Пылевые камеры и инерционные пылеуловители

Пылевые камеры и инерционные пылеуловители

Пылевые камеры и инерционные пылеуловители относятся к простейшим устройствам для улавливания крупных сырьевых частиц или пыли. Они действуют по принципу осаждения частиц при медленном движении пылегазового потока через рабочую камеру, поэтому основными размерами камеры являются ее высота и длина (рис. 2.1). Геометрические размеры определяют время пребывания пылегазового потока в камере.

Даже самые совершенные по конструкции пылеосадительные камеры занимают много места, а поэтому в качестве самостоятельных элементов пылеулавливающей системы находят ограниченное применение.

Однако упрощенные пылевые камеры и инерционные пылеуловители применяются в качестве элементов основного технологического оборудования. Так, холодные головки вращающихся печей и сушильных барабанов снабжаются пылевыми камерами, позволяющими улавливать грубые частицы, что предотвращает осаждение этих частиц в соединительных газоходах и разгружает высокоэффективные пылеуловители - рукавные фильтры, электрофильтры.

Рис. 2.1. Пылеосадительная камера.

1 - корпус; 2 - пылеотводящий бункер.

Пылевые камеры и инерционные пылеуловители изготавливают из кирпича, железобетона или стали. Расчет пылевой камеры сводится к определению площади осаждения, т. е. площади днища камеры и ее стенок. При этом принимают ряд допущений пыль равномерно распределяется по сечению камеры как по концентрации, так и по дисперсности; она состоит из шаровых частиц и полностью подчиняется закону Стокса; скорость газа по сечению камеры принимается равномерной; результат действия конвекционных токов и турбулентности газового потока на частицы пыли равен нулю; осевшая пыль не уносится из камеры.

Для частиц размерами < 80 мкм удовлетворительное значение конечной скорости оседания можно получить по закону Стокса. Ниже приведены скорости оседания сферических частиц, рассчитанные по этому закону.

Как следует из приведенных данных, закон Стокса дает хорошее совпадение с экспериментом вплоть до диаметра частиц, равного 100 мкм.

При проектировании пылевых камерх и инерционных пылеуловителей необходимо также иметь в виду возможность вторичного уноса. Требуется, чтобы скорость газового потока была не более 3 м/с. Ниже приведены рекомендации по выбору максимально допустимой скорости газов в осадительных камерах.

Ясно, что при выборе скорости необходимо учитывать свойства материала. Например, крахмал или сажа подхватываются при очень маленьких скоростях (до 0,8 м/с), тогда как для агрегированных частиц (цемент, кокс) допустимы более высокие скорости. Так, газы вращающейся печи для обжига доломита, проходя через пылевую камеру объемом 3200 м³ (длина 29,8, ширина 18, высота 6 м) со скоростью 1,4 м/с и находясь в камере около 20 с, очищались от пыли на 40 %.

Размеры пылевых камер и инерционных пылеуловителей определяют, исходя из заданного расхода газа L и минимального седиментационного диаметра частиц пыли d_s, которые вместе с более крупными частицами должны выпасть из потока. Соотношение длины l и высоты Н камеры находят из соотношения скорости газа vr и скорости осаждения частицы v_s:

v_s/v_r = H/l. (2.1)

Ширину камеры b определяют, исходя из принятых в расчете скорости газа vr, высоты камеры Н и заданного расхода газа L:

b = L/Hv_r. (2.2)

Рассматривая варианты определения скорости (осаждение) витания частиц, следует отметить, что для практического применения удобна номограмма, представленная на рис. 2.2.

Рис.2.2 Номограмма зависимости скорости витания частиц v_s, см/с седиментационного диаметра d₃ b и плотности рт г/см³.

Графическая зависимость построена для воздуха при стандартных условиях для плотности г/см³. При других значениях плотности вводится поправка, равная 1/3 lg р_т; значение этой поправки определяется с помощью вспомогательного графика. Найдя отрезок 1/3 lg р_т, его откладывают по оси ординат от точки, отвечающей диаметру частицы d_s, в сторону возрастания, p_r > i г/см³, и в сторону уменьшения, если р_т < 1 г/см^3. По полудой точке, пользуясь номограммой, отмечают соответствующую точна другой оси координат, от которой откладывают тот же отрезок.

Рис.2.3. Вертикальные пылеосадительные камеры.

а - без отвода пыли; б и в - с отводом пыли; 1 - газоход; 2 - отражательный диск; 3 - огнеупорное покрытие; 4 - отражательные конусы; 5 - наклонная плита.

Рис. 2.4. Инерционные пылеуловители.

а - камера с перегородкой; б - камера с плавным поворотом газового потока; в - камера с расширяющимся конусом; г - камера с заглубленным бункером.

Из соотношения (2.1) видно, что чем меньше скорость потока и высота камеры, тем меньше скорость осаждения частиц. Заметное снижение скорости осаждения можно получить в полочной камере, отличительной особенностью которой является наличие в активной зоне наклонных полок; по оси камеры располагается шнек для выгрузки осевшей пыли. Для повышения эффективности регенерации полок от пыли применяют вибраторы или другие встряхивающие устройства.

Эффективность работы пылевых камер и инерционных пылеуловителей в значительной степени зависит от того, насколько равномерна раздача потока Для этой цели камеры оборудуют газораспределительными решетками или применяют диффузоры с рассечками.

В вертикальных пылеосадительных камерах улавливаются частицы со скоростью оседания выше скорости пылегазового потока. Эти аппараты применяются для улавливания крупных частиц из газов небольших вагранок (рис. 2.3, а); более сложными являются камеры рефлекторного типа, в которых пыль собирается в кольцевом коллекторе, окружающем дымовую трубу (рис 2.3).

Рис. 2.5. Схема и кривые фракционной эффективности инерционных пылеуловителей.

а - при входной скорости 14 м/с; б - при 7 м/с.

Пылевые камеры и инерционные пылеуловители. Эффективность обеспыливания в простой пылеосадительной камере может быть увеличена, а габариты не уменьшены, если к эффекту гравитационного осаждения частиц придать дополнительный момент движения вниз. Этот принцип положен в основу многих конструкций пылеуловителей.

Типичным представителем этого класса пылеуловителей являются «пылевые мешки» (рис. 2.4, а), которые нашли применение в металлургии. В таком аппарате входная цилиндрическая труба придает частицам дополнительно к гравитационной силе момент. Например, такой пылеуловитель, установленный за доменной печью, обеспечивает степень улавливания частиц > 30 мкм до 65-80 %.

Инерционный пылеуловитель, показанный на рис. 2.4, б, встраивается в газоходы диам. > 2 м. Выпадение крупных частиц в бункер происходит вследствие отклонения потока от прямолинейного движения.

В современных конструкциях инерционных пылеуловителей механизм осаждения частиц основан на изменении направления движения. Пылегазовый поток проходит вертикально вниз по цилиндрическому газоходу, затем изменяет направление движения на 180° и проходит срез кольцевой зазор уловленная пыль ссыпается в бункер.

Эффект пылеулавливания в значительной степени зависит от правильно подобранного кольцевого зазора.

С целью повышения эффективности этих аппаратов предложены различные конструкции узлов (рис. 2.5). В одной конструкции в кольцевой зазор подается воздух (с вращательным моментом движения) со скоростью, в два раза большей, чем осевая скорость основного потока.

Дополнительно подаваемый воздух в пылевые камеры и инерционные пылеуловители, вступая в контакт с основным потоком придает последнему вращательное движение Выходной газоход служит для отвода очищенного потока в нем часть кинетической энергии переходит в энергию давления.

В другой, менее эффективной, ноболее простой конструкциичасть отходящих газов отсасывается через щели в кольцевой муфте без дополнительной подачи воздуха. Как видно из рис. 2.5, фракционная эффективность этих пылеуловителей позволяет применять их в качестве самостоятельных аппаратов вместо, например, циклонов.

На рис. 2.6 показан пылеуловитель этого класса сложной конструкции. Здесь пылегазовый поток проходит через каналы 1, имеюшие форму труб Вентури. Эти каналы образуются вследствие установки в газовом тракте V-образных перегородок 2. Возрастание скорости в горловине труб Вентури приводит к концентрации частиц у стенок перегородок, установленных на выходе из каналов.

Рис. 2.6. Инерционный пылеуловитель с К-образными отражательными перегородкам.

а - вид сверху; б - вид спереди; 1 - каналы; 2 - перегородки; 3 - щелевое отверстие; 4 - бункер; 5 - заслонка.

Часть газов с высокой концентрацией пыли проходит через щелевые отверстия 3 и затем удаляется вверх через каналы, образованные двумя V-образными перегородками. Пыль осаждается в бункере 4. Обычно устанавливается от 6 до 12 рядов перегородок; заслонки 5 регулируют количество газов, отводимых через образованные перегородками каналы, выполняя роль клапанов. На рис. 2.7 показан другой тип экранного инерционного пылеуловителя.

Рис. 2.7. Экранный инерционный пылеуловитель.

Основным элементом аппарата является V-образный профиль, где струи пылегазового потока, образованные в промежутках между этими профилями, сталкиваются с подложкой V-образного элемента. Поток либо отталкивается от подложки, либо движется по кругу вдоль кривой, составляющей элемент. При столкновении и круговом движении пыль отделяется от потока и попадает в бункер. Характерной особенностью этого аппарата является возможность его использования при высоких рабочих температурах и агрессивных средах.