Логотим Метталум
Проектування, виготовлення, монтаж, запуск, паспортизація
+38 (048) 706 26 73
+38 (097) 743 69 84
metallum_office@ukr.net

Циклонні пиловловлювачі аспіраційних установок ливарних, ковальсько-штампувальних, термічних та гальванічних цехів

Циклонні пиловловлювачі аспіраційних установок ливарних, ковальсько-штампувальних, термічних та гальванічних цехів

Надійність та ефективність роботи систем пило- та газоочищення значною мірою залежать від фізико-механічних властивостей пилу або газу та від основних параметрів газових потоків, які мають бути вивчені та враховані як при проектуванні систем пило- та газоочищення, так і при організації їх експлуатації.

Для правильного вибору та забезпечення ефективної та безпечної експлуатації пиловловлювачів необхідно знати такі параметри пилу, як дисперсність, хімічний склад, змочуваність, злипання, абразивність, вибуховість, електричні та магнітні властивості. Необхідно пам'ятати, що механічне перенесення досвіду очищення з одного обладнання на інше без урахування властивостей пилу є принципово неправильним, економічно необґрунтованим і може призвести до неефективної експлуатації установок очищення повітря.

Дослідження вітчизняних та зарубіжних авторів не дають повної кількісної та якісної характеристики пилів, що виділяються від численного технологічного обладнання. Наявні дані часто настільки нечисленні або суперечливі, що правильний вибір та проектування пиловловлюючих установок істотно утруднені. Це пояснюється складністю обліку численних факторів, що впливають на умови експлуатації пиловловлювачів.

Такі технологічні процеси, як розмелювання вугілля і глини, сушіння піску, характеризуються безперервним і порівняно рівномірним виділенням пилу. Інші технологічні процеси, наприклад обробка суміші в бігунах, робота вибивних решіток, галтувальних барабанів, дробометних і дробоструминих камер, плавка сталі і чавуну, характеризуються різкими коливаннями в часі кількості та дисперсного складу пилу, що виділяється. Тому результати вимірів може бути неоднаковими, якщо вони відібрані у різні періоди роботи устаткування.

Джерелами значного забруднення повітряного середовища є вагранки та електродугові сталеплавильні печі. Гази, що утворюються при роботі вагранок, можуть містити 5-20% (за обсягом) окису вуглецю, 3-20 г/м3 пилу, 5,2-16,5% вуглекислого газу, 0,4-2,0% кисню, 0,7 -1,7% водню, 0,025-0,5% сірчистого ангідриду, 73-79% азоту.

На кожну тонну рідкого чавуну виділяється в середньому 160-240 кг окису вуглецю та до 20 кг пилу. Відомо, що до 90% частинок пилу, що містяться у вагранних газах, більші за 100 мкм.

Склад газів, що відходять від електродугових сталеплавильних печей, залежить від періоду плавки, марки сталі, що виплавляється, герметичності печі, способу газовідсмоктування і наявності кисневого продування. При плавленні вуглецевих сталей з відбором газів через виступ робочого вікна гази містять окиси вуглецю 0,05-0,22% (за обсягом), вуглекислого газу 0,8-6,0%%, кисню 15-20%, водню - до 0 ,01%, оксидів азоту – до 0,07%, оксидів сірки – до 0,005%. Середні валові виділення пилу за плавку становлять 10-20 кг на кожну тонну рідкої сталі. Відомо, що 65-85% частинок пилу, що містяться в газах, що відходять сталеплавильних печей, мають розмір менше 2 мкм.

Питома кількість шкідливих речовин, що виділяються від гальванічних ванн, залежить від концентрації та температури розчину, сили струму і може досягати (мг/с•м2): хромового ангідриду - 10-12; луги – 55; ціаністого водню - 5,5; фтористого водню – 20; хлористого водню – 80; сірчаної кислоти – 7; фосфорної кислоти – 5.

Внаслідок різноманіття властивостей газів, що очищаються (температури, хімічного складу, вологості) і вловлюваного пилу (в першу чергу - дисперсності) для очищення вентиляційних викидів ливарних, ковальсько-штампувальних, термічних і гальванічних цехів застосовують пило- і газоуловлювачі різних конструкцій.

Найбільш поширеними та перспективними конструкціями таких апаратів, які застосовуються або можуть бути застосовані в аспіраційних установках на підприємствах галузі, є циклони з тангенціальним підведенням газу.

Загальна відмінна риса всіх циклонних процесів, незалежно від їх конкретного призначення та конструктивного оформлення, - обертальний або вихровий рух двофазного потоку в робочому просторі круглого перерізу, завдяки чому на зважені в потоці частинки пилу діє відцентрова сила, що відкидає більші частини.

Закручування потоку на вході може бути або його тангенціальним введенням, або аксіальним введенням із завихрювачами. Найчастіше застосовують апарати з тангенціальним уведенням.

У вітчизняній та зарубіжній літературі описано багато варіантів циклонів, тому ми обмежимося лише коротким описом основних типів апаратів, що знайшли практичне застосування.

Найбільш поширені циліндричні циклони ННІОГАЗ типів ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у та ЦН-24 (рис. 1, а). Відмінною особливістю цих апаратів є наявність розвиненої циліндричної частини корпусу, нахил кришки та вхідного патрубка під кутом відповідно 11, 15 та 24° до горизонтальної площини, а також однакове відношення діаметра вихлопної труби до діаметра циклону, що дорівнює 0,59. Фактично не відрізняються від циклонів ЦН циклони ЦКТІ типу Ц.

Циклони ЛІОТ характеризуються глибоко введеною в корпус вихлопною трубою, а також великим (порівняно з циклоном ЦН) кутом розкриття конічної частини.

Конічні циклони НДІОГАЗ СДК-ЦН-33 та СК-ЦН-34 відрізняються подовженою конічною частиною, спіральним вхідним патрубком та меншим діаметром вихлопної труби. У циклонах СІОТ (рис. 1, б) практично відсутня циліндрична частина корпусу. Вихлопна труба опущена у верхню частину конуса, а вхідний патрубок має трикутний переріз. У циклонах ЦМС-27 (рис. 1, в) та ЦП-2 вихлопна труба забезпечена лопатевими розкручувачами.

У ряді конструкцій циклонів у нижній частині корпусу розміщується вставка у вигляді порожнистого конуса. З циліндроконічних апаратів такого типу відомий циклів "Крайзель" (рис. 1, г) а також СЦН-40.

Широко застосовується на підприємствах галузі циклон зі зворотним конусом конструкції ВЦНДІВТ. При невеликій циліндричній частині корпусу він має розвинену конічну частину, виконану у вигляді дифузора і внутрішню конічну вставку, що має в нижній частині.

Ряд досліджень та конструкторських розробок останніми роками спрямовані на зниження аеродинамічного опору циклонів. Відомо, що основна втрата напору в циклоні пов'язана з обертальним рухом потоку і втратою кінетичної енергії у вихлопній трубі. Обладнання циклонів розкручувачами потоку дозволяє скоротити ці втрати. Ефективність пиловловлення при цьому дещо знижується. Другим напрямком удосконалення циклонів є застосування різних протипідсмоктувальних пристроїв, що встановлюються перед або після пиловипускного отвору. Найпростіший пристрій такого типу, є диск-екран, що встановлюється в пилозбірнику на деякій відстані від зрізу отвору пиловипуску. Третім напрямком є ​​спроби створення циклонів із частковою рециркуляцією потоку запиленого газу. У циклоні, представленому на рис. 1, д, частина запиленого газу відсмоктується з нижньої частини конуса над пиловипускним отвором та за допомогою додаткового вентилятора повертається у вхідний патрубок.

 

Рис. 1. Циклони з тангенціальним підведенням газу (а - е) та осьові (ж - м):

а - циклон ЦН НДІОГАЗ (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у та ЦН-24); б - циклон СІВТ; в – циклон ЦМС-27; г – циклон "Крайзель"; д, е – циклони з частковою рециркуляцією потоку газу; ж - з гвинтовим завихрювачем; з - з лопатевим (розеточним) завихрювачем; і - циклон ВТІ; к, л, м - циклонні елементи закордонних фірм

1 – вхідний патрубок; 2 – завихрювач; 3 – циліндрична частина корпусу; 4 – конічна частина корпусу; 5 - отвір або кільцева щілина для відведення пилу або відсмоктування пилового концентрату; 6 – вихлопна труба; 7 – обтічник; 8 – шайба

У циклоні (рис. 1, е), уловлений пил з невеликою кількістю газу через пилевідвідний патрубок направляється в додатковий циклончик, звідки газ відсмоктується вентилятором і подається на рециркуляцію, а пил відводиться в основний бункер-пилозбірник.

Перевагою циклону ВЦНИОТ є мала зношування його конічної частини внаслідок зворотного розташування конуса (що розширюється донизу).

Різноманітність типів та конструктивних варіантів сухих циклонів, дає можливість підібрати найбільш оптимальний варіант при проектуванні аспіраційних систем.

Циклони з осьовим підведенням газу.

Ефект відцентрового виділення пилу з потоку газу може бути досягнутий при осьовому (аксіальному) підведенні газу в корпус циклону.

При цьому для закручування потоку газу використовуються спеціальні пристрої, які називають напрямними пристроями, розетками, гвинтами, закручувачами, засвідчувачами тощо. У галузі такі циклони не набули широкого застосування, проте позитивні результати знепилення повітря в цих циклонах свідчать про можливість їх ширшого застосування в майбутньому.

На рис. 1, ж, з дані схеми протиточних осьових циклонів з центральними засвідчувачами гвинтового ("гвинт") та лопатевого ("розетка") типів, які нормалізовані.

У прямоточному апараті ВТІ (рис. 1, і) запилений газ через вхідний колектор надходить у пилеконцентратор з закручуючим пристроєм типу "двохходовий гвинт", де під дією відцентрових сил пил концентрується і з частиною потоку через відсмоктує кільце відводиться в пиловідвідний циклон, газ вентилятором повертається у вхідний колектор. Основний потік очищеного газу після концентратора через відведення та вихідний колектор видаляється з апарату.

Також існує прямоточний апарат з пилеконцентратором, що має вдосконалену конструкцію пристрою типу "чотирилопатева розетка", що закручує, і регульовану щілину відсосного кільця (рис, 1, к).

Прямоточні циклони ВТІ та виконані з горизонтальною віссю обертання газового потоку.

Прикладами осьових циклонів з вертикальною віссю обертання та низхідним потоком газу є циклони на рис. 1. Характерним для цих циклонів є ускладнена форма гвинтових або лопатевих завихрювачів. Фракційна ефективність прямоточного циклону становить для пилу розміром менше 5мкм – 20-60%, для пилу з розмірами понад 20мкм – 98%. Головне достоїнство таких апаратів полягає в можливості їх встановлення по ходу потоку газів, внаслідок чого знижуються розміри пиловловлювачів та зменшується їхній гідравлічний опір.

Батарейні циклони

Батарейні циклони широко застосовуються в галузі і являють собою пиловловлюючі апарати, що включають кілька паралельно встановлених циклонних елементів, об'єднаних в одному корпусі і мають загальні підведення і відведення газів, а також збірний бункер. Вони можуть бути складені як з протиточних, так і прямоточних циклонних елементів.

Прямоточні відцентрові апарати з вторинним потоком газу (вихрові пиловловлювачі).

У таких апаратах потік газу вводиться у корпус у двох точках. Основний (первинний) потік (мал. 2, а) вводиться в нижню частину корпус через вхідний патрубок із засвідчувачем. Через тангенціальні сопла, встановлені у верхній частині корпусу під деяким кутом вниз до горизонталі, подається вторинне повітря, що повідомляє пилогазової суміші додаткове обертання.

Розроблено велику кількість форм та типорозмірів таких апаратів, що відрізняються в основному конструкцією завихрювача, способом підведення вторинного повітря тощо. Так, на рис. 2 б представлений апарат, що відрізняється ускладненою формою центрального обтічника, встановленого над завихрювачем.

Перевагою описаних апаратів є порівняно висока ефективність уловлювання пилу крупністю 3-5 мкм, що становить 98-99%, і менший абразивний знос корпусу апаратів. Ці переваги роблять такі апарати перспективними для ливарних, термічних та ковальсько-штампувальних цехів.

Сухі ротаційні апарати

На відміну від описаних статичних механічних апаратів у ротаційних пристроях виділення частинок пилу з потоку газу відбувається під дією інерційних сил, що розвиваються при обертанні робочого органу – ротора із сепараційними елементами. Багато ротаційних апаратів одночасно з виділенням пилу роблять і переміщення газу, і тому часто називаються вентиляторами-пиловідділювачами.

На рис. 2 г представлений осьовий вентилятор-пиловідділювач з вертикальною віссю обертання.

Па мал. 2, д представлений відцентровий вентилятор-пиловологовідділювач ЦВПО, розроблений на базі вентиляторів серій Ц15-45 і Ц9-55.

У низці ротаційних апаратів на пил впливають як відцентрові сили, а й інерційні сили Кориоліса. Найбільш типовим та відомим представником цієї групи апаратів є "Ротоклон Д". На рис. 2, е дана схема типового апарату цієї групи.

У деяких апаратах запилений газ проходить всередину ротора, що обертається через радіальні канали. З таких апаратів відомий відцентрово-ротаційний пиловловлювач ЦРП (рис. 2, ж).

 

Рис. 2. Прямоточні відцентрові апарати з вторинним потоком газу (а, б, в) та сухі ротаційні апарати (г, д, е, ж):

а, б, в - вихрові пиловловлювачі з подачею вторинного повітря через тангенціальні сопла; г - осьовий вентиляторний уловлювач; д - вентилятор-пиловлагоотделитель ЦВПО; е – ротаційний; ж - відцентрово-ротаційний пиловловлювач ЦРП

1 – бункер пилозбірник; 2 – корпус; 3 – центральний наконечник; 4 - патрубок, що відводить; 5 – кільцева діафрагма; 6 - сопла для подачі вторинного повітря; 7 – завихрювач; 8 – шайба; 9 – вхідний патрубок; 10 - обтічник; 11 - перепускний отвір; 12 - вал ротора; 13-лопаті ротора; 14 - пилоприймальний зазор (патрубок); 15 - пристрій, що уловлює; 16 - пилевідвідна труба; 17 - подовжувальні листи; 18-ротор; 19 - канали ротора; 20 - вентиляторне колесо