Пути повышения эффективности циклонов

Н.И. Володин, Г.М. Гончаров, А.В. Сугак, Д.Е. Смирнов
Ярославский государственный университет,
г. Ярославль


Наверное ни у кого не вызывает сомнения, что в настоящее время все более и более актуальным является решение экологических проблем, одной из которых является загрязнение воздушного бассейна промышленной пылью.

Одним из простейших пылеуловителей, который во многих случаях позволяет успешно решить проблему очистки газов, выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями, является аппарат инерционной очистки газов (циклон).

Циклоны среди пылеуловителей составляют самую многочисленную группу, более 90% от общего количества, ими улавливается более 80% от общей массы уловленной пыли.

В течение более чем ста лет с момента появления первых циклонов, их исследованиям занималось большое количество различных организаций. Это, естественно, привело к огромному количеству их типов и разновидностей. Только на территории бывшего СССР находило применение более 20 типов как «сухих» циклонов, так и циклонов, работающих с применением жидкости, так называемых «мокрых» циклонов.

Это циклоны разработки МИОТа, ЛИОТа, СИОТа, ВЦНИИОТа, НИИОГАЗа, УНИХИМа, и многие другие. Значительное количество типов циклонов было разработано и за рубежом. Это циклоны Ван Тонгерена (Van Tongeren), Олдена (Alden) Тер Линдена (Ter Linden), Гумбольта (Humbolt), Дэвидсона (Davidson) и т.д.

К 80-м годам 20-го века процесс разработки новых конструкций аппаратов значительно замедлился, получены и опубликованы оптимальные соотношения размеров между элементами конструкций различных типов циклонов [1-5].

Был достаточно подробно исследован механизм процесса абразивного (в ряде источников эрозионного) износа циклонов, являющийся основной причиной их выхода из строя. Следует отметить, что сведения о работах, ведущихся в этой области, и материалы на эту тему вследствие их актуальности нередки и в настоящее время [6-8].

Также достаточно подробно исследован процесс очистки газов в двух и более параллельно установленных однотипных циклонах одинакового диаметра.

Последовательное соединение циклонов применяется в различных отраслях промышленности, причем количество однотипных циклонов может достигать четырех. Максимальное же количество параллельно расположенных циклонов различных типов может достигать шести [9, 10]. Процесс совершенствования и модификации уже известных типов циклонов продолжается и в настоящее время.

Это обусловлено переходом экономики на рыночные рельсы, нормированием предельно допустимых выбросов и установлением платы за выбросы. Следствием этого является стремление предприятий к снижению выбросов пыли в атмосферу.

Модификация одиночных циклонов, приводящая к снижению выбросов пыли в атмосферу после очистки, может осуществляться несколькими путями.

Первый путь – введение в конструкцию циклонов элементов других инерционных аппаратов, приводящее к суммированию различных процессов инерционной сепарации.

Примером этому может служить конструкция вертикального прямоточного циклона ВПЦ, сочетающая качества обычного (противоточного) циклона и циклона прямоточного (рис. 1).

Рис. 1. Схема вертикального прямоточного циклона (ВПЦ)

1-корпус цилиндрический; 2-завихри-тельное устройство; 3-верхняя стенка; 4-нижняя стенка; 5-профильные лопатки; 6-патрубок ввода запыленного газа; 7-экран; 8-патрубок вывода очищенного газа; 9-распылительное устройство; 10-бункер сбора пыли; 11-штуцер для подачи жидкости.

Рис. 2. Пылеуловитель для очистки газовых потоков от мелкодисперсной пыли

Причем ввод пыле-воздушной смеси в корпус циклона осуществляется по спирали, впускной патрубок представляет собой модифицированный тангенциальный впускной патрубок циклона Даниэльса [4, 10-12].

Другим примером является конструкция пылеуловителя для очистки газовых потоков от мелкодисперсной пыли (рис. 2). Данная конструкция, кроме сочетания качеств противоточного циклона и циклона прямоточного, позволяет осуществлять очистку газа еще и по «мокрому» способу, что ведет к дальнейшему повышению эффективности аппарата [13-15].

Разработана конструкция циклона, в корпус которого встроены своеобразные «карманы», которые по существу являются миниатюрными пылеосадительными камерами (рис. 3).

1-сегменты корпуса;2-заслонка регулятор; 3-цилиндрическая обечайка; 4-конус; 5-труба эжектируемого воздуха; 6-выходной патрубок.

Рис. 3. Пылеуловитель для высокоэффективного улавливания мелкодисперсной пыли

На входе в патрубок очищенного газа создана воздушная завеса, образуемая подсасываемым атмосферным воздухом, которая по утверждению автора, создает эффект воздушно-молекулярного фильтра для мелкодисперсных частиц и ведет к увеличению эффективности аппарата [16, 17].

Совершенно очевидно, что разработчики пылеуловителя инерционно-центробежного типа [13-15] и пылеуловителя с воздушной завесой [16, 17] различными путями решают одну задачу: повышение эффективности очистки газов от мелкодисперсной пыли, которая, как известно, труднее всего улавливается инерционными аппаратами. В одном случае задача решается путем совмещения в аппарате центробежного и инерционного принципов, а так же применения воды.

Второй путь повышения эффективности циклонов- это сочетание элементов конструкции инерционного аппарата с элементами конструкций аппаратов принципиально другого способа пылеулавливания: электрофильтрами и тканевыми фильтрами.

Аппарат, сочетающий в себе элементы циклона и электрофильтра, получил название «электроциклон» [18, 19]. Следует отметить, что для эффективной работы циклона со встроенным электрофильтром требуется дополнительно блок высоковольтного питания, система отряхивания коронирующих и осадительных электродов электрофильтра. Разместить эти элементы конструкции электрофильтра внутри циклона весьма сложно.

Зарастание коронирующих и осадительных электродов пылью ведет к резкому снижению эффективности электрофильтра, а, следовательно, и всей конструкции электроциклона. Иголки коронирующих электродов, находясь в зоне высоких, по сравнению с обычным электрофильтром, скоростей пыле-газового потока, подвержены сильнейшему абразивному износу. Известно, что износ металла пропорционален скорости набегающего пыле-газового потока в третьей степени [7]. Кроме того, сам электрофильтр весьма чувствителен к удельному электрическому сопротивлению (УЭС) пыли [1, 2, 5].

Таким образом, подобная конструкция электроциклона малоперспективна, и вряд ли найдет широкое применение в промышленности. Хотя совместная последовательная работа этих двух аппаратов, когда циклон является первой ступенью очистки, а электрофильтр-второй, находит применение в энергетике.

Еще сложнее добиться удовлетворительного сочетания в одной конструкции циклона и тканевого (рукавного) фильтра, хотя до настоящего времени такие попытки предпринимаются, и конструкции циклон-фильтров патентуются [20].

Основная сложность разработки подобной конструкции заключается в несовместимости скоростей фильтрации этих двух аппаратов. В промышленных условиях скорость потока в поперечном сечении корпуса циклона в сто и более раз превышает скорость фильтрации через ткань [1-3, 13]. Эта несовместимость делает практически невозможным создание подобного аппарата для общепромышленных целей.

Регенерацию ткани, обычно осуществляемую импульсом сжатого воздуха также осуществить весьма трудно. Кроме выше указанного для работы подобного циклон-фильтра требуется дополнительно электронный блок управления.

Выходом из этого положения является применение в качестве ступеней фильтрации сменных фильтрационных картриджей, встроенных в корпус циклона. Подобные фильтры нашли применение в магистральных пневмопроводах для удаления из перекачиваемого газа конденсата воды и аэрозолей масла [21]. Для общепромышленных целей подобная конструкция неприменима вследствие малой пылеемкости картриджей и небольших объемов очищаемого газа.

Следует отметить, что применение циклонов и фильтров последовательно в одной технологической цепочке очистки газа весьма распространено и нашло отражение в различных отраслях промышленности.

Таким образом, по нашему мнению, наиболее перспективным путем совершенствования и модификации циклонов представляются их различные комбинации с элементами других типов инерционных пылеуловителей.

Список литературы

1. Справочник по пыле- и золоулавливанию/ М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под общ. ред. А.А.Русанова.-2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983.- 312 с.

2. Газоочистное оборудование. Каталог/ Н.М.Васильченко, С.Я.Рябчиков, М.Г.Мазус и др.- М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988.-119 с.

3. Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. Ярославль, 1971 г.-93c.

4. Jackson R. Mechanical equipment for removing grit and dust from gases. - Leathered: The British Coal Utilization Research Association, 1963. -p.281.

5. Обеспыливание промышленных газов: Монография./Соколов Э.М., Володин Н.И., Пискунов О.М., Санаев Ю.И., Варьяш П.Г.: Тул. гос.ун-т., Тула, 1999.-376 с.

6. Янковский С.С., Градус Л.Я. Основные пути совершенствования аппаратов инерционной очистки газов. // Обзорная информация ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М.,1985.- 45с.

7. Эрозия: Перевод с англ./Под ред. К. Прис.- М.: Мир, 1982.-464с.

8. Износостойкий циклон ЦПКИ. Информационный листок Ярославского ЦНТИ № 391-88. Ярославль.- 1988.-1 с.

9. Литвинов А.Т., Горячев И.К. Система сухого улавливания активных высокодисперсных саж.//Каучук и резина.-1968.-№.-с.37-39 .

10.Карпухович Д.Т., Смирнов М.Е. Инерционные аппараты. -В кн. Экотехника. Защита атмосферного воздуха от выбросов пыли, аэрозолей и туманов.- Ярославль, Русь, 2004.- с.56-111.

11. Патент 2135300 C1 (РФ). Циклон/ Смирнов М.Е., Сугак А.В., Гончаров Г.М.- Опубл. в Б.И.-1999.-№24.

12. Смирнов М.Е., Сугак А.В., Гончаров Г.М. Циклон для литейного производства. // Экология и промышленность России. – Май 2000.- с 13-14.

13. Володин Н.И., Панков А.Н., Чудновцев А.В., Пискунов О.М. // Новое поколение пылеуловителей инерционно-центробежного типа/ Труды 5-й международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии». Воронеж.- 2002.- с. 27-30.

14. Володин Н.И., Панков А.Н., Чудновцев А.В., Пискунов О.М. // Очистка отходящих газов в высокоэффективном пылеуловителе. Тезисный доклад Международной научно-технической конференции «Энергосбережение, экология и безопасность». Тула.- 1999.- с. 142-143.

15. Володин Н.И., Панков А.Н., Чудновцев А.В., Пискунов О.М. Очистка газовых выбросов от мелкодисперсной пыли. // Экология и промышленность России.- сентябрь 2000.- с. 20-22.

16. Патент 2174452 C1 (РФ). Пылеуловитель./Завьялов Ю.И.- Опубл. в Б.И.-2001.

17. Конструкция пылеуловителя. Адрес в Интернет: http://www.8b/ru.-21.02.2006.

18. А.С. 971475 (СССР). Электроциклон./ Новиков Л.М., Ведерников В.Б., Инюшкин Н.В.- Опубл. в Б.И.-1982.-№ 41.

19. А.С. 1063437 (СССР). Центробежный трубчатый электрофильтр./ Новиков Л.М., Стефаненко В.Т., Инюшкин Н.В., Ведерников В.Б.- Опубл. в Б.И.-1983.-№48.

20. Заявка 99113217/12 C1 (РФ). МПК B01D050 / 00 B04C009 /00. Циклон-фильтр для очистки запыленных газов. /Зотов А.П., Красовицкий Ю.В., Ряжских В.И., Шипилова Е.А. Адрес в Интернет: http://www.sibpatent.ru.-21.02.2006.

21. Циклон–фильтры для очистки воздуха. Адрес в Интернет: http://www.analitpribor.com.-21.02.2006.


Назад к списку