крепятся на клею к лицевой панели площадью примерно 0,5 м. Этот фильтр может быть отнесен ко II классу эффективности.

Фирма «Дельбаг» выпускает карманные фильтры, соответствующие I и II классу эффектив1ности.

Карманные фильтры применяются самостоятельно, а также з комплекте с рулонными волокнистыми или электрическими фильтрами.

Складчатые фильтры

Фильтры типа ЛАИК2. Эти фильтры (рис. 11.14) обладают практическн 100%-ной эффективностью улавливания пыли лю

бой дисперсности, а также микроорганизмов, вследствие чего ониг называются также абсолютными фильтрами. Проскок частиц через фильтры типа ЛАИК не превышает 0,01—0,03%, причем главным образом проскакивают частицы размером 0,1—0,3 мкм.

Р de II 14 Фильтр типа ЛАИК

Рис II 13 Карманный ячейковый фильтр Дрий-Пак

Фильтры составлены из деревянных П-образных рамок, меж- ду которыми уложен слоями фильтрующий волокнистый материал типа ФП (ткань акад. И. В. Петрянова). Для предупреждения слипания ткани между слоями проложены гофрированные сепараторы. Характеристика фильтров, применяемых в системах вентиляции, дана в табл. II.9.

ТАБЛИЦА II.»

Технические показатели фильтров типа ЛАИК

Марка фильтра

Фильтрующая поверхность, м2

Пропускная способность, м3/ч

Сопротивление, кгс/м2

Габаритные размеры, мм

при нагрузке

150 м3/ч м2

входное сечение АХВ

длина L

Д-2,8

2,76

420

14—19

296x318

370

Д-6

6,1

900

14—19

320x636

370

Д-9

1350

20—25

320x636

520

Д-15

15,1

2260

41—48

355x636

750

Д-16

15,6

2340

20—25

590x636

470

Д-26

26,3

3960

41—48

590x636

75。

ЛАИК СП-3/15

15,1

2250

18

565x735

780

ЛАИК СП-6/15

15,1

2250

24

565x735

780

ЛАИК СП-3/17

17,5

2550

15

615X995

355

ЛАИК СП-6/17

17,5

2550

21

615x995

355

ЛАИК СП-3/21

21

3150

29

650x690

625

ЛАИК СП-6/21

21

3150

34

650x690

625

ЛАИК СП-3/26

26

3950

40

660x665

750

ЛАИК СП-6/26

26

3950

46

660x665

750

ЛАИК СЯ

16

2400

13

550x680

310

^ФяЛ1)

Примечание Буквой Д обозначаются фильтры с деревянным каркасом предприятии объединения «Изотопа, буквами ЛАИК СП — фильтры Одесского завода ЭМА (Цифры в числителе обозначат печальное сопротивление при нагрузке 36 м3/ч м2, нпф* Ры в знаменателе — рабочую поверхность), буквами ЛАИК СЯ—фильтры Серпухов- скор。механического завода (см далее фильтры ФяЛ)

Материал типа ФП представляет собой слой ультратонкого (1,4—3,2 мкм) химического волокна на марлевой подложке. В вентиляционной технике, как правило, И1спользуется материал ФПП-16-1,7 (ТУД2ТУ-171 -68). В случаях, когда в воздухе могут содержаться аэрозоли масел, а также при ловышеиной температуре воздуха рекомендуется применять материал ФПА-15-2,0 (ТУД2ТУ-180-58). Имеются также другие сорта материала ФП, отличающиеся толщиной волокна, сопротивлением и т. п.

В процессе выработки материал ФПП приобретает электрический заряд, что способствует более эффективной очистке воздуха, особенно сухого. При очистке влажного воздуха или при хранении материалов в условиях повышенной влажности заряд быстро стекает [71].

Основные технические показатели наиболее р а агар остр ан ен- ных материалов типа ФП приведены в табл. 11.10.

ТАБЛИЦА 11.10

Технические показатели фильтрующих материалов типа ФП

Показатели

ФПП-15-1,7

ФПА-15-2,0

Толщина волокон, мкм ,....

1,5

1,5

Материал волокна

Перхлорвинил

Ацетилцеллюлоза

Сопротивление при воздушной на- тузке 36 м%т・м2 («жарости фильт- трации 1 см/с), кгс/м2 ...

1,5—1,9

2±0,2

Максимальная допускаемая температура очищаемого воздуха, ℃ .

60

150

Химическая стойкость по отношению к кислотам и щелочам

Стоек

Нестоек

Стойкость по отношению к маслам а органическим растворителям (типа пластификаторов» хлорированных углеводородов и др.) •・ ・・

Нестоек

Стоек

Отношение к влаге .....

Гидрофобный

Гидрофильный

Примечание При удельной воздушной нагрузке, превышающей 36 мя/ч-м2, указанное сопротивление материалов нужно увеличивать прямо пропорционально увеличению нагрузки.

Кроме материалов, указанных в табл. 11.10, выпускаются другие материалы с большими сопротивлением и эффективностью.

Фильтрующий материал пригоден только для однократного использования. По достижении предельного сопротивления фильтры ЛАИК заменяют целиком.

Фильтры типа ФяЛ. Э-ти фильтры отличаются от других фильтров типа ЛАИК возможностью неограниченного повторного использования основных элементов их конструкции. Замена фильтрующего материала производится периодически при достижении установленной проектом величины сопротивления фильтра.

Ячейка фильтра состоит из двух взаимозаменяемых боковых стенок и двух юрышек, набора П-образных рамок и гофрированных сепараторов, закладываемых между слоями фильтрующего материала для предотвращения их сли>пания (рис. 11.15).

Боковые стенки имеют штампованные направляющие пазы, а П-образные рамки — фиксирующие выступы, размещаемые при сборке фильтра в направляющих пазах боковых стенок.

Технические показатели фильтров типа ФяЛ

Пропускная способность при воадушиой нагрузке 125 м3/ч«м2, м3/ч 2000

Суммарная поверхностьфильтрующего материала, м2 16

Площадь лобового сечения,ма. 0,33

Эффективность, % 100

Пылеемкость при увеличении сопротивления в 2 раза, г на 1 м2 лобового сечения430

Начальное сопротивление, кгс/м29—10

Масса, кг 42,7

При весовой эффективности фильтра, практически равной 100%, пылеемкость его невелика — всего около 10 г на 1 м2 фильтрующего материала при увеличении сопротивления вдвое

против начального.

Фильтры поставляются в собранном виде, снаряженные фильтрующим материалом. Повторная оборка и снаряжение фильтров в процессе их экс

Рис. 11.15. Ячейковый фильтр тила ФяЛ с приспособлением для сборки и разборки/ — плита; 2 — фильтр; 3 — стойка; 4 — упорная гайка; 5 — штанга; 6 — винтовой прижимРис. 11.15. Ячейковый фильтр тила ФяЛ с приспособлением для сборки и разборки/ — плита; 2 — фильтр; 3 — стойка; 4 — упорная гайка; 5 — штанга; 6 — винтовой прижимплуатации производятся непосредственно потребителем. Для сборки фильтров применяют специальное приспособление ИП9, имеющее вид пресса. Приспособление состоит из двух основных узлов: плиты, на поверхности которой с ребрами, препятствующими смещению фильтра во время его сборки, укреплены вертикальные стойки с резьбой для навертывания упорных гаек, и горизонтальной жесткой штанги с двумя винтовыми прижимами.

Рис. 11.15. Ячейковый фильтр тила ФяЛ с приспособлением для сборки и разборки

/ — плита; 2 — фильтр; 3 — стойка; 4 — упорная гайка; 5 — штанга; 6 — винтовой прижим

Рис. 11.15. Ячейковый фильтр тила ФяЛ с приспособлением для сборки и разборки

/ — плита; 2 — фильтр; 3 — стойка; 4 — упорная гайка; 5 — штанга; 6 — винтовой прижим

Собранные фильтры монтируют в камеру с помощью установочных рам, которые могут компоноваться в плос-

кне панели на производительность до 120 тыс. м3/ч (табл. 11.11).

При установке ячеек в панели фильтрующий слой в фильтрах должен быть обращен к потоку воздуха ворсистой стороной.

Возможна также установка фильтров с вертикальным расположением фильтрующего слоя.

При использовании фильтров в качестве секций кондишюне- ров Кд удобнее пользоваться фильтр-камерами (рис. IL16). Для присоединения к другим секциям кондиционеров фильтр-камеры имеют фланцы соответствующих размеров (табл. 11.12).

8xodВоздуха8xodВоздухаТАБЛИЦА II 11ТАБЛИЦА II 11Технические показатели плоских панелей для филытрав типа ФяЛТехнические показатели плоских панелей для филытрав типа ФяЛРнС. 11.16. Схема фильтр-ка- мер для монтажа фильтров в установках кондиционеров типа Кд/ — фильтр； 2 — установочная рама; 5 — перемычка; 4 — дверкаРнС. 11.16. Схема фильтр-ка- мер для монтажа фильтров в установках кондиционеров типа Кд/ — фильтр； 2 — установочная рама; 5 — перемычка; 4 — дверкаПропускная способность панели, ТЫС. мЗ/qГабаритные размеры, ммЧисло фильтровширинавысота2032801820123024003640184032803640246048003640368064403640481204800728072Пропускная способность панели, ТЫС. мЗ/qГабаритные размеры, ммЧисло фильтровширинавысота2032801820123024003640184032803640246048003640368064403640481204800728072ТАБЛИЦА П.12ТАБЛИЦА П.12

8xod

Воздуха

8xod

Воздуха

ТАБЛИЦА II 11

ТАБЛИЦА II 11

Технические показатели плоских панелей для филытрав типа ФяЛ

Технические показатели плоских панелей для филытрав типа ФяЛ

РнС. 11.16. Схема фильтр-ка- мер для монтажа фильтров в установках кондиционеров типа Кд

/ — фильтр； 2 — установочная рама; 5 — перемычка; 4 — дверка

РнС. 11.16. Схема фильтр-ка- мер для монтажа фильтров в установках кондиционеров типа Кд

/ — фильтр； 2 — установочная рама; 5 — перемычка; 4 — дверка

Пропускная способность панели, ТЫС. мЗ/q

Габаритные размеры, мм

Число фильтров

ширина

высота

20

3280

1820

12

30

2400

3640

18

40

3280

3640

24

60

4800

3640

36

80

6440

3640

48

120

4800

7280

72

Пропускная способность панели, ТЫС. мЗ/q

Габаритные размеры, мм

Число фильтров

ширина

высота

20

3280

1820

12

30

2400

3640

18

40

3280

3640

24

60

4800

3640

36

80

6440

3640

48

120

4800

7280

72

ТАБЛИЦА П.12

ТАБЛИЦА П.12

Технические показатели 巾мльтр^камер для фильтров типа ФяЛ

Типоразмеры

Пропускная способность камеры, тыс. м3/ч

Габаритные размеры, мм

Число фильтров

Число установочных рам

Фр46А

А

В

В

Фр51ПЗ

10

3000

2000

850

6

Фр52ПЗ

20

4000

2000

1610

12

ФрЗЗПЗ

40

4000

3046

2120

24

Фр54ПЗ

60

4000

3400

2661

36

12

Фр55ПЗ

80

5000

4000

3161

48

16

Фр56ПЗ

120

6000

6000

3161

72

24

В камерах монтируются установочные рамы для фильтров и перемычки, обеспечивающие одинаковую воздушную нагрузку на фильтры.

Фильтры Омикрон. Фильтр Омикрон одноразового использования фирмы «АКИ», показанный на рис. 11.17, сходен по уст-

роиству и техническим показателям с фильтрами типа ЛАИК. Так же, как аналогичные фильтры фирм «АА①》(Сабмнкрон)、 «Дельбаг» и многих других он снаряжается фильтрующим материалом, изготовляемым на основе ультратонкого стекловолокна.

Рулонные волокнистые фильтры

Рулонные фильтры типа ФРУ. Применение рулонных фильтров значительно облегчает эксплуатацию воздухоочистных устройств, вследствие чего они получили широкое распространение.

На рис П.1)8 показан один из рулонных фильтров типа ①PY производства Симферопольского машиностроительного завода. В верхней и нижней части каркаса фильтра установлены катушки. Концы намотанных на верхние катушки полотнищ стекловолокнистого фильтрующего материала чропускаются через щели в каркасе и закрепляются на нижних катушках По мере загрязнения пылью, уловленной из потока воздуха, протекающего через фильтр, материал перематывают с верхней катушки на нижнюю

Рис II 17 Фильтр ОмикронРис II 17 Фильтр ОмикронИИ

Рис II 17 Фильтр Омикрон

Рис II 17 Фильтр Омикрон

И

И

^^^^^^^Ю^^^^^^^В簧逑髡華饗警礬学饗專

Рис II 18 Рулонный волокнистый фильтр типа ФРУ

На одном каркасе фильтра устанавливается несколько кату* шек с рулонным фильтрующим материалом Это позволяет иметь широкую номенклатуру типоразмеров фильтров при ограниченном числе размеров материала по ширине и дает возможность комплектовать фильтр овальную установку из агрегатов большой пропускной спосо)бности Катушки вынесены за пределы рабочего сечения фильтра, что разгружает это сечение и позволяет обеспечить более равномерное распределение воздуха по поверхности фильтрующего материала

Технические показатели фильтров типа ФРУ

Показатели

Ф12РУ1

Ф8РУ2

Ф6РУ6

Ф4РУ4

Ф2РУ7

Номинальная пропускная способ

ность, тыс. м3/ч

120

80

60

40

20

Площадь рабочего сечения (округлено), М2 . . с

12

8

6

4

2

Число секций шириной, мм: 1050

3

3

1

2

800

—

2

—

2

Ширина фильтрующего материала, мм

1020

1020

1020; 770

1020

770

Число катушек

6

6

4

4

Масса, кг

970

717

523

408

353

(В зависимости от пропускной способности фильтры собираются из двух 'или трех унифицированных секций шириной 1050 и 800 мм (табл. 11.13 и рис. IL19).

110(,-1200

Рис. П.19. Установка филь-рра типа ФРУ в вентиляционной камере

Каждая секция фильтра состоит из сварного корпуса / с размещенной внуТ|ри него подвижной решеткой 2, выполненной из двух бесконечных роликовых цепей, в ушках которых закреплены поперечные проволочные рамки. Края рамок опираются на уголки, приваренные к боковым стенкам корпуса секции. Под-

вижная решетка натянута между нижним и верхним валами. Нижний вал секции ведущий, он установлен в подшипниках. Верхний вал натяжной и может перемещаться в вертикальной плоскости при помощи специальных натяжных винтов. Нижние з&ездочки цепей подвижных решеток соединены с валом при помощи шпонок, а верхние звездочки свободно прокручиваются на валу.

Секции фильтра соединяются между собой при помощи стяжек, пропущенных через отверстия со п р и к ас ающихся стенок и горизонтальных уголков присоединительных фланцев 3. Зазоры между 1Свкциями уплотняются резиновой прошвой 4 или деревянными брусьями.

На одной из секций на кронштейне установлен редукторный электропривод 5 мощностью 0,27 квт, обеспечивающий перемещение подвижных решеток и вращение нижних катушек фильтра с помощью цепи 6.

Катушка 7 фильтра представляет собой трубчатую металлическую ось с двумя круглыми ребордами. Для закрепления на оси катушки полотнища фильтрующего материала имеется скоба, прокалывающая поло1 一皿е в первом витке.

Для обслуживание устраивают рабочую площадку 8 с лестницей (с одной стороны площадки). Полотнища, образующие сплошную поверхность фильтрующего материала, опираются своими кромками на неподвижные направляющие уголки.

В фильтрах используется фильтрующий материал типа ФСВУ. Длина каждого полотнища 15—25 м. Фильтрующий материал поддерживается подвижными решетками, что предотвращает его прогиб, нарушение в нем структуры и его разрыв под давлением воздуха. Решетки исключают возникновение растягивающих усилий в материале при перемотке его вниз.

Плотность намотки материала на катушки регулируется фрикционом, синхронизирующим скорости перемещения решеток и материала. Скорость перемещения материала при перемотке составляет около 50 см/мин.

Привод фильтра включается вручную по показаниям микроманометра или при помощи системы автоматического управления.

Автоматизация включения и выключения механизма перемотки достигается путем применения двух мембранных датчиков перепада давления типа ДПН-100 или СПД->П.

Следует учитывать, что при пологой характеристике вентилятора даже небольшое увеличение сопротивления фильтра вследствие его загрязнения может привести к недопустимому уменьшению его производительности. В таких случаях от применения

описанной схемы автоматики следует отказаться, устанавливая режим перемотки по результатам эксплуатации.

Рулонные фильтры ФРУ могут снарчжаться и другими фильтрующими материалами, например из синтетического волокна, губчатыми и т. д.

Присоединительные размеры фильтров приняты по кондиционерам типа Кд (табл. 11.14).

ТАБЛИЦА II 14

Основные присоединительные и габаритные размерь〕, мм, филыров типа ФРУ (см. рис. 11.19) и типа ФРП (см. рис. П.20)

Марка фильтра

Л

6

В

Е

н

丛

Ф12РУ1 и Ф12РП1

3160

3072

3595

3152

5090

4000

Ф8РУ2 и Ф8РП2 .

3160

3072

3595

3152

3700

2625

Ф6РУ6 и Ф6РП6 .

2660

2572

3095

2652

3700

2625

Ф4РУ4 и Ф4РП4 .

2120

2021

2545

2101

2930

1844

Ф2РУ7 и Ф2РП7 .

1609

1521

2044

1601

2433

1344

Для возможности нормального обслуживания фильтров, установленных в кондиционерах, разработаны специальные переходные камеры с люком для доступа к нижним катушкам.

При установке фильтра в вентиляционных камерах его крепят непосредственно к обрамлению проема в перегородке.

Сопротивление фильтрующего материала ФСВУ в зависимости от воздушной нагрузки может приниматься по графику на рис. II.3. Графиком можно пользоваться для определения сопротивления фильтра в целом.

Номинальные пропускные способности фильтров, указанные в. табл. 11.13, следует считать условными. Как правило, верхний предел располагаемого давления системы, которое может расходоваться на преодоление сопротивления фильтров, ограничен. Вследствие этого для лучшего использования способности материала накапливать в себе пыль при проектировании следует выбирать воздушные нагрузки меньше 10 тыс. м3/ч • м2, желательно не более 8 тьгс. м3/ч- м2. Это позволит лучше использовать пыле- емкость материала и сократить его расход, тем самым удешевляя эксплуатацию систем.

Эффективность фильтра остается практически постоянной во все время использования материала. При очень большом перенасыщении материала пылью, когда его сопротивление достигает 70——100 кгс/м2, может происходить продавливание и осыпание уловленной пыли. В этих условиях эффективность фильтров снижается, поэтому доводить сопротивление фильтра до слишком больших величин не рекомендуется.

В процессе заправки фильтрующего материала, а ино>гда при его перемотке (если материал имеет недостаточно высокое ка-

Рис. 11.20 Фильтр типа ФРПРис. 11.20 Фильтр типа ФРП/ — фильтр; 2 — подвижная решетка; 3 — прошва; 4 — воздуховод; 5 ——щелевой пылеподбор- ник; 6 — фланец； 7 — катушка； 8 — привод/ — фильтр; 2 — подвижная решетка; 3 — прошва; 4 — воздуховод; 5 ——щелевой пылеподбор- ник; 6 — фланец； 7 — катушка； 8 — приводb& -п1ана关口9口b& -п1ана关口9口из располагаемого давления венти-из располагаемого давления венти-

Рис. 11.20 Фильтр типа ФРП

Рис. 11.20 Фильтр типа ФРП

/ — фильтр; 2 — подвижная решетка; 3 — прошва; 4 — воздуховод; 5 ——щелевой пылеподбор- ник; 6 — фланец； 7 — катушка； 8 — привод

/ — фильтр; 2 — подвижная решетка; 3 — прошва; 4 — воздуховод; 5 ——щелевой пылеподбор- ник; 6 — фланец； 7 — катушка； 8 — привод

b& -п1ана关口9口

b& -п1ана关口9口

из располагаемого давления венти-

из располагаемого давления венти-

чество или механические повреждения) возможен срыв фрагмен- гов материала или отдельных волокон. Для «предупреждения их выноса в вентилируемые помещения рекомендуется устанавливать в пределах камеры или в магистральных воздуховодах предохранительные сетки с размером ячеек 1—2 мм*.

Рулонные фильтры типа ФРП. Эти фильтры предназначаются главным образом для очистки воздуха от волокнистой пыли на предприятиях текстильной прюмышленности. В них предусмотрена возможность частичной регенерации фильтрующего мате-риала.

По устройству фильтры типа ФРП (рис. 11.20), выпускаемые Серпуховским механическим заводом, идентичны фильтрам типа ФРУ. Их особенностью является наличие системы пневматической регенерации фильтрующего нетканого материала. Система состоит из щелевого пневматического пылеподборника 5, выполненного в виде короба, расположенного над нижними катушками за пределами живого сечения фильтра. К коробу присоединен вертикальный воздуховод 4, имеющий фланец для присоединения к системе отсоса. По мере загрязнения материал перематывается с верхних катушек на нижние, очищаясь при этом от пыли, и затем может быть использован вторично. Перемотка материала производится при достижении им величины сопротивления, устанавливаемой потребителем исходя

ПЯЦИ1ОННОЙ системы. Система пневматической регенерации обеспечивает шести-семикратное использование материала. Она может либо обслуживаться специально установленным вентилятором, либо присоединяться к централизованной системе пневмоуборки.

В фильтрах используются маты нетканого фильтрующего ма-

[ 京 Вынос ф-рагментов наблюдаете также в флльтрах типа Ролл-о-матик

Показатели

Ф12РП1

Ф8РП2

Ф6РП6

Ф4РП4

Ф2РП7

Пропускная способность, тыс, м3/ч

120

80

60

40

20

Число секций шириной, мм: 1050

3

3

1

2

800

—

■—

2

2

Площадь рабочего сечения (округленно), м2

12

8

6

4

2

Ширина фильтрующего материала, мм

1015

1015

1015; 764

1015

764

Число катушек

6

6

6

4

4

Масса, кг

970

717

623

408

353

Необходимый расход воздуха на п нев мооч!И|СТку, м3/ч

1500

1500

1200

1000

800

Технические показатели 巾нпьтров типа ФРП

ТАБЛИЦА П.15

те,риала типа ФВН производства Моршанской суконной фабрики длиной 100 м. Фильтрующий материал представляет собой слой из смеси натуральных и синтетических волокон толщиной 0,6 мм, связанных в процессе изготовления специальными 'Склеивающими веществами (ТУ РСФСР 17-2803-69).

Фильтры типа ФРП (табл. 11.15) устанавливаются в кондиционерах так же, как и фильтры типа ФРУ (см. табл. 11.14). При использовании материала типа ФВН такая установка целесообразна только в случаях, когда кондиционер эксплуатируется с нагрузкой, значительно меньшей номинальной.

Начальное сопротивление фильтров определяется .по графику на рис. II.3 в зависимости от принятой воздушиой нагрузки. Следует учитывать, что при регенерации фильтрующего материала типа ФВН в процессе перемотки его начальное сопротивление восстанавливается неполностью. Прирост сопротивления после каждой регенерации можно принимать в среднем равным 30% начального. Суммарная пылеемкость материала в условиях прядильных цехов составляет около 1000 г/м2.

Для эффективной очистки материала разрежение в отсасывающей щели должно быть не менее 300 кгс/м2.

Механизм перемотки материала включается по показаниям микроманометра вручную. Сигнал о необходимости проведения перемотки фильтрующего материала может подаваться в диспетчерскую с помощью приборов СПД-2 (сигнализатор падения давления) или ДПН-100.

Фильтрующий материал должен быть заменен, когда сопротивление его после регенерации не снижается, что может сказаться на производительности кондиционера, а также в случае его разрушения.

Рулонные фильтры типа ФРП могут быть снаряжены и другими фильтрующими материалами, например капроновыми сетками.

Рулонные фильтры типа Ролл-о-матик. Фирма «ААФ» (США)

выпускает рулонные фильтры типа Ролл-о-матик, получившие распространение во многих странах. Конструкция фильтра показана на рис. 11.21. В отличие от фильтров типа ФРУ здесь катушки / установлены непосредственно в сечении фильтра. Для предотвращения загрязнения чистого фильтрующего материала пылью, содержащейся в омывающем катушку воздушном потоке, верхняя катушка укрыта съемным кожухом 2 обтекаемой формы. С фронта фильтра материал поддерживается легкой трубчатой направляющей решеткой 3, вертикальными направляющими 4 и горизонтальной планкой 5. Механический привод фильтра 6 установлен в нижней части каркаса. Сбоку на каркасе фильтра в ящике 7 установлены приборы управления фильтра. Автоматизация управления механизмом перемотки осуществляется по перепаду давления с помощью контактного микроманометра.

Рулонные фильтры типа ЛФР. Фирма «Свенск Флактфабри- кен» (Швеция) выпускает рулонные фильтры типа ЛФР. В данном случае полотнище фильтрующего материала образует складки, что позволяет развить поверхность фильтрации и снизить сопротивление. С этой целью фильтрующий материал огибает серию валиков, которые приводятся в движение посредством цепи от приводного механизма. Конец полотнища закреплен на нижней катушке, приводимой в движение от того же привода. Вспо-

Рис. ПЛ. Рулонный фильтр типа Ролл-онматикРис. ПЛ. Рулонный фильтр типа Ролл-онматикРис II22 Рулонный фильтр Ауто-ВиРис II22 Рулонный фильтр Ауто-Ви

Рис. ПЛ. Рулонный фильтр типа Ролл-онматик

Рис. ПЛ. Рулонный фильтр типа Ролл-онматик

Рис II22 Рулонный фильтр Ауто-Ви

Рис II22 Рулонный фильтр Ауто-Ви

могательные валики имеют облегченную корзиночную конструкцию, что улучшает их сцепление с рыхлым и упругим фильтрующим материалом.

Рулонные фильтры Ауто-Ви. Фирма «Воукс» (Англия) выпускает рулонные фильтры, общий вид которых показан на рис. 11.22. В данном случае поверхность фильтрующего материала также увеличена, что позволяет несколько уменьшить сопротивление. С этой целью фильтрующий материал, обладающий надлежащей прочностью, огибает несколько промежуточных ва лов, нижний из которых приводится во вращение с помощью электродвигателя или вручную.

Существует ряд других модификаций рулонных фильтров 4. ГУБЧАТЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Общие сведения

Губчатые фильтры снаряжаются фильтрующими слоями губчатой структуры из полимерных материалов, которые в последние годы в больших количествах и в разнообразном ассортименте начала выпускать химическая промышленность.

Наибольшее распространение в качестве фильтрующего материала лолучил пенополиуретан (ППУ). Для изготовления филь трующего материала применяют среднепористый ППУ по МРТ> 6-05-1150-68. ППУ выпускается кусками размером 2О00Х10О0Х Х4СЮ мм. Куски разрезаются на слои разной толщины. Плотность ППУ от 35 до 55 кг/м3; предел прочности на разрыв—не менее 1 кгс/см2. Он устойчив к воздействию смазочных масел п бензина, негигроскопичен.

Поры ППУ образованы тонкими упругими перегородками, поэтому его сопротивление при воздушных нагрузках, применяемых в практике очистки воздуха, очень велико (юм. рис. П.З)

Для возможности использования ППУ в воздушных фильтрах его подвергают специальной обработке, направленной на разру шение перегородок, образующих поры. Для этого материал по гружают в 20%-ный раствор едкого натра. Погружение матери ала в раствор должно сочетаться с его механической обработкой, способствующей заполнению пор раствором и разрушению их перегородок. Механическая обработка заключается в многок)рат ном обжатии ППУ в установке Фр50М с помощью двух обжима ющих валков, вращающихся навстречу друг другу. Валки пагру жены в ванну, заполненную раствором щелочи. Очень важно чтобы обжатый материал, совершающий в ванне возвратно-по ступательное движение, также был погружен в раствор. В про тивном случае поры могут заполняться воздухом, и щелочь не сможет проникнуть в мих.

Для получения хорошей повторяемости результатов обработ ки необходимо соблюдать определенный режим обработки Удобно принять за единицу технологического режима цикл включающий в себя 20 обжимов и выдержку в течение 30 мин

При температуре более 30℃〔наряду с перегородками интенсивно разрушается и основная структура скелета ППУ. Механн- ческие показатели такого материала ——прочность и упругость —— значительно снижаются. Растворение щелочи происходит с выделением тепла. В дальнейшем раствор охлаждается. Для поддержания постоянной температуры раствора ванна оборудована подогревателем.

Получаемый в результате такой обработки материал по- внешнему виду очень напоминает волокнистый, но отличается исключительно однородной структурой. Толщина нитевидных элементов материала около 50 мкм, расстояние между ними 1：ри> обработке среднепористого ППУ примерно 300 мкм.

Воспринимая наибольшую пылевую нагрузку, начальный участок фильтрующего материала быстро насыщается пылевыми частицами и из-за его возрастающего сопротивления уменьшается срок использования всего фильтра до регенерации.

Для выявления оптимальной толщины фильтрующего материала было исследовано распределение осаждающейся пыли в фильтре, собранном из пяти слоев ППУ толщиной по 10 мм каждый. Результаты испытания приведены на рис. II.5, из которого видно, что примерно 90% общей массы уловленной пыли было задержано в первых нескольких миллиметрах толщины фильтрующего слоя.

Как основной вариант фильтрующего материала для очистки воздуха от пыли выбран слой ППУ толщиной 20——25 мм, обработанный за шесть циклов

Регенерация фильтров производится лутем промывки их в воде. Желательно применять теплую воду и еще лучше промывать фильтры с мылом, однако в этом случае механическая прочность фильтров с течением времени несколько ухудшается. Удалять осевшую пыль можно также пылесосом. Свойства материала после регенерации практически остаются неизменными.

Конструкции губчатых фильтров

Ячейковые губчатые фильтры

Фильтрующий материал из модифицированного ППУ можно применять для снаряжения фильтров плоской, складчатой и другой конструкции. Впервые такой материал был использован в виде слоя толщиной 10—15 мм в электрическом фильтре, установленном в системе воздушного отопления жилого здания, для предупреждения уноса частиц, срывающихся с осадительных электродов. Фильтр успешно эксплуатируется на протяжении Ряда лет.

В 1965 >г. фильтры с фильтрующим материалом из модифицированного ППУ слоем толщиной 20 мм были установлены в системах воздушного отопления нескольких жилых зданий Москвы.

Очистка фильтров в течение всего периода их эксплуатации производилась переносным пылесосом без демонтажа фильтрующего материала: в осенне-весенний период 2—3 раза в месяц, в зимний период 1—2 раза в месяц [112]. Такой способ очистки значительно менее трудоемок, чем промывка; при этом достаточно производить очистку фильтра только со стороны наружно»

го воздуха.

С 1965 г. Крюковский вентиляторный завод выпускает 'плоские ячейковые фильтры типа ФяП с заполнением из ППУ. Ячейка фильтров унифицированная (см. рис. II.6). Усредненная пылевая характеристика фильтров ФяП приведена на рис. II.4.

Ряс. 11.23. Складчатый губчатый фильтр

За рубежом губчатые фильтры применяются в местных кондиционерах, а также в виде отдельных фильтров. На рис. 11.23 показан ячейковый губчатый фильтр фирмы «Дэвис» (Англия), которому придана сложная складчатая форма.

Губчатые фильтры с автоматической регенерацией фильтрующего слоя

Исследования показали, что при увеличении сопротивления сухих фильтров в результате накопления пыли их эффективность снижается, причем рост сопротивления начиная с определенного времени прекращается. Особенно отчетливо это проявляется при улавливании фильтрами крупных частиц.

Ввиду однородности фильтрующего слоя некоторая часть пыли задерживается на его входной поверхности. При возрастание сопротивления фильтра перепад давления в слое увеличивается и отложившаяся пыль вновь срывается. Вначале она передвигается в глубь слоя, а затем выносится из него.

Область применения губчатых фильтров можно расширить организовав их пневматическую регенерацию, что позволяет своевременно удалять пыль из поверхностных слоев и поддерживать сопротивление фильтра на постоянном и невысоком уровне.

Конструкция фильтра такопо вида, изготовленного Симферо-

3, соединенным гибким шлан-3, соединенным гибким шлан-польским машиностроительным заводом, показана на рис. II.24. Фильтр представляет собой жесткий металлический корпус /, живое сечение которого перекрыто губчатым фильтрующим слоем 2, опирающимся на решетку. Фильтрующий слой прикрепляется к корпусу фильтра по всему периметру при помощи прижимных планок. Очистка фильтрующего материала от уловленной пыли прскизводится щелевым насадком гом (на рисунке не показан) с вакуумной системой. Расход воздуха в насадке100—

3, соединенным гибким шлан-

3, соединенным гибким шлан-

Рис II24 Губчатый фильтр ФПР с автоматической регенерацией фильтрующего материалаРис II24 Губчатый фильтр ФПР с автоматической регенерацией фильтрующего материала150 м3/ч, необходимое разрежение 200—300 кгс/м2. Насадок перемещается последовательно по всей площади фильтрующего материала. Механизм перемещения состоит из привода 4, двух вертикальных направляющих и горизонтальной траверсы 5. Насадок, совершая вместе с траверсой возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, а в крайних точках еще и горизонтальное перемещение, последовательно обходит входную фильтрующую поверхность и очищает ее от уловленной пыли.

Рис II24 Губчатый фильтр ФПР с автоматической регенерацией фильтрующего материала

Рис II24 Губчатый фильтр ФПР с автоматической регенерацией фильтрующего материала

В зависимости от условий эксплуатации, и прежде всего от степени начальной запыленности воздуха, механизм перемещения насадка может быть включен постоянно либо включаться периодически — вручную или автоматически.

Эффективность и сопротивление фильтров могут приниматься по соответствующим характеристикам обработанного ППУ (см. рис. П.З и II.4).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Общие сведения

По устройству электрические фильтры значительно отличаются от электрических пылеуловителей, применяемых для очистки газовых выбросов, содержащих пыль в больших концентрациях.

При1нцип1иальная схема электрического фильтра представлена на рис. 11.25. Поток очищаемого воздуха вначале протекает через

проходит через осадительную зону пакет металлических пластинок,проходит через осадительную зону пакет металлических пластинок,Рис. 11.25. Принципиальная схема двухзонального электрического фильтра / — зона ионизации воздуха, 2 — источник питания; 3—осадительная зонаРис. 11.25. Принципиальная схема двухзонального электрического фильтра / — зона ионизации воздуха, 2 — источник питания; 3—осадительная зона

проходит через осадительную зону пакет металлических пластинок,

проходит через осадительную зону пакет металлических пластинок,

Рис. 11.25. Принципиальная схема двухзонального электрического фильтра / — зона ионизации воздуха, 2 — источник питания; 3—осадительная зона

Рис. 11.25. Принципиальная схема двухзонального электрического фильтра / — зона ионизации воздуха, 2 — источник питания; 3—осадительная зона

ионизационную зону 1, которая имеет вид решетки из металлических пластинок с натянутыми между ними вертикальными ко- ронирующими электродами из тонкой проволоки. К коронирую- щим электродам подводится напряжение 113——15 кВ от положительного полюса специального питающего электрического агрегата 2, который выцрямляет переменный электрический ток осветительной сети и повышает его напряжение. В ионизационной зоне частицы .приобретают электрический заряд. Далее воздух

3, которая представляет собой установленных параллельно друг другу на расстояниях от 8 до 12 мм. К пластинкам, через одну, подводится напряжение 6,5——7,5 кВ положительного знака. Пыль осаждается на промежуточных заземленных пластинках.

При подаче на фильтр

-напряжения в пространстве вокруг находящихся под высоким напряжением корони- рующих электродов образуется неоднородное электрическое поле и происходит ко,ронный электрический разряд. Те из электронов, которые не получили от электрического поля достаточно энергии, возвращаются на первоначальный уровень

энергии, отдавая аккумулированную энергию в виде ультрафиолетовых лучей. Вследствие этого коронный разряд характеризуется легким свечением электродов.

В нормальных условиях работы аппаратов должен иметь место коронный разряд, однако временами при нарушениях электрического режима могут происходить искровые разряды-пробои.

Электрические разряды сопровождаются изменением состава воздуха. В процессе ионизации воздуха внутримолекулярныг связи настолько нарушаются, что в течение коротких мгновений могут существовать свободные атомы кислорода. Они быстро рекомбинируют в молекулы обычного кислорода О2, а некоторая, очень малая часть атомов образует сзон Оз. Образуется также небольшое количество окислов азота. Эти газы являются нежелательными примесями в воздухе, очищаемом в гигиенических целях.

Количество образующихся побочных продуктов зависит от напряжения на коронирующих электродах. В промышленных 86

пылеуловителях применяется напряжение 80——100 кВ и даже больше и образуется много озона и окислов азота, что является одной из причин невозможности их использования для очистки вентиляционного воздуха.

В фильтрах величина напряжения в коронирующих электродах не должна превышать 13—15 кВ. В отличие от промышленных пылеуловителей здесь к коронирующим электродам подводится налряжение не отрицательного, а положительного знака. Подвижность положительных ионов меньше, чем отрицательных, приблизительно на 30%, вследствие чего такое питание фильтров примерно на 5% снижает их эффективность. Тем не менее оно принято во всех конструкциях электрических фильтров, ввиду того что положительная корона является более благоприятной в гигиеническом отношении, чем отрицательная [88]. Известно, что положительная корона равномерна по всей длине проводника, а отрицательная корона пульсирует, создавая большое количество видимых узлов интенсив!НО1Го образования и рекомбинации ионов, и, по некоторым данным, образует в 8 раз 'больше вредных побочных продуктов.

По данным Пенроуза [68], в воздухе, прошедшем через электрический фильтр, может содержаться озон в количестве от 0,002 до 0,005-миллионных долей объемного процента при допускаемой концентрации в 1-миллионную долю. Сильверман и Денис [95] определили, что содержание озона в воздухе, рециркулирующем через электрический фильтр, на превышает 10% допускаемой в США концентрации этого газа в воздухе рабочих помещений.

При испытаниям электрических фильтров в лаборатории ЦНИИПромзданий окислов азота у выходного отверстия фильтра не было обнаружено совсем. Из-за очень малого содержания озона (следы) вычи>слить его концентрацию оказалось невозможным. В помещении, в которое выпускался воздух, очищенный в электрическом фильтре с многократной рециркуляцией, озон не был обнаружен совсем.

Попутно следует отметить, что атомарный кислород, образующийся при ионизации воздуха, как и озон, является мощным окислителем. Воздействие этих агентов на молекулы органических веществ, являющихся носителями запахов рециркуляционного воздуха, создает эффект дезодорации. Отчасти вследствие этого воздуху, очищенному в электрических фильтрах, присуща приятная свежесть.

Представляет интерес также вопрос о влиянии электрических фильтров на ионную характеристику воздуха. Для выяснения этого вопроса были поставлены специальные эксперименты, при которых воздух из фильтра выпускался в то же помещение, из которого он забирался. Кратность воздухообмена превышала 30 раз в 1 ч. Подсчет содержания ионов производился счетчиками

системы пр оф. Тверского малой модели. Оказалось, что после включения фильтра содержание положительных ионов начало закономерно возрастать и увеличилось прнмерно в 3 раза за 1 ч Максимальная концентрация положительных ионов составила 694 иона на 1 см3. В то же время количество отрицательных ионов уменьшилось до 116 ионов на 1 см3. Достигнув этого максимального и, по мнению гигиенистов, совершенно безвредного уровня, количество ионов далее сохранялось постоянным. После выключения фильтра количество ионов очень быстро возвращалось к исходному уровню. При наличии металлических каналов, калориферов и в особенности промывных камер влияние электрических фильтров на ионизацию воздуха в помещениях еще меньше [46].

Из-за несимметричности электрического поля коронирующие электроды вибрируют. Для ограничения их вибрации свободные участки (проволоки должны быть не длиннее 300—600 мм.

Расстояние между коронирующим электродом и ближайшими к нему заземленными электродами ионизационной зоны должно быть мало для достижения максимальной интен1сивност1и коронного разряда В то же время должна исключаться возможность искровых пробоев. Практически это расстояние составляет около 30 мм против 250—300 мм в однозональных аппаратах электрической очистки промышленных газов.

Частые обрывы тонких электродов затрудняют эксплуатацию электрических (фильтров. В связи с этим исследовалась возможность применения более прочных электродов. Сравнивались вольт-амперные характеристики одножильного (0,3 мм), трехжильного (3X0,2 мм) и пилообразного электродов. В качестве последнего была напользована стальная пилка лобзика. Исследование показало, что удельный ток во всех трех случаях примерно одинаковый. Некоторым преимуществом обладает пилообразный электрод, являющийся к тому же самым прочным.

Напряжение, подаваемое на осадительные электроды, обычно составляет 6,5—7,5 кВ. Использование меньшего напряжения компенсируется частотой расстановки осадительных электродов Учитывая постепенное сокращение расстояния между электродами в результате накопления на них оседающей пыли, в современных фильтрах его принимает равным 8—'10 мм.

Достигнув поверхности осадительного электрода и отдав ему свой заряд, частица удерживается на поверхности только молекулярными силами, которым приходится преодолевать размывающее действие воздушного потока, стремящегося оторвать осевшую частицу от электрода. Этот фактор заметно влияет на эффе ктивность электрических фильров. При подборе электрических фильтров скорость воздуха в их сечении принимают равной 2 м/с.

Экапериментальные исследования на модели показали, что <при уменьшении скорости до 1 м/с эффективность фильтров повышается на 11 %, а при увеличении до 3 м/с она снижается на 14%. Однако и в последнем случае электрические фильтры еще могут конкурировать с масляными и волокнистыми благодаря их более простой эксплуатации.

Другим важным фактором являются электрические пробои. По мере накопления пыли на осадительных электродах расстояние между ними сокращается и, если своевременно не очистить электроды, начинаются лробон. Причиной пробоев может быть также попадание в осадительную зону волокон или крупных частиц. В результате пробоев происходит лункообразный вырыв отложившейся пыли, которая уносится воздушным потоком, снижая эффективность фильтра.

Для улавливания частиц, срывающихся при пробоях и срываемых потоком, за осадительной зоной устанавливают проти- воуносные фильтры — волокнистые или губчатые.

Движение крупных вырванных агломератов в межэлектродном пространстве может повлечь за собой дальнейшие пробои.

Пробои сопровождаются кратковременным значительным увеличением тока. Источники питания электрических фильтров обычно снабжены защитой от перегрузок и поэтому при пробоях отключаются. Продолжительность пробоев измеряется долями секунды, однако ввиду того, что число их может доходить до десятков и сотен за 1 мин, они могут привести к существенному снижению эффективности фильтров. Пробои отражаются также на состоянии электродов.

Электрические фильтры являются эффективными коагуляторами. Например, табачный дым, вдуваемый с небольшой скоростью достаточно концентрированной струей в фильтр, на выходе из него делается малозаметным. Просветление дыма в значительной мере должно быть объяснено его коагуляцией в электрическом поле, хотя имеет место и осаждение дымовых частиц, размер которых равен около 0,3 мкм.

Используемые в электрических фильтрах сила тока и потребляемая мощность очень невелики и в среднем не превышают соответственно Q8 мА и 10 Вт на 1000 м3/ч их пропускной способности.

Конструкции электрических фильтров

В конструктивном отношении двухзональные электрические фильтры подразделяются на самоочищающиеся и промывные. Последние, в свою очередь, могут быть шкафного и ячейкового исполнения.

Самоочищающиеся электро масляные фильтры

Одним из путей борьбы с вторичным уносом пыли, отделенной от потока и осажденной на электродах силами электрического

поля, является замасливание осадительных пластинок и их пери- одичеюкая промывка в масляной ванне наподобие масляных самоочищающихся фильтров. Практика показала, однако, что чрезмерная сложность конструкции этих фильтров снижает их надежность.

Промывные электрические фильтры

Промывные фильтры характеризуются более простой конструкцией, чем самоочищающиеся. Осадительные электроды в 工ан-

Рис II26 Ячейка электр офильтр а типа ФЭРис II26 Ячейка электр офильтр а типа ФЭ

Рис II26 Ячейка электр офильтр а типа ФЭ

Рис II26 Ячейка электр офильтр а типа ФЭ

ном случае неподвижны, а удаление с них осевшей пыли производится путем промывки их водой из водопровода. В фильтрах малой пропускной способности для промывки используются обычные наконеч1ники или ручные пульверизаторы-пистолеты, подсоединяемые к водопроводу гибким шлангом, а также гидравлические форсунки, укрепляемые во входном сечении фильтра так, чтобы дождевые факелы перекрывали все его сечение. В фильтрах большой пропускной способности промывка производится форсунками, автоматически перемещающимися вдэль и поперек сечения.

Для предотвращения выноса брызг воды из фильтров в некоторых их конструкциях применяют подвижные жалюзийные решетки, автоматически закрывающиеся при промывке. Чаще всего брызгоуловителями служат противоуносные фильтры различной конструкции.

Периодическая промывка способствует уменьшению уноса отложившейся пыли. Чем чаще лромывкя, тем выше эффективность фильтра. Испытания аппаратов, снабженных лротивоуносными волокнистыми фильтрами, показали, что они долго сохраняют высокий уровень эффективности электрических фильтров. При этом оказалось, что лротивоуносными фильтрами задерживается до 30% всей уловленной пыли.

Наибольшее применение получили волокнистые противоуносные фильтры, применяются также губчатые фильтры.

Для более надежного связывания осевшей пыли на электроды наносят специальные, медленно испаряющиеся масла. Для промывки фильтров в этом случае следует применять горячую воду с температурой до 60℃. Промывку достаточно повторять 1 раз каждые 4—6 недель.

Электрические фильтры типа ФЭ. Фильтры тила ФЭ собираются из унифицированных ячеек (рис. 11.26) размерами 758X250X465 и 96$Х25О><465 мм. Максимальная пропускная способность ячеек составляет соответственно 1200 и 1700 м3/ч.

Рис 1127. Компоновка ячеек фильтра типа ФЭ

Каждая ячейка фильтра имеет ионизационную зону из корониру- ющих проволочных электродов, прикрепленных с помощью упругих подвесок к токопроводящим траверсам. Траверсы изолированы от корпуса ячейки тарельчатыми гофрированными изоляторами проходного типа. Высокое напряжение подводится к траверсам через клеммы и откидные перемычки [78].

Коронирующие электроды разделены выступающими удлиненными пластинками осадительной зоны, которые монтируются на стержнях круглого сечения с помощью втулок, закрепляющих пластинки на расстоянии 9—10 мм друг от друга.

Стержни с заряженными электродами устанавливаются на изоляторах, а с заземленными электродами крепятся непосредственно к боковым стенкам ячейки. За осадительным пакетом устанавливается иротивоуносный пористый фильтр.

Компоновка ячеек фильтров типа ФЭ в металлическом корпу-

ТАБЛИЦА II 16

Основные размеры, мм, типовых сборок фильтров типа ФЭ (см. рис. 11.27)

Типоразмеры

В

&

в2

/Л

”2

856

772

820

1840

1804

1756

1616

1532

1580

1840

1804

1756

2126

2042

2090

2344

2308

2260

2661

2577

2625

3098

3062

3014

Ф10Э5

3161

3077

3125

3098

3062

3014

Ф14Э6

3161

3077

3125

4598

4562

4514

Ф18Э7

4161

4077

4125

4598

4562

4514

се доказана на рис. 11.27, а основные размеры фильтров даны в табл. 11.16.

Противоуносный фильтр представляет собой разъемную рамку, заполняемую фильтрующим материалом типа ФСВУ илн пенополиуретаном. Рамка крепится к корпусу электрического фильтра. В случае надобности на входе в этот фильтр устанавливается защитная проволочная сетка.

Фильтры устанавливаются непосредственно на бетонном основании (рис. II. 28). Для обслуживания фильтра сконструнро-

тмпатмпа3 一 верти3 一 верти

тмпа

тмпа

3 一 верти

3 一 верти

ваны специальные переходные камеры, соответствующие по своим присоединительным размерам кондициюнерам Кд. Камеры могут быть снабжены механизированным промывным устройст вом, состоящим из вертикальной штанги — трубы 4 с закрепленными на ней форсунками — и привода. Штанга, укрепленная на ролике, насаженном на горизонтальный уголок, перемещается по поперечному сечению переходной камеры. Нижняя часть штанги сна'бжена упорным роликом с одной стороны и скобой с другой, скользящими по направляющей. Вода подается в штангу через гибкий шланг. Дверцы каме^ снабжены защитной электрической блокировкой и лампочкой, сигнализирующей

о наличии напряжения. Максимальная пропускная способность фильтра типа ФЭ ограничена величинами, указанными в табл. 11.17, где приведены основные технические показатели сборок (удельная воздушная нагрузка 7200 м3/ч- м2 входного сечения).

ТАБЛИЦА II 17

Основные технические показатели типовых сборок фильтров типа ФЭ

Показатели

Ф1Э1

ФЗЭ2}

Ф5ЭЗ

Ф8Э4

ФЮЭ5

Ф14Э6

Ф18Э7

Номинальная пропускная спо

собность, тыс. м3/ч

10

19

33

55

66

100

130

Площадь рабочего сечения (ок

ругленно), м2

1

3

5

8

10

14

18

Количество ячеек шириной, мм: 758

7

14

24

-

965

—

—

18

12

36

54

72

Потребляемый т-ок, мА ...

7

14

24

42

54

81

ПО

Потребляемая мощность, Вт ..

100

200

350

600

800

1100

1500

Масса, кг

205

367

583

363

1120

1640

2125

Сопротивление электрического фильтра без противюуносного фильтра при максимальной нагрузке составляет примерно 1 кгс/м2. При наличии дротивоуносного фильтра сопротивление принимается по графику на рис. П.З.

Пылеемкость фильтра зависит от заполнителя противоунос- ного фильтра. Пылевая характеристика при стеклов'олокнистом противоуносном фильтре представлена на графике рис. II.4. После замены запыленного противоуносного фильтра чистым сопротивление электрического фильтра восстанавливается до первоначалыного значения.

Для питания электрических фильтров типа ФЭ выпрямленным током высокого напряжения применяются полупроводниковые электроагрегаты типа B-U3/6,5-30. Агрегаты собраны по схеме выпрямления с удвоением напряжения и заземленным отрицательным полюсом. Максимальный ток нагрузкн агрегатов составляет 30 мА при напряжении положительной полярности 13 и 6,5 кВ.

Один электроагрегат В-13/6,6-30 может обеспечить питанием фильтры общей пропускной способностью до 20 тыс. мЗ/q. Ячейки фильтра соединяются между собой параллельно с помощью клемм и перемычек, предусмотренных в конструкции фильтра.

Фильтр включается кнопкой, расположенной на лицевой панели агрегата питания. О включении фильтра сигнализирует свечение л амты.

Расход воды на промывку составляет 0,5 м3 на 1 м2 входного сечения фильтра или 0,08 м3 на 1000 м3/ч пропускной способности фильтра при давлении воды 3 кпс/см2. Промывка ведется при полностью открытом вентиле до возвращения промывного ус-

тройства в исходнюе положение После промывки необходимо дать воде стечь в течение 5—10 мин, а затем рекомендуется включить вентилятор для сдувания оставшихся на пластинках крупных капель, могущих послужить причиной короткого замы кания, и для подсушки фильтра.

Несмотря на малую мощность агре-ата питания, заряд, на капливающийся в конденсаторах и конструкции фильтра, дости гает величины, опасной для человека. При выключении фильтра заряд стекает не мгновенно, и прикасаться к токопроводящим элементам можно не раньше чем через 30—60 с после отключе ния питания

Электрический фильтр ЭФ-2. Фильтр ЭФ-2 производства Ка занского завода медаппаратов представляет собой модифика цию фильтра типа ФЭ на пропускную способность до 2 тыс м3/ч (рис II29) Фильтр выполнен в жестком корпусе тумбочного типа Ионизационная и осадительная части фильтра объедине ны в одном узле, который устанавливается в корпус фильтра через монтажную дверцу Входной патрубок может снабжаться предохранительной сеткой В выходном патрубке корпуса уста новлена разъемная ячейка противоуносного фильтра Водорас пределительная гребенка также выполнена в виде ячейки Ячей ки извлекаются и устанавливаются через проемы в корпусе фильтра Переставляя эти ячейки и соответственно узел элект

Рис II 30 Эчектрофнльтр фирмы «Конкордия»

Рис II29 Электрофильтр ЭФ-2 с агрегатом питания В-13/6,5-30

родов внутри корпуса, можно пользоваться фильтром как для правого, так и для левого подсоединения к воздуховодам.

В днище корпуса фильтра установлен сифон для спуска промывочной воды в канализацию.

Сопротивление фильтров определяется так же, как в случае фильтров типа ФЭ.

Электрические фильтры фирмы «Конкордия». Фирма «Конкордия» (ФРГ) выпускает секционные электричеакие фильтры шкафного типа. Каждая секция представляет собой металлический шкаф, в который устанавливаются раздельные плюсовые и минусовые пакеты (рис. 11.30).

Ионизационная зона выполнена в виде металлической дверки, подвешенной на массивных шарнирных подвесках. Такое устройство позволяет извлекать пакеты осадительных электродов с фронта фильтров без их разборки. На тыльной стороне* аппаратов подвешена аналогичная конструкция, служащая для закрепления противоуносного фильтра. В качестве противоунос- ного фильтра применяются маты из упругого стекловолокна^

ГЛАВА III

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ ДЛЯ очистки ЗАПЫЛЕННЫХ ВОЗДУШНЫХ ВЫБРОСОВ

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

Для очистки запыленных воздушных выбросав создан большой ассортимент пылеуловителей, который в большинстве случаев позволяет произвести оптимальный выбор средств оч(и1стки соответственно ее задачам. Пылеуловители в зависимости от размеров эффективно улавливаемых частиц и эффективности их улавливания целесообразно подразделять на пять классов (табл. III.1).

Характеристика пылеуловителей, наиболее широко применяемых в нашей стране, дана в табл. III.2*. Из-за очень большого разнообразия конструктивных модификаций пылеуловителей в таблице не приведены их конкретные наименования.

Указанная в табл. III.1 эффективность позволяет оценить остаточное содержание пыли из условия отделения от воздуха только практически полностью улавливаемых частиц, размер которых указан во второй графе этой таблицы. Действительная эффективность пылеуловителей будет больше за счет частичного улавливания частиц меньшего размера Полная эффективность £ улавливания частиц должна рассчитываться по дисперсному составу конкретной пыли с учетом фракционной эффективности Еф пылеуловителей.

e = е0 + ①1 eф1 + 0 2 %2 + …，

где Ео — процентное содержание в пыли эффективно улавливающихся частиц; £©[, £фг и т. д.——эффективность улавливания фракций Ф〔,⑦2 и т. д., не улавливающихся полностью.

ТАБЛИЦА III 1

Классификация пылеуловителей по их эффективности

Класс пылеуловителя

^Размеры эффективно^ vлaвливaeмыx пыле-

Эффективность в зависимости от дисперсности пыли

” вых

частиц, мкм

группа пыли по дисперсности

эффективность, %

I

Более

0,3—0,5

(V

1 IV

<80 99,9—80

2

(IV

92—45

II

i III

99,9—92

III

1 111

99—80

I II

99,9—99

IV

8

99,9—95

>99,9

V

»

20

I

>99

Номенклатура пылеуловителей

8нд пылеуловителя

Тип пылеуловителя

Область наиболее целесообразного применения пылеуловителя

классификационная группа пыли по дисперсности

I

II

III

IV

V

Гравитацион

ные

Пылеосадочные камеры

V

+

+

—

2Q

Инерционные

Циклоны большой производительности (одиночные и групповые) Циклоны высокой эффективности .... Батарейные 手 циклоны* Центробежные скрубберы и циклон ы-про- мыватели Струйные мокрые типа Ротоклон и ПВМ .

Типа Вентури* ...

V

IV

IV

IV { IH [II 1III

+

+

丄

+

+

+

+

+

+

-Г

+

60

200 200

100

350

120

>1000 350 135

Промывате- ли

Пенные*

II

—

—

+

+

—

200

Тканевые

Сетчатые (для улавливания волокнистый пы - ли) Матерчатые (рукав - ные)*

V { II 1III

+

+

40—80

250

150

60

Электрические*

Электрические пластинчатые многопольные То же, однопольные .

I

II

——

十

60

30

Примечание Пылеуловители, отмеченные звездочкой, (ирименяются главным образом для технологической очистки газов и в данной книге не описываются Данные но батарейным циклонам приведены в работе [90], по пылеуловителям типа Вентури и пенным — в работе [I0S], по матерчатым (рукавным) пылеуловителям — в работе [107]. н。 электрическим пылеуловителям — в работе [ 106]

Пылеуловители применяются главным образом для улавливания из воздуха пылей II, III и IV групп по дисперсности. Пы- «1и V группы, как правило, не могут эффективно улавливаться в пылеуловителях вследствие их высокой дисперсности. Из рис. 1.1 можно видеть, что для достижения эффективности порядка 9095% должны улавливаться полностью частицы крупностью

0,1——0,2 мкм. Такая эффективность достижима только в воздушных фильтрах I класса. К I группе пылей по дисперсности отно сятся порошки, легко осаждающиеся под действием силы тяжести.

Пылеуловители I класса предназначены для эффективного улавливания пылей IV группы по дисперсности. Верхняя граница дисперсности этой группы пылей соответствует дымам металлургических печей, а также конденсационным туманам кислот и масел.

В п. 3 главы I было показано, что частицы размером 0,3— 0,5 мкм .могут улавливаться пленками воды при скоростях столкновения порядка 102 м/с. Такие условия могут быть созданы в так называемых высоконапорных пылеуловителях ти'па Вентури, для использования которых необходимо располагать давлениями порядка 1500 кгс/м2.

Требованиям этого класса могут удовлетворяггь также рукавные пылеуловители некоторых конструкций при соответствующем выборе фильтровальных тканей, режима использования и ап особ а регенерации и, кроме того, много1полыные электрические пылеуловители. В практике очистки вентиляцисинных выбросов пылеуловители этого класса применяются редко.

Улавливание частиц размером более 2 мкм из лылей Ш группы легко осуществляется в пылеуловителях типа Вентури II класса, а также в многочисленных разновидностях тканевых и электрических пылеуловителей II класса при обычном режиме их использования. Из инерционных пылеуловителей требованиям II класса могут удовлетворять также струйные (пылеуловители тина Роток л он, ПВМ и т. п. при сапротшвлении 300——350 кгс/м2.

Частицы размером 4 мкм и более улавливаются струйными пылеуловителями при потерях давления 80——120 кгс/м2. Требованиям III класса эффективности при таких же потерях давления удовлетворяют также многочисленные разновидности пылеуловителей циклонного типа, смачиваемых водой, и ленные пылеуловители. Электрические пылеуловители для улавливаиия частиц данной крупности, как правило, не применяются. Матерчатые 'пылеуловители с рукавами из облегченных тканей иногда применяются для улавливания пылей II и III группы органического и синтетического происхождения, которые вследствие небольшой плотности и других специфических особенностей не могут эффективно улавливаться в инерционных пылеулов1ителях (волокнистая пыль текстильных предприятий, некоторые разновидности древесной пыли и т. in.).

Пылеуловители IV класса представлены простейшими мокрыми пылеуло в и те л я мм с перепадом давления примерно 100 кгс/м2? высокоэффективным1И циклонами CH, СКН, УЦ, СИОТ и батарейными циклонами, расходующими напор 200 кгс/м2 и больше Пылеуловители IV класса улавливают достаточно полно пыли II группы, а некоторые из них применяются и для улавливани?

пылей III грумпы, хотя, (например, эффекти1вность циклонов при улавливании цементной пыли редко превышает 70%.

К пылеуловителям V класса можно отнести циклоны средней эффективности большого диаметра, например ЦП-24, хорошо приспособленные к большим пылевым нагрузкам, пылеосадочные камеры и т. д.

Выявление сравнительных показателей эффективности пылеуловителей все еще представляет большие трудности. Эффективность пылеуловителей в первую очередь зависит от дисперсности пыли. При лабораторных определениях дисперсности пыли шутем анализа осажденной пыли не учитывается, что в действительности часть пыли двигалась в потоке в виде комков той или иной величины и плотности, улавливаясь легче, чем отдельные частицы. При оценке эффективности пылеуловителей нужно иметь в виду истинный д'иапер|сный состав пыли. В связи с этим дисперсный состав должен определяться пылеизмерительными приборами (трехцикланным пылемером, каскадным импактором и т. п. [121]) непосредственно в потоке перед входом в пылеуловитель. Техника исследований состава пыли в потоке в настоящее время энергично развивается, однако данных о дисперсном составе пыли в потоке накоплено все еще недостаточно. Большинство показателей эффективности, определенных при испытаниях, справедливо лишь для конкретных условий и методики проводи'В1ШиХ'СЯ иапытаний. Они определяют только порядок величины эффективности и в принципе пригодны лишь для сравнения пылеуловителей.

Сопоставимых объективных данных об эффективности пылеуловителей не имеется. Показатели эффективности, опубликованные в литературе, как правило, завышены. В ряде случаев запылениэ производится механическим дозированием, и пыль движется в виде комков, только частично распадающихся в воздушном потоке. Иногда запыленный таким образом воздух пропускают через канал с суженной горловиной типа трубы Вентури, с тем чтобы использовать для дезагрегации пыли развивающуюся здесь турбулентность. Более эффективным является, по-видимому, использование струи сжатого воздуха, вытекающей из сопла с большой скоростью и дезагрегирующей подаваемую в нее пыль. Степень дезагрегации, достигаемой благодаря такому способу распыла, зависит от скорости истечения воздуха из соп-

Рис. III.1. Влияние скорости истечения воздуха из сопла генератора аэрозоли на эффективность пылеуловителяРис. III.1. Влияние скорости истечения воздуха из сопла генератора аэрозоли на эффективность пылеуловителя4* Зак 11699

Рис. III.1. Влияние скорости истечения воздуха из сопла генератора аэрозоли на эффективность пылеуловителя

Рис. III.1. Влияние скорости истечения воздуха из сопла генератора аэрозоли на эффективность пылеуловителя

ла. На рис. Ш.1 показано изменение эффективности одного и того же пылеуловителя в процессе лабораторных испытаний, когда при примерно лостоянной концентрации одной и той же пыли [пылевидный кварц, дополнительно измельчавшийся в течение 60 мин в 1шаровой мельнице типа М-1 (линия 6 на рис. 1.1) ] изменялся расход сжатого воздуха. Уменьшение эффективности пылеуловителя с увеличением скорости струи, вытекающей из сопла, свидетельствует о повышении степени дезагрегации пыли. В соответствии с результатами этих исследований при проведении испытаний в ЦНИИ|Промзданий скорость истечения поддерживалась на уровне 150—180 м/с.

Отбор проб при испытаниях лроизводился при помощи пылеизмерительных трубок с внутренней фильтрацией, снабженных удлинителями (см. п.1 главы II).

ПЫЛЕОСАДОЧНЫЕ КАМЕРЫ

В пылеосадочных камерах отделение пыли происходит в результате ее осаждения под действием собственного веса. Как было показано в п. 3 главы I, длина камеры, необходимая для полного осаждения из ламинарного потока всех частиц со скоростью витания % определяется формулой

При этом эффективность осаждения пыли не зависит от распределения скоростей w по поперечному сечению камеры, если поток полностью заполняет это сечение. Поскольку, как правило, поток запыленного воздуха ввоД|Ится в камеру через отверстие сравнительно небольшого размера, для соблюдения этого условия необходимо предусматривать соответствующие воздухораспределительные устройства, илаче поток будет протекать через камеру с большой скоростью в виде струи ограниченного сечения.

В широко применявшихся ранее камерах большой 'пропускной способности с этой целью устраивалось несколько рядов вертикальных завес из металлических цепей, стержней и т.п., своим сопротивлением вынуждавших поток заполнять все сечение Пыль, оседавшая на таких завесах, периодически стряхивалась либо ссыпалась под действием собственного веса.

Вследствие большого размера камер течение в них практически всегда является турбулентным. Выше было шоказано, что турбулентная структура потока вносит существенные коррективы в закономерности гравитационного осаждения.

Определим по уоавнению (131) граничный размер частиц для конкрет ной пылеосадочной камеры неограниченной длины высотой 1,5 м. Учтем npd этом, что 1вел1ичины а и 电，зависящие от отношения //&, изменяются по опытным данным в пределах 1 &а£2 и 0,2£拓£0,5 и примем для нашег( случая а=1,5 и 也=0,25 [16]. Коэффициент трения 九，зависящий от скоро

сти потока, для гладких стенок 11PM скорости примерно 1 м/с можйо принять равным 0,0177. После вычислений получим.

必=4,55必=4,55Ут-Ут-

必=4,55

必=4,55

Ут-

Ут-

4,練黛4,練黛ного размера оседающих частиц от средней скорости турбулентного потока в пылеосадочзной ка-ного размера оседающих частиц от средней скорости турбулентного потока в пылеосадочзной ка-

4,練黛

4,練黛

ного размера оседающих частиц от средней скорости турбулентного потока в пылеосадочзной ка-

ного размера оседающих частиц от средней скорости турбулентного потока в пылеосадочзной ка-

На рис. 111 2 показана зависимость граничного размера частиц от средней скорости потока для указанных условий, построенная в предположении полного увлечения частиц пульсациями скоростей, Приближенный учет степени у1влечения частиц крупнее 30 мкм отражен пункт^р-ной частью кривой. График построен для скорастей в пределах до 2 м/с, которые могут наблюдаться в пылеосадочных камерах и коллекторах для запыленного воздуха, а также в некоторых залыл&нных помещениях, вентилируемых путем создания организованмот© цротекания воздуха по всему сечению.

Необходимо учитывать, что частицы, находящиеся вблизи границ потока, в частности у дна камеры, могут получить импульс, достаточный для того, чтобы дэстипнуть дна. Поэтому частичное оседание частиц размером меньше граничного все же происходит.

График на рис. Ш.2 оценивает предельные возможности пылеосадочных камер и может быть использован для составления предварительного суждения о целесообразности применения камер.

мере

Рис. Ш.З. Схема циклона

J — входной патрубок； 2 ——цилиндрическая часть циклона; 3—конуо ная часть циклона, 4 — пылеосадоЧ' ный бункер; 5 ——пылевой затвор; 6 — выхлопная труба; 7 — раскручивающий аппарат дня выброса очищенного воздуха

Ранее применялись камеры полочного типа, разбитые пэ высоте потока полками для уменьшения времени, требуемого для осаждения частиц. Использование таких камер значительно затруднялось необходимостью непрерывного или во всяком случае достаточно частого удаления оседающей пыли, поскольку она

уменьшает просвет между полками, что при&одит к увеличению скорости потока воздуха и заметному снижению эффективности пылеуловителя.

Известны также лабиринтные камеры В. В. Батурина с удлиненным, путем введения поперечных перегородок, газовым трактом. В данном случае скорость запыленной струи гасится поперечными перегородками, причем скорость уменьшается очень быстро вследствие растекания струи во все стороны. В то же время отделению пыли способствуют образующиеся здесь «ва- довороты» с вертикальной осью вращения.

циклоны

Общие сведения об аэродинамике циклонных пылеуловителей

Сухие инерционные пылеуловители, как правило, имеют простую конструкцию, обладают большой пропускной способностью и несложны в эксплуатации. Ввиду этих иреимуществ некоторые виды инерционных пылеуловителей получили широкое распространение. Наиболее характерными представителями этих пылеуловителей являются циклоны.

Общая схема циклом а представлена на рис. III.3. Запыленный воздух вводится тангенциально з верхнюю часть циклона, представляющую собой закручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образуемому цилиндрической частью циклона и выхлопной трубой, в его комусную часть, а затем, продолжая вращаться, выходит из циклона через выхлопную трубу. Схематическое изображение токов на рисунке для наглядности несколько упрощено. В действительности на основное течение накладываются специфические циркуляционные течения (см. далее) .

Аэродинамические силы искривляют траектории частиц. Те из частиц, масса которые достаточно велика, успевают достигнуть стенок циклона, т. е. отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия осевого течения отделившиеся частицы опускаются и через пнлевьшускное отверстие проходят в бункер, где оседают.

На рис. III.4 изображены схемы цикланов нескольких типов одинакового назначения. Схемы построены в одном масштабе, причем размеры всех представленных циклонов выбраны из условия примерно одинаковой их производительности. Обращает на себя внимание разнообразие консгруктивных форм циклонов, которое далеко не исчерпывается 1изображенными на рисунке аппаратами. В частности, существуют циклоны с прямоточным движением воздуха, с осевым вводом запыленного потока через закручивающий аппарат и ряд других конструктивных модификаций, не показанных на рисунке. Единого критерия для выбора

a)a)炉)6)2) d) ё) Ж)炉)6)2) d) ё) Ж)Рис III 4 ЦиклО1Ныa — МИОТ; б — ГДПЦ; в —ЦН-15; гФайфел»; ^—ЛИОТ;е — СИОТ, м — СДК-ЦН-33Рис III 4 ЦиклО1Ныa — МИОТ; б — ГДПЦ; в —ЦН-15; гФайфел»; ^—ЛИОТ;е — СИОТ, м — СДК-ЦН-33

a)

a)

炉)6)2) d) ё) Ж)

炉)6)2) d) ё) Ж)

Рис III 4 ЦиклО1Ны

a — МИОТ; б — ГДПЦ; в —ЦН-15; гФайфел»; ^—ЛИОТ;

е — СИОТ, м — СДК-ЦН-33

Рис III 4 ЦиклО1Ны

a — МИОТ; б — ГДПЦ; в —ЦН-15; гФайфел»; ^—ЛИОТ;

е — СИОТ, м — СДК-ЦН-33

оптимальной формы циклонов еще не существует, однако в конструкциях наиболее современных циклонов все четче проявляется тенденция развития конусной части. В связи, существующей между геометрической формой циклонов и их эффективностью, проявляется влияние на последнюю сложной аэродинамики течений, возникающих в этих аппаратах.

Рассмотрим прежде всего распределение скоростей по радиусу циклона. М'ожно принять, что в периферийной части течения, которая предста'вляет собой внешнее поле вихря, скорости изменяются по закону площадей. Внутренняя часть течения, или ядро вихря, по многочисленным наблюдениям вращается как твердое тело, т. е. отличается постоянством з.

'Согласно Барту [6], радиус Rb ядра вихря в циклонах равен диаметру выхлопной трубы Ri； по Стойрманду, он равен V2 Ri [98]; по Тер-Л'индену — 2/3 R [103]. Полагая, что эта величина может быть различна в зависимости от условий эксперимента, примем ее ввиду неопределенности равной R】.

Изменение скорости газового потока всегда сопровождается изменением существующего в потоке статического давления. В криволинейном потоке наличие центробежных сил обусловливает изменание давления также в налравленкн, inepinендикулярном линиям тока. Градиент статического давления определяется пр^ этом выражением

dp = ? “ r - dR.(Ill. 1)

Пользуясь этим выражением, можне определить давление в заданной точке криволинейного потока. В частности, когда распределен,ие скоростей в потоке определяется гиперболическим законом, k必

w = — и р — р + с.

Постоянную интегрироватия можно выбрать из условия, что у стенки циклона, т. е. при R=R2, давление достигает наиболь шей величины р = Р2・ Тогда

--Р旦(丄一当).2\ g 电/--Р旦(丄一当).2\ g 电/(Ш 2)(Ш 2)

--Р旦(丄一当).

2\ g 电/

--Р旦(丄一当).

2\ g 电/

(Ш 2)

(Ш 2)

Как видно из последней формулы, давление непрерывно уменьшается по мере уменьшения радиуса или приближения к ядру вихря.

Исследование изменения давления в области RvRb, занято仃 ядром эихря, может быть 1произведено с помощью уравнение Эйлера для движения идеальной жидкости. Если пренебречь объемными силами, то для движения в плоскости, параллельной плоскости ХОУ, это уравнение в данном случае будет иметь следующий вид:

др

Оу，

*или после И1нтегрирования

(1П.З)

На границе вихревого ядра, т. е. при R = &, и ⑵=铀 давле ние определяется выражением (Ш.2). Определяя из этого уело вия постоянную интегрирования и подставляя ее значение в уравнение (Ш.З), находим:

90)2及В十Р亏R90)2及В十Р亏R(HI 4)(HI 4)

90)2

及В十Р亏R

90)2

及В十Р亏R

(HI 4)

(HI 4)

Это выражение показывает, что давление продолжает убывать по мере уменьшения R также и внутри вихря. На оси вращения R=0 и давление равно:

Ро = Рг + р — Р % • О" 5)

Последняя формула дает величину минимального избыточного давления, достигаемого в циклонном аппарате.

На рис. III.5 П|редставлено изменение статического давления и тангенциальных составляющих скоростей, замеренное Тер-Линденом в нескольких 1поперечных сечениях циклона [103]. Оказалось, что в сечениях, не слишком удаленных от входного, вблизи стенок (欠=尺2)давление мало отличается от давления во входном патрубке (90 кге/м2), а тангенциальная составляющая скорости примерно равна средней скорости входа в циклон (10,7 м/с). Ниже, в особенности в конической части, тангенциаль-

ные составляющие скоростей возрастают. Соответственно увеличивается скоростное давление и уменьшается статическое.

Во всех сечениях в периферийной части потока наблюдается увеличение тангенциальной составляющей скорости по радиусу по мере удаления от стенок циклона, причем форма кривой распределения скорости действительно близка к гиперболе. В средней части потока распределение скорости характеризуется постов

Рис III5. Изменение тангенциальных составляющих скоростей (а) и сгатического давления (б) в поперечных сечениях циклона

янством угловой скорости. Давление падает по радиусу к центру циклона, достигая минимума на оси вращения. В пылевыпускном отверстии давление составляет —30 кгс/м2. Расчеты показывают, что разрежение на оси соответствует величине, получаемой по формуле (III.5). Пользуясь этой формулой, а также формулой (1.4), можно с достаточной для практических целей точностью определить разрежение, которое устанавливается в пылесборном бункере циклона.

Из практики хорошо известно, что при недостаточной герметизации пылевыттускного тракта через него происходит интенсивный подсос воздуха, сводящий на нет эффект сепарации.

Для частиц воздуха, находящихся в плоскости, удаленной от днища циклона, радиальный прадиент давления уравновеш-ивает- ся центробежной силой. Вблизи же неподвижных поверхностей

тангенциальная составляющая скорости воздуха вследствие тре

ния уменьшается и, следовательно, уменьшается также центробежная сила. Так как радиальный градиент статического давления здесь такой же, как и на бюльшом расстоянии от поверхностей, равновесие между силами статического давления и центробежной силой нарушается и возникает радиальное течение,

направленное к оси вращения, т. е. радиальный или осевой сток Из условия не|разрывности этот сток, в свою очередь, вызывает

осевое течение, направленное по внешней нормали к днищу, и

Рис. III6 Схема вторичных токов вРис. III6 Схема вторичных токов вциклонециклонеподтекание воздуха вдоль образующих цилиндрической части циклона. У. Бёдл- вадт исследовал случай, когда вращение жидкости происходит с постоянной угловой скоростью [117]. Оказалось, что максимальное значение радиальной составляющей скорости равно половине значения тангенциальной составляющей скорости в удалении от днища.

Рис. III6 Схема вторичных токов в

Рис. III6 Схема вторичных токов в

циклоне

циклоне

На рис. III.6 показана схема циркуляции, возникающей в циклонном аппарате. В верхней части аппарата вторичные токи сливаются с парным вихрем, образующимся при тангенциальном втекании струи в циклон.

Образование парного вихря объясняется тем, что по мере удаления от оси вращения скорость газа уменьшается, вызывая возрастание давления. Повышение давления достигает наибольшей величины в слоях воздуха, прилегающих к внешней границе потока. Под влиянием этого давления воздух перетекает вдоль внешних границ в сторону низких давлений, образуя парный вихрь, который может быть назван вторич-

ным, так как вызван основным вихревы\т

течением в циклоне.

Верхняя часть вторичного вихря циклона устремляется пэ кратчайшему пути к устью выхлопной трубы, а нижняя, распространяясь вдоль образующих циклона, формирует восходящий поток циклона, как это показано на рис. III.6.

Эффективность циклонов

Вторичные токи оказывают большое влияние на эффективность циклонов, причем верхняя ветвь вихря является кратчайшим путем для выноса пыли в выхлопную трубу. Для ослабления

влияния этого течения увеличивали глубину погружения выхлопной трубы. Исследования показали, что с увеличением глубины ее погружения действительно наблюдается повышение эффективности, связанное, по-видимому, с уменьшением выноса вторичным течением пыли, не успевавшей при меньшем погружении за короткое время формирования вращающегося потока перейти из слоев воздуха, опускающихся вдоль выхлопной трубы, в более удаленные слои. При дальнейшем погружении эффективность вновь падает-

Более детальные исследования показали, что для каждой схемы циклонов существует оптимальная глубина погружения выхлопной трубы. После превышения этой глубины эффективность, начинает снижаться, что может быть объяснено усилением радиальных составляющих скоростей. Ниже устья выхлопной трубы ■от основной массы опускающегося вниз потока постепенно отделяются внутренние слои, так что в конце концов весь объем воздуха переходит из нисходящего потока в восходящий. При благоприятных условиях эти слои очищены от пыли, концентрация которой в опускающемся потоке возрастает. При глубоком погружении выхлопной трубы высота участка, на котором происходит 'переток воздуха из нисходящего в восходящий ноток» уменьшается, а скорости леретока возрастают. Радиальные составляющие скорости препятствуют сепарационному движению частиц к периферии, определяя своей величиной крупность частиц, которые будут ими вынесены в выхлопную трубу циклана.

Увеличение высоты конической части, по-видимому, способствует большей равномерности скоростей стока. Большое влияние на эффективность циклонов оказывает радиальный сток в самом нижнем сечении циклона ——на поверхности уже отложившейся пыли. Возникающее здесь донное течение размывает отложившуюся пыль и перемещает ее к оси подобно тому, как течения, образующиеся в стакане с чаем при его перемешивании, перемещают чаинки или сахарный песок. Взмученная пыль подхватывается осевым потоком и выносится из циклона.

Рассмотрим влияние радиального стока на примере криволинейного канала, показанного на рис. 1.2. Будем считать этот канал элементом циклона с наружным диаметром 1000 мм, а скорость стока ——постоянной ио высоте циклона. Аэродинамическая сила, приложенная к частице, находящейся на расстоянии 尢 от оси циклона, вследствие этого равна:

Ф

尸=6 л: г Ав —,

где Ф — сток на единице высоты Н циклона, т. е.

m Q

2 л Я

Под влиянием этой силы частицы приобретают некоторое дополнительное радиальное ускорение.

Стойрманд, а затем Барт предлагали учитывать радиальный сток, вводя второе необходимое условие сепарации частиц, а именно: условие равенства центробежной силы частицы, находящейся на границе осевого течения, увлекающей силе радиального стока. По этой концепции уравновешенные таким образом частицы вращаются на стационарной кольцевой орбите и имеют равную вероятность быть снесенными в выхлопную трубу или остаться в циклоне и быть уловленными.

Радиальный сток может быть учтен в дифференциальных уравнениях движения частиц (1.22) и (1.23):

dR dr"

1

dR

(力 + c0 e

ф

—0;

(III. 6)

'dt

R3

&2R

1

dR

E2

Ф

=0.

+ — •

dt

Jr

(П1.7)

Снос частиц под влиянием радиального стока был определен в работе [75] путем приближенного расчета некоторой части траекторий частиц с разложением функции в ряд. ВпО'Следствии расчет был «проверен с .применением аналоговой модели Н. В. Киселевым, И. С. Нагорским и С. П. Вол кусом [45]. Результаты этого исследования, показанные ,на рис. III.7, хорошо совпадают с результатами расчетов, проведенных автором позже на ЭВЦМ. Штрихпунктирными линиями показано влияние стока.

Рис. III.7. Расчетные траектории (б) с учетом радиального стокаРис. III.7. Расчетные траектории (б) с учетом радиального стокачастиц диаметром 20 мкм (а) и 150 мкмчастиц диаметром 20 мкм (а) и 150 мкм

Рис. III.7. Расчетные траектории (б) с учетом радиального стока

Рис. III.7. Расчетные траектории (б) с учетом радиального стока

частиц диаметром 20 мкм (а) и 150 мкм

частиц диаметром 20 мкм (а) и 150 мкм

На рис. 1.5 показана качественная картина изменения ралм- альной составляющей скорости частицы под влиянием стока в фазовой .плоскости (кривая 3). В данном случае скорость частицы, п,ри прочих равных условиях, не достигает значения ь^макс. • Постепенно убывая, она становится равной нулю на расстоянии максимального удаления от оси вращения, равном R* • Если

*>Ri, то частица будет вращаться по стационарной орбите, периодически отклоняясь от нее, как показано на рис. 1.5, под влиянием сил инерции； при R* 之Ri частица выносится в осевой поток.

Рассмотрим вход частицы в циклон (力=0, R = Ro). Как видно из рис. III.8, радиальная составляющая скорости dR/dt = O. Тог- ла из уравнения (III.6) следует, что в зависимости от размера частицы могут двигаться к наружной стенке (т>Ф/и；о, см. рис. Ш.8,а) или, наоборот, сноситься к оси вращения (т<Ф/шо» см. рис. Ш.8,6). Из рис. III.8, где схематично показаны также контуры циклона, видно, что для соприкосновения частицы со стенкой в обоих случаях необходимо соблюдение условия R* 乒

На рис. II1.8 показана также качественная картина изменения первых трех производных радиуса R, из которой следует, что значению R* соответствуют dR/dt = d3R/dt3 = Q.

Рис. III.8. Качественная картина изменения величины /? и ее произвол* ных

Продифференцировав уравнение (III.6) и введя в него и в полученное дифференциальное уравнение третьего 'порядка эти значения, получим:

曜=*(々 + %0-*/Т)伊十3%「叫. (III.8)

Если принять R* = Rj, получим связь между аэродинамическими и геометрическими параметрами циклона и размером частиц, улавливаемых с эффективностью 100%:

где

(III.9>

厶=(论 + Со е- ’*/т)伊 + 3 %「％勺.

Если частица оказывается на расстоянии R* в начальный период движения, т. е. при £*《т, например в случае крупных частиц и Ro>Rm, то ki! = wGR0 (3gRo—2k), а при 力*》т, например для мелких частиц, ^*=Л2.

При £*》т из выражения (III.8) получим:

也b5

(III.10>

При определении стока Ф следует учитывать, что он неодинаков в цилиндрической и конической частях циклона.

Влияние стока Фц сказывается на всей протяженности траектории частиц в циклоне, поэтому основное дифференциальное уравнение движения частиц (III.6) несколько меняет свой вид. Пользуясь интегралом Дирихле, его можно представить следующим образом:

cPR 1

dRdt

(々 + %е-〃т)2

R3

.①ц +①к . Фц —①к 2 r sin (R — Q) / nZTTT 11V

++1 xd%=0・(1П. 11)

О

Учитывая, что на входе в цилиндрическую часть циклона час- стицы распределены по сечению равномерно, фракционную эффективность можно выразить формулой

% =(III. 12>

С помощью зависимостей (III.9) — (III.12) можно оценить фракционную эффективность конических циклонов.

В качестве примера рассчитаем эффективность циклона СДК-ЦН-33 диаметром 0=2^2=30 см, график фракционной эффективности которого, полученный в результате экспериментального исследования, приведен в работе [115].

В соответствии с условиями экспериментов и схемой циклона (см. рис. III 11) примем* ауц = 200 см/с; р = 2,67 г/см3; ц= 1,81 • 10~4 г«с/см2; Q = = nJ?^ 切口 = 14,15・ IO’ см%; //口 =0,535。16 см; //K = 3D=90 см; Ь — = 0,2640^7 см; "ни = 0,334 10 см;

Q

0,535 Din

R2 + ь

= 2,07-104 см2/с.

В цилиндрической части циклона со спиральным зак1ручИ1вающнм апла* ратом, где периферийная часть течения отделена от ядра стенкой выдлапний!

за один оборот поток полностью В соответствии с этим сток в ци-1400 см2/с.за один оборот поток полностью В соответствии с этим сток в ци-1400 см2/с.трубы, сток обусловлен воздействием на поток стенки з ак^р учив ающег о аппарата. Как видно из схемы на рис. IIL11, оттесняется на расстояние от Rz+匕 до лнндрической части циклона равен:

за один оборот поток полностью В соответствии с этим сток в ци-

1400 см2/с.

за один оборот поток полностью В соответствии с этим сток в ци-

1400 см2/с.

Определим размер частиц, достаточно полно, например на 99,5%, достигающих стенки циклона в его цилиндрической части

Из выражения (III.12) следует, что в данном случае радиус стационарной орбиты таких частиц должен быть не менее величины

R* = Rz + 0,995 6 仁 23 см.

Подставляя в формулу (III 9) значение D=2R*, получим:

1400°，5

“0,995 = 3,6、10 2 23 2,07・]04 = ]3・]0 4 см.

Допустив, что /е=const для всего нисходящего течения, можно оценить также граничный размер частиц, эффективность отделения которых в конической части циклона близка к нулю, например равна 0,5%. Очевидно, что значение 2/?* для этих частиц меньше диаметра восходящего потока в нижней части циклона на уровне пылевышускного отверстия (£>вып).

Специальных исследований для выявления этого размера не проводилось, однако, согласно работе [103], можно принять его цримерно равным 0,1 Овыл^^ 1 СМ.

Радиальный сток в конической части равен:

Q

① к =* = 250 см2/с.

Принимая для приближенной оценки, что равномерность распределения частиц сохраняется и на входе в коническую часть циклона, формулу (IIL12) можно на/писать в виде

口 R* — °, 1 Квнп

после чего, пользуясь формулой (III.9), получим:

250。，5

d0>05» 3,6.10-2-1,2 2 о?】庐= 0,33.10-4 см.

Таким образом, расчетом установлены две точки зависимости фракционной эффективности циклона £ф(d), которая в вероятностно-логарифмической сетке >имеет вид прямой [2]; размер частиц, полностью отделяющихся из шот ок a, d>13 мкм и размер частиц, совершенно не улавливаемых циклоном, dV0,3 мкм. На рис. III.9 показана расчетная зависимость Еф (d)—линия 7, удовлетворительно совпадающая с экспериментальной зависимостью (линия 5).

На практике часто применяют циклоны значительно большего размера. Из уравнения (IIL9) следует, что с увеличением диаметра циклона размер улавли!ва&мых частиц должен увеличиваться пропорционально 。口寺.Таким образом, циклоном, диаметр которого равен, например, 280 см, будут эффективно уловлены частицы крупнее примерно 40 мкм.

На рис. III.9 показаны расчетная зависимость циклона СК-НИИОГаз диаметром 280 см (линия 8), по схеме мало отличающегося от рассмотренного, и экспериментальные точки, определенные в работе [91], подтверждающие это положение.

Некоторое расхождение с экспериментальными данными в нижней части линий может быть обусловлено тем, что при построении эксперимен-

тальных графиков в области малых значений Еф, где получить достоверные данные чрезвычайно сложно, обычно исходят из предположения, что начало функции Еф1(</) совпадает с началам координат Как видно из приведенного анализа, существуют частицы, которые вследствие своей малости совершенно не улавливаются циклонами.

В приведенном анализе не учитывалось возможное влияние упругого отскока от стенок циклона и влияние турбулентноеiи потока Влияние первого фактора смягчается быстрым затухай и ем ^五 и большой концентрацией частиц вблизи стенок, в особенности в конической части циклонов с возратным течением. Т\р- булентные пульсации могут оказывать определенное влияние на движение частиц по стационарной орбите в опасной зоне, вблизи /?ь Исследования В. Ю. Падва дают основание полагать, что оно может быть положительным, так как уменьшает долю частиц, сносимых к центру течения [65].

Рис III 9 Фракциомпая эффективность циклонов НИИОГаза экспериментальная (циклонов диаметром 300 мм при р =2,67 г/см3) / — ЦН 24,2 — ЦН 15y3 — ЦН 15,4 — UH 11,5 — СДК ЦН 336 — СК ЦН 34

расчетная 7 — СДК-ЦН 33 диаметром 300 мм, S — СК-НИИОГаз диаметром 2800 мм, точки — экспериментальные данные по работе [91]

На основании изложенного сепарационный процесс, происходящий в циклонных аппаратах, можно представить следующим образом. При входе в циклон пылевые частицы в силу инерции вначале движутся по прямолинейным траекториям. Затем увлекающее воздействие вращающегося воздушного потока искривляет их траектории, причем тем больше, чем больше расстояние от места входа частиц до наружной стенки циклона. Начальный

участок движения характеризуется энергичной сепарацией наиболее крупных частиц из периферийной части потока. При дальнейшем движении частиц тангенциальная 'составляющая их скорости приближается к скорости потока воздуха. Здесь сепарация частиц определяется непрерывным изменением вектора тангенциальной составляющей скорости воздуха и, вследствие этого, наличием радиальной составляющей скорости частицы относительно среды. При достаточной продолжительности движения из потока могли бы быть выделены частицы любого размера. Этому, однако, препятствуют некоторые факторы. В циклонах © возвратным движением потока сепарация частиц закономерно ограничивается |радиальным стоком, который препятствует центробежному движению крупных частиц и увлекает мелкие частицы в направлении восходящего потока. Те из частиц, для которых увлекающая сила стока уравновешивается силой инерции на стационарной орбите вращения в пределах нисходящего потока, вступают в соприкосновение со стенками циклона и могут быть уловлены, а более мелкие выносятся в восходящий поток и покидают циклон с осевым течением.

В результате сепарационного процесса периферийные слои цикло1нного течения обогащаются пылевыми частицами. Чем больше концентрация частиц в очищаемом воздухе, тем больше плотность частиц в периферийном слое и тем больше вероятность их столкновений. В результате этих столкновений неупорядоченные движения одиночных частиц, в частности при их отскоке, в некоторой мере амортизируются другими частицами. Таким образом, с тювышением)начальной концентрации эффективность сепарации должна возрастать, как это и наблюдается на практике.

Конструкции циклонов

Подразделение циклонов на аппараты большой производительности и аппараты повышенной эффективности возникло сравнительно недавно и носит качественный характер К циклонам большой производительности принято относить аппараты с диаметром более 600 мм, а к высокоэффективным — аппараты с меньшим диаметром и, как правило, с более развитой конической частью, иногда объединяемые для получения нужной пропускной способности в групповые установки.

Результаты многочисленных испытаний циклонов показали наличие связи между эффективностью циклонов и их сопротивлением, а именно: эффективные циклоны обладают бдльшим сопротивлением.

Циклоны НИИОГаза. Различают две группы циклонов НИИОГаза: цилиндрические и конические.

ТАБЛИЦА Ш 3

Основные размеры цилиндрических циклонов НИИОГаза (в долях

■от диаметра циклона 0)

Размеры

ЦН-Н

ЦН-15

ЦН-15у

ЦН-24

Внутренний диаметр циклона D . Высота*

входного патрубка а выхлопной трубы 左т

цилиндрической части 〃口 ... конической части "к внешней части выхлопной трубы "в

Внутренний диаметр:

ВЫХЛОПНОЙ Трубы Овым ..•・

пылевыпускного отверстия циклона -О в ы п

Ширина входного патрубка А ...

Длина входного патрубка / ....

1

0,48 1,56 2,06 2

0,3

1

0,66

1,74

2,26

0,3

0

0,3 0 0

1

0,66 1,5 1,51 1.5

0,3

,59

—0,4 ,26

,6

1

1,11

2,11

2,11

1,75

0,4

В системах вентиляции .применяют главным образом цилиндрические циклоны серии ЦН (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24) с удлиненной цилиндрической частью (рис. НЕЮ и табл. III.3). которые характеризуются умеренным сопротивлением. Верхней плоскости циклена щридана винтовая форма, причем наклон

входного патрубка в соответствие с обозначением циклонов составляет 11, 15 и 24°. Отношение диаметров выхлопной трубы и цилиндрической части °внх/О во всех циклонах составляет 0,59 [38]. Циклоны ЦН-15у отличаются от ЦН-15 только меньшей высотой.

Пылесборный бункер, как правило, выполняется цилиндриче-

立14

ским с диаметром О】а 1,50. Высота цилиндрической части бункера принимается равной 0,80]. Коническое днище бункера выполняется с углом наклона стенок 60°. Для установки на опорные конструкции бункера снабжаются опорными лапами по МН 6128-63. Плоские крышки цилиндрических бункеров снабжаются ребрами жесткости с учетом разрежения, которое может возникать в бункере.

Диаметр отверстия для выгрузки пыли .принимается в зависимости от емкости бункеров от 0,2 до 0,5Q. Как правило, диаметр отверстия не должен быть меньше 200 мм, однако в бункерах диаметром меньше 500 мм иногда делают отверстия диаметром 150 и даже 100 мм. При улавливании слипающейся и плохо ссыпающейся пыли размер пылевыпускных отверстий бункеров и самих циклонов диаметром <500 мм следует лринимать равным 0,550. Общая высота циклона в сборе с бункером составляет от 6 до 7 D.

Конические циклоны серии С (сажевые) типов СДК-ЦН-ЗЗ и СК-ЦН-34 отличаются от цилиндрических циклонов серии ЦН значительно большим сопротивлением, но и существенно большей эффективностью и в некоторых случаях могут обеспечить надлежащую очистку выбросов, заменяя более сложные в эксплуатации мокрые пылеуловители.

Внешне циклоны серии С отличаются более удлиненной конической частью, спиральным входным патрубком и меньшим диаметром выхлопной трубы (рис. III.11 и табл. IIL4): отношение Овнх/О в рассматриваемых циклонах составляет соответственно 0,334 и 0,34.

ТАБЛИЦА Ш 4

Основные размеры конических циклонов НИИОГаза (в долях от диаметра D цилиндрической части циклона)

Размеры

сдк-цн-зз

СК-ЦН-34

Внутренний диаметр цилиндрической

части D

1

1

Высота:

входного патрубка а

0,535

0,515

цилиндрической части Нц ..,

0,535

0,515

конической части Нк

3

2,11

внешней части выхлопной трубы

hB

0,2—0,3

0,2—0,3

Внутренний диаметр:

ВЫХЛО1П1НОЙ Трубы Овых . •・ ・

0,334

0,34

пылевыпускного отверстия 。^区口 .

0,334

0,229

Ширина входного патрубка b ..

0,264

0,214

D , Ф

D , , Ф

Текущий радиус улитки р ....

—+ ь

2 T 2 л

}

2л

Примечание: Ф— угол разворота спирали.

Бункера конических циклонов конструируются так же, как и цилиндрических.

Эффективность циклонов НИИОГаза характеризуется графиком, представленным на рис. III.9. Как видно из графика, в циклонах серии С (линии 5 и 6) может быть обеспечено эффективное улавливание пылевых частиц >8 мкм (IV класс эффективности), а в циклонах серии ЦН (линии 1—4) — >20 мкм (V класс эффективности). Эф|фективность циклонов ЦН уменьшается гю мере возрастания угла входа воздуха в них.

Эффективность циклонов определена при £>=300 мм и скорости воздуха в плане для цилиндрических циклонов 侬口= =3,5 м/с, для циклонов СДК-ЦН-ЗЗ о)ц=2 м/с и для циклонов СК-ЦН-34 ^ц= 1,75 м/с.

Коэффициенты сопротивления циклонов, отнесенные к скорости в плане, приведены в табл. II 1.6. Эти данные получены при испытаниях циклонов диаметром 500 мм при скорости шц=3 м/с. С уменьшением диаметра циклонов сопротивление несколько уменьшается. Для циклонов D>500 мм сопротивление практически не меняется.

ТАБЛИЦА III 5 Коэффициенты сопротивления циклонов НИИОГаза

Марка циклона

Коэффициенты сопротивления циклонов

с выбросом в атмосферу без раскручива- телей

с улиточным рас- кручивателем

с кольцевым диффузором

ЦН-11

250

235

215

ЦН-15

163

150

140

ЦН-15у

170

158

148

ЦН-24

80

73

70

сдк-цн-зз

600

500

——

СК-ЦН-34

1150

—

Для очистки больших объемов воздуха цил'инд|рические циклоны НИИОГаза могут компоноваться в группы, объединенные общим пылесборником и коллектором очищенного воздуха Разработаны прямоугольные компоновки циклонов ЦН-15 с установкой двух циклонов в один ряд, четырех, шести и восьми циклонов в два ряда, а также круговые компоновки на 10, 12 и 14 циклонов (табл. III.6 и Ш.7) [115].

На рис. IIL12 показана прямоугольная компоновка восьми циклонов ЦН-15, смонтированных на общем бункере. Отвод очищенного воздуха производится с помощью кольцевого диффузора, а подвод очищаемого воздуха — с помощью коллектора прямоугольного сечения, от которого отходят ответвления к каждому из циклонов. Разработаны также компоновки с отводом очищенного воздуха через улиточные раскручиватели и далее через

Технические показатели групповых циклонов ЦН-15 (прямоугольные компоновки)

Диаметр

Пропускная способность, тыс мя/ч, при числе циклонов в группе

Общая высота установки %6也 числе циклонов в группе

мм, при

Размер бункера в плане D* или А^ Б, мм, при числе циклонов в группе

циклона, мм

2

4

6

8

2

4

8

2

4

8

=Б

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,8

1,8

3,2

7,1

9,7

12,7

16

19,9

1,6 3,6 6,4

10

14,2 19,4 25,4 32

39,8

2,4 5,4

9,6 15

21,2 29,1 38,1

48

59,7

3,2

7,2

12,8

20

28,4

38,8

50,8

64

79,6

2169

3250

4240

4850

5807

6733

7755

8750

9650

2694

3735

5011

6046

7072

8208

9569

10 950

11 794

2710 3860

5066 5975

7067

7858

9155

10 055

11 105

3207

4410

5766

6556 7847

8753

10 НО И 285

12 589

500 800

1000

1000

1200

1400

1600

1800

2000

800 1000 1400 1600 1800 2000 2400 2800 3000

900 1200 1600 1700 2000 2300 2700 3000 3300

1200

1600

2000

2300

2700

3000

3450

3850

4250

ТАБЛИЦА IIL7

Диаметр циклона мм

Пропускная способность, тыс м3/ч, при числе циклонов в группе

Общая высота установки %6tц, мм, при числе циклонов в группе

Размер бункера в плане £>о мм, при числе циклонов в группе

10

12

14

10

12

14

10

12

14

600

800

1000

35,5

63,5

99,5

42,4

76,2 120

49,6

89

140

7670

10 393

13 330

8200 11253 14 109

8740 12013 14 750

2800

3900

5000

3200

4500

5500

3600

5000

6000

Технические показатели

группавых циклонов

компановки)

ЦН75

(круговые

коллекторы с самостоятельным подключением каждого циклона. Для доступа в бункеры и коллекторы предусмотрены люки.

Бункера для установки двух и четырех циклонов цилиндрические, а для установки шести и восьми циклонов прямоугольные (см. табл. III.6) 1.

Коэффициент сопротивления групповых цикланов ЦН-15 с прямоугольной компоновкой при учете подводящих коллекторов и сборников очищенного воздуха для расчетов следует принимать 175.

Рис. III 12. Прямоугольная групповая компоиавиа восьми циклонов ЦН-15Рис. III 12. Прямоугольная групповая компоиавиа восьми циклонов ЦН-15Рис. III 13 Круговая групповая компоновка 14 циклонов ЦН-15Рис. III 13 Круговая групповая компоновка 14 циклонов ЦН-15

Рис. III 12. Прямоугольная групповая компоиавиа восьми циклонов ЦН-15

Рис. III 12. Прямоугольная групповая компоиавиа восьми циклонов ЦН-15

Рис. III 13 Круговая групповая компоновка 14 циклонов ЦН-15

Рис. III 13 Круговая групповая компоновка 14 циклонов ЦН-15

На рис. III.13 показана круговая компоновка 14 циклонов ЦН-15. В данном случае очищаемый газ подводится снизу через тылесборный бункер, что связано с некоторым усложнением конструкции и увеличением коэффициента сопротивления (2200), но может представлять удобство для более рационального размещения воздуховодов.

Циклоны СИОТ. Циклоны Свердловского института охраны труда отличаются высокой эффективностью. Они совсем не имеют цилиндрической части, поэтому »их выхлопная труба вводится в конус. Особенностью циклонов СИОТ является также треугольное сечение входного патрубка (см. рис. Ш.4,е). Коэффициент местного сопротивления циклона с улиточным раскручивателем равен 3,9 (по (скорости во входном сечении циклона). Рекомендуемая скорость входа воздуха 15——18 м/с.

Циклоны ММОТ. В циклонах Московского института охраны труда к цилиндрической части примыкает не коническая частьг

1 В табл III 6 в соответствии с вентиляционной практикой максимальный диаметр циклонов, применяемых в группах, ограничен 1000 мм. В руководстве [115] разработаны ком'поновки циклонов и большего размера.

как обычно, а наоборот, расширяющаяся (см. рис. Ш.4,а). Несомненно, что такая форма нижней части циклона ослабляет влияние вторичных циркуляционных течений и уменьшает износ корпуса. В некоторых случаях предупреждается «зависание» слипающейся пыли [54].

Другой особенностью циклонов МИОТ является устройство в «х нижнем сечении, выше бункера, конусного днища в виде обращенной вверх воронки с отверстием по оси. Внутренний конус образует кольцевую щель вдоль стенок каршуса циклона, способствующую отделению периферийных слоев течения, обогащенных пылевыми частицами, для пропуска их в бункер. Благодаря этому в бункере уменьшается интенсивность циркуляции и облегчается осаждение пыли. Воздух выходит из бункера через осевое отверстие л од влиянием разрежения. Над поверхностью внутреннего конуса возникает своего рода донное течение, которое, однако, уже не может увлечь осевшую пыль, защищенную от него внутренним конусом. Сопротивление циклона высокое. Коэффициент местного сопротивления циклона МИОТ без улиточного раскручивателя равен 6,7 (по скорости во входном сечении).

Циклон Файфеля. На некоторых предприятиях топливной промышленности с успехом эксплуатируются циклоны Файфеля. Схема циклона представлена на рис. П1.4,г. В нижней части циклона имеется устройство, способствующее отделению периферийных, обогащенных пылью, слоев течения, аналогичное такому же устройству в циклоне МИОТ. В данном случае это устройство выполнено в виде плоского щита с центральным отверстием для рециркуляции воздуха в бункере.

Корпус циклона выполнен с двумя переходами от цилиндрической к конической конфигурации. Согласно В. В. Батурину [8], цилиндрическая вставка в коническую часть циклона уменьшает интенсивность вихря в нижней части циклона и в некоторой мере ослабляет размывающие донные течения. Воздух входи г в циклон через спи|ральный закручивающий аппарат. Сопротивление циклона высокое -工=6,7.

ЖАЛЮЗИЙНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ СУХОГО ТИПА

Основным элементом жалюзийных пылеуловителей является пластинчатая решетка, пластинки которой располагаются под углом к направлению потока воздуха. Решетка устанавливается так, что обтекающий ее поток запыленного воздуха разбивается на тонкие плоские струйки. Каждая из струек совершает поворот, при этом крупные частицы под влиянием сил инерции ударяются о пластинки. Упругие частицы отражаются от пластинок под углом, близким к углу падения, и не проходят через жалюзи, а, отскакивая, увеличивают концентрацию в основном потоке, который отводится из аппарата в циклон. Менее упругие частицы и частицы, движущиеся под большим углом к линии жа-

л юзи, увлекаются потоком и остаются в очищенном воздухе. Как

видно из описанного мехаиизма сепарации, эффективность жалюзийных пылеуловителей зависит не только от крупности, но и от упругих свойств пыли: она очень низка в области частиц размером 20 мкм, достигая 95—97% при упругих частицах размером 40—50 мкм [111].

Окончательно^ осаждение пыли происходит в циклоне.

Компактность жалюзийных пылеуловителей вновь вызвала к ■ним интерес в 40-е годы. С 1943 г. получили распространение так называемые инерционные лылеуловители типа ИП (рис. III.14) [85].

Воздух проходит через жалюзийную решетку пылеуловителя, которая представляет собой конус, выполненный под углом 14°

из стальных конусных колец убывающего диаметра, изготовленных из стальных пластин толщиной 2 мм. Кольца установлены так, что образуют угол 120° с направлением движения воздуха. Зазоры между кольцами составляют около 4 мм. Выделенный здесь пылевой концентрат объемом до 10% общего количества очищаемого воздуха отводится в небольшой циклон, в котором происходит отделение пы-

Рис. Ш.14. Жа- люзийный пыле- уловитель типа ИП а —схема; б — конструкция яса- люзийной решетки; / — вентилятор; 2—циклон, 3 —— жагюзийная решетка

ли. Очищенный в циклоне воздух присоединяется к основному потоку и выбрасывается вентилятором.

П(ри установке .пылеуловителей после вентилятора на нагнетательной части аспирационной системы ,пылевой концентрат вводится в циклон под напором вентилятора, а воздух, очищенный в циклоне, отводится к всасывающему отверстию вентилятора.

Пылеуловители типа ИП производства Лисичанского литейно-механического завода имеют девять типоразмеров (табл. III.8).

Типоразмер

Основные размеры, мм

Пропускная способность, м3/ч, при скорости воздуха во входном сечении, м/с

Масса, кг

Диаметр входного отверстия D

длина с флаяцами

15

20

25

ИП-1-115

115

342

560

746

934

2,7

ИП-2-135

135

405

772

1030

1290

3,5

ИП-3-175

175

532

1300

1730

2160

5,5

ИП-4-215

215

661

1950

2600

3260

10,1

ИП-5-255

255

788

2760

3670

4580

13,2

ИП-6-355

355

1042

4750

6340

7920

20,9

ИП-7-415

415

1298

7300

9400

12 150

39,8

ИП-8-475

475

1488

9550

12 750

15 930

49,5

ИП-9-515

515

1615

11 250

15 000

18 750

56,2

Технические показатели пылеуловителей типа ИП

ТАБЛИЦА III д

Коэффициент местного саП|ротивления конусов, отнесенный к скорости во входном сечении, принимают равным 2.

Пылеуловители типа ИП комплектуются циклонами типа ЦИП. Для пылеуловителей от ИП-1 по ИП-7 включительно применяются циклоны с соответствующими обозначениями ——от ЦИП-1 по ЦИП-7. Пылеуловитель ИП-8 агрегируется с двумя циклонами ЦИП-6, а пылеуловитель ИП-9 — с двумя циклонами ЦИП-7. Коэффициент местного сопротивления циклонов, отнесенный к скорости воздуха во входном патрубке, равен 3,6. По данным Е. В. Рекка, эффективность пылеуловителей при искусственном запылении воздуха цементом составляет 92%.

С течением времени практика (показала, что, будучи по эффективности равноценны циклонам, жалюзийные пылеуловители несколько уступают им по надежности. В связи с этим применение пылеуловителей типа ИП в аспирационных системах сократилось.

В .последние годы в связи с широким освоением пустынных и полупустынных районов, характеризующихся высокой запыленностью воздуха во время пыльных бурь, а также в связи с созданием мощных строительных машин, вызывающих сильное пыле- образование три (рыхлении и погрузке грунтов, возникла потребность в простых и прочных пылеотд елителях для защиты оборудования от крупнодисперсной пыли. В отличие от пылеуловителей в этих аппаратах улавливания отделенной пыли не производится. При необходимости их объединяют с уловителями, например, циклонного типа.

Жалюзийные решетки по своим компоновочным и другим особенностям оказались очень удобными для применения в качестве пылеотделителей, в связи с чем они начали вновь получать распространение. Не исключается применение таких реше- ток также для предварительной очистки воздуха в вентиляционных системах. Один из случаев применения жалюзийной решет-

Жалюзийные пылеотделители Даст Лавр фирмы «ААФ». Пы-Жалюзийные пылеотделители Даст Лавр фирмы «ААФ». Пы-Рис III 15 Жалюзийный пылеотде- литель Даст ЛаврРис III 15 Жалюзийный пылеотде- литель Даст Лавр

Жалюзийные пылеотделители Даст Лавр фирмы «ААФ». Пы-

Жалюзийные пылеотделители Даст Лавр фирмы «ААФ». Пы-

Рис III 15 Жалюзийный пылеотде- литель Даст Лавр

Рис III 15 Жалюзийный пылеотде- литель Даст Лавр

кн для очистки воздуха, потребляемого компрессорной установ кой, описан в главе IV.

леотделитель Даст Лавр представляет собой клиновидную конструкцию, образованную двумя плоскими жалюзийными решетками (рис. III.15). Для повышения жесткости внутреннее пространство разделен。плоскими перегородками. К вершине клина подсоединен воздуховод для отсоса пылевого концентрата. Фирма рекомендует отсасывать с пылью 10% воздуха.

Пылеотделители предлагается применять для очистки загрязненного атмосферного воздуха при пыльных бурях в степях запада и юго-запада США, Аравии и Сахары, а также воздуха,

забираемого на запыленных территориях промышленных предприятий. Пылеотделители Даст Лавр устанавливаются на компрессорных установках в пустынных районах в качестве первой 'Ступени очистки перед воздушными фильтрами и при очистке воздуха в турбинах железнодорожных локомотивов в Южной Африке.

Жалюзийные пылеотделители Дина -> ФЭН. Фирма «Фэрр» (США) выпускает жалюзийные пылеотделители, предназначенные для очистки воздуха, подаваемого с кабины локомотивов и потребляемого их двигателями.

При испытаниях этих пылеотделите- лей на воздухе, запыленном стандартной пылью США《Арнзона-крупная» и «Ари-

зона-мелкая» (см. рис. 1.1), эффективность их составляла соответственно 95 и 80%. Начальная концентрация пыли 84 мг/м3.

объем отсасываемого концентрата примерно 10%. Скорость потока запыленного воздуха 11 м/с. Сопротивление пылеоотдели- теля в этих условиях 50 кгс/м2 [35].

ПРОТИВОТОЧНЫЕ ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

В противоточных пылеуловителях воздушный поток движется в направлении, противоположном направлению действия инерционных сил, и частицы пыли приобретают отрицательное ускорение, т. е. тормозятся.

На рис. III.16 представлена принципиальная схема противоточного пылеуловителя типа ЦРП [89]. Вентиляторное колесо, развивающее большее разрежение, просасывает запыленный воздух через второе колесо в направлении, противоположном естественному течению воздуха в рабочих колесах вентиляторов, а именно — от периферии к центру.

Как известно, распределение скоростей по поперечному сечению каналов центробежных машин отличается неравномерностью, связанной с действием кориолисовых сил и вторичной циркуляцией. Очевидно, что неравномерное распределение скоростей имеет место и в каналах радиального пылеотделителя. Вследствие этого значительная часть лылевых частиц увлекается воздушным потоком, преодолевающим действие инерционных си^ и попадает в очищенный воздух.

На реальную эффективность пылеуловителей ЦРП, кроме того, оказывают влияние неблагоприятные условия осаждения отделившейся пыли в бункере аппарата.

Рис. III.16. Схема противоточного пылеуловителя ЦРПI — патрубок для входа запыленного воздуха； ，—ротор пылеуловителя; 3 — рабочее колесо вентилятора; 4— патрубок для выхода очищенного воздухаРис. III.16. Схема противоточного пылеуловителя ЦРПI — патрубок для входа запыленного воздуха； ，—ротор пылеуловителя; 3 — рабочее колесо вентилятора; 4— патрубок для выхода очищенного воздухаРис. Ш.17. Общий вид противоточного пылеуловителя фирмы «Холмс-Джаффер»/ — патрубок для входа запыленного воздуха; 2 — вращающийся барабан; 3 — пылесборный бункер;4 — вытяжной вентиляторРис. Ш.17. Общий вид противоточного пылеуловителя фирмы «Холмс-Джаффер»/ — патрубок для входа запыленного воздуха; 2 — вращающийся барабан; 3 — пылесборный бункер;4 — вытяжной вентилятор

Рис. III.16. Схема противоточного пылеуловителя ЦРП

I — патрубок для входа запыленного воздуха； ，—ротор пылеуловителя; 3 — рабочее колесо вентилятора; 4— патрубок для выхода очищенного воздуха

Рис. III.16. Схема противоточного пылеуловителя ЦРП

I — патрубок для входа запыленного воздуха； ，—ротор пылеуловителя; 3 — рабочее колесо вентилятора; 4— патрубок для выхода очищенного воздуха

Рис. Ш.17. Общий вид противоточного пылеуловителя фирмы «Холмс-Джаффер»

/ — патрубок для входа запыленного воздуха; 2 — вращающийся барабан; 3 — пылесборный бункер;

4 — вытяжной вентилятор

Рис. Ш.17. Общий вид противоточного пылеуловителя фирмы «Холмс-Джаффер»

/ — патрубок для входа запыленного воздуха; 2 — вращающийся барабан; 3 — пылесборный бункер;

4 — вытяжной вентилятор

Аналогичный .противоточный пылеотделитель В- С. Грищенко представляет собой барабан, собранный с небольшими зазорами из кольцевых дисков, насаженных на вал вентилятора. Торцовой диск делается глухим. Воздух, засасываемый вентилятором, может пройти во всасывающее отверстие только через зазоры между дисками, где закручивается и очищается от пыли- Чем меньше зазор между дисками, тем больше скорость закручивания, и, следовательно, центробежные силы и эффективность пылеотде- ления. В то же время，с уменьшением зазоров возрастает расход энергии как на .преодоление сопротивления трения, так и на создание скорости закручивания.

На рис. III.17 шредставлен аналогичный пылеуловитель фирмы «Холмс—Джаффер» [66]. Запыленный воздух просасываегся с помощью вентилятора через вращающийся барабан, снабжен-

ный продольными лопатками. Отделяющаяся при этом пыль скапливается в бункере.

Существенным недостатком противоточных пылеотделителей является большой расход энергии. Эти аппараты представляют собой центробежный нагнетатель. Полный нагюр очищаемого газа при прохождении через пылеотделитель уменьшается на величину напора, создаваемого самим пылеотделителем.

Противоточные пылеуловители не получили широкого распространения, однако в последние годы большую популярность приобрели приборы БАКО для анализа дисперсного состава пыли, построенные по 1принципу противоточных пылеотделителей.

РОТАЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ СО СТЕРТЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ

Примером таких пылеуловителей служит пылеуловитель Вертекс, представляющий собой вращающуюся газовую центрифугу непрерывного действия. Аппарат выполняется в виде нескольких концентрически установленных барабанов длиной около 3 м, вращающихся вокруг общей оси. Диаметр наружного барабана равен 2 м. Запыленный воздух подводится по касательной к распределительной камере, закручивается в ней и, вращаясь, проходит в кольцевые лолости, образуемые барабанами. Движение стенок барабанов поддерживает вращение воздуха, а возникающее трение уравнивает скорость его вращения со скоростью барабана Под влиянием центробежных сил пылевые частипы осаждаются на внутренних поверхностях барабанов. При этом мелкие частицы комкующейся пыли могут налипать на них.

Пылеуловители Вертекс устанавливаются параллельно в количестве не менее двух агрегатов и работают лопеременно.

Можно полагать, что высокая эффективность пылеуловителей Вертекс в значительной мере обусловлена отсутствием или незначительным выражением пограничного слоя. В пылеуловителях Вертекс тангенциальные составляющие скорости воздуха мало отличаются от скоростей движения стенок барабанов Вследствие этого частицы, осевшие на их поверхности, не отрываются, а остаются прижатыми или налипшими к ним. В пылеуловителях Микроплекс в отличие от описанного пылеуловителя вращаются плоские верхнее и нижнее днища. Для предотвращения торможения воздуха у днища и возникновения циркуляционных течений скорость вращения днища должна быть равна I ангенциальной составляющей скорости потока воздуха.

ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Общие принципы устройства вентиляторных пылеуловителей

Движение запыленного воздуха в рабочем колесе вентилятора и его направляющем аппарате происходит в условиях, благоприятствующих сепарации пылевых частиц. Идея использования 124

центробежных вентиляторов в качестве своего рода обогатитель

ных аппаратов для попутного выделения из перемещаемого ими воздуха пылевого концентрата осуществлена в ряде пылеотдели- телей. Неоспоримым преимуществом этих аппаратов является их компактность.

В наиболее простых конструкциях пылеуловителей этой груп

пы выделение пыли из воздушного потока происходит в кожухе вентилятора. Значительно больший интерес представляют венти

ляторные пылеуловители, в которых используются инерционные процессы, происходящие в каналах лопаточных рабочих колес цент1робеж1ных вентиляторов.

Известно, что лопатки центробежных вентиляторов, перемещающих газы, содержащие твердые частицы, подвержены сильному износу. При мелкодисперсных аэрозолях, способных к налипанию, на поверхностях лопаток образуются корки. Так, при перекалке коксового газа и а коксохимических заводах наблюдалось выпадение из него смолы, скапливающейся в кожухе эксгаустеров, что сильно затрудняло их эксплуатацию [11].

При вращении (рабочего колеса воздух, находящийся в прост

ранстве между лопатками, закручивается, а затем вытекает из рабочего колеса в кожух и далее в атмосферу; на его место через всасывающее отверстие вентилятора поступают новые объемы воздуха — вентилятор «подает» воздух. Закручивание возду

пространстве рабочего колеса центробежного вентиляторапространстве рабочего колеса центробежного вентилятораха происходит в результате преодоления его давления на поверхность лопаток и определяется в основном кориолисовыми силами инерции [84]. При этом воздух приобретает скорость, которая может быть разложена на две составляющие: переносную скорость вращения, равную скорости вращения рабочего колеса з, и относительную скорость протекания воздуха в рабочем колесе w (рис. III.18). Если в перемещающемся таким образом воздухе содержатся пылевые частицы, то

пространстве рабочего колеса центробежного вентилятора

пространстве рабочего колеса центробежного вентилятора

они вовлекаются в это движение,

причем прямолинейность движения частицы, входящей в межлопаточный канал, нарушается аэродинамической силой, приложенной к ней со стороны потока, уже получившего вращательное движение. Так как инерция пылевых частиц значительно больше инерции воздуха, скорость вращения частиц несколько меньше скорости воздуха. Отставание частиц от потока в его вращательном движении приводит к тому, что они как бы отжимаются к набегающей поверхности лопатки.

Сепарация пылевых частиц из потока всегда происходит при

перемещении вентилятором запыленного воздуха. Эффективность сепарации определяется размером наименьших частиц, ус- ^певающих достичь ловерхности лопатки при самых неблагоприятных условиях их входа в межлопаточный канал. Более крупные частицы отделяются полностью, менее крупные ——только частично, пропорционально их размеру и плотности.

Движение частицы в криволинейном канале, образуемом ло> латками колеса, в случае, когда оно не вращается, определяется уравнением (1.15).

Представим теперь, что колесо начало вращаться с окружной скоростью 〃=3kRk, где зк ——угловая скорость вращения рабочего колеса; Rk ——расстояние от центра вращения колеса до произвольной точки в плоскости вращения. Очевидно, что рассматриваемая частица будет вращаться со скоростью, незначительно отличающейся от и. Примем для упрощения, что эти скорости равны. При этом условии инерция частицы возрастает на величину равнодействующей центробежной и кориолисовой сил, связанных с вращением колеса. Сохраняя для изменившейся скорости потока обозначение w, примем, что скорость vc достигается частицей мгновенно и сохраняется постоянной все короткое время ее движения. Опустим также член уравнения (1.16), отражающий влияние кориолисовой силы, связанной с движением частицы относительно лопаток колеса, значительно меньший, чем член, отражающий вращение колеса. Тогда относительное движение частицы в межлопаточном канале определяется уравнением

sX(sXR) + «)кХ®к х RQ + 2 ®kXw) + — vc = о. (III. 13)

Обозначим абсолютную скорость воздушного потока в канале через c=w-|-u. Скорость частицы в тех же условиях вследствие ее большей плотности будет равна: ca=w+u+vc.

В системе координат, вращающейся вместе с колесом, относительная скорость частицы приближенно равна v=w+vc или в координатной форме с учетом уравнения (III.13)

(III. 14)(III. 14)-^— = ш cos а -|- т со2 х 4- т 12 са tw 4-

(III. 14)

(III. 14)

dy°/侬2

——=ш sin а 4- т со2 г/ — т (2sw + ——

勿\АЛОП

Исследования показали, что криволинейный диффузор, образуемый лопатками колеса, не заполняется полностью воздушным потоком； активное сечение потока при работе колеса на оптимальном режиме остается более или менее постоянным [84].

В вентиляторах с прямыми радиальными лопатками, кроме того, является постоянной величиной угол а (см. рис. III.18) и из уравнений (III.14) легко получить траектории пылевых частиц. Практически лопатки профилируются по различным кривым. Ре-

шение уравнений в этом случае может быть достигнуто путем некоторых упрощений.

Зависимость между минимальным размером частиц, полностью осаждающихся из потока на поверхностях лопаток, и геометрическими и кинематическими параметрами рабочего колеса вентилятора была получена в виде [73]

w22 co w +w22 co w +F&siMa + W) —&sin (а二z)](щ 向

w2

2 co w +

w2

2 co w +

I [& cos (а+ 屮)一Ri cos (a—z)]+<o2 & R2 sin (ip—z)

Если в уравнении (III.15) значения z меняются в интервале О&2&2о, то оно выражает собой зависимость т=/(2) или при соответствующем изменении масштаба t=/(z/zo).

В момент входа в межлопаточный канал частицы распределены по сечению потока равномерно. Вследствие этого отношение z/zo определяет долю частиц любого размера, содержащуюся в части потока, ширина которого определяется углом z. Поэтому, если указанную зависимость решить относительно z/z。，то получим фракционную эффективность 七巾=屮(т).

Из уравнения (III.15) видно, что чем меньше вентилятор,, тем эффективнее происходит сепарация пыли на его лопатках [74].

При движении осевших твердых пылевых частиц по поверхности лопаток последние изнашиваются- Из этого следует, что- при прочих равных условиях небольшие вентиляторы изнашиваются скорее, чем большие. Этот вывод подтверждается практикой.

Из уравнения (III.15) следует также, что, уменьшая число лопаток, теоретически можно получить колесо такой конструкция, в* котором вообще не будет происходить осаждение частиц. Таким образом, 'подтверждается давно установленная практикой целесообразность применения в аспирационных системах колес с небольшим числом лопаток.

Представляет интерес также исследование влияния радиальной протяженности лопаток на эффективность сепарации. Дифференциальные уравнения движения частиц три радиальных лопатках имеют вид

dx „d у “

=т со2 х + ^；~~ = т со3 у — т 2 co ш.

atdt

w Ri sinzw Ri sinzУравнение траектории пограничной частицы представляет собой прямую, а уравнение эффективности имеет вид

w Ri sinz

w Ri sinz

(III.16>(III.16>х =

(III.16>

(III.16>

2 0)w (Z?2 — Ri cos z) — о2 © & sin z

Из этого уравнения видно, что с увеличением длины лопаток количество осаждающейся пыли возрастает. Отсюда следует, что-

центробежные вентиляторы высокого давления с протяженными лопатками больше подвержены 0131Hoсу, чем вентиляторы низкого давления, имеющие короткие лопатки.

Для плоских наклонных лопаток (2。=屮)уравнение эффективности имеет простой вид:

_ tg §2

2(о ' где §2=а—z.

Из этого уравнения видно, что чем больше наклон лопаток в сторону вращения колеса, тем выше эффективность осаждения.

Исследования, кроме того, показывают, что при цилиндрических круто загнутых вперед лопатках эффективность осаждения и износ значительно больше, чем при плоских лопатках, особенно радиальных. В самом деле, разрушение криволинейных лопаток, в особенности их выходных кромок,— явление, хорошо известное в практике эксплуатации дымососов.

Очень велико влияние направления отгиба лопаток. При лопатках, отогнутых назад, направления действия кориолисовых и центробежных сил относительного движения не совпадают. В результате этого уменьшается сила, под влиянием которой частица приближается к набегающей поверхности лопатки. Таким образом, колеса с лопатками, загнутыми назад, являются оитималь- ными в отношении абразивного износа.

В обычных центробежных вентиляторах пыль, отделившаяся на лопатках, в дальнейшем вновь диспергируется в потоке. Как будет показано далее, соответствующим устройством колеса и кожуха вентилятора можно добиться отделения этой пыли от потока. При были, не обладающей высокой абразивностью, достигаемый при этом эффект компенсирует небольшой износ лопаток Простейшие вентиляторные пылеуловители

Аппараты, описываемые в этом разделе, только в редких случаях могут сравниться по эффективности с циклонами, однако простота очистных установок, которая достигается при их применении, вынуждает иногда обращаться к ним.

Общим признаком простейших вентиляторов-пылеотделите- лей является использование инерционных сил, возникающих в результате воздействия на поток неподвижных элементов вентилятора

На рис. Ш.19 показан пылеуловитель Турбока'птер фирмы «Прат-Даниель» (Франция). По своему устройству этот пылеуловитель мало отличается от циклона. Отделение пыли здесь происходит под влиянием центробежных сил, вызванных искривлением траектории воздуха, следующего профилю спиралевидного кожуха /, на торцевых стенках которого она сепарируется Выделившиеся таким образом твердые частицы вместе с обогащенным ими слоем воздуха направляются шибером 2 в небольшой циклон 3, где и происходит их окончательное осаждение.

Рис IIL19. Вентиляторный пылеуловитель Турбокап тер (справа обычный центробежный вентилятор)Рис IIL19. Вентиляторный пылеуловитель Турбокап тер (справа обычный центробежный вентилятор)

Рис IIL19. Вентиляторный пылеуловитель Турбокап тер (справа обычный центробежный вентилятор)

Рис IIL19. Вентиляторный пылеуловитель Турбокап тер (справа обычный центробежный вентилятор)

Воздух, отходящий от циклона, вновь соединяется с основным потоком воздуха на напорной стороне пылеуловителя. Объем воздуха, участвующего в замкнутом цикле, регулируется шибером.

По литературным данным, расход энергии у пылеуловителя Турбокаптер больше, чем у обыкновенного вентилятора-дымо- соса, на 35%. Эффективность его 'при очистке дымовых газов составляла до 75%.

Из рис. III.19 видно, что в пылеуловителе Турбокаптер в целях пылеотделения использован процесс трансформации ки1нетч- ческой энергии воздуха в статическую, происходящий в спирале-

Рис III20 Кориолисовый пылеуловитель типа Г1ВК

видном кожухе вентилятора. Сопровождающие этот процесс вредные потери энергии в пылеуловителе Турбокаптер искусственно увеличиваются, что видно при сравнении его кожуха с кожухом обычного центробежного вентилятора, представленным на том же рисунке.

Известны конструкции вентиляторов-пылеуловителей, в которых 'пылеулавливающая часть выполняется в виде приставки к вентилятору (Центриклон, Скиммер и др ) для защиты его от износа крупными частицами пыли, легко отделяющимися в подобных простых устройствах.

В НИИОГазе разработан улиточный золоуловитель аналогичного назначения [42].

Вентиляторные пылеуловители с сепарирующим рабочим колесом

Вентиляторные пылеуловители типа КП (кориолисовый пыле- отделитель). На рис. III.20 показан кориолисовый пылеуловители типа ПВК, изготовленный Крюковским вентилятором заводом Основным элементом пылеуловителя является кориолисовый пы- леотделитель 1, отделяющий пыль от воздуха. Очищенный воздух выбрасывается через выхло1пной пат)рубок 2, а пыль с небольшим количеством воздуха через второй выхлопной патрубок 3 подается в бункер 4, где происходит ее окончательное улавливание. Воздух из бункера может быть возвращен к всасывающему отверстию пылеотделителя по патрубку 5 для повторной очистки. Спиралеобразный кожух вентилятора-пылеотделителя делится на две части вертикальной диафрагмой. Одна часть предназначена для пылевого концентрата и связана с пылевым выхлопом кожуха, а вторая служит для отвода потока очищенного воздуха.

На рис. III.21 показан одни из вариантов исполнения рабочего колеса пылеотделителя типа КП. Как видно по фотографии, лопатка имеет двойной профиль с переломом. Нижняя, «пылевая», часть лопатки примыкает к заднему диску колеса, на ге

Рис III21 Рабочее колесо вентилято ра-пылеотделителя типа КПРис III21 Рабочее колесо вентилято ра-пылеотделителя типа КПповерхности осаждается и далее движется сепарирую щаяся пыль, верхняя, «маховая» часть лопатки выполняет только функцию закручивания воздуха. Пылевая часть лопатки выполняется цилиндрической с максимальной возможной кривизной и углом выхода не менее 15°.Пылевые частицы сближаются с набегающими поверхностями лопаток и перемещаются вдоль них, оттесповерхности осаждается и далее движется сепарирую щаяся пыль, верхняя, «маховая» часть лопатки выполняет только функцию закручивания воздуха. Пылевая часть лопатки выполняется цилиндрической с максимальной возможной кривизной и углом выхода не менее 15°.Пылевые частицы сближаются с набегающими поверхностями лопаток и перемещаются вдоль них, оттес

Рис III21 Рабочее колесо вентилято ра-пылеотделителя типа КП

Рис III21 Рабочее колесо вентилято ра-пылеотделителя типа КП

поверхности осаждается и далее движется сепарирую щаяся пыль, верхняя, «маховая» часть лопатки выполняет только функцию закручивания воздуха. Пылевая часть лопатки выполняется цилиндрической с максимальной возможной кривизной и углом выхода не менее 15°.

Пылевые частицы сближаются с набегающими поверхностями лопаток и перемещаются вдоль них, оттес

поверхности осаждается и далее движется сепарирую щаяся пыль, верхняя, «маховая» часть лопатки выполняет только функцию закручивания воздуха. Пылевая часть лопатки выполняется цилиндрической с максимальной возможной кривизной и углом выхода не менее 15°.

Пылевые частицы сближаются с набегающими поверхностями лопаток и перемещаются вдоль них, оттес

няясь плоскостью перелома лопаток к заднему диску колеса Пылевой концентрат, образующийся у выходной кромки пылевой части лопатки, проходит через отверстия в диске колеса в пылевую часть кожуха, откуда отводится в бункер, а очищенный воздух проходит во вторую половину кожуха и далее через выхлопное отверстие выбрасывается наружу.

Бункер разделен вертикальной перегородкой на два отсека Пылевой концентрат из пылеотделителя 'попадает в первый отсек бункера, где оседает наиболее крупная пыль. Частично очищенный воздух поступает в плоскодонный циклонный элемент типа ПЦ-6, где отделяются мелкие фракции пыли; очищенный

воздух возвращается к всасывающему отверстию пылеотделите- ля. Возможен также выброс этого воздуха в общую шахту. Пыль, отделенная циклоном, оседает во втором отсеке бункера.

Разработаны три типоразмера пылеуловителей ПВК (табл. III.9). Диаметр циклона 100 мм. Закручивающий аппарат в циклоне выполнен в виде колеса вентилятора с прямолинейными лэ- таблица III.9

Технические показатели пылеуловителей типа ПВК

Показатели

ПВК № 3,2

ПВК № 5

ПВК № 6.8

Производительность, тыс. м3/ч . .

2,5

7

10

Полное давление, кгс/м2.

175

170

200

Частота вращения, об/мин...

зпоо

2200

1700

Число циклонных элементов

1

2

3

Рис 11122 Установка циклонного элемента в моделе пылесборного бункера типа ПВК

/ — первое отделение пылеосадительного бункера, 2—выхлопная труба, 3 ——циклонный элемент; 4 — закручивающий аппарат, 5—патрубок для входа воздуха; 6—циркуляционное осевое отверстие; 7 — пылевыпускные щели 8 — второе отделение пылеосадительного бункера

Ри<с III 23 Расчетные траектории ча|Стиц диаметром 5 мкм (а) и 10 MiKM (6) в циклонном элементе

/ — точка касания частицы с дном циклона, 2 — точка выхода частицы (здесь траектория условно показана точками)

латками, загнутыми назад по касательной к сечению циклона (рис. III.22).

Эффективность плоскодонного циклона исследовалась при помощи ЭВЦМ. В результате расчета получены траектории частиц, показанные на рис. III.23. Движение частиц прослежено от момента входа в циклон до момента достижения ими боковых отверстий. Частицы размером 10 мкм достигают стенки циклона, сделав примерно 0,5 оборота, а частицы размером 5 мкм не могут быть отделены полностью из всего потока, втекающего в циклон.

При испытаниях пылеуловителя типа ПВК в лабораторных условиях была получена следующая эффективность (%) в за倒1- симости от вида пыли:

Формовочный песок (ГОСТ 2138―56) при начальной концентрации пыли 0,3—0,4 г/м* 93,8

Пылевидный кварц при начальной концентрации пыли до 0,9 г/м3 .77

«Литейная» пыль при начальной концентрации 0,6—1 г/м3 94

Торфяная пыль, просеянная через сито, при начальной концентрации до 0,8 г/м3 84

Количество пыли, оседавшей в разных отсеках бункера, зависело от ее дисперсного состава: чем мельче была пыль, тем больше ее оседало во втором отсеке. При испытаниях на формовочном песке количество пыли, оседавшей во втором отсеке бункера, достигало 2%, на пылевидном кварце—30%, на «литейной» пы-

Р, К2с[см'

ли ——8%, на торфяной пыли ——69% общего количества осевшей пыли.

Аэродинамические характеристики пылеуловителей определялись по стандартной методике (ГОСТ 10921—64) при помощи камеры с наддувом.

Пылеуловители типа ПВК представляют собой вентиляторные агрегаты с присущими последним аэродинамическими характеристиками. Представленная на рис. III.24 аэродинамическая характеристика пылеуловителя ПВК № 3,2 с рабочим коле сом диаметром 320 мм показывает, что по своим вентиляторным параметрам агрегат относится к центробежным вентиляторам среднего давления. В левой части графика пунктирными линиями обозначена область неустойчивой работы пылеуловителя. При режимах работы с пониженной производительностью, например при большом сопротивлении сети, сначала наблюдается неустойчивая работа пылевого выхлопа, а при дальнейшем дросс&пиро

вании воздух начинает засасываться через отверстие пылевогз* выхлопа в пылевую часть кожуха. Характеристики слева от границы устойчивой работы снимались в процессе испытаний при заглушенном пылевом выхлопе, т. е. на чисто вентиляторном режиме.

Эксплуатационные испытания вентиляторных 1пылеуловителей ПВК № 3,2 проводились на Московском чугунолитейном заводе им. Войкова. Один из пылеуловителей отсасывал и очищал воздух от барабана для размола бракованных стержней. Производительность пылеуловителя при частоте вращения 2800 об/мин находилась в пределах 2510—3080 м3/ч. Эффективность пылеулавливания в среднем составляла 89,7% при (начальной запыленности воздуха 1,38—-2,43 г/м3. Второй пылеуловитель ПВК № 3,2 был установлен для отсоса и очистки воздуха, удаляемого от заточного станка ВК-11Т. Пылеуловитель был сблокирован со станком, причем частота вращения вентилятора для уменьшения шума была снижена до 900 об/мин. Эффективность составила 94,6—95,5%.

Для определения эффективности пылеулавливания в некоторых случаях применялся матерчатый фильтр из плотной ворсистой ткани, который устанавливался на выхлопе пылеуловителя. Фильтр взвешивался до и после эксперимента. Объем отсасываемого воздуха при установке матерчатого фильтра составил до 850 м3/ч.

Пылеуловитель ПВК применяли также для отсоса и очистки воздуха, удаляемого от металлообрабатывающих станков. Система аспирации обслуживала пять станков. К каждому станку был подведен воздуховод с пылеприемным насадком, расположенным в зоне обработки деталей. Эффективность пылеулавливания составила 92,5—96,3%.

Были испытаны различные варианты кориолисовых пылеот- делителей, разработанные для случаев, когда не требовалось улавливать отделенную пыль.

Пылеотделитель КП-3 двустороннего всасывания, изготовленный Коломенским тепловозостроительным заводом, предназначен для очистки воздуха в системе охлаждающей вентиляции электрических машин большой мощности. Производительность пылеотделителя КП-3 составляет 20—24 тыс. м3/ч [99].

Вентилятор-пылеотделитель КП-320 с колесом диаметром 320 мм был применен для очистки воздуха в системе охлаждения электроагрегатов (мотор-колес) автомобилей с электротрансмиссией постоянного тока. Испытания проводились в лабораторных и полевых условиях при движении автомобиля с установленным на нем пылеотделителем по грунтовой дороге.

Для определения запыленности воздуха перед пылеотделителем и после него устанавливались пылезаборные трубки (см. п. 1 главы II). Воздух через трубки отсасывался эжектором, присоединенным к компрессору автомобиля. Начальная запылен-

ность составляла от 27 до 430 мг/м3, а эффективность пылеот- деления — соответственно от 91 до 96%. Производительность по чистому выхлопу составляла 2300 м3/ч, а полное давление было равно 220 кгс/м2.

Совместно с НАТИ была разработана конструкция вентиля- тора-пылеотделителя ВПК-150 по схеме КП-4. Рабочие чертежи пылеотделителя (разработаны НАТИ, опытная партия пылеотде- лителей изготовлена на Алтайском тракторном заводе [5, 60] Вентилятор-пылеотделитель предназначен для очистки воздуха от пыли и подачи его в кабину тракториста. Пылеотделитель установлен на одной оси с электродвигателем мощностью 25 Вт. Колесо пылеотделителя диаметром 150 мм изготовлено из полиамида. Эффективность очистки воздуха составила в среднем 90%, причем запыленность в кабине тракториста удовлетворяла санитарным нормам.

На рис. III.25 показана установка вентилятора-пылеотдели теля КП-5 на пневмоуборочиом торфяном комбайне БПФ-40 при добыче фрезерного торфа. Комбайн производит подборку разрыхленного торфа всасывающими соплами, двигаясь со скоростью от 3 до 5 м/ч. Торфяная крошка транспортируется воздушным потоком в циклоны, где большая часть торфа выпадает, а воздух, содержащий торфяную пыль в количестве 25—35 г/м3, очищается в пылеотделителе КП-5. Очищенный воздух в объеме 30— 35 тыс. м3/ч выбрасывается в атмосферу, а пылевой концентрат направляется в бункер комбайна для осаждения.

По опытным данным, эффективность очистки в данном случае составляла 90% [69].

По своему энергетическому к.п.д. пылеотделителя типа КП мало уступают центробежным вентиляторам общего назначения с лопатками, загнутыми вперед, благодаря чему применение этих пылеотделителей позволяет достичь экономии энергии, расходуемой в других случаях на специально установленные пылеуловители.

Энергия, расходуемая на очистку, не пропадает, а трансформируется в давление воздуха, которое в дальнейшем расходуется на его перемещение.

Вентиляторный пылеуловитель фирмы «Стюртевант». Пылеуловитель фирмы «Стюртевант» является, по-видимому, первым из аппаратов подобного рода. Как видно из рис. IIL26, на конце лопаток рабочего колеса этого аппарата расположены желоба- карманы V-образной формы. Пыль, захватываемая этими карманами из обтекающего их воздуха, скользит к наружным юраям лопаток и поступает в кольцеобразные каналы, расположенные на вертикальных стенках кожуха, а оттуда — в сборные бункера

Пылеуловитель с таким колесом был построен в 1916 г. для одной из нью-йоркских электростанций [ 116]. Известен также вентиляторный пылеуловитель Кориоло-геблазе, очень сходный с описанным [4].

Рис Ш 25 Установка вентилятора-пылеотделителя КП 5 на пневмоубороч- ном торфяном комбайне

Рис III26 Рабочее колесо венти ляторного пылеуловителя фирмы «Стюртевант^Рис III26 Рабочее колесо венти ляторного пылеуловителя фирмы «Стюртевант^Рис III27 Принципиачьная схе ма пылеотщеляющегэ колеса пы т:еуповителя Ротокюн D (справа центробежный вентилятор)Рис III27 Принципиачьная схе ма пылеотщеляющегэ колеса пы т:еуповителя Ротокюн D (справа центробежный вентилятор)

Рис III26 Рабочее колесо венти ляторного пылеуловителя фирмы «Стюртевант^

Рис III26 Рабочее колесо венти ляторного пылеуловителя фирмы «Стюртевант^

Рис III27 Принципиачьная схе ма пылеотщеляющегэ колеса пы т:еуповителя Ротокюн D (справа центробежный вентилятор)

Рис III27 Принципиачьная схе ма пылеотщеляющегэ колеса пы т:еуповителя Ротокюн D (справа центробежный вентилятор)

Вентиляторный пылеуловитель Ротоклон D. Очистка воздуха в пылеуловителе Ротоклон D фирмы《АА①》(США), представляющем собой сравнительно распространенную конструкцию, происходит следующим образом (рис. III.27). Поток запыленного воздуха, закрученный лопатками 1 при его входе в рабочее колесо, обтекает диск 2, поворачиваясь при этом на 90°. Силы инерции сообщают пылевым частицам ускорение в направлении диска. Для достижения большего эффекта диску придана вогнутая форма. Такая форма диска в совокупности с криволинейной передней стенкой кожуха обусловливает более длительное искривление потока, остающегося изогнутым до момента выхода воздуха из колеса. При этом удлиняется время воздействия центробежных сил, но одновременно увеличиваются потери энергии. Для сравнения на рисунке справа представлено колесо обычного вентилятора.

Другая конструктивная особенность рабочего колеса пылеуловителя Ротоклон D выражается в установке лопаток под углом к поверхности диска, а также в сравнительно большом количестве лопаток. Узкие концы лопаток удлинены так, что выходят за пределы диска.

Пылевые частицы, приторможенные наклонными поверхностями ло'паток, скользят по диску и через кольцевой зазор 3 проходят с частью воздуха в пылевую полость 4 кожуха, а затем в пылесборный бункер 5. Очищенный воздух проходит в чистую полость 6 кожуха и далее на выхлоп. Из бункера воздух возвращается вновь в полость 4 либо присоединяется к основному потоку на линии всасывания, т. е. совершает замкнутый цикл.

Производительность ротоклонов достигает 60 тыс. м3/ч. Они применяются для очистки воздуха от зернистой пыли всех видов и для золоулавливания. К достоинствам их относятся компактность, высокая эффективность и дешевизна установок, обусловленные тем, что, совмещая функции пылеотделителя и вентилятора в одном агрегате, они не требуют дополнительного расхода электроэнергии на пылеотделение.

ИНЕРЦИОННЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ МОКРОГО ТИПА С ПОДВОДОМ воды

В ЗОНУ КОНТАКТА ИЗВНЕ

Общие сведения

В «инерционных пылеуловителях сухого ти'па отделившаяся пыль всегда отводится вместе с частью воздуха из пылеотделителя в пространство, где происходит ее окончательное осаждение под действием собственного веса, т. е. ее улавливание. В отличие от этого в пылеуловителях мокрого типа процесс сепарации за-

Рию. Ш.29. Фракционная эффективность прямоточного циклона Т. Даниельса/ — при пропуске через циклон расхода 85 мэ/ч; 2 — то же, 130 м$/д; 5 — при пропуске через циклон со смоченными стенками расхода 85 м3/чРию. Ш.29. Фракционная эффективность прямоточного циклона Т. Даниельса/ — при пропуске через циклон расхода 85 мэ/ч; 2 — то же, 130 м$/д; 5 — при пропуске через циклон со смоченными стенками расхода 85 м3/ч

Рию. Ш.29. Фракционная эффективность прямоточного циклона Т. Даниельса

/ — при пропуске через циклон расхода 85 мэ/ч; 2 — то же, 130 м$/д; 5 — при пропуске через циклон со смоченными стенками расхода 85 м3/ч

Рию. Ш.29. Фракционная эффективность прямоточного циклона Т. Даниельса

/ — при пропуске через циклон расхода 85 мэ/ч; 2 — то же, 130 м$/д; 5 — при пропуске через циклон со смоченными стенками расхода 85 м3/ч

канчивается при контакте частиц со смачивающей жидкостью, причем этот контакт осуществляется на смоченных стенках или перегородках, обтекаемых воздухом, на каплях или на свободной поверхности воды.

Эффективность такого улавливания значительно выше, чем сухого, при условии, если 'поверхности сепарации непрерывно омываются водой или обновляются, так как в противном случае они покрываются сплошной пленкой уловленной пыли и перестают удерживать осаждающиеся частицы. В пылеуловителях рассматриваемого здесь вида соблюдение этого условия достигается нагнетанием воды извне, причем вся вода, участвующая в процессе, непрерывно отводится из пылеуловителя и вновь в него подается. Удельный расход воды доходит до 2,5 л на 1 м3 воздуха. Общее количество воды, циркулирующей во внешней системе водоснабжения таких пылеуловителей, часто очень велико.

Мокропленочные циклоны

Характерными представителями пылеуловителей данного типа являются центробежные скрубберы или циклоны с водяной пленкой.

Центробежные скрубберы. Принципиальная схема скруббера представлена на рис. III.28. Очищаемый воздух подается в нижнюю часть аппарата тангенциально. Очищенный воздух отводится из верхней части аппарата, как правило, также тангенциально—по направлению вращения воздушного потока. Отсутствие выхлопной трубы позволяет уменьшить диаметр центробежного скруббера по сравнению с циклоном.

Внутренняя поверхность скруббера непрерывно орошается

< Рис. 111.28.Центробежный

скруббер (циклон с водяной пленкой)

водой из сопел, размещенных по окружности и объединенных водораспределительным кольцом из трубы диаметром 50 мм с двусторонним подводом воды. Сопла установлены так, чтс； струи воды направлены тангенциально к внутренней поверхности аппарата в сторону вращения потока, в связи с чем смачивание ее происходит без образования брызг. Давление воды у оросительных сопел должно быть не менее 0,1——0,15 кгс/см2. Во входном патрубке для смыва отложений пыли предусмотрены дополнительные сопла.

В скрубберах ВТИ несколько выше сопел установлен кольцевой предохранительный козырек, уменьшающий вынос брызг из аппарата при нарушении работы оросительных сопел.

Исследования Н. Ф. Дергачева показали, что у стенок скруббера формируется вращающийся восходящий поток, а в центральной части аппарата ——нисходящий поток. Вблизи входного патрубка оба потока сливаются в один,характеризующийся приблизительно постоянной угловой скоростью [30].

Эффективность центробежных скрубберов значительно выше, чем сухих циклонов, что объясняется отсутствием тех помех сепарационному процессу, которые характерны для циклонов, главным образом, радиального стока и вторичного уноса пыли, отсепарировавшейся под влиянием инерции к стенкам пылеуловителя. Это обстоятельство было подтверждено экспериментами Т. С. Даниельса на модели прямоточного циклона [28]. Исследования проводились при пропуске через циклон расходов воздуха 85 и 130 м3/ч. Результаты эксперимента приведены на рис. III.29, из которого видно, что при расходе 85 м3/ч имеется тенденция к уменьшению эффективности сепарации с увеличением размера частиц — угол наклона кривой 7 слева направо уменьшается. При расходе 130 м3/ч, т. е. 'При большей скорости входа воздуха в циклон, падение эффективности сепарации крупных частиц проявляется совершенно отчетливо — правая часть юривой 2 круто падает в области d>100 мкм.

Уменьшение фракционной эффективности сепарации крупных частиц объясняется их рикошетированием в результате упругого удара о стенку. Отскок частиц проявляется тем эффектвинее, чем больше начальная скорость потока воздуха и соответственно скорость транспортируемых этим потоком пылевых частиц. Общая эффективность опытного циклона 'при расходе 85 м3/ч составляла 71,2%.

В следующем эксперименте, когда стенки циклона смачивались водой (кривая 3), эффективность сепарации резко увеличилась и составила 91,5%.

Исходя из теоретических соображений, изложенных в п. 3 данной главы, процесс пылеулавливания в скруббере можно представить происходящим следующим образом. Крупные пылевые частицы достигают стенок скруббера вблизи места входа (см. р，ис. 1.4). Их скорость еще мало отличается от 侬о, поэтому

соударение их с водяными пленками происходит при сравнительно больших числах Re. В зависимости от размера и скорости частицы либо погружаются в пленку стекающей воды и смываются ею, либо, пробивая пленку, отскакивают от стенки и возвращаются в воздушный поток. Частицы этой категории могут быть вынесены из пылеуловителя или, потеряв в результате серии отражений скорость, могут погрузиться в пленку. Наряду с крупными частицами в этом районе эффективно улавливаются мелкие частицы из слоев течения, достаточно близко расположенных от стенок. Вступают в контакт с водой и улавливаются также плохо смачиваемые частицы, в том числе частицы размером менее 5 мкм, если в момент контакта центробежное движение их в воздухе характеризуется числом Re>5. В противном случае частицы недостаточно погружаются в воду и могут быть •сорваны с ее поверхности потоком воздуха. Несмачиваемые частицы сближаются с поверхностью воды под малыми углами, рикошетируют от нее и могут быть вынесены из аппарата.

Условия улавливания частиц, вступающих в контакт с водой за пределами начального участка своего движения, менее благоприятны. Радиальная составляющая скорости таких частиц в момент их контакта с водяной пленкой, определяемая выражением (1.27), недостаточна для обеспечения необходимого погружения. Подсчеты показывают, что в аппарате диаметром 1000 мм для условий, рассмотренных в п. 3 главы I, предельное значение Re>-5 достигается только частицами крупнее 12 мкм. Таким образом, за пределами начального участка практически не улавливается вся мелкодисперсная пыль. Действительно, Н. Ф. Дергачев установил, что увеличение высоты орошаемой части скруббера сверх трех его диаметров не влияет на эффективность пылеулавливания.

Некоторая часть воды, подаваемой в скруббер, распыляется воздушным потоком, особенно в турбулентном течении, возникающем в районе -сопряжения входного патрубка с корпусом. Столкновения пылевых частиц с образующимися каплями и конденсация водяных паров на частицах являются дополнительными факторами, стимулирующими очистку воздуха.

Как правило, эффективность циклонов при увеличении скорости входа растет только до известных пределов, после чего под влиянием возмущающих факторов она начинает снижаться. В центробежных скрубберах это возрастание эффективности, как и следовало ожидать, проявляется более закономерно. Однако ввиду того, что с увеличением скорости растет также сопротивление аппарата и брызгоунос, расчетная скорость входа принимается не более 20 м/с, а средняя скорость в поперечном сечении скруббера —не более 5,5 м/с.

* Точками отмечена область, исследованная в экспериментах.

Эффективность улавливания различных фракций пыли в пылеуловителе ВТИ диаметром 1000 мм при двух разных скоростях входа показана, по данным Н. Ф. Дергачева, на рис. III.30*

Расход на орошение центробежных скрубберов определяется в основном толщиной водяной пленки, образующейся на стенках. Установлено, что в среднем она равна примерно 300 мкм [30]. Под влиянием вращающегося воздушного потока пленка смачивает стенки неравномерно.

В соответствии с особенностями процесса сепарации в центробежных скрубберах они применялись ранее главным образом для улавливания капель. Очевидно, что их улавливание по сравнению с улавливанием пыли значительно меньше осложняется рассмотренными в главе I поверхностными явлениями Применение скрубберов этого типа для улавливания пыли целесообразно при одновременном поглощении из очищаемого воздуха газовых примесей. В связи с этим на тепловых станциях широко используются скрубберы ВТИ, футерованные изнутри кислотоустойчивыми материалами.

В вентил°п'ионных системах применяются нефутерованные центробежные скрубберы типа ВТИ-ПСП идентичной конструкции (табл. ШЛО).

Рис. III.30 Фракционная эффективность мокрых пылеуловителей

/ И 2 — центробежного скруббера ЦС-ВТИ (ВТИ-ПСП) при скорости во входном па трубке соответственно 15 и 23 м/с; 3 и 4 — для струйного осаждения на пластинке им пактора при скорости в сопле соответственно 20 и 34 м/с; 5, 6 и 7 — пылеуловителя ти па ПВМ соответственно при 6 =40, 200 и 300 мм

ЕЕТехнические показатели центробежных скрубберов типа ВТИ-ПСП

Е

Е

Марка скруббера

Протп^скная способность, ТЫС. М»/ч

Расход, л/с, воды на орошение

Размеры, мм (см. рис. Ш.28)

Число сопл

Масса с улиткой» кг

h

九1

D

a

стенок

решетки

ЦС-9

10—11

0,35

0,12

3240

440

756

1140

400

7

642,2

ЦС-11

13—16

0,4

0,18

3800

440

905

1350

500

8

880,6

ЦС-13

17—22

0,45

0,24

4325

505

1056

1530

550

10

1084,8

ЦС-15

23—27

0,5

0,32

4800

540

1166

1700

650

11

1409,3

ЦС-16

28—35

0,55

0,4

5680

640

1266

1830

700

12

1644,4

ЦС-19

36—45

0,67

0,52

6530

790

1466

2080

800

14

2101,7

ЦС-21

46—50

0,73

0,64

7170

840

1566

2300

900

15

2528,2

Примечание. Сопротивление скрубберов в указанном диапазоне производитель ностн равно 60—90 кгс/ма.

Марка циклона

Размеры циклона

Размеры патрубка

Масса, кг

диаметр

высота

ширина

высота

цвп-з

315

2434

110

195

63,9

ЦВП-4

400

3014

140

250

106,7

ЦВП-5

500

3684

175

310

161

ЦВП-6

630

4554

220

390

237

ЦВП-8

800

5699

280

495

369,7

ЦВП-10

1000

7044

350

620

569,5

Основные размеры, мм, пылеуловителей ЦВП-Л ИОТ

ТАБЛИЦА III П

Эффективность скрубберов повышается при распылении воды во входном патрубке. С этой целью в так называемых прутковых скрубберах МП-ВТИ во входном патрубке, устроенном с наклоном в сторону скруббера, размещают решетку из четырех рядов прутьев, установленных в шахматном порядке, орошаемую водой с помощью форсунок. При проходе через решетку воздух турбулиз'ируется, что способствует его лучшей очистке. Как показала практика, решетка сравнительно быстро изнашивается и забивается отложениями пыли. Во входном патрубке на границе между сухим и мокрым участками образуются отложения пыли, для удаления которых нужны специальные смывные устройства.

Циклоны с водяной пленкой ЦВП-ЛИОТ. В вентиляционных системах применяются циклоны с водяной пленкой ЦВП-ЛИОТ (табл. III.11), аналогичные по устройству скрубберам типа ВТИ- ПСП. К нижней части корпуса этих циклонов приварен прямоугольный фланец с прикрепленным к нему при помощи петли и откидного болта с барашком конусом, который, по данным разработчиков, при заполнении его шламом образует гидравлический затвор [50].

Вода для орошения внутреиней 'поверхности циклонов подается к соплам л од давлением 0,2—0,25 кгс/м2 по резиновым трубкам, присоединенным к кольцевому коллектору. Для наблюдения за состоянием внутренней поверхности и для ревизии сопл в крышке улитки устроен застекленный люк.

В воздухоподводящем патрубке этих циклонов имеется смывное устройство для удаления пылевых отложений, образующихся в патрубке начиная от места его сопряжения с корпусом циклона. Устройство состоит из прямой трубы с соплами, находящимися в сечении потока. Вода к трубе подводится по резиновому шлангу. Смыв отложений производится вручную периодическим прокручиванием трубы с соплами вокруг ее оси. Очистку воздухоподводящего патрубка рекомендуется производить через каждые 4 ч.

Циклоны-промыватели СИОТ. В этих аппаратах турбулентная промывка выражена более четко. Очищаемый воздух вводится в нижнюю часть промывателя (рис. III.31). Вода подается 142

через перфорированную трубу во входной патрубок. Сток воды происходит через сливное отверстие, расположенное в центре конуса. Соответствующим выбором диаметра отверстия сток регулируется таким образом, чтобы в конусе промывателя скапливалось некоторое количество воды. Эта вода, подхваченная воздушным потоком, закручивается и под влиянием центр о б ежиых сил настилается на стенки корпуса аппарата. Благодаря большой толщине образующейся водяной пленки пылевые частицы надежно связываются водой [25].

В процессе эксплуатации выяснилось, что и здесь на границе между смоченным и сухим участками корпуса образуются пылевые наросты. Благодаря гигроскопичности пылевых отложений эти наросты непрерывно развиваются, так что с течением времени возможно почти полное зарастание аппаратов. Вследствие этого иногда предусматривается подача воды также и в верхнюю часть циклона для орошения всей поверхности стенок. При этом во входной патрубок циклона подается 20—30% воды.

Корпусу циклона придана коническая форма, что позволило уменьшить брызгоунос. Скорость входа воздуха выбирают в пределах от 15 до 21 м/с (табл. III.12).

ТАБЛИЦА III 12 Технические показатели циклонов-промьивателей СИОТ (тип II)

Типоразмер циклона

Ппопускная способность, м3/ч, при скорости входа воздуха, м/с

Расход воды, м3/ч, при скорости входа воздуха, м/с

Размеры, мм (см рис. 111 31)

15

21

15

21

5

6

н

2550

3550

0,16

0 1

750

835

1441

4200

5900

0,27

0,16

961

1070

1765

6450

9050

0,41

0,24

1190

1325

2108

9850

13 100

0,62

0,34

1433

1595

2475

13 300

18 650

0,84

0,48

1708

1900

2910

18 750

26 450

1,18

0,66

2025

2260

3396

26 600

37 250

1,62

0,97

2407

2680

3968

37 500

52 500

2,36

1,37

2865

3690

4657

Циклоны-промыватели при небольших габаритах, в частности в 2,5—3 раза меньших, чем у центробежных скрубберов, имеют практически одинаковую с ними эффективность. Ввиду того что подача воды производится без применения легкозасоряю- щихся форсунок и сопел, система водоснабжения относительно более надежна. Энергичное движение воды исключает также опасность засорения нижней части промывателя.

Центробежный скруббер Пис-Антони. В скрубберах фирмы «Кемикл Констракшен» (США) используется капельная промывка. Вода подается по оси аппарата через центральную распределительную трубку и распыляется гидравлическими форсунками (рис. III.32). Капли воды закручиваются потоком воздуха

План

и под влиянием центробежных сил инерции достигают внутренней ловерхности аппарата, смачивая ее. Разница в скоростях движения капель и пылевых частиц способствует их столкновениям, в результате которых эффективность аппарата повышается На входе очищаемого воздуха в аппарат установлена регулируемая направляющая лопатка, с помощью которой поток вместе с пылью отжимается к смоченной поверхности. Тем самым увеличивается скорость потока, сокращается путь сепарации частиц и повышается эффективность пылеуловителя [15].

Расход воды составляет от 0,8 до 1,6 л на 1 м3 воздуха, скорость потока воздуха в плане — от 1,2 до 2,4 м/с.

Капельные пылеуловители-промыватели

При промывке воздуха капельной водой пыль улавливается главным образом в результате инерционного соударения капель с пылевыми частицами. Так как скорость частиц равна скорости потока воздуха, для их сепарации необходимо движение капель относительно воздуха.

Систему, состоящую из капель и движущегося отнооительно них воздуха, можно рассматривать как фильтр с заполнением из сферических препятствий. Осаждение пыли в таком фильтре обусловливается факторами, рассмотренными в п.З главы I Вследствие больших расстояний между отдельными каплями и их больших размеров пылеулавливание определяется в основном инерционным механизмом.

В табл. 1.1 приведены значения б/Мин частиц для нескольких характерных для практики случаев их осаждения на каплях. Как видно из таблицы, существенное значение имеет размер капель. При распыле воды образуются капли различных размеров. Гидравлические форсунки, обычно используемые в вентиляцион' ной технике, образуют капли размером 500—1000 мкм и больше в зависимости от давления воды. При пневматическом распыле размер капель измеряется десятками микрометров, а различного рода «водяные завесы», создаваемые в некоторых пылеуловителях, содержат и крупные брызги размером в десятки миллиметров. Так же, как и в других пористых фильтрах, в принятой модели большое значение имеет «пористость» фильтра, в данном случае расстояние между каплями. Исследования показали, что расстояние между каплями должно быть более 4—5 dK, в противном случае они сливаются в струи. Оптимальной считается концентрация капель в 1% по объему [108].

Эффективность одиночного слоя капель можно оценить с помощью табл. 1.1. При &< = 500 мкм, расстоянии между ними 5<7h и 侬= 2,5 м/с, что соответствует условиям промывной камеры кондиционера, 4мнн=1,04 мкм. Вероятность улавливания частиц данного размера приближенно равна 1,04: (5X500), т. е. ничтожно мала. Частицы мельче 1 мкм не будут улавливаться совсем.

Глубина рассматриваемого капельного фильтра в промывных камерах велика, однако улавливание происходит не на всем его протяжении, так как скорость движения капель быстро уравнивается со скоростью движения воздуха.

Экспериментальные исследования подтверждают, что в промывных скрубберах эффективно могут улавливаться только частицы крупнее 10 мкм.

Большое влияние на эффективность оказывает способность частиц смачиваться водой. Так, в опытах МакНИИ при орошении воздуха, запыленного угольной пылью, водой фракция <5 мкм улавливалась всего на 18%, а при добавке смачивателя ДБ (0,1 %-ный раствор) она стала улавливаться，на 50% [12].

Конденсация водяных паров на частицах существенно повышает эффективность процесса [21, 33].

Высокой эффективностью отличаются капельные промывате- ли, в которых орошение очищаемого воздуха производится в канале, по конфигурации сходном с расходомерной трубой Вентури. В горловине трубы движение воздуха вместе с частицами резко ускоряется, ускорение же капель воды, обладающих большей массой, значительно меньше. Разница в скоростях движения капель и пылевых частиц может превышать 100 м/с. Положительное влияние на эффективность оказывает турбулизация течения, а также конденсация пара вследствие падения давления в горловине, где скорость воздуха резко возрастает, и ряд других факторов [17, 53, 62, 102].

Промыватели Вентури отличаются большим сопротивлением и вследствие этого вначале применялись только для технологической очистки запыленных газов. В последние годы делаются попытки использовать пылеуловители этого вида при меньших расходах энергии [59,94].

ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ МОКРОГО ТИПА С ВНУТРЕННЕЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВОДЫ

Общие сведения

Обильное орошение водой поверхностей сепарации или самого воздуха при подводе воды в пылеуловитель извне под давлением сопряжено с непрерывным расходованием большого количества воды из водопровода. Кроме того, загрязнившуюся в пылеуловителях воду нельзя сбрасывать без очистки в канализацию. Вследствие этого возникает необходимость в устройстве систем оборотного водоснабжения с очисткой воды.

Устройство и эксплуатация систем мокрой очистки воздуха значительно облегчаются, если подвод воды к зонам контакта осуществляется в результате ее циркуляции внутри самого аппарата. Скапливающийся в нем при этом шлам может отводиться непрерывно или периодически либо с помощью механических транспортеров — в этом случае необходимость в системе оборотного водоснабжения отпадает, либо гидравлическим путем — сливом части воды. В последнем случае устройство системы оборотного водоснабжения может оказаться целесообразным, но нагрузка на нее значительно меньше, чем при циркуляции всего объема воды.

Пылеуловители такого вида характеризуются наличием емкости, залитой водой. Очищаемый воздух контактирует с этой водой, причем условия контакта определяются взаимодействием струй воздуха и воды. Это же взаимодействие вызывает циркуляцию воды через зону контакта за счет энергии самого очищаемого воздуха.

Расход воды определяется потерями ее на испарение и с уда-

ляемым шламом. При удалении шлама механическими скребковыми транспортерами или вручную расход воды минимальный и составляет в^сего 2—5 г на 1 м3 воздуха. При периодическом сливе сгустившегося шлама расход воды определяется жидкоподвиж- ностью шлама и составляет в среднем до 10 г на 1 м3 воздуха, а при постоянном сливе расход не превышает 200 г на 1 м3 воздуха.

Заполнение пылеуловителей водой должно регулироваться автоматически. Поддержание постоянного уровня воды имеет первостепенное значение, так как его колебания влекут за собой существенное изменение как эффективности, так и производительности системы.

Мокрые центробежные пылеуловители

В ряде пылеуловителей данного вида используются силы инерции, возникающие при плавном искривлении потока запыленного воздуха.

Характерный центробежный пылеуловитель показан на рис. III.33. Аппарат представляет собой вертикальный циклон с тангенциальным подводом очищаемого воздуха. Нижняя часть корпуса циклона заполнена водой, которая закручивается воздушным потоком, смачивая стенки аппарата и создавая, кроме того, по оси вращения «тромб» как в натуральных смерчах. Пыль улавливается на смоченных стенках.

В ряде случаев ось вращения удобно располагать горизонтально.

В сходном пылеуловителе Оельдер (ФРГ) воздух проходит три витка канала.

В пылеуловителе Айр Тумблер запыленный воздух движется по спиральным каналам (рис. III.34). Нижняя часть аппарата залита водой. Воздушный поток, обтекая поверхность воды, подхватывает ее, закручивает и разбрызгивает. При этом воздух промывается водой, а пылевые частицы, оседая на поверхностях каналов, удерживаются образующимися на них пленками воды.

Прямоточно-инерционные пылеуловители

В пылеуловителях этой группы контакт запыленного воздуха с водой также осуществляется в сопле типа трубы Вентури, в данном случае помещенном внутри аппарата. В отличие от пылеуловителей Вентури вода поступает в сопло за счет энергии струи воздуха в результате ее увлекающего или подсасывающего действия. В сопле вода дробится на капли и брызги, на которых оседают пылевые частицы.

На рис. III.35 показана принципиальная схема пылеуловителя Клайратор. В этом случае вода увлекается в сопло воздухом, подтекающим к нему над поверхностью воды, в то время как в

Рис. 111.33. Вертикальный центробежный пылеуловитель фирмы《Якоб Хандте》

лер

Рис. 111.34. Горизонтальный центробежный пылеуловитель Аир Тумб

Рис. 111.35. Прямоточно-инерционный пылеуловитель Клан- ратор

Рис. Ill 36. Барботажные пылеуловители

а — пылеуловитель Гинцветмета; 6 — скруббер Дойля; 6 — скруббер Турбон

очень сходном пылеуловителе Вентриет вода подсасывается в сопло через щели, создаваемые в месте примыкания сопла к перегородке, разделяющей входную и выходную полости аппарата, в результате эжектирующего действия струи воздуха. Положение щели в последнем аппарате условно показано на схеме пылеуловителя Клайратор.

Барботажные пылеуловители

При барботировании обычно воздух продувают через слой воды. Если слой воды достаточно велик, воздух движется через него в виде отдельных пузырьков разных размеров. В результате трения о поверхность воды, ограничивающую пузырек, заключенный в нем воздух .приобретает циркуляцию, скорость которой пропорциональна скорости его подъема. Пылевые частицы, находящиеся внугри пузырьков, сепарируются к их поверхностям под действием инерционных сил, обусловленных этим движение ем, а также под влиянием диффузии и седиментации. Эффек- гивность пылеуловителя при барботировании в обычных условиях очень невелика, но в условиях «турбулентного» барботирования, в частности, при образовании слоя пены увеличивается. Такие условия создаются при барботировании воздуха с повышенными скоростями через воду на решетке.

По мере увеличения скорости барботорования на поверхности воды сначала возникают отдельные пенные образования, а затем образуется сплошной слой пены, толщина которого все более увеличивается. При определенной скорости вся жидкость превращается в слой пены ячеистой, подвижной структуры. Развитая и непрерывно обновляющаяся межфазная поверхность слоя, высокая турбулентность и перманентное изменение направления струек воздуха способствуют эффективному улавливанию пыли. Пылеуловители такого рода называются пеняыми [83].

В обычных пенных газоочистителях вода подводится на пенообразующие решетки извне и полностью стекает в систему оборотного водоснабжения.

Институтом Гинцветмет был разработан пылеуловитель пенного типа с внутренней циркуляцией воды (рис. III.36, а). Запыленный воздух поступает по вертикальному каналу / под пенообразующую решетку 2, установленную ниже уровня воды. Натекающая вода вспенивается воздухом и эффективно улавливает пыль [29].

К барботажным пылеуловителям часто относят также большую группу пылеуловителей, в которых барботирование в указанном выше понимании не происходит. Такими пылеуловителями в первую очередь являются очень простые устройства с затопленным в воде выбросом запыленного воздуха. Одним из наи-

более совершенных устройств этого рода является скруббер Дойля (рис. Ш.36,6). Запыленный воздух подается в него через вертикальные патрубки /, выходное сечение которых немного погружено в воду [34, 119]. Барботирование в данном случае не происходит: воздух оттесняет воду, образуя лунку, глубина которой зависит от скорости его истечения, и растекается в виде сплошной радиальной струи. Пылевые частицы при этом отделяются и погружаются в воду. Очищенный воздух с целью отделения капель обтекает сначала перегородку 2 (сверху), а затем перегородку 3 (снизу) и выходит через отверстие. Уровень воды поддерживается постоянным с помощью устройства 4. Для увеличения скорости истечения воздуха и обеспечения ее равномерности в патрубках установлены конусы 5.

Известно множество патентных модификаций описанных пылеуловителей с сужающейся или, наоборот, расширяющейся подводящей грубой, с различными усложнениями устья выхлопной трубы и т. п.—см. [82].

Среди других модификаций представляет интерес скруббер Турбон (рис. III.36,в). Патрубок /, по которому запыленный

Рис. II 1.37. Принципиальные схемы струйных (щелевых) пылеуловителей а — одноперегородочного; б — двухперегородочного (ПВМ); в — ротоклона； / и 3 — яе- регородки; 2 — каплеуловитель

воздух нагнетается в воду 2, заключен в обойму 3. Жидкость, находящаяся в промежутке между трубами / н 3, вспенивается и изливается, обтекая рефлектор 4. Очи'стка происходит в слое пены, высоту которого можно регулировать, меняя длину обоймы 3)и соответственно уменьшая ее нижнее сечение, чтобы предупредить сквозной проход через него воздуха [49]. Выпускается три типа пылеуловителей, различающихся высотой слоя образуемой пены. Их сопротивление составляет соответственно 100-~250, 150—350 и 300—800 кгс/м2 в зависимости от расхода воздуха, причем с ростом сопротивления возрастает также эффективность.

В некоторых случаях наружная обойма имеет вид чаши, расположенной под выходным отверстием подводящего воздуховода [82].

Представляет интерес очень простая схема перегородочного

пылеуловителя, показанная на рис. Ш.37, а. Воздух протекает под перегородкой, оттесняя воду, которая образует криволинейную поверхность сепарации. Испытания показали удовлетворительную эффективность пылеулавливания [81, 92], однако циркуляция воды в данном случае сопровождается сильными пульсациями, затрудняющими водоподпитку.

Струйные пылеуловители

Механизм инерционного осаждения пылевых частиц из струй при обтекании пластинок, рассмотренный в п. 3 главы I, с успехом использован в пылеизмерительных приборах «щелевого» типа, например кониметрах Оуэнса и Цейса для счетного анализа запыленности воздуха, в каскадных импакторах и т. п. Отделение пыли в этих приборах происходит на пластинках, смоченных вязкими составами.

Большая скорость и (резкое изменение направления струй, вытекающих из сопел этих аппаратов, создают условия для эффективного отделения -самых мелких частиц. На рис. IIL30 (кривые 3 н 4) показана фракционная эффективность сепарации частиц (р=2,5 г/см) на пластинке импактора по экспериментальным данным Мейя [26]. Как видно из графика, при скорости истечения всего 34 м/с достигается эффективность, свойственная пылеуловителям Вентури1.

Для возможности использования струйного механизма в практике пылеулавливания необходимо создать на обтекаемой поверхности пленку воды и обеспечить ее постоянное обновление. В некоторой мере к такой схеме приближается одноперегородочный пылеуловитель (см. рис. III.37,а). Действительно, когда при включении вентилятора уровни воды по обе стороны перегородки займут рабочее положение и под нижней кромкой перегородки откроется щель, образуется плоская струя воздуха, встречающая на своем пути наклонную пове,рхность воды, выполняющую ту же роль, что и смоченные пластинки щелевых приборов. Недостатком такой схемы по сравнению с щелевыми приборами является невозможность обеспечения оптимальной формы и положения поверхности сепарации относительно струи.

Введение второй перегородки, как это сделано в пылеуловителях ПВМ и ротоклоне, позволяет улучшить условия сепарации (см. рис. Ш.37,6 и б).

Пылеуловители типа ПВМ. Пылеуловитель вентиляционный мокрый (рис. III.38) состоит из корпуса /, нижняя часть которо-

Рис. II 1.38. Пылеуловитель типа ПВМ

го заливается водой, укрепленных в нем перегородок 2 н 3, водо- отбойника 4, каплеуловителей 5 и вентиляторного агрегата 6. На стенке корпуса крепится устройство 7 для регулирования уровня воды. В ннжней части бункера имеется устройство для взмучивания шлама.

Очистка воздуха происходит следующим образом. Запыленный воздух поступает в корпус через отверстие в его боковой стенке. При включении вентилятора уровень воды в среднем отсеке пылеуловителя между двумя симметричными перегородками 2 устанавливается ниже, чем за перегородками 3. В результате этого между поверхностью воды и каждой перегородкой 2 образуется щель, через которую воздух устремляется с большой скоростью в виде плоской струи, частично увлекая за собой воду. Встречая на своем пути перегородку 3, струя отклоняется вверх, причем на поверхность перегородки, обильно смоченную увлеченной водой, осаждаются сепарирующиеся из струи пылевые частицы. Увлеченная воздухом вода перетекает вверх по перегородке 3, отклоняется водоотбойником и сливается в крайний отсек. Воздух проходит через каплеуловители и выбрасывается наружу вентилятором.

Эффективность пылеуловителя определяется условиями течения воды и воздуха в промежутке между перегородками 2 и 3. Детальные наблюдения показали, что вода, увлеченная воздухом, образует на перегородке 3 слой, толщина которого зависит

Гехнические показатели пылеуловителей типа ПВМ

ТАБЛИЦА III 13

Показатели

Типоразмеры пылеуловителей ПВМ

3 С

5 С

5 К

10 с юк

20 c

20 К

40 c

Номинальная производительность по воздуху, тыс м3/ч

3

5

10

20

40

Установленный вентилятор

Ц13-50 № 3,2

ЦП7-40 № 5

ЦП7-40 № 6,

ЦП7-40 № 8

Ц4-76 № 10

Объем воды в бункере пылеуловителя, м?...

0,45

0,65 й75

1,45

2,2

防

5,5

Масса пылеуловителя без воды и электродвига-

754

1208

1998

3050

4737

теля, кг

1680

2210

2800

3750

—»

Габаритные размеры, мм:

1300

1359

1514

2314

2416

ширина А

Т32О

1420

1660

2445

длина 5

1250

1650

2500

2510

4750

2694

3080

3504

3755

высота ”

2848

3080

3412

3680

4110

3228

3563

3912

4380

Примечание В числителе даны показатели пылеуловителей со сливом шлама, в знамена теле —со скребковыми механизмами. Конструкция пылеуловителя номинальной про изводитель(ностью 40 тьк м3/ч разработана только в сливном исполнении с раздельной устанрдкОД вентилятора.

от воздушной нагрузки на щель и уровня воды в бункере, составляя несколько миллиметров. Надлежащим выбором этих параметров можно обеспечить нужную толщину пленки воды, что важно для предупреждения отскока от перегородки крупных частиц, скорость которых в месте контакта может превышать 30— 40 м/с.

Отклонение плоскости нижних кромок перегородок 2 (см. рис. IIL38) от горизонтального положения не должно превышать 0,5 мм на 1 м их длины.

В пылеуловителях, предназначенных для работы в режиме непрерывного слива шлама, количество поступающей воды должно быть равно количеству удаляемого жидкого шлама.

Пылеуловители типа ПВМ разработаны ЦНИИПромзданий в двух исполнениях: со сливным (дополнительный индекс С) и с механизированным скребковым удалением шлама.

На рис. III.38 показан пылеуловитель сливного исполнения, а в табл. III.13 даны технические показатели пылеуловителей обоих исполнений.

Вентиляторные агрегаты могут устанавливаться на крышках корпусов или отдельно в удобных для эксплуатации местах.

Сопротивление пылеуловителей типа ПВМ ориентировочно можно определять по расчетной формуле Л//=d + l,5 Q°>5 кгс/м2, где 5 ——превышение верхнего уровня воды над нижней кромкой перегородки 2 (см. рис. III.38), мм; Q — расход воздуха на 1 м длины щели пылеуловителя, м3/ч. Устройство для водоподпитхи служит и для поддержания заданного уровня воды в пылеуловителе (рис. III.39). Устройство состоит из бака, прикрепленного к стенке корпуса пылеуловителя и соединенного с ним отверстием и трубкой, служащими для выравнивания давлений и подачи воды в пылеуловитель. Трубка опущена в воду для преду- цреждения попадания грязной воды в бак. Подачу воды автоматически регулирует поплавковый клапан. Для поддержания заданного уровня воды и предотвращения подсоса воздуха из системы канализации или из атмосферы служит переливная труба с сифоном.

Рис III39 Схема устройства для автоматической водопод- питки и поддержания уровня воды

/ — аварийная переливная труба, 2 —— сгенка корпуса пылеуловителя, 3 — отверстие, 4 — датчик уровня; 5 — реле давления, 6 ——подводящий па трубок осветленной воды; 7 — элек* тромагнитный клапан» 8 — поплавко вый клапан; 9 — переливная труба; /0—бак, 11 — сифон, /2 — трубка

Залив воды в бункер пылеуловителя и бак водоподпитки производится при выключенном вентиляторе и при закрытом магнитном клапане через дополнительный ввод на байпасе. Когда бункер и бак водоподпитки пылеуловителя наполнятся, вода начинает сливаться через сливной трубопровод в канализацию, что видно по ее струе. Дальнейшая подпитка пылеуловителя водой производится автоматически при работающем вентиляторе и открытом магнитном клапане только через штуцер поплавкового клапана узла водоподпитки.

Количество воды, подаваемой через поплавковый клапан, должно быть несколько больше, чем ее потери на испарение и на слив со шламом. Это позволяет предотвратить попадание загрязненной воды в бак водоподпитки я слив ее в канализацию, а также обеспечить поддержание заданного уровня воды. Избыток воды сбрасывается через переливную трубу бака водоподпитки в канализацию.

■С целью предупреждения закупорки шламом сливного отверстия в нижнюю часть корпуса пылеуловителя по соплам, расположенным внутри бункера, через коллектор подается водопроводная или осветленная вода (см. рис. III.38). Слив шлама производится через запорный вентиль и конусную воронку, устанавливаемую на нижнем фланце вентиля.

Переливную трубу, сигнализирующую о полноте заполнения пылеуловителя, и узел водоподпитки закрепляют на высоте, соответствующей выбранному уровню воды в пылеуловителе.

При прекращении подачи воды из водопровода уровень воды

Рис. 111.40. Линии тока (а) и траектории пылевых частиц (6) в щелевом канале пылеуловителя типа ПВМ

снижается, поплавковый клапан опускается, датчик, укрепленный на плече поплавкового клапана, срабатывает и вентилятор автоматически отключается. Вентилятор может быть отключен также с помощью реле давления в случае падения давления воды ниже 1,5—2 кг с/см2 (в зависимости от его настройки).

Картина течения воздуха в щелевом канале пылеуловителя типа ПВМ была исследована с применением метода конформного отображения Н. Е. Жуковского [36], видоизмененного О. М. Киселевым [44]. Приближенная картина течения, полученная для случая, когда воздушная нагрузка составляла примерно 4 тыс. м3/ч на 1 м длины щели, а разность уровней 3=60 мм (см. рис. III.38), дана на рис. III.40, а. Вдали от входа в щель линии тока представляют собой прямые лучи, сходящиеся к щели. Поворот линий тока начинается в основном вблизи от входа в щель, происходит резко и быстро заканчивается, чем создаются оптимальные условия сепарации.

Наименьшие скорости потока наблюдаются вблизи свободной поверхности воды; скорость возрастает к перегородке и достигает максимума на линиях тока, примыкающих к ней. Такое рас- лределение скоростей способствует улавливанию частиц, находящихся в наиболее неблагоприятных условиях. Величины скоростей даны на рисунке; замеры, произведенные с помощью очень тонких; пневмометрических трубок, подтвердили достоверность расчета.

Используя полученные значения скоростей потока w, были вычислены траектории сепарирующихся частиц. На рис. 11.40,6 показаны граничные траектории сепарирующихся частиц. Из области потока, располюженной между каждой из траекторий и поверхностью воды, сепарируются полностью все частицы размера, указанного на линии траектории, и в некоторой мере более мелкие

На рис. II 1.30 (линии 5, 6 н 7) показана действительная фракционная эффективность пылеуловителя типа ПВМ при воздушной нагрузке 4 тыс. м3/ч на 1 м дли«ы щели для трех различных уровней: 6=40 мм, что соответствует наиболее общему случаю для вентиляционной практики и пылеуловителей III класса (см табл. III.1 и III.2), 6=200 и 6=300 мм — для случаев, когда в целях достижения более высокой эффективности используется давление до 350—400 кгс/м2 (пылеуловители II класса).

Из схемы течения (см. рис. II 1.40) следует, что уменьшение радиуса кривизны свободной поверхности воды (что можно осуществить, повышая уровень воды) способствует повышению эффективности процесса. Экспериментальные иссследования па казали, что при увеличении воздушной нагрузки слой воды на перегородке утончается и, хотя перегородка всегда остается смоченной, эффективность при определенных условиях начинает падать. Это явление может быть объяснено отскоком частиц

Пылеуловители Ротоклон N. Принципиальная схема Ротокло-

на N показана на рис. Ш.37, 8. Как видно из рисунка, этот пылеуловитель также может быть отнесен к типу струйных двухперегородочных. В отличие от пылеуловителя типа ПВМ. обе перегородки здесь изогнуты. Судя по описаниям в литературе, искривлением перегородок преследуется цель возбудить центробежные силы и использовать их для сепарации частиц в пределах изогнутого канала — импеллера. Большое значение в отношении пылеулавливания приписывается также завесам капель и брызг, дважды пересекающим траекторию воздушного потока

При наблюдении через остекленный торец импеллера иногда может создаться впечатление, что весь канал заполнен пеной и брызгами воды. В действительности этот эффект, обусловленный торможением потока у торцевой стенки, характерен только для слоя, непосредственно примыкающего к стеклу. Фотографирование позволяет установить, что истинная картина течения не отличается от картины течения в пылеуловителе типа ПВМ и, если исключить пульсации, в одноперегородочном пылеуловителе. На рис IIL41 показаны эти три течения при одинаковых удельных воздушных нагрузках и уровнях залива водой (Q^4 тыс. м3/ч; 6 = 80 мм). Видно, что воздушная струя (светлая полоса) как бы сама выбирает свою траекторию, стремясь кратчайшим путем пробиться через воду (на фото более темная окраска) Из фотографий видно также, что вторая по ходу воздуха перегородка пылеуловителя типа ПВМ при данных условиях ограничивает распространение воздушной струи, вынуждая ее совершить более резкий поворот, что несомненно благоприятствует сепарации

Рис III 41 Течения в струйных пылеуловителях

а — одноперегородочном; 6 — ПВМ, в — ротоклоне

Наблюдения показали также, что, будучи более глубоко погруженной в ваду, эта перегородка хорошо стабилизирует течение. При исследовании импеллера ротоклона оказалось, что при некоторых соотношениях воздушной нагрузки и уровня воды струя не в состоянии перебросить через нависающую кромку криволинейной перегородки увлеченную ею воду.

Канал заполняется водой и можно наблюдать, как периоди- дически водяные пробки перебрасываются за верхнюю кромку перегородки либо падают вниз В условиях такого пробкового

режима поддержание постоянного уровня воды и соответс г- венно стабильной эффективности невозможно.

Нет оснований полагать, что промывка воздуха каплями и брызгами может оказать существенное влияние на эффективность процесса. Как видно из табл. 1.1 и рис. III.30, частицы, которые могут быть уловлены большими каплями, крупнее частиц, эффективно улавливаемых при обтекании перегородки.

В ряде стран разработаны модификации ротоклонов, отличающихся преимущественно конструкцией импеллеров [82].

ГЛАВА IV

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЕСПЫЛИВАЮЩИХ УСТАНОВОК

ОЧИСТКА ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМОГО В ЗДАНИЯ

И СООРУЖЕНИЯ СИСТЕМАМИ ПРИТОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

Задачи очистки воздуха

Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество мелкодисперсной пыли естественного происхождения. Воздушные выбросы промышленных предприятий и отопительных устройств, механическая и ветровая эрозия почвы и другие искусственные и естественные процессы, происходящие в природе, во многих случаях увеличивают запыленность воздуха до такой степени, что по гигиеническим или технологическим соображениям возникает необходимость в очистке воздуха, подаваемого в здания и сооружения.

В Англии воздуху городов, в которых жилые кварталы с каминным отоплением сочетаются с крупными промышленными предприятиями, свойственно пылесодержание до 0,5 мг/м3. В США концентрация пыли в воздухе достигала 1,044 мг/м3. В ФРГ наибольшая концентрация пыли отмечалась в городах Рура —до 0,7 мг/м3.

Санитарные нормы СССР ограничивают среднесуточную предельно допустимую концентрацию нетоксичной пыли в атмосферном воздухе населенных мест величиной 0,15 мг/м3, однако в действительности концентрация пыли часто бывает больше, поэтому лучше исходить из опытных данных о степени загрязнения воздуха в конкретном районе [58]. Обобщенные показатели запыленности атмосферного воздуха приведены в табл. IV.1.

ТАБЛИЦА IV 1

Обобщенные показатели запыленности атмосферного воздуха

Степень загрязнения воздуха

Среднесуточная концентрация атмосферной пыли, мг/м3

Местности, которым свойственна указанная концентрация пыли

Чистый

Слабо загрязненный ..

Чрезмерно загрязненный .

Чрезмерно загрязненный

До 0,15

» 0,5

» 1

» 3*

Сельские местности и непромышленные города

Жилые районы промышленных городов

Индустриальные районы промышленных городов

Тер(ритор<ии промышленных предприятий с большими пылевыми выбросами

В отдельных случаях концентрация пыли может быть более 3 мг/м3

Содержание пыли в воздухе во время пыльных бурь может составлять 10 мг/м3 и более [43]. Так, в районе Бухары в отдельные годы в течение 54—98% времени пылесодержание составляло 1 мг/м3 и менее, 2—31 % времени— до 100 мг/м3 и примерно 3% времени — от 100 до 300 мг/м3.

Повышенные концентрации пыли в атмосферном воздухе, как правило, обусловливаются появлением в нем временами крупных пылевых частиц. Они определяют большую часть переменной нагрузки ма фильтры и довольна легко поддаются отделению в простейших фильтрах. В отличие от этого постоянная запыленность определяет стабильную нагрузку на фильтры, мало изменяющуюся для различных населенных мест. Предельная крупность частиц постоянной запыленности 5—10 мкм, причем более 50% общей массы частиц составляют частицы размером меньше 1—2 мкм, а от общего числа частиц более 50% составляют частицы мельче 0,5 мкм (см. рис. 1.1). Освобождение воздуха от присущей ему постоянной запыленности является более сложной задачей. Здесь следует иметь в виду, что основную опасность для человеческого организма представляют именно частицы размером от десятых долей микрометра до 10 и в особенности дс 5 мкм.

Необходимость в очистке воздуха от пыли возникает также при его рециркуляции в системах вентиляции, практикуемой в широких размерах, особенно при кондиционировании воздуха. Непременным условием возможности использования воздуха, удаленного из помещений вытяжной вентиляцией, для рециркуляции является его достаточная чистота.

Частицы пыли крупнее 10 мкм в значительной мере успевают выпасть в помещениях, вследствие чего в воздухе, забранном вентиляционной системой для рециркуляции, содержатся бэлее мелкие частицы. Некоторым исключением является пыль текстильных предприятий, содержащая много пуха и волокна, способных длительное время оставаться во взвешенном состояннн.

Там, где скопляется большое число людей, следует считаться с загрязнением рециркуляционного воздуха капельными аэрозолями, образующимися при кашле и т. п. Аэрозоли такого рода часто содержат болезнетворные микроорганизмы.

Как видно из изложенного, на воздушные фильтры возлагаются следующие задачи:

уменьшение содержания пыли в воздухе, подаваемом в вентилируемые здания, если среднесуточная или максимальная концентрация пыли в районе расположения здания или вблизи места забора воздуха систематически превышает предельно допустимые величины, установленные санитарными нормами；

защита теплообменников и другого оборудования вентиляционных камер и кондиционеров от запыления, снижающего теплотехнические показатели, увеличивающего сопротивление и т. д.;

предохранение ценной внутренней отделки и оборудования вентилируемых зданий от загрязнения отложениями мелкодисперсной пыли, содержащейся в воздухе, подаваемом в помещения;

поддержание в производственных помещениях предприятий точного приборостроения, радиоэлектронной, фармацевтической и других отраслей промышленности заданной в соответствии с технологическими требованиями чистоты воздуха.

Выбор и расчет воздушных фильтров

Основные показатели эффективности фильтров даны в табл. II.1. Выбор фильтров основывается на соответствии эффективности фильтров задачам очистки при учете начальной запыленности воздуха. Одновременно принимаются во внимание начальное сопротивление фильтра и изменение его сопротивления при запылении, конструктивные и эксплуатационные особенности фильтров, а также целесообразность применения сухих или смоченных фильтров.

Выбор фильтров по их эффективности можно производить согласно табл. II.1, руководствуясь следующими соображениями:

фильтры III класса применяют для выполнения задач, указанных в пп.《а» и《6»;

фильтры II класса применяют для выполнения задач, указанных в пп. «а»,《6» и «в»; в случае необходимости продления сроков и!спользования фильтров II класса их устанавливают в качестве II ступени после более пылеемких фильтров III класса;

фильтры I класса применяют для выполнения задач, указанных в п.《г» при наличии специального обоснования; в целях рационального использования их устанавливают в качестве последней ступени очистки после фильтров II или III класса.

В начальный период работы фильтров их эффективность в зависимости от их вида и конструкции может обнаруживать тенденцию как к росту (например, в большинстве масляных и волокнистых фильтров), так и к падению (например, в электрических фильтрах). Однако в дальнейшем л осле накопления в фильтрах некоторого критического количества пыли эффективность всех фильтров начинает снижаться. В то же время сопротивление фильтров закономерно возрастает, и через определенный период времени располагаемое давление вентиляционной системы оказывается исчерпанным.

Некоторые фильтры являются исключением из указанных правил. Так, эффективность масляных самоочищающихся фильтров и их сопротивление мало изменяются по мере накопления пыли в ванне до тех пор, пока последняя не переполнится шламом. В электрических фильтрах, не оборудованных противоунос- ными фильтрами, сопротивление практически не меняется, одна-

ко эффективность после достижения предельной пыленасыщеч- ности падает.

При повышенной запыленности воздуха применяют главным образом механизированные фильтры III класса: при очистке больших объемов воздуха (более 20 тыс. м3/ч) с пылесодержани- ем 0,5 мг/м3 и более ——масляные самоочищающиеся фильтры, если по условиям эксплуатации объекта допускается некоторое загрязнение воздуха парами замасливателя и не является совершенно обязательным полное исключение капельного выноса за- масливателя; при очистке в тех же условиях меньших объемов воздуха (до 10—20 тыс. м3/ч), особенно если необходимо исключить только капельный вынос масла,——ячейковые масляные фильтры.

При пылесодержании менее 0,5 мг/м3 при очистке больших объемов воздуха могут быть использованы рулонные волокнистые фильтры типа ФРУ, а при очистке небольших объемов воздуха——ячейковые фильтры с тем же фильтрующим материалом.

При пылесодержании менее 0,1 мг/м3 могут применяться также фильтры I класса.

Электрические фильтры могут применяться во всем диапазоне возможной начальной запыленности атмосферного и рециркуляционного воздуха.

Расчет фильтров с учетом их пылеемкосги производят в такой последовательности. Исходя из сопротивления фильтра, которое может быть допущено в проектируемой системе, и аэродинамической характеристики фильтра, выбранного в соответствии с задачами очистки, принимают воздушную нагрузку и определяют типоразмер фильтра или площадь фильтрующей пове)рхности. По начальному пылесодержанию и эффективности фильтра определяют количество пыли, улавливаемой фильтром в единицу времени. По пылевой характеристике определяют период работы фильтра, в течение которого будет использован перепад между принятым начальным и допустимым конечным сопротивлением (для ячейковых и электрических фильтров), либо период работы фильтров, после которого должны меняться масло в ваннах (для самоочищающихся фильтров), катушки (для рулонных фильтров) и т. п. Если этот период окажется меньше, чем допустимо по условиям эксплуатации, нужно уменьшить воздушную нагрузку или применить другой тип фильтра с большей пылеемкостью, или рассмотреть возможность использования в фильтре большего давления.

В целях иллюстрации методики расчета рассмотрим подбор фильтров для санитарно-гигиенической очистки наружного воздуха, подаваемого в производственные помещения предприятия, расположенного в .индустриальном районе промышленного города.

Объем подаваемого воздуха 200 тыс мЗ/u, располагаемое давление вентиляционной системы 15 кгс/м2. Режим работы односменный. Начальное пы- лесодержание, согласно табл. IV.1, можно принять равным 1 мг/м'.

Задача санитарно-гигиенической очистки^ как правило, может быть выполнена фильтрами III класса. Учитывая большой объем очищаемого воздуха, целесообразно использовать механизированные фильтры. Рассмотрим прежде всего возможность применения рулонных фильтров типа ФРУ, эксплуатация которых менее трудоемка, чем масляных самоочищающихся фильтров При установке двух фильтров Ф12РУ площадью рабочего сечения около 12 м2 каждый удельная воздушная нагрузка составит 8300 м3/ч-м2; начальное сопротивление при этом равно 4 кгс/м2.

Эффективность фильтров в условиях сравнительно высокой запыленности можно принять равной 85%; тогда количество пыли, отлагающейся на 1 м2 фильтрующего материала, составит в сутки 0,001 -8300-0,85-8=56,4 г/м2.

Расчетная пылеемкость материала при увеличении сопротивления с 4 до 15 кгс/м2 равна 350 г/м2^ а продолжительность работы фильтра до достижения проектного сопротивления — 350 : 56,4 ^ 6 суток. "I аким образом, механизм перемотки фильтра может включаться через каждые 6 суток. Рас ход материала при высоте живого сечения трехсекционных фильтров Ф12РУ, равней 5 м, составит в сутки 5・3・2:6=5 м, а в год 5-300 = 1500 м.

Затраты на приобретение фильтрующего материала ФСВУ при его стоимости около 2 руб. за 1 м длины достигают 1500*2=3000. Чрезмерно высокая стоимость расходуемого материала обусловлена высокой запыленностью воздуха. Несколько снизить затраты можно путем уменьшения удельной воздушной нагрузки. При установке трех рулонных фильтров того же вида удельная воздушная нагрузка составит 5500 м3/ч-м2? начальное сопротивление — 2 кгс/м2, а количество пыли, отлагающейся на 1 м2 в сутки,—соответственно 37,4 г/м2.

Расчетная пылеемкость материала при увеличении сопротивления с 2 до 15 кгс/м2 ориентировочно равна 520 г/м2.

Продолжительность работы фильтра до перемотки увеличится дю 14 суток» годовой расход материала сократится до 950 м и затраты >на (приобретение материала снизятся до 1900 руб. Таким образом, установка третьего фильтра позволила снизить стоимость расходуемого материала с 3000 до 1900 руб в год, в результате чего стоимость третьего фильтра окупается менее чем за полгода В то же время затраты остаются чрезмерно большими.

Пример Овидетельствует, что применять рулонные фильтры типа ФРУ при пылесодержании более 0,5 мг/м3 следует только при наличии особых обоснований.

Рассмотрим для сравнения вариант применения масляных самоочищающихся фйЛЬТР0В Примем удельную воздушную натрузку, соответствующую случаю установки двух фильтров ФШ5 или Кд-120 номинальной производительностью 120 тыс м3/ч с площадью рабочего сечения каждого около 11 м2, равной 9100 м3/ч-м2 Такая удельная воздушная нагрузка приемлема для фильтров ФШ, однако является чрезмерной для фильтров типа Кд При необходимости использовать этот тип фильтров нужно принять следующий типоразмер ——Кд-160 номинальной (производительностью 160 тыс м3/ч. Площадь рабочего сечения этих фильтров примерно равна 14,9 м2 и удельная воздушная нагрузка составит 6700 м3/ч-м2.

Пр1И рассмотрении эксплуатационного режима ограничимся фильтрами типа ФШ. Эффективность фильтров можно принять приблизительно равной 70%; тогда количество шыли, отлагающейся на фильтрующих панелях каждого фильтра в сутки, составит около 560 г.

Вся уловленная пыль смывается в ванну фильтров. При емкости ванны фильтров ФШ5, равной 560 л,(И плотности масла 0,9 г/см3 ее максимальная пылеемкость, составляющая 30% массы масла, будет исчерпана примерно

за 270 суток По прошествии этого времени масло должно быть полностью заменено Использование окребкового механизма в фильтрах для удаления шлама позволяет удлинить этот срок в 2—3 раза

При централизованном шламоудалении с перекачкой загрязненного масла по трубам содержание механических примесей не должно превышать 7% Соответственно масло должно регенерироваться через каждые ЬЗ су ток Максимальная продолжительность использования нефтяных масел с регенерацией путем отстоя и фильтрации составляет примерно два года

При использовании обычных нефтяных масел (висцинового, индустри ального, трансформаторного и т п ) замасливание воздуха в среднем рав «о 0 2 мг/мз Потери масла за сутки при этом составят около 960 г, или за год — около 300 кг При стоимости этих сортов масла примерно 150 руб за 1 т годовые затраты на добавление масла равняются 40—50 руб Мож но принять что ежегодные затраты на замену 50% масла составят при мерно 75 руб Таким образом, общие затраты на замасливатель в год в среднем равны 120 р〉6

Применяя вместо нефтяных масел полиметилсилоксановые жидкости типа ПМС-100 или ПМС-200, которые практически не испаряются, можно избавиться от замасливания воздуха и соответственно 07 потерь замаслива теля на испарение При этом затраты определяются исключительно аморти зациеи замасливателя, которую вследствие особой стабильности кремнии органической жидкости можно принять равной примерно 10% в год лрн обеспечении ее простейшей очисткой от взвешенных частиц При стоимости этой жидкости примерно 14 руб за 1 кг годовые затраты составят ориенти ровочно 1400 руб

Как видно из расчета, очистка воздуха в масляных самоочищающихся фильтрах при повышенной запыленности воздуха значительно дешевле его очистки в рулонных фильтрах Это преимущество сохраняется также и при использовании замасливателей типа ПМС, когда качество очищенного воздуха получается не хуже, чем при применении рулонных фильтров. С уменьшением пылесодержания эффект снижается, так как стоимость расходуемого в рулонных фильтрах фильтрующего материала прямо пропорциональна пылесодержанию, а расходы, связанные с амортизацией замасливателя, от него не зависят Стоимость рас ходуемых материалов уравнивается при пылесодержании по I варианту примерно 0,16 мг/м3 и по II варианту 0,24 мг/м3. В обоих случаях, очень близких к реальным условиям очистки воздуха в городах со средней загрязненностью атмосферы, применение рулонных фильтров является, несомненно, более рациональным ввиду простоты и удобства их эксплуатации

Рассмотрим также применение электрических фильтров типа ФЭ, эф фективность которых несколько выше требуемой в данном случае

Примем к установке два фильтра Ф14Э6 номинальной производитель ностью 100 тыс мЗ/q каждый, укомплектованные противоуносными стекло волокнистыми фильтрами Площадь рабочего сечения каждого фильтра 14 м2 и удельная воздушная нагрузка 7200 м3/ч м2 Начальное сопротивле ние фильтра 2 кгс/м2 эффективность 92%

Количество пыли оседающей за сутки на 1 м2 входного сечения фильтра примерно равно 53 г/м2

Расчетная пылеемкость фильтра при увеличении сопротивления с 2 до 15 кгс/м2 составляет около 1700 г/м2, поэтому продолжительность работы фильтра до достижения проектного сопротивления ориентировочно равна 32 суткам Таким образом, противоуносный фильтр должен меняться <примео

но 1 раз в месяц. Одновременно должен промываться электрический фильтр. Расход фильтрующего материала на одну замену составляет 14 м2 и в год 330 м2. Затраты на приобретение материала равны: 2-330 ==660 руб. Дальнейшее снижение затрат на очистку воздуха в электрических фильтрах может быть достигнуто за счет некоторого уменьшения эффективности очистки, если отказаться от установки 1противоуносных фильтров. Для ориентировочных расчетов можно принять, что при накоплении пыли в кол>иче- стве 1500 г/м2 эффективность очистки (без противоунооного фильтра) снижается до 70%, а средняя эффективность за весь период работы составляет примерно 80%.

Особенно высокими могут быть затраты при очистке воздуха, рециркулирующего в системах вентиляции промышленных предприятий с ощутимым пылевым загрязнением. Начальная концентрация пыли в этом воздухе должна приниматься (равной предельно допустимой величине, т. е. от 2 до 10 мг/м3 в зависимости от класса опасности пыли.

В связи с этим представляет интерес анализ значений постоянной фильтрации А, полученных при исследовании некоторых из описанных в главе II фильтрующих слоев:

Значение 九，отне-

В сенное к числу Значение 九，отне- Г последовательно сенное к гл>бине уложенных сеток слоя

Фильтр масляный типа ФяР с заполнением из гофрированных стальных сеток с ячей-

ками от 2,5 до 0,63 мм ..

2,3

12

Фильтр масляный типа ФяВ с заполнением из гофрированных винипластовых 《сеток》 с отверстиями 2,8 мм ...

3,4

7

То же, не замасленный

Фильтр губчатый типа ФяП с заполнением из модифицированного пенополиуретана ...

5

9

—

3

Теоретические зависимости, приведенные в п. 3 главы I, были получены для фильтрации монодисперсного аэрозоля через однородный фильтрующий слой и при игнорировании таких факторов, как электростатические силы, коагуляция частиц и т. п. Тем не менее, поскольку все эксперименты были проведены по одинаковой методике, из сравнения полученных величин можно сделать, например, вывод, что эф|фективно1сть стальных сеток, изготовленных из тонкой проволоки, выше эффективности винипластовых «сеток», представляющих собой перфорированную вини- пластовую пленку. В то же время эти «сетки» за счет меньшей высоты гофров укладываются плотнее, чем стальные, поэтому, будучи отнесенным к глубине фильтрующего слоя, значение их постоянной фильтрации оказывается меньшим.

Слои, характеризующиеся большими значениями X, т. е. меньшей удельной эффективностью, отличаются также более пологими кривыми распределения пыли. Благодаря более глубокому прониканию пыли такие слои обладают большей пылеемкостью,

что очень важно для фильтров III класса. С учетом этих соображений для указанной задачи очистки может оказаться целесообразным применение фильтрующих слоев, характеризующихся большими значениями постоянной фильтрации.

В целом создание установок, способных очищать воздух с повышенным начальным содержанием пыли, в частности рециркуляционный воздух, воздух в местностях с частыми пылевыми бурями и т. д., является сложной и пока не вполне решенной задачей. Наиболее соответствуют таким условиям фильтры, очищаемые в процессе работы, например рулонные фильтры типа ФПР и ФРП. Усовершенствованное шламоудаление в самоочищающихся фильтрах типа ФШ также позволяет пользоваться ими при повышенной запыленности.

Предварительная очистка воздуха в районах пыльных буры В 1959 г., по предложению автора, в воздухозаборе газовых турбин ГРЭС в Небит-Даге применена воздухоочистная установка, показанная на рис. IV丄

Воздух забирается через плоские шахты 1, приподнятые, насколько это возможно по местным условиям, над поверхностью» земли за пределы зоны наибольших концентраций пыли. Ско-

Рис IV.1. Установка для очистки воздуха в районах пыльных бурь 166

рость воздуха в шахте поддерживается на уровне 20——25 м/с. С этой скоростью воздух поступает на плоскую решетку 2 жалюзийного инерционного пылеотделителя типа ПИ. Наиболее крупные частицы, ударяясь о пластинки (решетки, отскакивают от них, подхватываются потоком и сносятся вниз. Воздух, освобожденный таким образом от частиц пыли, проходит между пластинками решетки, а затем через фильтр 3, после чего засасывается компрессором в отверстие 4.

Пылевой концентрат отсасывается через узкую щель 5 с помощью вентиляторов 6 и выбрасывается в атмосферу, что в условиях пыльных бурь не может существенно увеличить пылесо- держание наружного воздуха. Сопротивление устройств предварительной очистки при расходе воздуха 100 тыс. м3/ч составляет около 40 кгс/м2.

'Пластинки жалюзийной решетки пылеотделителя играют одновременно роль направляющих лопаток, выравнивающих поток перед фильтром. По имеющимся данным, эффективность пылеот- делителя в зависимости от метеорологических условий доходит до 90%.

Предварительная очистка воздуха от волокнистой пыли с помощью металлических и капроновых сеток. Имеется опыт очистки сильно запыленного (>4 мг/м3) рециркуляционного воздуха прядильных и ткацких цехов хлопчатобумажных и камвольных фабрик с помощью металлических и капроновых сеток. В данном случае используется способность пыли образовывать на поверхности сетки волокнистый слой, являющийся естественным фильтром.

Эффективность сеток зависит как от размера их ячеек, так и от рода пыли. Эффективность одной и той же сетки может быть различной в разных цехах в зависимости от оборудования, качества пряжи и т. п. и возрастает по мере утолщения слоя осевшей пыли. Например, в ткацком цехе при использовании металлической сетки с размером ячеек 1600 мкм и диаметром проволоки 500 мкм оказалось, что в начале периода фильтрации или сразу после чистки сетки эффективность ее составляла всего 8%, а в конце периода фильтрации, когда сопротивление достигло предельной по условиям эксплуатации величины,——24%. Среднее пылесодержание в цехе по замерам было равно 4,1 мг/м3. В другом ткацком цехе эффективность металлической сетки с размером ячеек 400——450 мкм и диаметром проволоки 160 мкм составляла 26% в начальный момент после чистки сетки и 48% к моменту следующей чистки (через 2 ч). Среднее пылесодержание составляло 6,15 мг/м3. В момент чистки сетки проскок пыли настолько велик, что, как показали замеры, запыленность за сеткой в это время превышает более чем в 1,5 раза запыленность воздуха перед сеткой.

Металлические сетки быстро корродируют. Коррозия способ-

ствует залипанию ячеек сетки волокнистой пылью и затрудняет их чистку.

В последние годы делались попытки применить в системах вентиляции текстильных предприятий рамные фильтры, снаряженные капроновой тканью. Исследования показали, что и на片 менее плотные капроновые ткани отличаются большим аэродинамическим сопротивлением, достигающим 50 кгс/м2 при удельной воздушной нагрузке 8——9 тыс. м3/ч-м2. Эффективность капроновой гкани арт. 1530 при искусственном запылении возд> - ха мелкодисперсной кварцевой пылью с предельной крупностью частиц менее 10 мкм не превышала 34%, причем сопротивление росло очень быстро. Пылеемкость ткани составляла несколько граммов

Более совершенным средством являются капроновые сетки (ситовые ткани). Их номенклатура включает более 30 артикулов сеток из монокапрона разных номеров с размером ячеек до 1200 мкм. Для фильтрации воздуха могут быть рекомендованы сетки арт. 25, 27, 29, 32, 35 и 43. Капроновые сетки имеют очень малое сопротивление. Так, при нагрузке 10 тыс. м3/ч-м2 сопротивление самой частой сетки не превышает 6 кгс/м2. С точностью, достаточной для практических расчетов, для перечисленных сеток можно принимать С=7.

Изменение эксплуатационных показателей фильтра в виде капроновой сетки при фильтрации через нее воздуха прядильного цеха при воздушной нагрузке 5 тыс. м3/ч• м2 и среднем пылесэ- держании 2 мг/м3 приведено в 1а6л. IV.2.

ТАБЛИЦА IV 2

Изменение эксплуатационных показателей капроновой сетки по мере ее работы

Продолжите пьность работы филыра от момента чистки, ч

Эффективность, %

Сопротивление фильтра, кгс/м2

Масса уловленной пыли, г/м2

0

40—50

1—1,5

0,5

3

65

2—3

20

5

75

3—4

30—40

8

85

6—7

60—70

10

90

8—10

80—99

14

92

10—12

99—100

22

95

>15

>120

Капроновые сетки не подвержены коррозии и благодаря гладкой поверхности нитей легко очищаются от пыли. После каждой чистки начальное сопротивление сеток полностью восстанавливается. При чистке капроновой сетки должна быть удалена вся пыль, так как в ее нижнем слое скапливается основная масса мелкой минеральной пыли (<20 мкм), которая проходит через верхний более рыхлый слой. При механической чистке пэ- верхности сеток, например в фильтрах типа ФПР или ФРП, мож- 168

но, регулируя скорость передвижения отсасывающего патрубка в зависимости от запыленности воздуха, обеспечить постоянную среднюю эффективность улавливания пыли в пределах 70—80%.

Выбор замасливателей для воздушных фильтров.

Централизованное маслоснабженне самоочищающихся фильтров и удаление шлама

Толщина пленки замасливателя, образующейся на поверхности фильтрующих элементов, имеет первостепенное значение для эффективной работы масляных и особенно самоочищающихся фильтров, а также для предотвращения капельного выноса масла. Она должна учитываться также при выборе структуры фильтрующего слоя, т. е. при конструировании фильтров.

Толщина пленки на фильтровальных панелях самоочищающихся фильтров определяется скоростью движения панелей и свойствами замасливателя. Выходящие из ванны панели увлекают за собой масло. Толщина остающейся после стока избытка масла пленки зависит от его вязкости ц,ж, плотности рж и поверхностного натяжения о. Согласно теории Б. В. Дерягина [32], толщина 6 пленки на вертикальной стенке, например на пластинке заполнения шторок фильтра ФШ. может быть определена из безразмерного выражения

Температура, %Температура, %

Температура, %

Температура, %

Рис IV 2. Зависимость от температуры воздуха толщлны пленки

/ —— масла для вентиляционных фильтров (висцинового); 2 — масла индустриального 12, 3 — то же, 20; 彳一 масла трансформаторного; 5 — масла МК 8; 6 — масла парфюмерного, 7 ——нефтяного замасливателя фирмы «Конкордия» ； 8 ——полиметилсилоксановой жидкости ПМС

На рис. IV.2 показана зависимость толщины пленки некоторых замасливателей от температуры воздуха для скорости движения панели 12 см/мин. Из графика видно, что в летних условиях пленки, образуемые некоторыми маслами, чрезмерно тонки. Толщина пленок таких распространенных замасливателей воздушных фильтров, как висцинового и парфюмерного масла, в зимнее время может доходить до 1—2 мм, что исключает возможность нормальной эксплуатации фильтров. Наилучшими

показателями обладают полиметилсилоксановые жидкости"” пленка которых сохраняет практически одинаковую толщину при положительных и отрицательных температурах.

Согласно исследованиям, для предотвращения возникновения на фильтрующем слое сплошных пленок замасливателей, способных разрушаться под давлением воздуха с образованием масляного аэрозоля, размер каналов в этом слое должен составлять

ь〉2ь〉2(Mb и)%О” (Рж g)“(Mb и)%О” (Рж g)“

ь〉2

ь〉2

(Mb и)%

О” (Рж g)“

(Mb и)%

О” (Рж g)“

Вязкость замасливателя является одним из важнейших его свойств, определяющим возможность его применения в конкретных температурных условиях эксплуатации. На рис. IV.3, Q 口рг- веден а ьязкостно-температурная характеристика масел, полученная с помощью вискозиметра Хепплера ВН2. С учетом опыта эксплуатации фильтров следует считать, что вязкость масел не должна быть меньше 50 сСт. Максимальная их вязкость в самоочищающихся фильтрах при отрицательных температурах не должна превышать 7000 сСт, а при централизованном маслоснаб- жении ——4000 сСт. В ячейковых фильтрах может быть допущена вязкость, соответствующая температуре, на 5—7℃, превышающей температуру застывания замасливателя.

Вязкость полиметил сил оксановых жидкостей (ПМС) в интервале температур от ——50 до 50℃ изменяется всего только в 10 раз, всегда сохраняя достаточно высокие значения. Несмотря на пока сравнительно высокую стоимость, эти жидкости в течение нескольких лет с успехом эксплуатируются на некоторых ответственных объектах.

По условиям взрывобезопасности в кислородной промышленности нефтяные масла заменены водно-глицериновыми растворами с добавкой ингибиторов. Вязкость раствора с 70%-ным содержанием глицерина достигает 4000 сСт. Раствор с содержанием глицерина 66,7% замерзает при —46,5℃. При содержании глицерина более 70% температура замерзания повышается, а неразбавленный глицерин замерзает (кристаллизуется) при 17—— 18℃.

Плотность замасливателей определяет также поведение водьь попадающей в ванну фильтров. Для нормальной эксплуатации фильтров необходимо, чтобы вода (а при ее замерзании лед) находилась на дне ванны. На рис. IV.3, 6 плотность воды и льда показана линией 16 (с учетом надежного обеспечения желательного расслоения жидкостей). В области положительных температур разность плотностей воды и нефтяных масел достаточно велика, а воды и жидкости ПМС-70 незначительна. Для обеспечения опускания воды в нижнюю часть ванны плотность замасливателей вплоть до температуры 45℃ должна быть не более 0,99 г/см3. Для предупреждения же всплытия льда^

Рис IV 3 Эксплуатационные свойства замасливателей

с — вязкостно-температурная характеристик ка; 6— изменение плотности, в — измене

ние поверхностного натяжения» г — испаряе мость (среднее содержание замаслявателей

в очищенном воздухе в зависимости от

температуры), А — масла для вентиляцион ных фильтров (висцинового), 2 — масла индустриального 12, 3 — то же, 20, 4 — масла трансформаторного, 5 — масла МК-8; 6 — масла АМГ-10» 7 -— масла парфюмерного, й — нефтяного замасливателя фирмы 《Кон кордня», 9 — полиметил сил оксановой жидко <ти ПМС-70; 10 —tq же, ПМС-100, " — то же, ПМС 200, 12 — водноглицеринового раствора 70%-ного, /3 — то же, 50%тюго, 14 — масла

МВП, 15 — глицерина (99J9}),

J6 — ВОДЫ

飞处-QUJaoHEOVU

лнпр -^^£ё 9'Heg支搀 ои

関

278654 3’ 3-2W 、HnmdEH当彥

W碑

学

имеющего плотность 0,92 г/см3, плотность замасливателей в области отрицательных температур должна быть не более 0,91 г/см3. Из графика на рис. IV.3,6 видно, что масла висцино- вое, индустриальное, парфюмерное и АМГ-10 удовлетворяют этому требованию, в то же время трансформаторное масло и масло фирмы «Конкордия», начиная с —5°С, а также масло МК-8, начиная с —30℃, имеют такую плотность, что возможно всплытие льда. Плотность полиметил силоксановых жидкостей при 0℃ больше критического значения, в связи с чем фильтры, работающие на этих жидкостях в северных районах, иногда снабжаются специальными электроподогревателями. Водно- глицериновые растворы могут замерзнуть только во всем объеме.

Поверхностное натяжение замасливателей определяет их способность образовывать на поверхностях фильтрующего слоя равномерную пленку и смачивать пылевые частицы для их лучшего удержания. Чем меньше поверхностное натяжение, тем лучше происходит смачивание скоплений пыли, образующих множество капиллярных каналов. Как видно из рис. IV.3, в, лучшими показателями в этом отношении обладают полиметил сил оксановые жидкости, сохраняющие максимальную подвижность вэ всем температурном диапазоне. Нефтяные масла по смачиваемости и капиллярному эффекту несколько уступают им, однако существенно превосходят водно-глицериновые растворы, обладающие наибольшим поверхностным натяжением. Наблюдения показали, что водно-глицериновые растворы образуют слои неравномерной толщины. Иногда наблюдается сбегание слоя с образованием отдельных скоплений глицерина, что свидетельствует о преобладании когезии молекул друг к другу над их адгезией к материалу поверхности. Загрязненные, даже слегка корродированные, металлические ловерхности смачиваются удовлетворительно. Об этом свидетельствуют также результаты исследования фактической пылезадерживающей способности фильтров, смоченных оптимальным водно-глицериновым раствором. Испытания проводились на самоочищающемся фильтре типа Кд-43 производства домодедовского завода «Кондиционер». Параллельно в качестве контрольного испытывался такой же фильтр, замасленный вис- циновым маслом. Таким же образом была проверена жидкость ПМС-70. Исследование показало, что эффективность фильтров во всех трех случаях практически одинакова.

Испаряемость замасливателей определяет их содержание в очищенном воздухе. В первую очередь она должна учитываться в тех случаях, когда очистка воздуха производится в целях создания комфортных условий, а также при наличии специальных технологических требований.

Как видно из рис. IV.3, а, содержание в воздухе даже таких замасливателей, как парфюмерное, висциновое и индустриальное масла, может достигать очень больших величин, особенно в лет- 172

нее время в южных районах, а при определенных условиях и зимой, например при установке калориферов в приточных системах вблизи фильтров. Такие масла, как трансформаторное, МВП (вазелиновое) и др., при температуре более 5℃, по-видимому, применять не следует совсем. Содержание глицерина и жидкостей ПМС не приведено на графике вследствие его очень небольшой величины.

Запах замасливателей является весьма важным свойством, особенно при подаче воздуха в общественные здания.

Органолептическое исследование показало, что полиметилсилоксановые жидкости, а также глицерин и его водные растворы практически не имеют запаха. В то же время все нефтяные масла, за исключением парфюмерного, обладают неприятным запахом. У маловязких масел — МВП, трансформаторного и МК-8— этот запах значительно сильнее и резче по сравнению с маслами средней вязкости — индустриальным 12 и 20 и висциновым. Особенно неприятен запах масла АМГ-10. С понижением температуры запах несколько уменьшается, однако и в этих условиях применять маловязкие масла в системах приточной вентиляции, особенно в общественных зданиях, нежелательно. С понижением влажности запах ощущается сильнее.

Токсичность замасливателей должна полностью исключаться. Исходя из специальных исследований можно считать, что пэли- метилсилоксано'вые жидкости, глицерин и его водные растворы нетоксичны.

Действуя на кожные покровы, нефтяные масла могут вызывать различные заболевания [22].

Пожароопасность. Основным показателем пожароопасности является температура вспышки. Наибольшие преимущества и в этом отношении имеют полиметил сил оксановые жидкости с температурой вспышки 290—300°С. У неразбавленного глнцернта /всп=174°С, и она повышается с введением воды. При содержании в растворе 35% и более воды он считается невоспламеняю- щимся. Такие распространенные нефтяные замасливатели, как висциновое, парфюмерное и индустриальное масла, характеризуются /Всп от 160 до 170℃, а маловязкие масла типа МК-8, МВП и АМГ-10 — /всп= 1Э5°С и ниже.

Замасливатели можно выбирать из числа перечисленных в табл. IV.3 с учетом условий эксплуатации.

При превышении рекомендованного значения верхней температурной границы возможно чрезмерное снижение вязкости и разжижение замасливателей, что способствует выносу их из фильтра в виде капель, увеличению их испаряемости и усилению запаха. Активизируются процессы окисления жидкостей. При использовании замасливателей за пределами нижних (рекомендуемых границ чрезмерно увеличивается вязкость, замасливатель густеет, в результате чего фильтрующие элементы не отмываются от пыли, замедляется осаждение пылевых частиц в ванне.

Замасливатель

Стандарт или технические условия

Температур цы приме

верхняя

ные грани- нення, ℃

нижняя

Температура вспышки, ℃

ТАБЛИЦА IV 3

Натуральные н сннтетнческне замаслнвателн для масляннх фильтров

Масло для вентиляционных фильтров (висци- новое)

ГОСТ 7611—55

35

—15

То же, при введении де- прессатора АзНИИ . .

То же

35

—25

165

Масло индустриальное 12

ГОСТ 1707—51

20

—20

165

То же, 20

То же

30

—10

170

Парфюмерное масло .

ГОСТ 4225—54

25

—25*

160

Трансформаторное масло

ГОСТ 982—68

5

—35

147**

Масло МК-8 • • •・

ГОСТ 6457—66

10

—40

135

Приборное масло МВП

ГОСТ 1805—51

—15***

—50

127**

Водно-глицериновый раствор 80%-ный..

Инструкция

35

—15

То же, 70%-ный . • •

ЦНИИПромздаиий То же

35

—35

А 60%-ный ...

20

—30

—

Полиметилсилоксановая жидкость ПМС-100 .・

МРТУ ЕУ-230-61

]5****

—50

300

То же, ПМС-200..

То же

50****

—50

300

* Температура застывания масла стандартом не определена.

Нижняя граница при-

менения данного масла установлена по результатам исследований ЦНИИПромздаиий ** Температура вспышки в закрытом тигле.

*** Верхняя граница определена по повышенной испаряемости приборного масла **** При указанных значениях температурной границы испарение практически отсутствует

При дальнейшем охлаждении на фильтрующих элементах образуются сплошные пленки, увеличивающие сопротивление филь- гра, возможен срыв и вынос замасливателя. При достижении температуры застывания или замерзания возможно разрушение привода и других элементов фильтра.

Проектирование фильтровальных камер

В системах приточной вентиляции и кондиционирования фильтры III класса устанавливают перед калориферами. При атом принимают меры для предупреждения попадания атмосферных осадков в воздухозаборные отверстия или создают условия для выпадения их из потока в подводящих каналах до фильтров. ■Фильтры I класса по возможности располагают вблизи мест выпуска воздуха в помещение, предотвращая тем самым загрязнение очищенного воздуха в каналах. Фильтры II класса, если они не являются единственной ступенью очистки, также приближают к местам раздачи воздуха.

Особое внимание следует уделять организации упорядоченного подтекания воздуха к рабочей поверхности фильтров.

Скорость фильтрации в современных фильтрах не превышает 3 м/с, в то время как в подводящих каналах скорость потока воздуха составляет 10—12 м/с и более. Только в редких случаях, например при установке фильтров вблизи воздухозаборов, удается обеспечить плавное расширение потока перед фильтрами. Поток воздуха, втекающего в камеру, не успевает на коротком пути до фильтра расшириться надлежащим образом, в результате чего отдельные участки фильтра подвергаются воздействию больших скоростей. Для выравнивания скоростей потока приходится вводить сопротивления в виде решеток, выполненных из перфорированных листов, уголков, реек, сеток и других элементов.

На рис. IV.4, а представлена наиболее часто встречающаяся схема фильтровальной камеры с картиной течения воздуха в ней.

a) R482。a) R482。声Z2/声Z2/>1,5%>1,5%

a) R482。

a) R482。

声Z2/

声Z2/

>1,5%

>1,5%

Рис. IV.4. Схемы течения воздуха через фильтровальную камеру

■ — при осевом подводе и отводе воздуха; б—при боковом подводе и отводе воздуха; Ф — фильтр

Пунктирными линиями показаны границы активной ст)руи при отсутствии решетки.

Фильтр, так же как и решетка, представляет собой сопротивление, рассредоточенное по сечению потока. Вследствие этого за фильтром скорости потока выравниваются. В однослойных фильтрах, например волокнистых, это выравнивание начинается с передней поверхности фильтрующего слоя, поэтому такие фильтры малочувствительны к неравномерности скоростей. В многослойных фильтрах выравнивание происходит от слоя к слою. Например, в фильтрах типа Кд, где воздух проходит через четыре сетчатые панели, последнюю из них обтекает поток, распределение скоростей в котором выравнялось под влиянием первых трех сеток, однако первая сетка оказывается полностью под влиянием неравномерных скоростей.

В фильтрах типа ФШ всего два слоя, поэтому первые по течению воздуха шторки благодаря своей большей глубине и большему сопротивлению оказываются в несколько лучшем положении, чем первая сетка фильтров типа Кд- В электрических фильтрах выравнивание скоростей потока происходит перед противо- уносным пористым слоем, в то время как в осадительной зоне, сопротивление которой очень мало, распределение скоростей остается неравномерным.

Течения, образующиеся под влиянием установленной в той же камере выпрямляющей решетки, показаны на рис. IV.4, а сплошными линиями. Чем больше сопротивление решетки, тем меньше разница между скоростью воздуха на ее отдельных участках.

При набегании на решетку струя растекается по ней в радиальных направлениях. В тонких решетках, обычно применяемых на практике, радиальные составляющие скорости не гасятся, вследствие чего перетекание от центра к периферии сохраняется и за решеткой. В решетке с большим сопротивлением такое перетекание проявляется особенно сильно, причем может возникнуть «перевернутый» профиль скоростей: поток устремляется к стенкам камеры, а в центральной части создаются обратные течения.

Возникающая таким образом вторичная неравномерность скоростей потока также нежелательна. Для удовлетворительного выравнивания скоростей потока с помощью плоских решеток их следует конструировать так, чтобы коэффициент местного сопротивления решеток был равен величине, определяемой по формуле И. Е. Идельчика:

где 尸巾一площадь рабочего (входного) сечения фильтра; FK —— площадь сечения подводящего канала.

При конструировании решеток рекомендуется пользоваться методикой, изложенной в работе [40].

Необходимо учитывать, что при значениях 白，меньших вычисленной величины, скорости в осевой части потока останутся большими, а при значениях С, больших вычисленной величины, может возникнуть перетекание к периферии.

Формула применима для отношения площадей 尸巾/尸к& 10. При больших значениях этого отношения следует устанавливать несколько решеток. В этом случае растекание потока по каждой из решеток будет происходить менее интемсивно, а в пространстве между решетками радиальные составляющие скоростей потока будут затухать. В пределах значений отношения 6W尸ф/尸к《20 можно принимать для установки две решетки. Требуемый коэффициент сопротивления отдельной решетки системы при одинаковой их конструкции определяется формулой:

где п —число решеток.

Расстояние между решетками должно быть достаточно велико, чтобы могло произойти выравнивание потока. Практически [рекомендуется принимать это расстояние не менее /=0,15, где Б — наибольший размер решетки.

Степень выравнивания потока в некоторой мере зависит ог расположения входного отверстия относительно фильтра. Следует стремиться к центральному вводу потока в камеру.

Расстояние от первой решетки до входного отверстия должно быть не меньше /=6,8А, где Do — диаметр или ширина входного отверстия.

Расстояние между решеткой и фильтром должно быть не менее 1—1,2 м.

Распределение скоростей в пространстве вблизи всасывающего отверстия показано на рисунке в долях средней скорости в сечении всасывающего отверстия Do-

Скорости в спектре всасывания с удалением от всасывающего отверстия быстро затухают. Тем не менее для всасывающих отверстий, устроенных, как показано，на рис. IV.4, а, скорости на расстоянии, равном примерно одному диаметру всасывающего отверстия, еще составляют около 10% средней скорости в сечении всасывающего отверстия. Если установить фильтр на таком расстоянии от всасывающего отверстия, то в результате сложения скоростей можно ожидать образования эпюры скоростей с той же выпуклой структурой, во избежание которой устанавливались решетки. В результате взаимодействия струи и подсасыва-

ния может возникнуть струйное перетекание через фильтр от входного отверстия к всасывающему, как это показано на рисунке пунктирной линией. Рекомендуется принимать расстояние от фильтра до всасывающего отверстия не меньше 1,5—2£>о-

На рис. IV.4, б показана схема другой, также распространенной компоновки камеры с боковым подводом и отводом воздуха. В данном случае поток отжимается к противоположной входу стенке, как это показано на рисунке пунктарной линией. И в этом случае необходимо учитывать, что будет происходить растекание воздуха по решетке, но по направлению к стенке, на которой расположено входное отверстие. При слишком большом сопротивлении решетки у этой стенки возникнет зона повышенных скоростей и эпюра скоростей будет вновь неравномерной. Для экономии площади камеры всасывающее отверстие располагают вплотную к торцевой стенке камеры. При этом спектр всасывания изменяется, так как одно из направлений подтекания воздуха преграждается, а в других направлениях зона всасывания удлиняетсся.

На рис. IV.4, б в целях большей компактности всасывающее отверстие с помощью переходного элемента вытянуто вдоль всей торцевой стенки. При этом скорость может быть уменьшена.

По условиям компоновки не всегда удается выдержать указанные расстояния. В этом случае приходится прибегать к устройству лопаток или объемных, например сотовых, решеток, не только выпрямляющих, но и направляющих поток. В некоторых случаях удобно использовать короткие диффузоры с встроенными в них направляющими перегородками.

В кондиционерах равномерность подтекания воздуха, как П|равило, должна обеспечиваться соответствующим исполнением присоединительных элементов и оборудования, устанавливаемого перед фильтрами. В коадиционерах типа Кд неравномерность потока часто вызывается влиянием клапанов, располагаемых на небольшом расстоянии (600—1200 мм) от фильтра. Чтобы клапан с достаточной чувствительностью регулировал своим сопротивлением объем проходящего через него воздуха, воздушную нагрузку на него принимают обычно около 30 тыс. м3/ч • м2, т е. в 3 раза больше, чем на фильтры. Соответственно средняя скорость струи воздуха, выходящего через клапан, доходит до 10 м/с, т. е. более чем в 3 раза превышает максимальную скорость, допускаемую в масляных фильтрах из условия предотвращения выноса масла. Применяя клапан большего размера или равномерно размещая в камере несколько клапанов малого размера вместо одного большого, можно добиться образования более или менее равномерного потока в переходной камере.

Наибольшей чувствительностью к условиям подтекания воздуха отличаются масляные самоочищающиеся фильтры типа Кд. Сетчатые панели этих фильтров легко прогибаются при повы-

шенном давлении воздушного потока, в результате чего их кромки выходят из направляющих. Прогибы панелей возможны при завышении скорости подтекания воздуха по всему сечению и даже в его отдельных участках. Последнее встречается при сосредоточенной подаче воздуха к фильтру и является особенно нежелательным, так как осевые скорости струи могут во много раз превышать допускаемые величины. При выходе кромок панелей из направляющих открывается часть рабочего сечения фильтра, где воздух минует фильтрующий слой. Выше и ниже места выхода кромок трение чрезвычайно усиливается, и сетка, задевая за острые края направляющих, разрушается. Поиводы вследствие перегрузок часто выходят из строя.

Для ограничения прогиба фильтрующих сеток в фильтрах типа Кд устанавливают жесткие решетки, однако при больших давлениях трение сеток об эти решетки настолько велико, что трение ведущего вала фильтра о те же сетки недостаточно для их движения. Панель остается неподвижной, не промывается от накапливающейся пыли и ее сопротивление возрастает. При этом двигатели привода, как правило, выходят из строя раньше, чем остановка панелей может быть замечена обслуживающим персоналом.

Вследствие неравномерного распределения скоростей возможен также вынос масла из фильтра. Наиболее крупные капли масла падают на дно камеры вблизи фильтра, но мелкие уносятся далеко в систему, загрязняя по пути каналы, теплообменник и другое ее оборудование. Масло, попавшее на горячие калориферы, испаряется, а частично возгоняется, сообщая воздуху неприятный запах.

Особенно важно не допустить образования зоны повышенных скоростей в нижней части сечения фильтра. Находящиеся здесь элементы фильтрующих панелей только что вышли из масляной ванны, и на их поверхности еще имеется избыточное масло, не успевшее стечь. Толстые масляные пленки легко срываются воздухом, образуя большое количество капель масла.

Масляные ячейковые фильтры менее чувствительны к нерав- номерноста скоростей потока воздуха, хотя при установке свежепромасленных фильтров также может наблюдаться унос масла В целом же в установках с ячейковыми фильтрами всех видов, с сухими рулонными фильтрами и т. д. неравномерность скоростей вызывает только некоторое увеличение сопротивления в связи с растеканием воздуха по фильтрующей поверхности.

Нельзя допускать неравномерного распределения скоростей в электрических фильтрах, так как здесь в зонах с повышенными скоростями частицы либо не успевают зарядиться и осесть на осадительных электродах, либо срываются с них воздухом.

При использовании в вентиляционных камерах и кондиционерах частичной рециркуляции воздуха смешение наружного воздуха с теплым и влажным рециркуляционным обычно происхо-

дит непоцредственно перед фильтрами. На границе смешивающихся потоков водяные пары, содержащиеся в рециркуляционном воздухе, конденсируются, осаждаясь в виде водяных пленок или изморози на фильтрующих поверхностях. В масляных самоочищающихся фильтрах эта влага в дальнейшем стекает в ванну. Образование водяного слоя на дне ванны не вредит работе фильтра, если только нет опасности переполнения ванны, в результате чего будет выливаться масло, или нет вероятности всплытия льда при замерзании воды. Для удаления воды ванны фильтров обычно снабжаются сифонными трубками. В полах помещений следует предусматривать соответствующие стоки.

При большом количестве водяных паров в рециркуляционном воздухе в сильные морозы на фильтрующих панелях иногда образуются наледи; сопротивление фильтров при этом может очень сильно возрастать. Ввиду резкого увеличения скоростей на участках, оставшихся свободными от наледей, усиливается унос масла. Подобного же рода нарушения работы фильтра возникают при попадании в него снега“

В целях предотвращения нарушений, связанных с обледенением фильтрующих панелей и заносом их снегом, а также с застыванием масла на панелях масляных фильтров, в некоторых конструкциях фильтров имеются подогреватели.

Подогретое масло растапливает наледи и снег на панелях в процессе их промывки в ванне; кроме того, такое масло легче стекает с панелей. После выхода панели из ванны находящееся на ней масло быстро охлаждается, вгледствие чего на состоянии масляных пленок такой подогрев не сказывается.

При устройстве подогрева следует предупреждать опасность возникновения пожара, имея в виду низкую температуру вспышки масел. Кроме того, температура подогрева масла должна быть достаточно низка, чтобы оно не испарялось.

При подогреве масла должна быть надежная гарантия, что верхний предел температуры масла в ванне ни при каких уело* виях не превысит 30°С. Нагревательные элементы не должны располагаться в ванне, так как это затруднит удаление шлама* Более предпочтительным является наружный обогрев масла.

Для подогрева замасливателей, заливаемых в фильтры тип® ФШ, разработаны электрические подогреватели Ус48 (рис. IV.5). Замасливатель непрерывно откачивается из фильтра насосом,, входящим в комплект фильтра, и через подогреватель подается обратно в фильтр в пространство над пористым фильтрующим слоем, уложенным в ванне фильтра.

Заданная температура подогрева поддерживается при помо* щи термометров сопротивления НСП и TiCM.

Наиболее радикальным средством для защиты от слишком низких температур, заноса снегом, обледенения и пр. являете开 подогрев воздуха перед фильтром, однако при такой установке 180

калориферов их ребристая поверхность может быстро забиться пылью, в результате чего уменьшится теплоотдача и нарушится установленный тепловой режим помещений. Полностью очистить калориферы от осевшей пыли трудно. Ввиду указанного основные калориферы должны устанавливаться после фильтров, а предварительный (в случае необходимости) обогрев должен производиться упрощенными, легко очищающимися устройствами.

Рис IV 5 Установка фильтра ФШ с подогревателем

/ — фильтр; 2 — шестеренный насос, 3 — термометр сопротивления, 4 — подогреватель; 5 — шла- моприемник

В подавляющем большинстве случаев кратковременная работа системы в неблагоприятных погодных условиях без фильтров не может вызвать каких-либо серьезных последствий. В связи с этим при необходимости следует предусматривать обводные каналы, позволяющие воздушному потоку миновать фильтры.

Электрические фильтры должны обеспечиваться водой для промывки, желательно подогретой. На время иромнвкн и сушки фильтров с них должно сниматься напряжение, чтобы избежать пробоев и утечек тока, причем на время промывки должен отключаться и вентилятор. В летнее время сушка фильтров при включенных вентиляторах происходит быстро (менее 30 мин). В зимнее время для сушки фильтров следует отключать их с помощью клапанов, а при возможности подогревать воздух, например путем устройства внутренней рециркуляции.

В заключение следует подчеркнуть, что так называемые номинальные пропускные способности фильтров являются предельными и могут применяться в проектах только .при обеспечении1 полного соблюдения всех требований к установке и эксплуатации фильтров и, в первую очередь, при небольшом начальном пылесодержании. Запас в пропускной способности устанавливаемых фильтров должен приниматься с учетом ответственности сооружения и реальных условий работы установки. В ответственных фильтровальных установках он может доходить до 40%.

При проекторовании системы воздухоснабжения необходима учитывать влияние воздушных фильтров на ее производительность. В ячейковых фильтрах, как в масляных, так и в сухих, сопротивление фильтрующего слоя в период, предшествующий его регенерации или смене, превышает начальное сопротивление в

Рис. IV.6. Схема централизованного маслоснабжения

результате накопления пыли в 2—3 раза и более. Особенно больших значений достигает конечное сопротивление в фильтрах I класса, материал которых ввиду его ценности целесообразно использовать как можно дольше. Под влиянием растущего сопротивления фильтра производительность системы уменьшается. Границы колебания производительности зависят от вида характеристики побудителя тяги. В вентиляторных системах это влияние тем больше, чем положе характеристика вентилятор% Сокращение подачи воздуха в приточных системах и кондиционерах нарушает температурный и влажностный режим помещений.

Сопротивление масляных самоочищающихся фильтров практически не изменяется, а в рулонных фильтрах приращение сопротивления автоматически регулируется так, что не вызывает слишком сильных изменений производительности.

Проектами должно предусматриваться создание необхо以н- мых условий для облегчения труда эксплуатационного персонала.

Для облегчения эксплуатации масляных самоочищающихся фильтров большой лроиз'водительности, особенно в условиях повышенной запыленности, применяют системы централизованного маслоснабжения, регенерации масел и удаления щлама. Принципиальная схема такой системы, разработанной шри участии Всесоюзного объединения «Регогмас», приведена на рис. IV.6.

Система функционирует следующим образом. Замасливатель, поступающий на объект, сливается в бак /, откуда с помощью шестеренного насоса 2 подается в ванны фильтров. В схеме

предусмотрен счетчик 3, который позволяет контролировать заполнение ванн. Для защиты счетчика от загрязнений установлен специальный фильтр 4. При переполнении ванн 5 замасливатель по дренажному трубопроводу может стекать в отстойники 6. Залитый в ванны замасливатель используется до 7%-ного насыщения механичеокими примесями, после чего подлежит регенерации и направляется на очистку в отстойники. После предварительного отстаивания замасливатель, пройдя через фильтр-пресс 7, перекачивается обратно в емкость. При длительном отстаивании с подогревом необходимость в фильтрации может отпасть Для этого случая в схеме предусмотрена возможность перекачки замасливателя из отстойника непосредственно в емкость для свежего замасливателя.

В результате отстаивания индустриального, трансформаторного и других аналогичных масел при температуре 70—-80℃ в течение 20 ч из них осаждается до 90% примесей. В фильтрпрессе при предварительном отстаивании накапливается значительно меньше шлама, и его перезарядку можно производить значительно реже.

Загрязненный замасливатель отстаивается в отстойнике, конусная уасть которого заполняется водой. Там же размещается устройство для пневматического перемешивания, что позволяет использовать отстойник для приготовления промывочного раствора и для введения в замасливатели добавок.

Для обеспечения нормальной эксплуатации системы необхю- димо предусматривать не менее двух отстойн1иков.

Фильтрация отстоенного замасливателя осуществляется в рамочных фильтр-прессах. Производительность фильтр-пресса зависит от вязкости жидкости, поэтому замасливатель желательно подогревать до температуры 70—80℃. В качестве фильтрующего материала в фильтр-прессах применяют хлопчатобумажные ткани и фильтровальную техническую бумагу Принимая во внимание необходимость перезарядки фильтрующего материала, следует предусматривать установку двух параллельно работающих фильтр-прессов.

Для перекачки замасливателя по трубопроводам при его вязкости в пределах от 70 до 1850 оСт пользуются шестеренными насосами типа РЗ, а при вязкости не более 28—35 сСт — центробежными насосами. Слив замасливателя из фильтров ФШ производится с помощью насосов, входящих в комплект поставки фильтров

Схема применима и для фильтров, работающих на полиорга- носилоксановых жидкостях и водно-глицериновых растворах Отстаивание водно-глицериновых растворов производится без иопользо'вания водяной подушки, а прн фильтрации нельзя применять бумагу.

ОЧИСТКА ЗАПЫЛЕННЫХ ВОЗДУШНЫХ ВЫБРОСОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

Задачи очистки запыленных воздушных выбросов

Пыль, содержащаяся в воздушных выбросах, в зависимости от ее дисперсности либо оседает на поверхность земли вблизи места выброса, либо .разносится воздушными потоками, образуя долгоживущее зарязнение атмосферы земли. И в том, и в другом случае выбрасываемая пыль причиняет ущерб, для ограничения которого необходимо стремиться к возможно более полному ее улавливанию.

Современная техника позволяет в большинстве случаев достигать практически полного улавливания пыли из выбросов, однако очистные установки иногда оказываются чрезмерно сложными по устройству и эксплуатации. Ввиду этого требования к чистоте выбросов устанавливаются исходя из реальных возможностей техники и экономики и видоизменяются с разаитием со* ответствующих возможностей.

В большинстве стран допустимая концентрация пыли в воздушных выбросах вентиляционных систем ограиичена величиной в 150 мг/м3, которую следует рассматривать как результат некоторого компромисса между требованиями здравоохранения и зозможностями техники. В СССР введено в практику нормирование допустимого содержания пыли в вентнпяиионных выбросах с учетом ее токсичности.

Остаточное содержание пыли в очищенных вентиляционных выбросах определяется по формуле С=100К, где С 一 предельно допустимая концентрация пыли в выбросе; К ——коэффициент, определяемый в зависимости от предельно дошустимой концентрации (ПДК) той же пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений

ПДК, мг/м3К

3 6 830 0 13 6 830 0 1До 2

3 6 8

30 0 1

3 6 8

30 0 1

Более 2 до 4

》 4»6

》 6 » 10

При объеме вентиляционных выбросов менее 15 тыс. м3/ч ПДК пыли в выбросе, по мнению автора, целесообразно определять по формуле С = (160—4Q) К, где Q — объем выброса, тыс. м3/ч.

Пыль крупнее 10—20 мкм следует улавливать с полнотой не менее 95% ее массы независимо от ее ПДК. В приземном слое воздуха концентрация пыли не должна превышать ПДК пыли в атмосферном воздухе, установленной санитарными нормами.

Выбор и расчет пылеуловителей

Принятое в проекте оборудование должно соответствхзватв» условиям очистки, т. е. физическим и химическим свойствам， улавливаемой пыли и очищаемого воздуха, его количеству и особенностям эксплуатации очистного оборудования. Эти условий характеризуются еще большим многообразием, вем условия очистки атмосферного воздуха. В значительно большем диапазоне ив самых различных сочетаниях изменяется диаперсность пыли, являющаяся основным показателем для выбора лылеулобителей требуемой эффективности. Возникает необходимость в учете пластичности пыли, ее слипаемости и влажности.

Некоторые виды пыли способны растворяться в процессе мокрой очистки, а затем образовывать в пылеуловителях кристаллические отложения; другие обладают гидр а вличейскими свойствами и подо1бно цементу схватываются в увлажненном состоянии, создавая твердые корки. Очищаемый воздух часто содержит пары и возгоны различных веществ, конденсирующихся и выпадающих в процессе очистки, аэрозоли смолистых веществ и агрессивные газовые примеси, разрушающие пылеуловители.

При выборе пылеуловителей обычно стремятся исходить из каталожных показателей эффективности улавливания отдельных фракций пыли. Для получения этих показателей сопоставляют определенные экспериментально дисперсные составы n»i- лей, содержащихся в воздухе, поступающем в пылеуловитель, к в очищенном воздухе. Этот метод не всегда дает вполне достоверные результаты, главным образом вследствие несовертенст- ва методики определения дисперсного состава пыли; последнюю- приходится вначале осаждать в том или ином уловителе, а затем вновь диспергировать в воздушной или жидкой среде для исследования содержания в ней отдельных фракций. При этом невозможно установить, в какой мере степень искусственного диспергирования мелких фракций соответствует начальной дисперсности, т. е. той, которую имеет данная пыль при прохода через пылеуловитель.

Развевающаяся техника исследования дисперсности пыли s потоке [121] с течением времени, несомненно, повысит точность этого метода, но пока более надежной основой для травильного выбора оборудования является практика эксплуатации. Используя на проектируемом объекте пылеуловители, применение которых в идентичных условиях уже дало хороший эффект, можно быть уверенным в успехе [3]. Некоторую .помощь при выборе оборудования могут оказать данные табл. III.1 и III.2. Исходя из полного улавливания пылеуловителем, классом которого задаются в соответствии с обычно известной классификационной группой пыли по дисперсности (см. рис. 1.1), частиц размером, соответствующим размеру эффективно улавливаемых частиц, указанному в табл. III.1, и предполагая, что все частицы мень-

шего размера полностью проскакивают пылеуловитель, можна получить оценку эффективности проектируемых очистных устройств с некоторым запасом.

Если (пылеуловитель выбранного таким образом класса не обеспечивает надлежащего остаточного содержания пыли, то следует применить пылеуловитель более высокого класса.

Ответственной задачей является выбор сухого или мокрого способа пылеулавливания. Главное преимущество первого способа—получение уловленной пыли в виде порошка, главный недостаток второго — необходимость обработки шламовых вод.

Задача решается однозначно, если необходимая эффективность может быть достигнута применением простых сухих пылеуловителей —гравитационных или инерционных. В условиях возрастающих требований к чистоте выбросов такие случаи встречаются редко. В то же время выбор между сухими тканевыми пылеуловителями (например, рукавными) или мокрыми типа струйных или циклонных пылеуловителей требует надлежащего обоснования. Как правило, в системах вентиляции предпочтение отдается последним, так как рукавные пылеуловители более сложны по устройству, требуют постоянного квалифицированного ухода, регулярной замены рукавов, занимают много места, причем обязательно в отапливаемых помещениях.

Исходя из современной (практики проектирования и эксплуатации при выборе различных видов пылеуловителей, как правило, руководствуются следующими соображениями.

Гравитационные пылеуловители. Пылеосадочные камеры целесообразно применять при больших концентрациях крупнодисперсной пыли, в частности для предварительной очистки воздуха.

Как правило, пылеосадочные камеры сооружаются в процессе строительства здания. Размеры камер устанавливают в каждом отдельном случае путем ориентировочного расчета. Среднюю скорость потока принимают не более 0,6 м/с. Площадь поперечного сечения камер следует развивать главным образом за счет их ширины, причем необходимо принимать меры для заполнения потоком всего сечения камер. Удаление осевшего материала должно быть механизировано. При улавливании пыли горючих материалов удаление должно быть непрерывным, а камеры следует оборудовать автоматическими дождевальными установками.

Инерционные пылеуловители сухого типа. Из пылеуловителей этого типа в системах вентиляции промышленных предприятий чаще всего применяют циклоны, причем главным образом конструкции НИИОГаза. Жалюзийные пылеуловители и различного рода ротационные пылеуловители используют пока лишь в специфических условиях, на транспортных средствах и т. п.

Область применения отдельных типов циклонов НИИОГаза, рассмотренных в главе III, можно уточнить с учетом шжазате-

лей эффективности и сопротивления следующим образом. В современных условиях с помощью циклонов редко можно полностью удовлетворить требования к допустимому остаточномх содержанию пыли в больших выбросах. Поэтому они применяются преимущественно в качестве I ступени очистки. Исключение могут составлять небольшие вентиляционные выбросы (меньше 15 тыс. м3/ч), когда важно уловить наиболее крупные частицы, засоряющие территорию предприятий и нередко служащие причиной глазных травм. В таких случаях целесообразно применять циклоны ЦН-45, показавшие себя в длительной эксплуатации как надежные аппараты. При наличии ограничений по высоте могут применяться циклоны ЦН-15у и при особых ограничениях расхода энергии или при очень крупной пыли — циклоны ЦН-24.

Эффективность циклонов ЦН-11 выше, чем циклонов ЦН-15, на 1—2%, однако они менее надежны в отношении налипания средне- и слабослипающихся пылей, которые наиболее часто встречаются на практике. Циклоны ЦН-11 более других циклонов НИИОГаза подвержены абразивному износу [115].

В тех немногих случаях, когда, пользуясь вы1сокоэффективны- ми циклонами, можно обеспечить необходимую очистку воздуха при энергозатратах, равных и даже несколько больших, чем, например, в макрмх пылеуловителях, следует применять циклоны СДЮЦН-ЗЗ, а при очень жестких ограничениях по высоте циклоны СК-ЦН-34. Реже применяют цикланы УЦ и СИОТ.

Исследования показывают, что выигрыш в эффективности при применении групповых циклонов небольшого диаметра вместо больших одиночных циклонов значительно меньше, чем предполагалось ранее. Этот вывод распространяется также на батарейные циклоны, более высокая эффективность которых проявляется только при хорошо организованной эксплуатации, исключающей возникновение условий для нарушения аэродинамической стабильности работы аппаратов. В отдельных случаях компактность батарейных циклонов и устойчивость их чугунных элементов против износа оправдывает их применение и в системах вентиляции.

Инерционные пылеуловители мокрого типа. Основной задачей проектирован(ия в дани ом случае является вьнбор наиболее простой и дешевой схемы мокрой очистки. Определяющим здесь является расход воды и трудность удаления шлама.

До последнего времени в системах вентиляции применялись в основном пылеуловители группы, характеризующейся внешней циркуляцией воды: центробежные скрубберы ПСП-ВТИ, ЦВП, циклоны-промыватели СИОТ. Недостаточная в отдельных случаях эффективность этих пылеуловителей обусловила в пос

ледние годы применение более энергоемких пылеуловителей типа Вентури.

Растут масштабы 'применения пылеуловителей с внутренней циркуляцией воды: ротоклонов, ПВ'М. При очистке небольших объемов воздуха особенно удобны в эксплуатации пылеуловители этого типа со скребковыми механизмами. Они сохраняют свон преимущества также и в больших системах с оборотным водоснабжением.

Пенные пылеуловители не нашли широкого применения в системах вентиляции. Областью нрмменення этих эффективных пылеуловителей остаются технологическая очистка и кондиционирование отходящих газов, преимущественно в непрерывно работающих газоочистных устройствах.

Тканевые пылеуловители, по видимому, с течением времени получат более широкое применение в соответствии с их высокой эффективностью и возможностью избежать мокрых процессов. В отличие от многих рассмотренных выше пылеуловителей рукавные пылеуловители могут изготовляться только заводским лутем.

Электрические пылеуловители следует рассматривать как пылеуловители близкого будущего. Они обладают всеми пренмуще- ствамн сухих пылеуловителей, но значительно эффективнее циклонов, не требуют частой замены рабочих органов, как рукавные пылеуловители, и т. п.

Конструирование пылеулавливающих установок

Вентиляционные пылеуловители, как 'правило, являются непродуктивным оборудованием, обременяющим основное произ- водспво. Вследствие этого при проектировании необходимо особенно тщательно продумывать удобство эксплуатации и ремонта этик аппаратов, учитывая их специфические особенности. Большое внимание должно уделяться подводящим и отводящим участкам воздуховодов, сбору и транспортированию уловленной пыли или шлама и тепловлажностному режиму работы пылеуловителей.

Подвод и отвод воздуха. Обычно пылеуловители можно устанавливать как на всасывание, так и на нагнетание, если этому «е препятствует повышенный изиос вентилятюров. Следует, однако, учитывать, что при установке пылеуловителя после вентилятора повышается опасность загорания и взрыва горючих и взрывоопасных пылей.

Диаметр подводящих каналов должен подбираться такнм образом, чтобы предупредить вьвпадвние в них пыли.

В непосредственной близости от циклонов рекомендуется избегать поворотов и других местных сопротивлений на подводящих участках воздуховодов, так как возникающие деформации потока распространяются на начальный участок течения в этих ашпаратах и могут существенно снизить эффективность ceinapa-

ции. Допустимы повороты в плоскости, перпендикулярной оси циклонов, в направлении вращения воздуха в циклоне. С отрицательным влиянием деформации потока на входном участке следует считаться также при (использовании скрубберов и циклонов —батарейных и групповых. В последнем случае может ухудшаться распределение воздуха по циклонным элементам.

Отвод очищенного воздуха от циклонов часто производится через улиточные раскручийатели с целью совмещения поворота потока с иапользованием знергил вращательного движения воздуха и некоторого снижения тем самым потерь напора. Последние иоследотания И. Е. Идельчика показывают, однако, что улиточный отвод может быть оправдан главным образом компоновочными соображениями. Отвод очищенного воздуха через колено с плавным закруглением не сопровождается существенными потерями напора.

Выходные отверстия воздуховодов, отводящих очищенный воздух в атмосферу, обычно снабжаются колпаками для защиты от попадания в них атмосферных осадков. Такое оформление отверстий создает дополнительное сопротивление, а сами колпаки быстро изнашиваются. Целесообразность установки защитных колпаков следует рассматривать в каждом отдельном случае, по возможности заменяя их дренажем воздуховодов.

В крышках присоединительных коллекторов и улиток следует предусматривать люки для их осмотра и очистки. Устраивать дополнительные люки в корпусах пылеуловителей, кроме предусмотренных в конструкции, не следует. Герметичность пылеуловителей и их сопряжений с подводящими и отводящими каналами, а также герметичность разгрузочных отверстий является необходимым условием эффективного пылеулавливания.

Устанавливать регулирующие дроссель-клапаны на подводящих и отвюдящих участках воздуховодов не следует. В групповых параллельных установках нескольких пылеуловителей, предназначаемых для очистки периодически изменяющихся объемов воздуха, применяют запорную арматуру, при помощи которой можно отключать часть аппаратов и этим лоддерЖ1Ивать на оптимальном уровне воздушную нагрузку на каждый пылеуловитель. Так1ая регулировка особенно необходима в инерционных пылеуловителях, где снижение скорости воздуха влияет на эффективность.

Сбор и транспортирование пыли и шлама. Количество улавливаемой пыли часто бывает настолько велико, что организация ее транапортирования вызывает серьезные организационные трудности. От того, насколько прора'ботаны в проекте данные вопросы, зависит работоспособность пылеулавливающей установки в целом.

Необходимо учитывать, что бункера пылеуловителей предназначены не для сбора пыли, а только для ее осаждения. Осажденная пыль должна быть как можно скорее удалена из

бункеров. Горючие и взрывоопасные пыли следует удалять ие- прерывно. Накопление пыли в бункерах циклонных пылеуловителей приводит, как это было показано в /п. 3 глащы III, к взмучиванию отложившееся пыли донным течением, а затем к полному прекращению ее улавливания. Циклонные элементы забиваются пылью, которая, налипнув, часто продолжает держаться в них при опорожнении бункера. Аналогичные явления наблюдаются и в пылеуловителях других видов Для накопления пыли под аппаратами устанавжвают сборные бункера, емкость которых выбирают в соответствии с принятым режимом очистки, количеством отлагающейся пыли, ее насыпной массой и т. п. Угол наклона стенок бункера обычно составляет 55——60°. Нельзя допускать объединения общим бункером неакольких циклонов с индивидуальными вентиляторами.

Чтобы пылевыгрузочные устройства обеспечивали нормальную работу циклонов, они должны быть герметичными, в противном случае, когда бункер находится под давлением, возможен выброс пыли, а когда он находится под разрежением — подсос воздуха, что резко снижает эффективность очистки. На пылевыпускных отверстиях пылеуловителей устанавливать затворы не следует. Их устанавливают только на пылевыпускных патрубках бункеров. Весьма распространены барабанные затворы в виде лопастного колеса, вращающегося в литом корпусе, который крепится к фланцу пылевыпускного патрубка бункера пылеуловителя. Привод механический.

Большое применение то л у чили конусные мигалки типа ВТИ, периодически открывающиеся под давлением слоя пыли. При, разрежении более 100 кгс/см2 устанавливают последовательно два затвюра. Дополнительное уплотнение в данном случае достигается благодаря тому, что при открытии одного из клапанов под давлением слоя пыли второй всегда закрыт и препятствует, таким образом, проходу воздуха.

Особые сложности возникают при проектировании систем водоснабжения и канализации мокрых пылеуловителей. Количество твердых взвесей в сточных водах мокрых пылеуловителей, как правило, настолько велико, что спуск их в канализацию без отстаивания невовможен. В целях экономии воды сточные воды после очистки должны возвращаться обратно в пылеуловитель.

В пылеуловителях с форсуночным распылением воды требования к ее очистке особенно высоки из-за возможности засорения и износа форсунок.

В некоторых случаях ограничиваются установкой отстойника непосредственно под пылеуловителем. Осветленная вода через перелив спускается в канализацию, а шлам, скапливающийся в отстойнике, периодически выгребается вручную. Эта операция, а также транспортирование полу!ж1идкого шлама представляет собой трудоемкую и грязную работу.

Весьма ответственным является устройство для спуска шла-

ма из пылеуловителей. Здесь должно быть предусмотрено беспрепятственное удаление шлама и в то же время обеспечена полная герметичность в отношении подсоса воздуха. Гидравлические затворы в виде канализационных сифонов, как правило, оказываются неприемлемыми, так как они часто забиваются

При использовании пылеуловителей с подачей воды в зону контакта извне (см. п. 8 главы III) централизованная обработка сточных вод с обезвоживанием и транспортированием шлама за пределы предприятия должна рассматриваться как обязательный элемент проекта.

Значительно удобнее в этом отношении пылеуловители с внутренней циркуляцией воды, оборудованные скребковым механизмом для удаления шлама. В этом случае нет необходимости в системе оборотного водоснабжения, отсутствуют форсунки, сопла и насосы, требующие постоянного наблюдения

Шлам, сбрасываемый в шламовую коробку, удобно вывозить из цеха с помощью авто1по1грузчи(ка или по узкоколейным путям.

При затрудненности доступа к пылеуловителям, их большом количестве, а также при наличии на предприятии центральных станций очистки вод эти пылеуловители могут использоваться и со сливом шлама.

Схема водоснабжения и очистки воды нескольких пылеуловителей типа ПВМ общей производительностью 200 тыс м3/ч, осуществленная на ЗИЛ, представлена на рис. IV.7. Подпитка пылеуловителей / для компенсации потерь вюды на испарение

Рис IV 7 Схема водоснабжения пылеуловителей ПВМ при непрерывном удалении шламатрубопроводы： / — производственного водоснабжения, // ——осветленной воды. III —— шлама, самотечный, IV — канализационный, V — переливнойРис IV 7 Схема водоснабжения пылеуловителей ПВМ при непрерывном удалении шламатрубопроводы： / — производственного водоснабжения, // ——осветленной воды. III —— шлама, самотечный, IV — канализационный, V — переливной三二 оо〃щк。三二 оо〃щк。

Рис IV 7 Схема водоснабжения пылеуловителей ПВМ при непрерывном удалении шлама

трубопроводы： / — производственного водоснабжения, // ——осветленной воды. III —— шлама, самотечный, IV — канализационный, V — переливной

Рис IV 7 Схема водоснабжения пылеуловителей ПВМ при непрерывном удалении шлама

трубопроводы： / — производственного водоснабжения, // ——осветленной воды. III —— шлама, самотечный, IV — канализационный, V — переливной

三二 оо〃щк。

三二 оо〃щк。

осуществляется по трубопроводу производственного водоснабжения По самотечному шламопроводу шлам поступает в промежуточный водошламоприемный бак 2, установка которого обусловлена большим расстоянием между группой пылеуловителей и отстойниками. Из бака 2 шлам перекачивается насосами 3 в один из вертикальных отстойников 4 Очищенная вода сливается в бак осветленной воды 5, откуда насосом перекачивается в пылеуловитель /. Влажный осадок сливается в один из шламоу1плотнителей 6 по дырчатым желобам 7, рааположен- ным вдоль их продольных стенок.

Заполнение, обезвоживание и выгрузку шлама из двух шла- моуплотнителей (рабочего и резервного )производят поочередно. В шламоуплотнителях шлам фильтруется через зернистый слой, насьипанный на железобетонные балки, раоположенные с небольшими зазорами Слив отфильтрованной воды из шламоуплотни- телей в водосток производится через дренажную распределительную систему трубопроводов. Шлам выгружается грейфером на железнодорожные платформы, полувагоны или в грузовые автомобили Для предупреждения разрушения грейфером фильтрующих слоев над ними располагается секционная ячейковая металлическая решетка

Регенерация фильтрующих слоев шламоуплотнителя дости' гается обратной промывкой технической водой, подаваемой насосами 8 из бака промывной воды 9.

Смыв отложений шлама, образование которых возможно в самотечном шламопроводе, производится периодическим спуском воды из смывного бака 10.

Тепловлажностный режим работы пылеуловителей должен ^считываться в тех случаях, когда есть основания ожидать, что в процессе очистки воздуха может произойти его охлаждение и повышение относительной влажности Охлаждение воздуха до точки росы нежелательно в пылеуловителях всех видов, так как на увлажненных конденсирующимися парами поверхностях пылеуловителей пыль образует коркообразные отложения, уменьшающие сечение проточной части аппаратов и нарушающие аэродинамический режим течений В результате у мокрых пылеуловителей снижается эффективность и растет брызгоунос, а у сухих пылеуловителей затрудняется удаление уловленной пыли

Совершенно недопустимо охлаждение воздуха до точки росы в батарейных циклонах и рукавных пылеуловителях. В первых пылевые отложения нарушают раапределение воздуха по циклонным элементам, что приводит к возникновению обратных токов, снижающих до нуля эффективность аппаратов, во вторых резко снижается воздухопроницаемость ткани рукавов, и фильтр практически перестает пропускать воздух.

В принципе под открытым небом можно устанавливать все непрерывно работающие пылеуловители, как сухие, так и мок-

рые, разумеется, три условии защиты эт атмосферных о'садков их наиболее чувствительных элементов: двигателей, встряхивающих и управляющих механизмов и приборов, а также защиты от замерзания водных коммуникаций. Теплоты воздуха обычно достаточно для предохранения воды от замерзания в мокрых пылеуловителях. Дополнительно надо обогревать воду, находящуюся в бункерах пылеуловителей в нерабочее время.

В заключение следует указать на необходимость предусматривать в проектах автоматизированный контроль таких основных параметров пылеулавливающих установок, как расход или скорость воздуха, его температура, сопротивление пылеуловителей, уровень воды и ее расход. Необходимо также решать в лроектах вопросы обслуживания пылеуловителей, устанавливая порядок обслужив1а!ния и ремонта.

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ СПЕЦОДЕЖДЫ

Общие сведения

Существуют производства, в которых невозможно избежать сильного загрязнения одежды работающих лылью или влажной грязью. В других, очень чистых, производствах недопустимо даже небольшое загрязнение одежды [ 100]. Нередко можно обойтись без каждюднеиной стирки спецодежды при условии, что она будет хорошо очищена от пыли и грязи в сухом состоянии. Известно большое чи>сло разнообраз!ных механичеаких устройств для обеспыливания спецодежды и других предметов из мягких тканей (ковров, мешков и пр.). Очистка в них достигается с помощью механизированных щеточных устройств, бил, струй сжатого воздуха .и т. п. Рабочие органы таких устройств оказывают только локальное воздействие на отдельные участки поверхности, вследствие чего возникает необходимость менять лоложение обеспыливаемой одежды. Это (приводит к созданию агрегатов, сложных по устройству и эксплуатации, повреждающих одежду и недостаточно эффективных.

Ниже описаны устройства, в которых очистка достигается средствами, обычными для систем вентиляции. Обеспыливание происходит в результате проявления инерционных эффектов, возбуждаемых в процессе взаимодействия обеспыливаемых тканей с воздушными(потокам(и, обтекающими их с относительно небольшими скоростями. Встряхивание тканей, подобно «полосканию» флагов и парусов в ветреную погоду, распространяется на всю их площадь; оню достаточно энергично, чтобы сорвать с них налипшие частицы загрязнения, и в то же время не причиняет существенных повреждений одежде.

Встряхивание ткани осуществляется при ее колебательных движениях, вызванных бегущими волнами. Рассматривая полотнище ткани как поверхность раздела двух параллельных потоков воздуха с потенциалом скорости вида(р=д/+(р, где

<p'—потенциал скоростей возмущающего течения, и выражая поверхность полотнища, возмущенную волнами определенной длины, уравнением х(у, /) =А cos В у sin (Ry—Tt), где A, T и R — соответственно амплитуда, частота и волновое число; В — коэффициент, зависящий от длины полотнища, оказалось возможным определить основные параметры процесса аэродинамического встря!хивания [80]. Круговая частота колебаний определяется выражением

р Wт = о,з ——,а

где тт — масса единицы площади ткани; а — экспериментальный коэффициент, величина которого для наиболее р^аап ростр аненных видов одежды массой 0,4—1,3 кг равна 0,057―Q024.

Соответственно волновое число равно

R 0,9 ―—,

mT а

а максимальное ускорение полотнища

Аэродинамический обеспыливатель спецодежды

Общий вид четырехсекционного обеспыливателя типа ПА-1 показан на рис. IV.8. Корпус шкафа обеспыливателя разделен вертикальными перегородками на четыре секции. Верхнее открытое сечение шкафа защищено крупноячеистой сеткой. Перегородки снабжены направляющими планками-турбулизаторами. В'ни- зу шкафа установлена съемная сетка. Вверху каждой из секций устроено выдвижное приспособление тля навешивания апецодеж- ды, состоящее из гибкой подвески с вешалкой. В нижней части шкафа расположен створчатый клапан, отключающий шкаф от воздуховода [ 104].

Разработан также двухсекционный обеспыливатель такого же размера, в котором две из четырех секций приспособлены для хранения предметов, не подлежащих обеапыливанию. В этих секциях устроены полки для хранения головных уборов и принадле- ж!ностей для умывания, а также имеется крючок для навески вещей.

Обеспыливатель обычно работает под разрежением. Комплекты спецодежды размещаются на вешалках, после чего дверка шкафа закрывается и включается вентилятор или открывается клапан. Для обеспыливания хлопчатобумажных и брезентовых костюмов массой до 2,5 кг скорость движения воздуха в обеапы- ливателе должна составлять 10——12 м/с. Число встряхиваний одежды при этом достигает 10—12 раз в 1 с. Амплитуда колеба-

ний в данном случае равна ширине секции (примерно 150 мм)» соответственно^ отрывающая сила инерции равна:

/ 侬 \2

F = 0,086 tn J дин.

\ а /

Сопоставление с силами адгезии частиц 1показы1вает, что в данном случае создаются благоприятные условия для отрыва мельчайших загрязнений. Действительно, эксперименты подтвердили отрыв плотно налипших частиц загрязнения размером 5—10 мкм и более. Масса загрязнений, удаляемых с сухой одежды, доходит до 96% начальной. Отмечено, что в условиях интенсивного воздушного полоскания одежды ускоряется ее сушка.

Аэродинамическое сопротивление обеспыливателя составляет 50—80 кгс/м2 в зависимости от массы одежды. Остальные технические пока- зателн двухсекционного Q'6ec- ри. IV.8. Четырехсекционный обес- ПЫЛИВатСЛЯ приведены ниже* пыливатель для спецодежды

Техническая характеристика обеспыливателя ПА-1

Количество одновременно обеспыливаемых комплектов

спецодежды 2

Црюдо л Ж1ит ел ь)н ость процесса обеопыливания три очистке спецодежды от нылн: aeipiUHCTOH20—30

волокнистой и стекловолокнистой30—60

Максимальная длина обеспыливаемого комплекта спецодежды, мм1430

Максимальная производительность, компл/ч ...60

Расход воздуха, м3/ч 7000

Масса (без спецодежды), кг 262

Разработана модификация аэродинамических обеапыливате- лей ПА-2, предназначенных для обеспыливания более тяжелой спецодежды (до 6 кг).

Воздух, отсасываемый из обеспыливателей, может содержать значительное количество пыли. Учитьивая периюдичность пронес、 са пылевыделения, для очистки воздуха, как правило, достаточно циклонов.

Обеспыливатели ПА-1 целесообразно использовать в виде шкафов, совмещая в них хранение и обеспыливание одежды. При этом отдельные шкафы соединяются общими отсасывающими воздуховодами, присоединенными к центральным вытяжным вен-

Рис.Рис.IV.9. Компоновка гардероба производственного прадприятия с использованием обеспыливателей

Рис.

Рис.

/ — помещение для обеспыливания одежды специальным персоналом； 2 — проем для приема грязной одежды; 3 — проем для выдачи чистой одежды; 4 -—помещение для совмещенного хранения и обеспыливания одежды； 5 — обеспыливатель; 6 — ткаф для хранения домашней одежды; 7 — тележка

тиляторным агрегатам, и включаются поочередно. Пример такой компоновки показан на рис. IV.9 (шомещение 4). На этом же рисунке показан вариант централизованного обслуживания обес- пыливателя для рабочих, пользующихся им эпизодически (помещение 7). Прием грязной одежды, ее обеспыливание и выдача производятся специальным персоналом [80].

Обдувочные камеры

На предприятиях радио- и электронных изделий, приборостроения, производства чистых веществ, фармацевтической, пищевой и ряда других отраслей промышленности некоторые ответственные процессы производятся в так называемых сверхчистых помещениях. К чистоте воздуха в этих помещениях предъявляются очень жесткие требования, так как попадание даже единичных пылинок снижает чувствительность и точность приборов или качество изделий.

Для предотвращения проникания пыли с воздухом, фильтрующимся через неплотности оконных проемов и т. п., сверхчистые производства размещают в безоконных и бесфонарннх («герметичных») зданиях или во внутренних помещениях зданий обычного типа, не имеющих естественного освещения.

Важно, кроме того, избежать перетекания воздуха в чистые помещения из смежных, более загрязненных, помещений. С этой целью в чистых помещениях создается неболышой in од'пор (избыточное давление от 2 до 6 кгс/м2). Так как при открывании дверей обмен воздушными массами между смежными помещениями может происходить и при наличии подпора, чистые помещения изолируются дополнительно с помощью шлюзов. Одновременно шлюзы препятствуют занесению пыли персоналом производства и с этой целью часто оборудуются обдувочныМ|И устройствами.

Каждый рабочий, входя в цех со двора или из какого-либо более пыльного цеха, вносит на одежде, обуви, головном уборе и т. п. некоторое количество пыли. Крэме того, при движении он увлекает за собой запыленный воздух. Пыль образуется непрерывно из спецодежды и кожных покровов тела. Для борьбы с таким загрязнением проводится противолыльная обработка людей, направляющихся в цехи. Обработка включает в себя переодевание в особую спецодежду и обдувку в специальных камерах. В простейших из них в полу устроена решетка, через которую отсасывается воздух, с тем чтобы он «омывал» человека, стоящего на ней. В более сложных камерах, кроме того, подается очищенный и подогретый воздух, который, вытекая из системы сопл или массированным потоком, обдувает человека.

В зависимости от уровня требований к чистоте воздуха могут применяться шлюзы в виде коридоров или камер, располагаемых три входе в отдельные помещения или при входе в «герметич-

План

(V-4Л—

Рис

IV 10 Шлюз коридорного тчпа

Рис IV11 Установка цилиндрической обдувочной камеры ОК-2 в дверных проемах

J — подвод обдувочного воздуха; 2 — удаление обдувочного воздуха; Зн4— соответственно входная ш выходная ав- томатизированны& двери; 5 — пневмати^ ческие устройства для открывания и закрывания дверей

卷 a Dme^q£30do£卷 a Dme^q£30do£

卷 a Dme^q£30do£

卷 a Dme^q£30do£

Рис IV 12 Распределение- тан1 енциальных составляющих скоростей в цилиндрическом обдувочной камере / и 2 — при разных положениях корпуса человека относительно входа 3 — в пустой камере

ную》часть корпуса в комплексе технолога叮еского гардероба [100].

При употреблении апецодежды, подверпшейся перед надеванием обеспыли(ван!ию, обдувка производится для того, чтобы удалить воздух, увлекаемый людьми, переходящими из загрязненных помещений.

На рис. IV.10 приведена схема троходного шлюза коридорного типа. Воздух подается сверху вниз через продольные щели в потолке камеры по всей дливе проходной части шлюза со скоростью 2 м/с, а также через вертикальные щели, раоюложенные в обеих продольных стенах, со скоростью 4 м/с. Удаляется воздух через решетки в полу приходной ча-сги камеры. Под решетками 'располагается канал равномерного всасывания. Расход воздуха на одну камеру примерно 10 тыс. мЗ/q; длину камеры следует принимать от 3 до 5 м, ширину — 0,8—1 м.

При употреблении спецодежды, не подвергающейся предварительному О|беапыливанию, обдувка производится для удаления со спецодежды пыли. Скорость обдувки определяется при этом наименьшей крупностью пылевых частиц, представляющих опасность для даиного произво детва. Как показали исследования, скорость обдувки должна быть не манее 15 м/с для удаления частиц размером 2——3 мкм и не менее 20 м/с для удаления частиц размером 1 мкм.

Рис. IV.13. Размещение цилиндрических обдувочных камер ОК-2 <в здании

На рис. IV.11 показана обдувочная камера ОК-2 [100]. Обдувка производится вращающимся готоком, для чего камера имеет цилиндрическую форму, а воздух подводится тангенциально, как в циклоне, по патрубку /. Удаляется воздух через решетку в дне камеры воздуховодом 2.

Использование вращающегося потока предоставляет определенное преимущество: распределение скоростей происходит по гиперболическому закону, вследствие чего скорости в центральной части больше, чем скорость входа. На рис. IV. 12 показано распределение тангенциальных составляющих скоростей в поперечном сечении камеры, измеренное с помощью шарового насадка. Тангенциальные составляющие скорости вюздуха достигают 25 м/с при скорости входа всего 8 м/с. Скорость направлена по касательной к корпусу обдуваемого человека, и аэродинамическое давление на корпус имеет минимальное значение. Пыль, сдуваемая с одежды, отбрасывается к стенкам камеры, чем уменьшается вероятность осаждения частиц, удаленных с одного участка на другой, находящийся вне зоны больших скоростей. Так как один и тот же объем воздуха последовательно обтекает разные участки тела, т. е. используется неоднократно» оказывается возможным уменьшить объем подаваемого воздуха до 2,5——3 тыс. м3/ч. Открывание и закрывание дверей камеры, включение и выключение обдувки автоматизированы. Общая продолжительность цикла, включая вход и выход человека, примерно 30 с. Сопротивление камеры около 80 кгс/м2.

На рис. IV. 13 показано размещение цилиндрических камер в плане здания. В одном случае камеры одновременно служат входными тамбурами в небольшое лабораторное помещение, а воздуховоды встроены в коммуникационные короба коридора здания, в другом камеры вмонтированы параллельно в выходных дверях централизованного гардероба.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Адам Н. К. Физика и химия .поверхностей. М.—Л., Гостехиздат, 4947.

А 11 a n d е г С. Staub, 1958, № 1, 15.

Альбом рекомендуемых схем очистки вентиляционных выбросов от пыли, вьш. 1> 1964; вып. II, 1965. М., изд. НИИСТ и ГПИ Сантехпроект Госстроя СССР.

В а е г Н. Staub, 1952, № 6.

Бажанова В. В. В об. трудов ЦНИИЛромздани加 вып. 21. М., изд. ЦНИИПрамздан'ий, 19Z1.

В а г t h W. BWK, 1956, № 8.

Баттман Л. Д. Загрязненное небо. М. «Мцр», 1967.

Батурин В. В. Основы промышленной вентиляции. М., Профиздат, 19S5.

Becher F. Heiz., Luft, Haustechn., 1959, № 12, 321.

UO. Bell M・ Heat., Pip. a. Air Condit, 1970, № 9.

Б e лов К. А. Улавливание химических продуктов коксования. М・， Металлургиздат, 1948.

(Беркович М. Т., Бухман Я. 3. Промышленная пыль. Свердловск, Металлургиздат, I960.

Б отдано в О. С., П ид н'ик Л. К・ и др. В сб. трудов института Механобр, вып. 124, Свердловск, 1959.

Bradley Р. Trans. Faraday Soc., 1936, v. 3 2, № 8, 1088.

J5. В г о 1 о v e A. Nucleonics, 1951, № 5, 60.

. Бурлаков А. С., Москаленко Э. M. Дннаммка аэрозолей в горных выработках. М.,《Наука》，1965.

В а л ьд 'б ерг А. Ю., Дубинская Ф. Е., И с я но в Л. М. Очистка промышленных газов в скрубберах Вентури. М., изд. ЦНИИТЭнефтехим, 1972.

il8. Walter Е. Staub, 1965, № 10. 441.

Виноградов Н. И. Водоснабжение и санитарная техника. 1964, № 6.

Whitby К., Jordan R., А1 g г е n A. ASHRAE Journ., 1962, 4, № 6, 79.

Власенко Г. Я. В об.: Обеапыливающие устройства промышленной вентиляциш. М., изд. МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 197i0.

Вредные вещества в промышленности. Под ред. Н. В. Лазарева. М., «Хим-и-я», 1969.

W у n d 1 е г Е. L„ Hoffmann D. J. of the Air Poll. Contr., 1965, № 15, 14.

Г асте)рштадт И. Пневматический транспорт. Изд. Северо-за1па»д- ного пр ом 6 2Po ВСНХ, 1927.

Г ер в ас е(в А. М. Пылеуловители СИОТ. М., Профиздат, 1954.

Грин X,, Лейн В. Аэрозоли—шыли, дымы и туманы. Л., 《Химия》, 1969

Gillespie Т., R i d d а 1 Е. J. Coll. Sci., 1955. v. 10, № 3, 281.

Daniels T. The Engineer, 1957, v. 203, 358.

Денмсов В. В сб. трудов института Гинцветмет, № 17, М., 1959.

^). Дергачев Н. Ф. Мокрые золоуловители системы ВТИ. М., Гос- энер1гои|здат, I960.

Д ер я г ин Б, В. Что такое трение? М・,изд. АН СССР, 1963.

Дерягин Б., Титиявская А* ДАН СССР, т. 50, 1945.

Дерягин Б. В., Я л амо в Ю. И. ДАН, 1967, № 5.

Doyle Н., Brooks A. Ind. Eng. Chem., 11957, № 57А, 49.

D г a t w a H. Staub, 197il, № 2, 57.

Жуковский H. Е. Определение движения жидкО|Сти при каком- либо условии, данном на линии тока. Изб. соч., т. 2. Техтеоретиздат, 1949.

Загрязнение атмосферного воздуха. Женева, изд. Всемирной организации здравоохранения, 1962.

Зайцев М. М. В сб.: Материалы по пылеулавливанию в цветной металлургии». М., Металлургиздат, 1957.

3 и iM о н А. Д. Адгезия пыли и порошков. М., «Химия», 1967.

Ид ел ьч ик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М, Госэнергоиэдат, 1960,

Jordan D. Brit. J. Appl. Phys. Suppl., 1954, № 3, 124, Chem. Engin., 1969, № 2.

К a ip п у x с в и ч Д. T. Водоснабжение и санитарная техника, 1972, № 7.

Кашина В. И. Газовая промышленность, 196S, № 6.

Киселев О. М. В с6・ трудов семинара по краевым задачам Казанского государственного университета имени В. И. Ульянова-Ленина, выл. 4, Казань, 1968.

К 'И с е л е IB Н. В., На г орский И. С., В о л к у с С. П. Изв. Высш, уч. 8®в. «Энфгетика», 1969, 12, 73.

Кириллов В. Ф. Водоснабжение и санитарная техника. 1962» № 12.

Кирш А. А., Стечкина И. Б., Фукс Н. А. Коллоидный журнал, 1966, № 2.

К л я [ч к о Л. С. Ото1плен1ие и вентиляция, 1934, № 4.

К н о п В., Теске В. Техника обеспечения чистоты воздуха. М., «Медицина», 1970.

Коузов П. А. В )с6・： Научно-исследовательские ра'боты ин|сгитутов охраны труда ВЦСПС, вып. 65. М., Пр оф изд ат, 1970.

Kpemc Р. Л. В сб. трудов ЦАГИ him. Н. Е. Жуковского, вып. 438. М., изд. ЦАГИ, 1939.

К г u р р Н. Adv. in Coll, a. Interface Sci., Г967. № 1/2, Lil.

Кунина Э, M. в сб. трудов ЦНИИПромзданий, вьш. 21, M., изд. ЦНИИПромзданий, 19711.

Кучерук В. В. Очистка вентиляционного воздуха от пыли. М., Матпнз, 1963.

L а г se n R. Amer. Ind. Hyg. Assoc., 1958, № 19, 265.

Левин Л. М. Исследования по физике грубод'иоперсных аэрозолей, М, изд. АН СССР, 1961.

L о f f 1 е г F. Staub, 1968, № 11, 456.

L б b n е г A. Staub, 1965, № 6.

М а м к и н П. П. В d6.: Обеспыливание в металлургии. М., «Металлургия», 1971.

Маляренко Л. Г., Щельцына О. Н„ Бажанова В. В” Б у н е в и ч Л. А. Тракторы и сельхозмашины, 1972, № 9.

М и н с км й Е. М・ ЖТФ, 1940, 10, вььп. 19.

Мурашкевич Ф.(И. Некоторые вопросы теории улавливания ча* стиц в турбулентном промывателе. М., изд. НИИОГаз, 1959.

N i е t z о 1 d J. Luft u. Kaltetechn., 1971, № 1, 25.

Павловский E. И. Заводская лаборатория, 1972, № 6.

Падва В. Ю. Водоснабжение и (санитарная техника, 1968, № 4.

Р а г г i s t е Р., Ogilvie A. Calcium Superphosphate and Compound Fertilizers, 1948.

Pemberton C. Proc Conference held at BCUPA, Leatherhead, 1960.

P e n г о s e M. J. of Inst. Heat. a. Ventil., 1961, № 29.

Пескин Ф. А. Торфяная промышленность, 1970, № 2.

Петров Б. А., С и д я(к о в П. В. О|беопыливание технологических газов цементного производства. Л,, Стройиздат, 1965.

Петр янов И. В., Козлов В. И. и др. Волокнистые фильтрующие материалы ФП. М.,《Знание》，(1968.

Петрянов И. В. Коммунист, 11969, № Ы.

.Пирумов А. И. Изв. АН СССР. ОТН, 1957, № 4.

Пирумов А. И. В сб. трудов НИИСТ, № 3. М., Госсгройиздат, 1959.

Пирумов А. И. Аэродинамические оснобы инерционной сепаратии. Под ред. Н. Я. Фабриканта. М., Госсгройиздат, 19&1.

Пирумов А. И. В d6・ трудов НИИСТ, № 9. М., Гожтройиздат, 1961.

Пирумов А. И. В об. трудов НИИСТ МПСМ СССР, № 19. М., Госстройиздат, 1966.

Пирумов А. И. Ван Ч., С о с н е р Ю. М. Электрические воздушные фильтры типа ФЭ. Изд. НИИСТ MlIICiM СССР, 19&6.

Пирумов А. И., Ван Ч. Водоснабжен'ие и санитарная техника, 1968, № 8.

Пирумов А. И., П о нчек М. И., Шарапенко В. Г. Водоснабжение и санитарная техника, 1971, № 8.

Пирумов А. И., Кузенкюв Б. А., Г а л ьц о в В. А. В сб. трудов ЦНИИПромзданий, выш. 21, М., изд. ЦНИИПромзданий, 1971.

П in р у м о в А. И., Кузенков Б. А. Очистка вентиляционного воздуха в мокрых пылеулов'ителях-промьввателях с внутренней циркуляцией воды. М., ГОСИНТИ, № 5/32, 19711.

П о з и >н М- Е,, Мух』ено в И. П., Т а р а т Э. П. Пенные газоочистители, теплообменники и абсорберы. М., Госхимиздат, 1959.

Полинов с кий В. И. Вентиляторы, воздуходувки, компрессоры. М., ОНТИ, 1936.

Рекк Е. В. Фильтры и лылеотделители для очистки воздуха от пыли. М., изд. Главсантехйроект, 1955.

Richtlinien zur Priifung von Filtern, Staub, 1961, № 5, 206.

Ричардсон Э. Динамика реальных жидкостей .М., 《Мнр》, 1265.

Rose Н, Wood A. The Introduction to the Electrostatic Precipitation in the Theory and Practice. London, 1956.

P о 3 e н к ip a iH ц И. С. Химическая П|ромышленность, 1940, № il2.

Русаков А. А” Урбах И. И., А н a ic т a ic)и а д и А. П. Очистка дымовых газов. М., «Энергия》, 1969.

Р я б ч и к 0 в С. Я. В сб. докладов межобластного семинара пю очистке газов. Ярославль, Семнб|рато1вский филиал НИИОГаз, 1972.

Р ы х т е р Э. Водоснабжение м санитарная техника, 1968, № 3.

Сборник статей по вопросам удара о поверхность воды. Труды ЦАГИ, вып. 152, М” изд. ЦАГИ, 1935.

S е m г а и К- J. Air Poll. Contr. Association, 1960, № 10.

Silverman L., Dennis R. Air Cond., Heat. a. Ventil,, 1959, № 3.

Coy С. Гид|род1ина1мжа мнюгофаз1ных систем. M., «Мир», 1971.

С п у р н ы й К., И е х Ч,, Седлочек Б., Ш т о р х О. Аэрозоли. Пер. ■с чешек. М., Атомиздат, 1964.

S t a i г m a n d С., К е s 1 е у R. Chern, a. Ind., 1955, № 10, 1342

С т е п и н Н. И. Электрическая тяга, 1962, № 1.

Т а л 1И е в В. Н., Карине Е. Е., Пирумов А. И. В сб. трудов НИИСТ, № 9, М., Госстройиздат, 1961.

Taylor G. Roy. Soc. Proc., 4917, v. A. 93.

T e в e p о ib с к и й E. H., Зайцев M. M. Сб. труд оз НИИОГаз, М., Химиздат, 1957.

Т е r-L i п d е n A. Trans, of the ASME, 1953, v. 3, № 3, 75.

Типовые конструкции и детали зданий и сооружений. Серия 1.494-3, Обеспыливатель аэродинамический для спецодежды ПА1Б. Вьш. 0 и 1. М., изд. ЦИТП, 1971.

To in a D. Mitteil d. HydrauL, Inst. d. Techn. Hochschule, 1939, № 9.

У жов В. H. Огистка промышленных газов электрофильтрам*и. М” «Химия», 1967.

Ужов В. Н., Мягков Б. Н. Очистка промышленных газов фильтрами. Мг «Химия》，1970.

У ж о в В. Н., Вальберг А. Ю. Очи-стка газов мокрыми фильтра- М1И. М , «Химия», 1972.

Filter fur die Liiftreinigung iSchweizer Jnd, u. Verkenrs Revue, 1970, № 12.

ПО. Ф у к)с H. А. Механика аэрозолей. М», изд. АН СССР, 1955.

Фукс Н. А. Успехи механики аэрозолей. М., изд. АН СССР, 196L

Хазановский В. И., Бажанова В. В., Тре буков С. П. В сб. трудов НИИСТ, № 19. М., Стройиздат, 1966.

Хайкин С. Э. Что такое силы инерции. М・,Техтеоретиздат, 1939； Физические основы механики. М., «Наука», 1971.

Hasenclover D. Staub. 1959, № 2, 37.

Циклоны НИИОГаз. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и экотлуатации. Ярославль, изд. Всесоюзного объединения по очистке газов и пылеулавливанию, 1971.

Ш к р а б М. Новейшие типы золоулавливающих устройств. М・, ОНТК 1934.

Ш л и х т и н г Г. Теория inorpaHmHoro >слоя. М.,《Наука》, 1969.

Strauss Н., Staub, 1968, № 10, 391.

Strauss W. Industrial Gas Cleaning. Pergamon Press, 1966.

Hejtna J. Staub, 1971, № 7, 290.

Яиковский С. С., Булгакова Н. Г., Русанов А. А. В сб.: Обеспыливание в металлургии. М., «Металлургия», 1971.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение ..5

Глава I, Основные закономерности процессов обеспыливания воздуха 8

Классификация пылей по их дисперсности 8

Взаимодействие пылевых частиц с воздушными потоками 10

Общие положения теории процессов сепарации пыли из воздушных лотоков . 15

Современные представления о механизме отделения пыли от воздушных потоков 15

Закономерности инерционной сепарации пыли в криволинейных потоках ..・ * 23

Сепарация пыли в пограничных областях турбулентных потоков 29

Условия удержания пылевых частиц на поверхностях 32

Общие закономерности пылеулавли!вания в пористых слоях 42

Глава II. Воздушные фильтры для очистки атмосферного и рециркуляционного воздуха 45

L Классификация воздуш!ных фильтров 45

Масляные воздушные фильтры 54

Общие сведения 54

Ячейковые масляные фильтры 54

Самоочищающиеся масляные фильтры 59

Волокнистые воздушные фильтры 67

Общие сведения 67

Ячейковые волсхкнистые фильтры 69

Рулонные волокнистые фильтры 75

Губчатые воздушные фильтры 82

Общие сведения 82

Конструкции губчатых фильтров 83

Электрические воздушные фильтры 85

Общие сведения 85

Конструкции ^лрктрических фильтров . .....89

Глава III. Пылеуловители для очистки запыленных воздушных выбросов 96

К^асс赁屯вканннпылеу ловителей96

Пылеосадочныекамеры ЮО

Циклоны102

Общие сведения об аэродинамике циклонных пылеуловителей Ю2

Эффективность циклоновЮб

Конструкции циклонов .ИЗ

Жалюзийные пылеуловителисухоготипа 119

Противоточные инерционныепылеуловители .. . .122

Ротационные пылеуловители со стертым noinpaEH^HbiM слоем . , 124

Вентиляторные пылеуловители •124

Общие пр1Инц>И1ПЫ устройства вентиляторных пылеуловителей . 124

Простейшее вентиляторные пылеуловители .128

Вентиляторные пылеуловители с сепарирующим рабочим колесом .. .130

Ииерцио1Н1Ные контактные пылеуловители мокрого типа с подводом воды в зону контактаизвне 136

Общие сведения 136

Мокропленочные циклоны 137

Кашельные пылеуловители-промыватели145

Инерционные пылеуловители мокрого типа с внутренней циркуляцией воды 146

Общие сведения 146

Мокрые центробежные пылеуловители.147

Прямоточ1но-й1нерционные пылеуловители ・147

Барботажные пылеуловители149

Струйные пылеуловители 151

Глава IV. Проектирование и эксплуатация обеапыливающ(их установок 159

Очистка воздуха, подаваемого в здания и сооружения системамиприточной вентиляции и кондиционирования159

Задачиочистки воздуха 159

Выбори расчет воздушных фильтров 161

Выборзамасливателей для воздушныхфильтров.169

Централизова1нное маслоснабжение самоочищающихся фильтров и удаление шлама . . .169

Проектирование фильтровальных камер . . * . .174

Очистка запыленных воздушных выбросов вентиляционных систем 184

Задачи очистки запыленных воздушных выбросов,184

Выбор и расчет пылеуловителей 185

Конструирование пылеулавливающих установок..188

Обеспыливание спецодежды .• • * 193

Общ,ие сведения193

Аэродинамический обеспыливатель спецодежды..194

Обдувочные камеры 197

Список литературы .201

Александр Иванович ПИРУМОВ

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВОЗДУХА

Редактор издательства М. А. Шершукова

Внешнее оформление художника Э. С Филимонова

Технические редакторы И. В. Панова, Т .В .Кузнецова

Корректоры Л. П, Б и d юк о в а, Г. А. Кравченко

Сдано в набор 11/Ш 1974 г.Подписано к печати 12/VI 1974 г.

Т-11816Формат 60X90716 Д- Л-Бумага типографская № 1

13 печ. л. (уч.-изд. 13,58 л )

Тираж 27.000 экз.Изд. № А VI—3874Зак. № 116Цена 88 коп.

Стройиздат

103006, Москва, Каляевская, д. 23а,

Подольская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Подольск» ул. Кирова. 25.

AIR DLS1 CONTROLA P1RLJTOV

AN INTEGRATED EXPERIENCE OF THE THEORY AND PRACTICE OF AIR CLEANING FOR THE ATMOSPHERIC AIR POL- LUTION AND DUST CONTROL IN INDUSTRIAL BUILDINGS ENVIRONMENT, OFFICES AND HOUSES

THE BASIC MECHANISMS OF PARTICLES SEPARATION FROM tIR STREAMS AND THE CONDITIONS ОГ THEIR PRECIPITATION ON DRY AND WET SURFACES AND WATER FILMS IN DIFFERENT DC ST REMOVAL DEVICES ARE DISCUSSED, THE THEORY OF INERTIAL SEPARATION IS F'LARGED AND IIS NEW APPLICATIONS TO SOME DUST CONTROL EQI IPMENT DESIGN (CYCLONES, JET SCRUBBERS AND SO ON), FOUND TO BE SATISFACTORY IN PRACTICE, ARE GIVEN, THE DUSI DISPERSITY CLASSIFIC M ION and air filters and dust collectors EFFICIENCY SYSTEMS ARE WORKED OUT

THE WIDELY SPREADING DRY AND WETTED POROUS FILTERS, ELECTRIC AIR FILTERS, DRY AND WET DUST COLLECTORS, NEW EQUIPMENT FOR THE AERODYNAMICAL WORKERS, CLOTHES CLEANING, AS WELL AS AUTOMATIC VORTEX AIR SHOWERS FOR INDUSTRIAL CLEAN ROOMS, A CONSIDERABLE PART QF WHICH WERE CREATED WITH THE AUTHORS PARTICIPATION, ARE DESCRIBED.

IN THE CONCLUSION THE PROBLEMS OF PROPER USE OF THE DESCRIBED DUST CONTROL EQUIPMENT ARE DISCUSSED

THE BOOK IS INTENDED FOR RESEARCH AND DESIGN SPECIALISTS, MEMBERS OF BUILDING CONSTRUCTION AND MAINTENANCE ORGANIZATIONS, WHO ARE ENGAGED IN AIR CLEANING

ПИРУМОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ (1916 г. РОЖД.) ЯВЛЯЕТСЯ РУКОВОДИТЕЛЕМ ЛАБОРАТОРИИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ЦНИИПРОМЗДАНИЙ ОКОНЧИВ В 1939 г МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ В В КУЙБЫШЕВА, РАБОТАЛ В ИНСТИТУТЕ ГИГИЕНЫ ТРУДА И ПРОФЗАБОЛЕВАНИЙ АМН СССР, А ЗАТЕМ В ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, ЗАНИМАЯСЬ ВОПРОСАМИ ВЕНТИЛЯЦИИ И ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ- ЕГО ГЛАВНЫЕ РАБОТЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ТЕОРИИ И ПРАКТИКЕ ИНЕРЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ ЧАСТИЦ ИЗ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ (КНИГА «АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЕРЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ^ И ДР ). ИСПОЛЬЗОВАНЫ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ ПО ЗАЩИТЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И ПРИ СОЗДАНИИ НОВЫХ ОБЕСПЫЛИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

A. PIRUMOV (WAS BORN IN 1916) IS THE CHIEF OF THE DUST CONTROL DEPARTMENT AT THE CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOP INDUSTRIAL BUILDINGS AFTER GRADUATING FROM THE MOSCOW CIVIL ENGINEERING INSTITUTE IN 1939 HE HAS BEEN WORKING AT THE RESEARCH INSTITUTE FOR INDUSTRIAL HYGIENE AND PROFESSIONAL DISEASES OF THE ACADEMY OF MEDICAL SCIENSES OF THE USSR AND LATER AT THE CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR INDUSTRIAL BUILDINGS. SPECIALIZING IN THE PROBLEMS OF VENTILATION AND DUST CONTROL, HIS MAIN INTEREST CONCERNS THE THEORY AND PRACTICE OF THE INERTIAL SEPARATION OF PARTICLES FROM AIR STREAMS (HIS PREVIOUS BOOK IS TITLED: «AERODYNAMICAL FOUNDATIONS OF INERTIAL SEPARATION»). HIS RESEARCH WORKS WERE USED IN ELABORATING OF THE NORMATIVE DOCUMENTS FOR ATMOSPHERIC AIR POLLUTION CONTROL AND FOR THE DEVELOPMENT OF NEW AIR GLEANING DEVICES

ОПЕЧАТКИ

Страница

Строка

Напечатано

Следует читать

16

14-я сверху

и = % (1

26

9-я снизу

от нуля, является участ-

ции частицы т, т. е. чем

40

12-я сверху

ком нестационарного движения частицы,

沙又Г Уб"< 1)

мельче пыль.

Часть траектории частицы,

力函КТ<1)

45

Табл. II.1,

полевые

пылевые

132

графа 2, 1-я строка

Рис. III.24,

кгс/см2

р, кгс/м2

134

ордината 20-я сверху

от 3 до 5 м/ч

от 3 до 5 км/ч.

149

1-я снизу

I Летальные

1 Детальные

153

Табл. III.13,

1359

1350

190

графа 3 слева, 6f строка снизу

21-я снизу

1420

100 кгс/см2

1420

100 кгс/м2

195

20-я снизу

Продолжительность про-

Продолжительность про-

цесса обеспыливания

цесса обеспыливания в с

Зак. 116

разложения функции в степенной ряд

*** В числителе дано сопротивление без противоуносного фильтра, в знаменателе — сспротивление с учетом противоуносного фильтра.

участие канд. мед. наук В. Ф. Кириллов,