Обезпрашаване в индустрията
Характеристики на праха, видове прахоуловители, принцип на работа и приложна област
Протичането на производствените процеси в голяма част от промишлеността е съпътствано с отделяне на различни вредни вещества в производствените помещения, като прахови аерозоли, пушеци и дим, пара, газове и други. По-голямата част от вредните вещества биха могли сериозно да застрашат здравето на хората, работещи в помещението. За улавяне и ограничаване на разпространението им се изгражда вентилационна инсталация, съобразена със спецификата на отделяните вредни вещества. Прахът е един от най-често срещаните замърсители на въздуха в производствените помещения. Попадането на прах върху очите или кожата, вдишването му и утаяването на праховите частици в белите дробове би могло да провокира сериозни здравословни проблеми.
Свойства на праха
Основни свойства на праха са плътност, абразивност, слепваемост, специфично електрическо съпротивление, пожаро- и взривоопасност. В областта на прахоулавянето се използват три вида плътност на твърдите частици - истинска, привидна и насипна. Истинската плътност се дефинира като отношение на масата на частицата към заемания от нея обем, изключващ обема на порите в частицата. Привидната плътност представлява отношение на масата на частицата към заемания от нея обем, включващ обема на порите в частицата. Насипната плътност е отношението на масата на току-що насипани твърди частици към заемания от тях обем, с отчитане на наличието на въздух между тях. Абразивността на праха е фактор, влияещ върху избора на транспортна скорост на прахо-газовия поток, дебелината на стените на апаратите и на газоходите, както и на избора на облицовъчни материали за тях. За абразивността се съди по износването на метала при еднаква скорост на прахо-газовия поток и концентрацията на праха в него. Влияние върху абразивността на праха оказват твърдостта на частиците, формата, плътността и размерите им.
Слепваемостта на праховите частици е свойство, което до голяма степен определя експлоатационната надеждност на прахоуловителните апарати, тъй като повишената слепваемост на частиците води до задръстване на елементите на прахоочистващите системи.
Специфичното електрическо съпротивление на праха влияе най-вече върху работата на електрофилтрите. Стойността му зависи от свойствата на отделните частици, от структурата на слоя и от параметрите на газовия поток.
Пожаро- и взривоопасните свойства на праха се определят опитно. Зависят от размера и формата на частиците, от химичните и термичните им свойства, както и от концентрацията им. Поради голямата контактна повърхност на праха с въздуха голяма част от видовете прах придобиват способността да горят и да се самозапалват. Особено опасни са тези прахове, които с въздуха образуват взривоопасни смеси. От особено значение за пожаро- и взривоопасните свойства на праха са температурата на възпламеняване и самовъзпламеняване.
За очистване на газовите смеси от прах обикновено се използват различни типове прахоуловители. Те са подходящи за улавяне както на груби, така и на по-фини частици. Сред съществуващото многообразие от конструкции са:
Сухите механични прахоуловители
Характеризират се с не много добър пречиствателен ефект, поради което обикновено се използват за предварително очистване на замърсените газове. В сухите механични прахоуловители предимно се улавят по-груби частици. Към групата им спадат прахоуловителните камери и инерционните прахоуловители.
Прахоуловителни камери. Принципът им на работа се базира на механизма на утаяване на частиците под действието на гравитационните сили. Използват се предимно за утаяване на груби частици. Теоретично в тях могат да се утаяват и много фини частици, но за постигане на такива пречиствателни способности размерите на камерата значително би следвало да се увеличат. Прахоуловителните камери се характеризират с незначителни хидравлични загуби и малки експлоатационни разходи. Температурата на преминаващия през камерата газ може да достигне до 550 °С. Размерът на сравнително ефективно утаяващите се частици в утаителните камери е от 30 микрона нагоре, а процентът на утаените частици с размери по-малки от 5 микрона е почти нулев.
За постигане на добър ефект на утаяване, при оразмеряването на утаителните камери следва да се определи минималният размер на частиците, който камерата има способност да улови с ефективност, равна на 100%. От изключителна важност е й изборът на скорост на газовия поток. За повечето материали е препоръчително скоростта да се избира под 3 m/s. Необходимо е и отчитането на вероятността от вторично отнасяне. При проектирането на утаителни камери трябва да се предвидят дифузори или газоразпределителни решетки, чрез които да се осигури равномерно разпределение на газовия поток по напречното сечение на камерата.
Инерционни прахоуловители. По-сложната конструкция на инерционните прахоуловители в сравнение с утаителните камери осигурява по-висока ефективност и обуславя по-малките им размери. При този вид прахоуловители, за подпомагане на процеса на гравитационно утаяване, на праховите частици се придава допълнителна сила надолу. Утаяването е вследствие на рязка промяна в посоката на движение на прахо-газовия поток или поради наличие на преграда. Голяма част от използваните в практиката прахоуловители работят на основата на този принцип.
Една от най-елементарните конструкции на инерционен прахоуловител представлява прахоуловител с преграда, който като ефективност незначително се различава от утаителните камери, но се характеризира с по-високо хидравлично съпротивление. За очистване на газовете от доменните пещи се използват прахоуловители, при които газът се подава през насочена надолу тръба. Обикновено се използва конус с малък ъгъл на разширение. Това подпомага ограничаването на скоростта на газа и вторичното отнасяне на прах от дъното на прахоуловителя.
Значително по-сложни като конструкция са прахоуловителите, характеризиращи се със значително по-голям ефект на улавяне на праховите частици. Значителна част от тях работят на базата на механизма на улавяне, основан на рязка промяна на направлението на газовия поток.
Друг вид сухи прахоуловители са центробежните. Към тях се отнасят противотоковите и правотоковите циклони.
Противотокови циклони При противотоковите циклони отделянето на праховите частици се извършва под действието на инерционните сили, възникващи при промяна на посоката на движение на потока със 180°. Различават се няколко основни конструкции в зависимост от начина на подаване на газовия поток в циклонния апарат. При постъпване на газовата смес в циклона, под действието на центробежните сили праховите частици се придвижват към стената на циклона. Постепенно, съвместно с част от газовете, попадат в бункера на циклона. Там, под действието на възникващите вследствие на промяна в посоката на движение на газовете инерционни сили, праховите частици се отделят, а освободените от праха газове се връщат в циклона през централната част на прахоотвеждащия отвор. При обратното си движение към изходящата тръба, пречистените газове създават вътрешен обратен вихър, към който постепенно се присъединяват непопадналите в бункера газове. Но това явление не се отразява много отрицателно върху ефективността на циклона.
За ефективността на циклоните от съществено значение се оказват размерите на бункера. Използването на циклони без бункер или на такива с неоправдано намалени размери на бункера води до намаляване на ефективността им. Това се дължи на факта, че бункерът участва в аеродинамиката на циклонния процес. Върху ефективността на улавяне на праховите частици в циклона оказват влияние и диаметъра на циклона и скоростта на газовия поток.
В практиката често циклоните се делят на високоефективни и високопроизводителни. Високоефективните циклони се характеризират с по-висока ефективност, но и с по-големи хидравлични загуби. Високопроизводителните циклони се отличават с голям дебит и малко хидравлично съпротивление, но трудно улавят фини частици.
Предимства на противотоковите циклони са елементарната конструкция, улесняваща изработването и поддръжката им, надеждната работа при температура до 500 °С, възможността за улавяне на абразивен прах, стабилната стойност на хидравличното съпротивление и други. Недостатъците им са свързани предимно с високо хидравлично съпротивление и ниска ефективност при улавяне на частици под 5 микрона.
Правотокови циклони
Правотоковите циклони или т.нар. още вихрови прахоуловители се характеризират със сравнително малки размери и големи количества обработвани газови дебити. Скоростта на газовия поток в тези апарати е по-висока, поради което се наблюдава вторично увличане на частици, вследствие на отскачането им от стените на циклона и повторното им попадане в основния газов поток. В практиката се използват различни модификации на правотокови циклони. Често срещани в промишлеността са многокамерните правотокови циклони, използвани обикновено за очистване на пещни газове.
Батерийни циклони
Батерийните циклони, които са известни още като мултициклони, представляват съоръжения, в които са обединени голяма група малки циклонни елементи. Циклонните елементи могат да бъдат аксиални, правотокови или циклонни елементи с тангенциален вход.
Мултициклонните се изграждат от циклонни елементи с еднакви размери и хидравлично съпротивление. Обикновено се използват елементи с диаметър 100, 150 и 250 mm. Препоръчително е използването на елементи с по-голям диаметър, тъй като използването на елементи с малък диаметър води до увеличаване на броя им, което би могло да доведе до протичане на газ между елементите и влошаване ефективността на циклона. Батерийните циклони се характеризират със значително по-малки размери, сравнително по-сложна конструкция и по-висока цена.
Последователно разположени циклони
При очистване на газ със значителна начална концентрация на прах е възможно използването на няколко последователно свързани циклона. Важно условие за ефективността им е наличието на турбулентна коагулация. При липса на такава, ефективността на втория циклон, от гледна точка пътя на газовия поток, е по-ниска. Необходимо е да се вземе предвид и фактът, че хидравличното съпротивление на два последователно включени циклона се сумира.
Обикновено разглеждането на общата ефективност на два последователно свързани циклона се свежда до следните три случая. В първия случай вторият циклон работи с очистен газ от първия, при което ефектът от втория циклон е изключително малък, а загубите на налягане са големи. При друг случай вторият циклон работи с концентриран прах от първия, а очистеният газ постъпва в основния газов поток на входа на първия циклон. При третия случай вторият циклон работи, както при втория случай, но очистеният газ постъпва в потока очистен газ от първия циклон. Във втория и третия случай, вторият циклон е със значително по-малки размери, а ефективността на системата е по-висока от тази на единичен циклон.
Въртящи се центробежни прахоуловители
Принципът на работа на този тип прахоуловители се базира на действието на центробежните и кориолисовите сили. Известни още като динамични или ротоклони, въртящите центробежни прахоуловители изпълняват едновременно ролята на вентилатор и прахоуловител.
Използват се различни видове въртящи се центробежни прахоуловители. Най-често запрашеният газ постъпва по оста на въртящо се работно колело, с формата на обърнат диск, което е монтирано в охлювообразен кожух. Под действието на инерционните сили газът се разпределя по тесните канали между закрепените върху диска лопатки. Под действието на центробежните сили и силите на Кориолис праховите частици се притискат към лопатките и диска, плъзгат се по тях и постъпват в прахоприемник. Концентрираният прах от прахоприемника постъпва в бункер. Попадналият в бункера газ се връща в корпуса, а пречистеният газ напуска циклона.
Предимства на въртящите се центробежни прахоуловители са компактните размери и сравнително добрата ефективност на улавяне на частици с размери по-големи от 8-10 микрона. Недостатъците им са свързани с опасността от слепване и задръстване на вътрешните повърхности и междулопатъчното пространство, което ги прави неподходящи за очистването на влажни газове, както и такива, съдържащи силно слепващи прахове.
Мокри прахоуловители Мокрото прахоулавяне е процес, при който праховите частици преминават от газовия поток в течност. Върху ефективността на процеса оказват влияние контактната област между газа и течността, относителното движение между двете фази и относителното движение между праховите частици и капките.
Мокрите прахоуловители намират широко приложение в леярската, химическата и стоманодобивната промишленост. Мокрото прахоулавяне е пожаро- и взривобезопасно. Чрез него едновременно се улавят частици и димни газове, могат да бъдат уловени и неутрализирани агресивни газове и пари, да се охлаждат и очистват горещи димни газове.
В мокрите прахоуловители праховите частици се отстраняват от газовия поток чрез диспергиране на течност. В зависимост от механизмите, използвани за диспергиране на течността, мокрите прахоуловители са два основни типа – скруберни апарати и скруберни машини. Голямо е разнообразието на използваните видове скруберни машини. В зависимост от начина на създаване на контактна област между прахогазовата струя и течността, те се класифицират в пет групи - колонни, струйни, вихрови, вентуриеви скрубери и скруберни машини.
Колонни скрубери
При колонните скрубери контактната повърхност е резултат от диспергиране на вода върху повърхността на рашигови пръстени, сфери или други твърди елементи, при което върху тях се получава течен филм, образуващ контактната област. Елементите се разполагат в безпорядък във вид на пакет.
Този вид скрубери се характеризират с малък пречиствателен ефект и малък пад на налягането. За подобряване на ефективността им се препоръчва да работят при инверсни условия. В промишлеността се използват колонни скрубери с пълнеж, работещи с противоток и правоток. Приложението им е ограничено поради честото им задръстване в процеса на очистване на запрашени газове.
Струйни скрубери
Струйните скрубери се характеризират с по-добра ефективност в сравнение с колонните. При тях създаването на контактна област се постига чрез течни струи. Обикновено струята се подава от дюза под налягане, след което се разпада в полидисперсна система от капки. Движението на газа и водната струя е паралелно, при което се получава интензивно смесване на газа с капките.
Предимства на струйните скрубери се изразяват преди всичко във възможността им да отстраняват газообразни замърсители и ниските загуби на налягане при постъпване на газовия поток в апарата. Основният им недостатък е чувствителността им към запенване.
Вихрови скрубери
Вихровите скрубери намират широко приложение в промишлеността. Диспергирането на течността при тях се получава вследствие силите на триене. Основни елементи на вихровите скрубери са - воден басейн, вихрова камера и капкоуловител. При този вид скрубери газопраховата смес с висока скорост се насочва паралелно на водната повърхност. Вследствие на силите на триене между газовия поток и водната повърхност на водния басейн, част от водата се увлича и диспергира. Попадайки във вихровата камера, посоката на газовия поток се променя и се създава необходимото относително движение между капките и праховите частици. Сепарационният процес започва извън вихровата камера, където скоростта на потока намалява, по-големите капки се отделят и падат във водния басейн, а по-фините се улавят от капкоуловителя. Предимствата на вихровите скрубери се свеждат до елементарната им конструкция и малките разходи за поддръжка. При вихровите скрубери загубите на налягане са високи и се наблюдава склонност към запенване.
Скрубери с въртящ се диск При скруберите с въртящ се диск контактната област се образува от фини капки течност, разпределени в тънък хоризонтален слой, получени под действието на инерционните сили, предизвикани от въртящ се диск.
По оста на хоризонтално монтиран въртящ се диск се подава течност, която образува върху него тънък филм, придвижващ се към периферията на диска. Достигайки периферията му, течността се дезинтегрира във вид на фини капки. В зависимост от оборотите на въртене на диска, капките могат да бъдат с по-малки или по-големи размери, съответно при по-големи или по-малки обороти. Диаметърът на капките се определя от дебелината на образувания течен филм при външния ръб на диска и от периферната скорост. При движението си, от периферията на диска към стената на скрубера, капките улавят праховите частици. Натоварените с прах капкови частици се удрят в стената на скрубера, образуват течен филм върху нея и под действието на гравитационните сили се стичат надолу. Контактната област представлява разстоянието между периферията на диска и стените на скрубера.
Основно предимство на вихровите скрубери е възможността да се използват за обезпрашаване на запрашени газови потоци с променлив дебит. Като недостатък би могло да се посочи наличието на въртящи се елементи, което би могло да се тълкува като фактор за недостатъчната им надеждност. Практическите резултати от използването им, обаче, показват, че тези апарати са не по-малко надеждни от други видове мокри прахоуловители.
Вентуриеви скрубери
Вентуриевите скрубери са едни от най-ефективните мокри прахоуловители. Намират широко приложение в химическата и металургичната промишленост. При този тип апарати течността се подава в гърловината на вентуриева тръба през дюза. Обикновено дюзата се монтира над гърловината или на оста на тръбата в самата гърловина. Благодарение на високата скорост на газовия поток, подадената течност се пулверизира.
За постигане на по-фино разпръскване се препоръчва използването на пневматичен тип дюзи, но приложението им е свързано с по-високи енергийни разходи в сравнение с механичните дюзи. Ефективността на вентуриевите скрубери зависи от скоростта на газовия поток, размера на частиците и размера на капките. Повишаване на ефективността на скруберите на Вентури се постига чрез увеличаване на количеството диспергирана течност, повишаване на относителната скорост на газовия поток или размера на частиците, както и чрез намаляване размера на капките.
Мокри циклони
Механизмът на прахоулавяне при този вид прахоуловители значително се различава от характерния за вече разгледаните прахоуловители. Мокрите циклони са подходящи за очистване на вентилационен въздух от всякакъв вид нециментиращ се прах.
През тръби, разположени в горната част на циклона, тангенциално се подава вода, която създава тънък воден филм, стичащ се по вътрешната повърхност на апарата. Тангенциално е й подаването на запрашения газов поток.
Характеристики на праха, видове прахоуловители, принцип на работа и приложна област
Протичането на производствените процеси в голяма част от промишлеността е съпътствано с отделяне на различни вредни вещества в производствените помещения, като прахови аерозоли, пушеци и дим, пара, газове и други. По-голямата част от вредните вещества биха могли сериозно да застрашат здравето на хората, работещи в помещението. За улавяне и ограничаване на разпространението им се изгражда вентилационна инсталация, съобразена със спецификата на отделяните вредни вещества. Прахът е един от най-често срещаните замърсители на въздуха в производствените помещения. Попадането на прах върху очите или кожата, вдишването му и утаяването на праховите частици в белите дробове би могло да провокира сериозни здравословни проблеми.
Свойства на праха
Основни свойства на праха са плътност, абразивност, слепваемост, специфично електрическо съпротивление, пожаро- и взривоопасност. В областта на прахоулавянето се използват три вида плътност на твърдите частици - истинска, привидна и насипна. Истинската плътност се дефинира като отношение на масата на частицата към заемания от нея обем, изключващ обема на порите в частицата. Привидната плътност представлява отношение на масата на частицата към заемания от нея обем, включващ обема на порите в частицата. Насипната плътност е отношението на масата на току-що насипани твърди частици към заемания от тях обем, с отчитане на наличието на въздух между тях. Абразивността на праха е фактор, влияещ върху избора на транспортна скорост на прахо-газовия поток, дебелината на стените на апаратите и на газоходите, както и на избора на облицовъчни материали за тях. За абразивността се съди по износването на метала при еднаква скорост на прахо-газовия поток и концентрацията на праха в него. Влияние върху абразивността на праха оказват твърдостта на частиците, формата, плътността и размерите им.
Слепваемостта на праховите частици е свойство, което до голяма степен определя експлоатационната надеждност на прахоуловителните апарати, тъй като повишената слепваемост на частиците води до задръстване на елементите на прахоочистващите системи.
Специфичното електрическо съпротивление на праха влияе най-вече върху работата на електрофилтрите. Стойността му зависи от свойствата на отделните частици, от структурата на слоя и от параметрите на газовия поток.
Пожаро- и взривоопасните свойства на праха се определят опитно. Зависят от размера и формата на частиците, от химичните и термичните им свойства, както и от концентрацията им. Поради голямата контактна повърхност на праха с въздуха голяма част от видовете прах придобиват способността да горят и да се самозапалват. Особено опасни са тези прахове, които с въздуха образуват взривоопасни смеси. От особено значение за пожаро- и взривоопасните свойства на праха са температурата на възпламеняване и самовъзпламеняване.
За очистване на газовите смеси от прах обикновено се използват различни типове прахоуловители. Те са подходящи за улавяне както на груби, така и на по-фини частици. Сред съществуващото многообразие от конструкции са:
Сухите механични прахоуловители
Характеризират се с не много добър пречиствателен ефект, поради което обикновено се използват за предварително очистване на замърсените газове. В сухите механични прахоуловители предимно се улавят по-груби частици. Към групата им спадат прахоуловителните камери и инерционните прахоуловители.
Прахоуловителни камери. Принципът им на работа се базира на механизма на утаяване на частиците под действието на гравитационните сили. Използват се предимно за утаяване на груби частици. Теоретично в тях могат да се утаяват и много фини частици, но за постигане на такива пречиствателни способности размерите на камерата значително би следвало да се увеличат. Прахоуловителните камери се характеризират с незначителни хидравлични загуби и малки експлоатационни разходи. Температурата на преминаващия през камерата газ може да достигне до 550 °С. Размерът на сравнително ефективно утаяващите се частици в утаителните камери е от 30 микрона нагоре, а процентът на утаените частици с размери по-малки от 5 микрона е почти нулев.
За постигане на добър ефект на утаяване, при оразмеряването на утаителните камери следва да се определи минималният размер на частиците, който камерата има способност да улови с ефективност, равна на 100%. От изключителна важност е й изборът на скорост на газовия поток. За повечето материали е препоръчително скоростта да се избира под 3 m/s. Необходимо е и отчитането на вероятността от вторично отнасяне. При проектирането на утаителни камери трябва да се предвидят дифузори или газоразпределителни решетки, чрез които да се осигури равномерно разпределение на газовия поток по напречното сечение на камерата.
Инерционни прахоуловители. По-сложната конструкция на инерционните прахоуловители в сравнение с утаителните камери осигурява по-висока ефективност и обуславя по-малките им размери. При този вид прахоуловители, за подпомагане на процеса на гравитационно утаяване, на праховите частици се придава допълнителна сила надолу. Утаяването е вследствие на рязка промяна в посоката на движение на прахо-газовия поток или поради наличие на преграда. Голяма част от използваните в практиката прахоуловители работят на основата на този принцип.
Една от най-елементарните конструкции на инерционен прахоуловител представлява прахоуловител с преграда, който като ефективност незначително се различава от утаителните камери, но се характеризира с по-високо хидравлично съпротивление. За очистване на газовете от доменните пещи се използват прахоуловители, при които газът се подава през насочена надолу тръба. Обикновено се използва конус с малък ъгъл на разширение. Това подпомага ограничаването на скоростта на газа и вторичното отнасяне на прах от дъното на прахоуловителя.
Значително по-сложни като конструкция са прахоуловителите, характеризиращи се със значително по-голям ефект на улавяне на праховите частици. Значителна част от тях работят на базата на механизма на улавяне, основан на рязка промяна на направлението на газовия поток.
Друг вид сухи прахоуловители са центробежните. Към тях се отнасят противотоковите и правотоковите циклони.
Противотокови циклони При противотоковите циклони отделянето на праховите частици се извършва под действието на инерционните сили, възникващи при промяна на посоката на движение на потока със 180°. Различават се няколко основни конструкции в зависимост от начина на подаване на газовия поток в циклонния апарат. При постъпване на газовата смес в циклона, под действието на центробежните сили праховите частици се придвижват към стената на циклона. Постепенно, съвместно с част от газовете, попадат в бункера на циклона. Там, под действието на възникващите вследствие на промяна в посоката на движение на газовете инерционни сили, праховите частици се отделят, а освободените от праха газове се връщат в циклона през централната част на прахоотвеждащия отвор. При обратното си движение към изходящата тръба, пречистените газове създават вътрешен обратен вихър, към който постепенно се присъединяват непопадналите в бункера газове. Но това явление не се отразява много отрицателно върху ефективността на циклона.За ефективността на циклоните от съществено значение се оказват размерите на бункера. Използването на циклони без бункер или на такива с неоправдано намалени размери на бункера води до намаляване на ефективността им. Това се дължи на факта, че бункерът участва в аеродинамиката на циклонния процес. Върху ефективността на улавяне на праховите частици в циклона оказват влияние и диаметъра на циклона и скоростта на газовия поток.
В практиката често циклоните се делят на високоефективни и високопроизводителни. Високоефективните циклони се характеризират с по-висока ефективност, но и с по-големи хидравлични загуби. Високопроизводителните циклони се отличават с голям дебит и малко хидравлично съпротивление, но трудно улавят фини частици.
Предимства на противотоковите циклони са елементарната конструкция, улесняваща изработването и поддръжката им, надеждната работа при температура до 500 °С, възможността за улавяне на абразивен прах, стабилната стойност на хидравличното съпротивление и други. Недостатъците им са свързани предимно с високо хидравлично съпротивление и ниска ефективност при улавяне на частици под 5 микрона.
Правотокови циклони
Правотоковите циклони или т.нар. още вихрови прахоуловители се характеризират със сравнително малки размери и големи количества обработвани газови дебити. Скоростта на газовия поток в тези апарати е по-висока, поради което се наблюдава вторично увличане на частици, вследствие на отскачането им от стените на циклона и повторното им попадане в основния газов поток. В практиката се използват различни модификации на правотокови циклони. Често срещани в промишлеността са многокамерните правотокови циклони, използвани обикновено за очистване на пещни газове.
Батерийни циклони
Батерийните циклони, които са известни още като мултициклони, представляват съоръжения, в които са обединени голяма група малки циклонни елементи. Циклонните елементи могат да бъдат аксиални, правотокови или циклонни елементи с тангенциален вход.
Мултициклонните се изграждат от циклонни елементи с еднакви размери и хидравлично съпротивление. Обикновено се използват елементи с диаметър 100, 150 и 250 mm. Препоръчително е използването на елементи с по-голям диаметър, тъй като използването на елементи с малък диаметър води до увеличаване на броя им, което би могло да доведе до протичане на газ между елементите и влошаване ефективността на циклона. Батерийните циклони се характеризират със значително по-малки размери, сравнително по-сложна конструкция и по-висока цена.
Последователно разположени циклони
При очистване на газ със значителна начална концентрация на прах е възможно използването на няколко последователно свързани циклона. Важно условие за ефективността им е наличието на турбулентна коагулация. При липса на такава, ефективността на втория циклон, от гледна точка пътя на газовия поток, е по-ниска. Необходимо е да се вземе предвид и фактът, че хидравличното съпротивление на два последователно включени циклона се сумира.
Обикновено разглеждането на общата ефективност на два последователно свързани циклона се свежда до следните три случая. В първия случай вторият циклон работи с очистен газ от първия, при което ефектът от втория циклон е изключително малък, а загубите на налягане са големи. При друг случай вторият циклон работи с концентриран прах от първия, а очистеният газ постъпва в основния газов поток на входа на първия циклон. При третия случай вторият циклон работи, както при втория случай, но очистеният газ постъпва в потока очистен газ от първия циклон. Във втория и третия случай, вторият циклон е със значително по-малки размери, а ефективността на системата е по-висока от тази на единичен циклон.
Въртящи се центробежни прахоуловители
Принципът на работа на този тип прахоуловители се базира на действието на центробежните и кориолисовите сили. Известни още като динамични или ротоклони, въртящите центробежни прахоуловители изпълняват едновременно ролята на вентилатор и прахоуловител.
Използват се различни видове въртящи се центробежни прахоуловители. Най-често запрашеният газ постъпва по оста на въртящо се работно колело, с формата на обърнат диск, което е монтирано в охлювообразен кожух. Под действието на инерционните сили газът се разпределя по тесните канали между закрепените върху диска лопатки. Под действието на центробежните сили и силите на Кориолис праховите частици се притискат към лопатките и диска, плъзгат се по тях и постъпват в прахоприемник. Концентрираният прах от прахоприемника постъпва в бункер. Попадналият в бункера газ се връща в корпуса, а пречистеният газ напуска циклона.
Предимства на въртящите се центробежни прахоуловители са компактните размери и сравнително добрата ефективност на улавяне на частици с размери по-големи от 8-10 микрона. Недостатъците им са свързани с опасността от слепване и задръстване на вътрешните повърхности и междулопатъчното пространство, което ги прави неподходящи за очистването на влажни газове, както и такива, съдържащи силно слепващи прахове.
Мокри прахоуловители Мокрото прахоулавяне е процес, при който праховите частици преминават от газовия поток в течност. Върху ефективността на процеса оказват влияние контактната област между газа и течността, относителното движение между двете фази и относителното движение между праховите частици и капките.Мокрите прахоуловители намират широко приложение в леярската, химическата и стоманодобивната промишленост. Мокрото прахоулавяне е пожаро- и взривобезопасно. Чрез него едновременно се улавят частици и димни газове, могат да бъдат уловени и неутрализирани агресивни газове и пари, да се охлаждат и очистват горещи димни газове.
В мокрите прахоуловители праховите частици се отстраняват от газовия поток чрез диспергиране на течност. В зависимост от механизмите, използвани за диспергиране на течността, мокрите прахоуловители са два основни типа – скруберни апарати и скруберни машини. Голямо е разнообразието на използваните видове скруберни машини. В зависимост от начина на създаване на контактна област между прахогазовата струя и течността, те се класифицират в пет групи - колонни, струйни, вихрови, вентуриеви скрубери и скруберни машини.
Колонни скрубери
При колонните скрубери контактната повърхност е резултат от диспергиране на вода върху повърхността на рашигови пръстени, сфери или други твърди елементи, при което върху тях се получава течен филм, образуващ контактната област. Елементите се разполагат в безпорядък във вид на пакет.
Този вид скрубери се характеризират с малък пречиствателен ефект и малък пад на налягането. За подобряване на ефективността им се препоръчва да работят при инверсни условия. В промишлеността се използват колонни скрубери с пълнеж, работещи с противоток и правоток. Приложението им е ограничено поради честото им задръстване в процеса на очистване на запрашени газове.
Струйни скрубери
Струйните скрубери се характеризират с по-добра ефективност в сравнение с колонните. При тях създаването на контактна област се постига чрез течни струи. Обикновено струята се подава от дюза под налягане, след което се разпада в полидисперсна система от капки. Движението на газа и водната струя е паралелно, при което се получава интензивно смесване на газа с капките.
Предимства на струйните скрубери се изразяват преди всичко във възможността им да отстраняват газообразни замърсители и ниските загуби на налягане при постъпване на газовия поток в апарата. Основният им недостатък е чувствителността им към запенване.
Вихрови скрубери
Вихровите скрубери намират широко приложение в промишлеността. Диспергирането на течността при тях се получава вследствие силите на триене. Основни елементи на вихровите скрубери са - воден басейн, вихрова камера и капкоуловител. При този вид скрубери газопраховата смес с висока скорост се насочва паралелно на водната повърхност. Вследствие на силите на триене между газовия поток и водната повърхност на водния басейн, част от водата се увлича и диспергира. Попадайки във вихровата камера, посоката на газовия поток се променя и се създава необходимото относително движение между капките и праховите частици. Сепарационният процес започва извън вихровата камера, където скоростта на потока намалява, по-големите капки се отделят и падат във водния басейн, а по-фините се улавят от капкоуловителя. Предимствата на вихровите скрубери се свеждат до елементарната им конструкция и малките разходи за поддръжка. При вихровите скрубери загубите на налягане са високи и се наблюдава склонност към запенване.
Скрубери с въртящ се диск При скруберите с въртящ се диск контактната област се образува от фини капки течност, разпределени в тънък хоризонтален слой, получени под действието на инерционните сили, предизвикани от въртящ се диск.По оста на хоризонтално монтиран въртящ се диск се подава течност, която образува върху него тънък филм, придвижващ се към периферията на диска. Достигайки периферията му, течността се дезинтегрира във вид на фини капки. В зависимост от оборотите на въртене на диска, капките могат да бъдат с по-малки или по-големи размери, съответно при по-големи или по-малки обороти. Диаметърът на капките се определя от дебелината на образувания течен филм при външния ръб на диска и от периферната скорост. При движението си, от периферията на диска към стената на скрубера, капките улавят праховите частици. Натоварените с прах капкови частици се удрят в стената на скрубера, образуват течен филм върху нея и под действието на гравитационните сили се стичат надолу. Контактната област представлява разстоянието между периферията на диска и стените на скрубера.
Основно предимство на вихровите скрубери е възможността да се използват за обезпрашаване на запрашени газови потоци с променлив дебит. Като недостатък би могло да се посочи наличието на въртящи се елементи, което би могло да се тълкува като фактор за недостатъчната им надеждност. Практическите резултати от използването им, обаче, показват, че тези апарати са не по-малко надеждни от други видове мокри прахоуловители.
Вентуриеви скрубери
Вентуриевите скрубери са едни от най-ефективните мокри прахоуловители. Намират широко приложение в химическата и металургичната промишленост. При този тип апарати течността се подава в гърловината на вентуриева тръба през дюза. Обикновено дюзата се монтира над гърловината или на оста на тръбата в самата гърловина. Благодарение на високата скорост на газовия поток, подадената течност се пулверизира.
За постигане на по-фино разпръскване се препоръчва използването на пневматичен тип дюзи, но приложението им е свързано с по-високи енергийни разходи в сравнение с механичните дюзи. Ефективността на вентуриевите скрубери зависи от скоростта на газовия поток, размера на частиците и размера на капките. Повишаване на ефективността на скруберите на Вентури се постига чрез увеличаване на количеството диспергирана течност, повишаване на относителната скорост на газовия поток или размера на частиците, както и чрез намаляване размера на капките.
Мокри циклони
Механизмът на прахоулавяне при този вид прахоуловители значително се различава от характерния за вече разгледаните прахоуловители. Мокрите циклони са подходящи за очистване на вентилационен въздух от всякакъв вид нециментиращ се прах.
През тръби, разположени в горната част на циклона, тангенциално се подава вода, която създава тънък воден филм, стичащ се по вътрешната повърхност на апарата. Тангенциално е й подаването на запрашения газов поток.
Благодаря за материала! Послужи ми страхотно за предстоящия изпит по "Технологии за пречистване на флуиди"
ReplyDelete