Такие пылеуловители условно делятся на три группы:

- пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы);

- инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии силы инерции;

- циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.

Пылеуловительная камера представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней части которого имеется отверстие или бункер для сбора пыли (рис. 1.).

Рис. 1. Пылеосадительные камеры:

а - полая: б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками: / - запыленный газ; // - очищенный газ; /// - пыль; 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - штуцер для удаления;

Полки; 5 - перегородки.

Скорость газа в камерах составляет 0,2-1,5 м/с, гидравлическое сопротивление 50-150 Па. Пылеосадительные камеры пригодны для улавливания крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки газа в камерах не превышает 40-50%. Продолжительность прохождения т(с) газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет:

где Vk, - объем камеры, м³; Vг- объемный расход газов, м3/с; L - длина камеры, м; В- ширина камеры, м; Н- высота камеры, м.

В инерционных пылеуловителях для изменения направления движения газов устанавливают перегородки (рис. 2). При этом наряду с силой тяжести действуют и силы инерции. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Газ в инерционном аппарате поступает со скоростью 5-15 м/с. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа [З].

Рис. 2. Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и распределения газового потока:

а - камера с перегородкой; б - камера с расширяющимся конусом; в - камера с заглубленным бункером.

Большое внимание при проектировании пневмотранспортных и других устройств пылеочистки необходимо уделять узлам отделения материала от транспортирующего воздуха - разгрузочным и пылеулавливающим устройствам (циклонам, фильтрам и т.п.). В зависимости от способа отделения материала в системах пневмотранспорта используют объемные разгрузочные устройства и центробежные циклоны. Выбор того или иного типа устройства зависит от конкретных условий работы установок и требований, предъявляемых к его работе: наибольшее значение коэффициента осаждения материала, минимальное сопротивление разгрузочного устройства, надежность в эксплуатации.

Предпочтение отдается центробежным циклонам, выполняющим одновременно и роль пылеулавливающего аппарата. Эффективность улавливания пыли в циклонах повышается с уменьшением диаметра корпуса, но при этом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею. Коэффициент пылеулавливания батареи циклонов составляет 0,76-0,85 и несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с). Использование вместо циклонов вихревых пылеуловителей обеспечивает улавливание частиц пыли размером 5-7 мкм.

Воздух после разгрузочных устройств или циклонов, насыщенный субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители. При выборе типа пылеуловителя в условиях работы таких установок учитывают следующие показатели:

- степень пылеулавливания, равную отношению количества пыли, задержанной пылеуловителем, к количеству пыли, содержащейся в воздухе при его поступлении в пылеуловитель;

- сопротивление пылеуловителя, от которого зависит экономичность процесса пылеулавливания;

- габаритные размеры и масса пылеуловителя, надежность и простота его обслуживания.

Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед высокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами) очистки.

Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и бункер. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (рис. 3).

В зависимости от производительности циклоны можно устанавливать по одному (одиночные циклоны) или объединять в группы из двух, четырех, шести или восьми циклонов (групповые циклоны).

Существуют батарейные циклоны. Конструктивной особенностью последних является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами [4].

Ниже приведенатехническая характеристика наиболее распространенного на производстве циклона ЦН-15:

- допустимая запыленность газа, г/м³:

для слабослипающихся пылей - не более 1000;

для среднесливающихся пылей - 250;

- температура очищаемого газа, °С - не более 400;

- давление (разрежение), кПа (кг/см²) - не более 5 (500);

- коэффициент гидравлического сопротивления:

для одиночных циклонов - 147;

для групповых циклонов - 175-182;

- эффективность очистки (от пыли dm = 20 мкм, при скорости газопылевого потока 3,5 м/с и диаметре циклона 100 мм), % - 78.

Рис. 3. Циклон типа ЦН-15П:

Коническая часть циклона; 2 - цилиндрическая часть циклона; 3 - винтообразная крышка; 4 - камера очищенного газа; 5 - патрубок входа запыленного газа; 6 - выхлопная труба; 7 -бункер; 8 - люк; 9 - опорный пояс; 10 - пылевыпускное отверстие.

Для расчетов режимов и выбора марки (конструкции) циклона необходимы следующие исходные данные: количество очищаемого газа при рабочих условиях Vг, мЭ/с; плотность газа при рабочих условиях р, кг/м³; динамическая вязкость газа при рабочей температуре m; дисперсный состав пыли, задаваемый двумя параметрами d_m и lg s_r; запыленность газа Сe_х, г/м³; плотность частиц р_ч, кг/м³; требуемая эффективность очистки газа h.

Конструкцию и режимные параметры циклона рассчитывают методом последовательных приближений по методикам [3-5] или используя более современный математический аппарат [б].

Пористые фильтры

Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%.

Классификация рукавных фильтров возможна по следующим признакам:

- форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);

- месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);

- способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с импульсной продувкой и др.);

- наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);

- числу секций в установке (однокамерные и многокамерные);

- виду используемой ткани (например, стеклотканевые).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических волокон (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладающих термостойкостью при температуре 250-280 °С. Для фильтровальных тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые материалы - фетры, изготовленные свойлачиванием шерсти и синтетических волокон.

Рассмотрим подробнее группу материалов из нетканых иглопробивных фильтровальных полотен, наиболее перспективных в производстве порошковых материалов. Таллинской фирмой «Мистра» предлагаются полотна марок «Фильтра-220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов, пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции.

Нетканые иглопробивные полотна характеризуются следующими показателями (табл . 1):

Таблица 1 Технические показатели фильтровальных полотен

Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в производстве сепарированного мела показали степень очистки 99,9% при улавливании пыли, 75% которой составляет фракция с диаметром частиц 1-5 мкм.

Срок службы фильтровального материала не менее одного года. Верхний предел рабочих температур составляет 140-150 °С.

В «Мистре» создано и более термостойкое полотно, используемое при температуре до 210-220 °С. В зависимости от вида ткани допустимая удельная газовая нагрузка составляет 0,6-1,2 м³/(м²*мин) для хлопчатобумажной или шерстяной; 0,5-1 -для синтетической; 0,3-0,9 м³ /(м²*мин) - для стеклоткани.

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку и затем в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостатком таких фильтров является неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема поступающего на очистку воздуха).

Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных тканей, обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании хрусталя, открывают пути для более широкого их применения. Так, фильтрующий материал «Бекинокс» (Великобритания) изготавливают как в виде штапеля, так и в виде длинных нитей различного диаметра из нержавеющей стали. Этот материал при скорости фильтрации 180 м³/(м²*ч) имеет сопротивление 1200 Па и ту же эффективность, что и текстильные ткани. Он обладает высокой абразивной устойчивостью, температуростойкостью (до 500 °С), регенерируется любым известным способом и хорошо зарекомендовал себя при фильтрации газов, содержащих SO₂.

Во Франции при очистке отходящих газов с температурой 400-500С применяют рукавные фильтры из металлического фетра, основа которого представляет собой металлическую сетку, нарощенную слоем тонкой металлической нити определенной толщины и плотности. По скорости фильтрации, аэродинамическому сопротивлению, количеству потребляемой энергии фильтр идентичен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.

Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде, фирма «Дюпон» (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и тефэр-войлок, выполненный из смеси тефлона (85%) со стекловолокном (15%). Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100-250 °С.

Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие к истиранию, в свою очередь защищают стекловолокно от механических повреждений. Высокие эксплуатационные характеристики материала тефэр объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон смеси, которые создают электростатические заряды в ходе работы. Это способствует высокой эффективности улавливания войлоком субмикронных частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например, при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в дымовых газах рекомендуется пользоваться 100%-ным тефлоном.

Отечественной промышленностью в настоящее время разработаны следующие тканевые фильтры [4]:

а) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава (ФРКИ и др.). Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха и без отключения секций;

б) с комбинированным устройством регенерации - механическим встряхиванием и обратной посекционной продувкой (ФРУ и др.)

в) с обратной посекционной продувкой (ФР и др.)

г) с регенерацией механическим встряхиванием (ФР-6П и др.). Регенерация рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического устройства.

В справочнике [7] подробно рассмотрены фильтры общепромышленного назначения, серийно выпускаемые специализированным заводами. Преимущественное развитие получили фильтры ФРКИ и ФРИ (рис. 4). Скорость фильтрования в этих аппаратах на 20-30% выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации (короткими импульсами длительностью 0,1-0,2 с) общий срок службы рукавов в этих фильтрах более высокий, рукава меньше изнашиваются. Гидравлическое сопротивление обычно поддерживается на уровне 1000-1500 Па. Условное обозначение типоразмера фильтра: Ф -фильтр; Р - рукавный; К - каркасный; И - с импульсной продувкой; цифра после буквенных обозначений - активная поверхность фильтрации.

Рис. 4. Фильтр ФРКИ (ФРИ):