Принцип действия пылеуловителей

Содержание 

       Введение 3

       1 Понятия пылеуловителей 4

       2 Виды и назначение пылеуловителей 7

       3 Принцип действия пылеуловителей 11

       3.1 Принцип работы сухих пылеуловителей 11

       3.2 Принцип действия мокрых пылеуловителей 11

       Список использованной литературы 16 

Введение 

       Согласно общепринятому определению, Пылеуловители, устройства для улавливания (отделения) пыли и др. механических примесей из воздушных (газовых) потоков; применяются в системах вытяжной вентиляции и в промышленных установках газов очистки. В зависимости от физического эффекта, используемого для отделения пыли, и по конструктивному признаку различают следующие основные виды П.: гравитационные (главным образом пылеосадочные камеры); инерционные - сухого типа (циклоны, жалюзийные П. и др.) и мокрого типа, с использованием жидкости (преимущественно воды) для связывания пыли (центробежные скрубберы, струйные П. и др.); П.-промыватели контактного типа (барботёры, форсуночные, пенные и др.); диффузионно-конденсационные пористые - матерчатые (рукавные), сетчатые, с использованием фильтрующих слоев из сыпучих материалов, металлокерамики и др.; электрические; ультразвуковые. Выбор типа П. обусловливается степенью запылённости воздуха и требованиями к его очистке. 

1 Понятия пылеуловителей 

       Работа любого пылеулавливающего аппарата основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц.

       Гравитационное осаждение (седиментация) происходит под действием силы тяжести при прохождении частиц через газоочистной аппарат.

       Осаждение под действием центробежной силы происходит при криволинейном движении аэродисперсного потока.

       Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы или скорость ее движения настолько значительны, что она не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей препятствие, а, стремясь по инерции продолжить свое движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нем.

       Зацепление (эффект касания) наблюдается, когда расстояние частицы, движущейся с газовым потоком, от обтекаемого тела равно или меньше ее радиуса.

       Диффузионное осаждение становится заметным, когда мелкие частицы испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находящихся в броуновском движении, в результате которого возможно осаждение этих частиц на поверхности обтекаемых тел или стенок аппарата.

       Электрическое осаждение действует, когда при ионизации газовых молекул электрическим разрядом происходит заряд частиц, содержащихся в газах, а затем под действием электрического поля они осаждаются на электродах. Электрическое осаждение возможно и при взаимодействии частиц с каплями (или пузырями), причем электрические заряды могут быть подведены к частицам, к орошающей жидкости, или одновременно и к частицам, и к жидкости. Электрическое осаждение частиц может происходить и при прохождении аэрозоля через фильтрующие перегородки.

       Помимо указанных выше основных механизмов осаждения можно перечислить и ряд других: термофорез, диффузиофорез, фотофорез, воздействие магнитного поля и др. Влияние того или иного механизма на осаждение частиц определяется целым рядом факторов, и в первую очередь их размером.

       В технике пылеулавливания применяется большое число аппаратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. По способу улавливания пыли их обычно подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки газов.

       В основе работы сухих пылеуловителей лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения. Самостоятельную группу аппаратов сухой очистки составляют пылеуловители фильтрационного действия. В основе работы мокрых пылеуловителей лежит контакт запыленных газов с промывной жидкостью, при этом осаждение частиц происходит на капли, поверхность газовых пузырей или пленку жидкости. В электрофильтрах осаждение частиц пыли происходит за счет сообщения им электрического заряда.

       Приведенная на рис. 1 классификация пылеуловителей не претендует на абсолютность, так как существует значительное число аппаратов, работа которых основана на совмещении различных принципов осаждения. Так, например, волокнистый фильтр при улавливании туманов может быть отнесен к категории мокрых пылеуловителей. То же самое можно сказать и о мокром электрофильтре. Поэтому данную классификацию следует рассматривать как условную, позволяющую тем не менее достаточно наглядно охватить абсолютное большинство существующих пылеуловителей.

       К основным параметрам пылеуловителя, определяющих, главным образом, его выбор и применение относятся его производительность, потеря давления в нем и эффективность пылеулавливания.

       Производительность.  V – объемный расход через пылеуловитель очищаемого газа в м³/ч. Обычно расход подсчитывается для нормальных физических условий (при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа).

       Потеря давления в пылеуловителе (гидравлическое сопротивление)  дельта P– разность полных давлений газа на входе и на выходе из пылеуловителя.

       Эффективность очистки газа (степень очистки, коэффициент полезного действия) обычно выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступившего в пылеуловитель с газовым потоком за определенный период времени.

2 Виды и назначение пылеуловителей 

       Пылеуловители — устройства, предназначены для очистки от пыли вентиляционного воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

       По принципу действия обеспыливающие устройства можно разделить на четыре группы: гравитационные пылеуловители, инерционные пылеуловители (сухие и мокрые), пылеуловители и фильтры контактного действия и электрические пылеуловители и фильтры. Гравитационные пылеуловители действуют на принципе использования гравитационных сил, или сил тяжести, обусловливающих оседание из воздуха пылевых частиц. На этом принципе основано устройство пылеосадочных камер. Инерционные пылеуловители (сухие и мокрые) действуют на принципе использования инерционных сил, возникающих при изменении направления движения запыленного воздушного потока. К таким устройствам относятся циклоны разнообразной конструкции, центробежные скрубберы и циклоны-промыватели, струйные пылеуловители типа ротоклон и пылеуловители Вентури. Пылеуловители и фильтры контактного действия задерживают пылевые частицы при пропускании запыленного воздуха через сухие или смоченные пористые материалы: ткань, слой синтетических волокон, бумагу, проволочную сетку, слои зернистых материалов, керамических и металлических колец и т. п [4].

       Электрические пылеуловители и фильтры очищают воздух(или газ) от взвешенных в нем частиц(пыль, туман, дым) путем ионизации их при прохождении через электрическое поле. Действие пылеуловителей и фильтров характеризуется следующими показателями: степенью очистки, пропускной способностью или удельной воздушной нагрузкой, пылеемкостью, аэродинамическим сопротивлением, расходом энергии и стоимостью очистки.

       Гравитационные пылеуловители: простейшим типом пылеуловителей являются пылеосадочные камеры, относящиеся к гравитационным пылеуловителям. Их действие основано на том, что скорость потока запыленного воздуха, поступающего в камеру и расширяющегося в ней, уменьшается, вследствие чего находящиеся в нем тверды частицы осаждаются под влиянием собственного веса.

       Инерционные пылеуловители:

       1) Сухие:

       - Циклоны представляют собой пылепылеулавливающие аппараты, в которых улавливание пыли происходит в результате инерции. Очищаемый воздух, поступая в верхнюю цилиндрическую часть циклона тангенциально и вращаясь, опускается из кольцевого пространства, образуемого корпусом циклона и выхлопной трубой, в конусную часть и, продолжая вращаться, поднимается, выходя через выхлопную трубу.

       - Ротационный пылеуловитель представляет собой вентилятор, который одновременно с перемещением воздуха очищает его от пыли. Очистка воздуха происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса.

       2) Мокрые:

       - Центробежный скруббер.

       Запыленный воздух вводится в скруббер наклонно-расположенным патрубком , в котором находится смывное приспособление. Воздушный поток со смоченными и укрупненными частицами пыли со скоростью 15-23 м/с входит тангенциально в корпус. По стенкам корпуса сверху вниз винтообразно стекает водяная пленка, подаваемая оросительной трубкой через форсунки, установленные касательно к внутренней поверхности цилиндра. Эта пленка смывает отделяющуюся пыль со стенок вниз. Шлам собирается в конусе и через конусный патрубок (гидрозатвор) поступает в шламоотстойник [4].

       - Циклон-промыватель.

       Улавливание пыли происходит в результате осаждения ее на смоченную внутреннюю поверхность стенок корпуса под действием сил инерции и благодаря промывки воздуха водой, распыляемой во входном патрубке воздушным потоком. Вода подается в циклон во входной патрубок и на днище водораспределителя, которое расположено в верхней части циклона. Для поддержания постоянного давления воды, необходимой для промывки воздуха, циклон промыватель снабжается водонапорным бачком с шаровым клапаном.

       - Пылеуловитель Вентури (турбулентный промыватель)

       Основан на использовании энергии газового потока для распыления впрыскиваемой воды. Газовый поток, имеющий высокую степень турбулентности, способствует коагуляции частиц. Крупные капли жидкости, содержащие частицы пыли, легко улавливаются в устанавливаемых вслед за трубой Вентури мокрых циклонах, циклонах-каплеуловителях.

       - Пенный пылеуловитель.

       Пенные газоочистители применяют для очистки от пыли нейтральных газов с температурой до 100° С, которые не образуют в процессе промывки водой кристаллизующихся солей, забивающих отверстия решеток или отлагающихся на поверхностях аппарата. Очищаемые газы должны иметь плотность не менее 0,6 кг/м3 и высокую начальную запыленность. Степень очистки при размерах частиц 15-20 мкм составляет 96-90%, при размерах частиц 3-5 мкм падает до 80%.

       - Тканевые рукавные пылеуловители получили большое распространение для улавливания тонких и грубых фракций пыли. Они служат для улавливания пыли из технологических газов и вентиляционного воздуха. Во избежание конденсации влаги на ткани и стенках рукавов при установке пылеуловителей следует учитывать температуру и влажность. очищаемого воздуха. Регенерация ткани осуществляется одновременным встряхиванием рукавов и их обратной продувкой. В этом случае регенерируемая секция отключается от коллектора очищенного воздуха.

       - Электрические пылеуловители.

       В электропылеуловителях содержащиеся в воздухе частицы пыли приобретают заряд  осаждаются на осадительных электродах. Эти процессы происходят в электрическом поле, образованном двумя электродами с разноименными зарядами. Один из электродов является одновременно и осадителем.

3 Принцип действия пылеуловителей 

       3.1 Принцип работы сухих пылеуловителей 

       Пылеуловители могут самоочищаться с помощью вибродвигателей или продувкой сжатым воздухом. Оба способа удобны и безопасны. Фильтр установки оснащается системой противопожарной безопасности, которая предупреждает возможность пожара во время эксплуатации. Пылеуловители работают как в ручном, так и в автоматическом режиме.

       Пылеуловители имеют специальную установку с загрузкой отходов в контейнеры и возможностью возврата в помещение очищенного воздуха. Это очень практично, в чем вы сможете убедиться на собственном опыте. Отличаются простотой изготовления и эксплуатации, а также, что немаловажно, имеют длительный рабочий ресурс.

       Сухие пылеуловители предназначены для очистки воздуха от сухой, не слипающейся пыли. Данные установки считаются универсальными устройствами, так как циклонный элемент агрегатов отделяет крупные фракции пыли, а кассета из фильтровальной бумаги обеспечивает остаточную концентрацию пыли. Вместе это дает идеальный результат [4]. 

       3.2 Принцип действия мокрых пылеуловителей 

       Мокрые пылеуловители (скрубберы) работают по принципу увлажнения частиц, укрупняющихся в процессе движения и легко отделяющихся от воздуха. Другой принцип работы мокрых пылеуловителей состоит в коагуляции частиц пыли с каплями жидкости, их осаждения и удаления вместе с жидкостью. Во всех случаях очистки газа в мокрых пылеуловителях важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью: чем больше смачиваемость, тем эффективнее процесс очистки.

       С учетом конструктивных особенностей мокрые пылеуловители подразделяются на следующие виды:

• скрубберы Вентури;
• форсуночные и центробежные скрубберы;
• аппараты ударно-инерционного типа;
• барботажно-пенные аппараты и др.

       Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель наибольшее распространение получили скрубберы Вентури.

Скруббер Вентури

1 – форсунки; 2 – сопло Вентури; 3 – каплеуловитель 

       Oсновная часть скруббера – сопло Вентури 2, в которое подводится запыленный поток газа, а через ценробежные форсунки 1 – жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости ω = 15...20 м/с до скорости 30...200 м/с и более в узком сечении сопла. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла В диффузорной части сопла скорость потока падает до 15...20 м/с. Каплеуловитель 3 обычно выполняют в виде прямоточного циклона.

       Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей со средним размером частиц 1...2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м³. Удельный расход воды на орошение при этом составляет 0,1...6,0 л/м³.

       Для труб Вентури круглого сечения характерны следующие размеры: 
α₁ = 15...28°, α₂ = 6...8°; l₁, = (d₁ – d₂)/[2tg (α₁/2)]; l₂ = 0,15 d₂; l₃ = (d₃ – d₂)/ [2tg(α₂/2)]. Диаметры d₁, d,₂, d₃раcсчитывают для конкретных условий очистки воздуха от пыли.

       На рисунке приведена конструкция коагуляционно-центробежного мокрого пылеуловителя (КЦМП), представляющая собой компоновку скруббера Вентури и каплеуловителя.

Коагуляционно-центробежный мокрый пылеуловитель (КЦМП)

1 – сопло Вентури; 2 – циклон; 3 – устройство для закручивания воздуха 

       Сопло Вентури 1 установлено в корпусе циклона 2, а для закручивания воздуха используется специальное закручивающее устройство 3. Промышленные КЦМП работают при скоростях в узком сечении трубы Вентури 40...70 м/с, удельных расходах воды на орошение 0,1...0,5 л/м³ и имеют габариты на 30%  меньше, чем обычные скрубберы Вентури.

       В ряде случаев для мокрой очистки применяются форсуночные скрубберы (а). Запыленный газовый поток поступает в скруббер по патрубку 3 и направляется на зеркало воды, где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1, поднимаются вверх навстречу потоку капель, поступающих в скруббер через форсуночные пояса. Удельный расход воды в форсуночных скруббеpax составляет 3,0...6,0 л/м³, гидравлическое сопротивление аппарата –до 250 Па при скоростях движения потока газа в корпусе скруббера 0,7...1,5 м/с.

       К недостаткам таких скрубберов следует отнести невысокую общую эффективность очистки.

Форсуночный (а) и центробежный (б) скрубберы 

       В аппаратах центробежного типа (б) частицы пыли отбра-сываются на пленку жидкости 2 центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенциального расположения входного патрубка 5. Пленка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создается подачей воды через сопла 1 и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер 4 частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата 3, скорости газа  во входном патрубке и дисперсности пыли. Например, с ростом диаметра скруббера эффективность очистки снижается. Увеличение эффективности очистки с помощью центробежных аппаратов может быть достигнуто увеличением высоты корпуса скруббера до Р = 3...4D. При высоте аппарата более 4D эффективность практически не меняется.

       К мокрым пылеуловителям относятся барботажно-пенные пылеуловители, которые бывают двух типов:

• с провальной решеткой (а);
• с переливной решеткой (б).

Барботажно-пенный пылеуловитель с провальной (а) и переливной (б) решетками 

       В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от части пыли за счет осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2...2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0,95...0,96 при удельных расходах воды 0,4...0,5 л/м³ 

Список использованной литературы 

1. В.Н.Луканин, Ю.В. Трофименко, Промышленно-транспортная экология, М.»Высшая  школа, 2003.
2. С.В.Белов, Ф.А. Барбинов и др., Охрана  окружающей среды, М. «Высшая  школа»,  1991  г.
3. В.Л.Лапин, А.Г.Мартинсен, В.М. Попов, Основы экологических знаний ипнженера, М. «Экология»,  1996  г.
4. Медведев В.Т. Инженерная экология М.: Гардарики, 2002, 687 с: ил.