РАЗДЕЛ 2
СУЩЕСТВУЮЩИЕ ВИХРЕВЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА
Вихревые аппараты предназначены для очистки газа от взвешенных примесей сухим способом. Они могут заполнить нишу между циклонами и фильтрами и должны использоваться для улавливания частиц пыли с размером от 3 до 20 мкм. По международной классификации [67] вихревые пылеуловители относятся к классу сухих механических пылеуловителей (класс 10000, подкласс 13200).
В таких странах, как США, Германия, Украина, Франция, Россия, Испания, Мексика, Аргентина проводятся исследования вихревых пылеуловителей, которые широко применяются как для очистки газов от загрязняющих веществ, так и в качестве массообменных аппаратов [68-92].
Схема вихревого пылеуловителя (ВП) представлена на рис. 2.1.
Принцип действия ВП заключается в следующем.
Очищаемый газ подается в рабочую камеру ВП двумя встречными, закрученными в одну сторону потоками. В результате действия центробежных сил взвешенные примеси дрейфуют из приосевой в пристенную зону рабочей камеры и уносятся пристенным потоком в бункер.
В бункере основная масса пыли отделяется от потока, а обеспыленный газ возвращается из бункера в рабочую камеру на доочистку. Закрутка первого и второго потоков могут производиться с помощью разных устройств в зависимости от формы, размеров и свойств улавливаемых примесей [68-71].
Основными преимуществами ВП являются высокая эффективность работы [68-71, 93]; малый абразивный износ [68, 69]; возможность управлять процессом очистки газа путем изменения энергии потоков очищаемого газа [69]; большая единичная производительность; меньшая металлоемкость по сравнению с циклонами, возможность изменять расход очищаемого газа и концентрации улавливаемых примесей на вводе в рабочую камеру ВП в
пределах ±30% без существенного изменения эффективности работы аппарата.
Из всех существующих механических аппаратов вихревые пылеуловители имеют наибольший диапазон применимости, так как могут использоваться для очистки газов от твердых, жидких и капельных примесей. В рабочей камере ВП можно создавать любую наперед заданную аэродинамическую ситуацию.
По данным Алиева Г.М.-А. [31], эффективность ВП при улавливании взвешенных примесей с медианным размером частиц 2,5 мкм составляет 92%, 5 мкм - 95%, 10 мкм - 98%. Расход электроэнергии на очистку газа с помощью вихревых аппаратов выше, чем при очистке газа с помощью циклонов ЦН-11- на 25 - 30% [67, 70].
Конструкции вихревых аппаратов отличаются схемой подвода очищаемого газа в рабочую камеру, конструкцией распределительной камеры второго потока, устройствами для закрутки первого и второго потока, а также способом и конструкцией для возврата газа из бункера в рабочую камеру на доочистку.
Схемы подачи очищаемого газа в вихревой аппарат показаны на рис. 2.2. Как видно из рис. 2.2, подача очищаемого газа в аппарат может осуществляться с помощью одного (п. 1-4) либо двух (п. 5-12) нагнетателей. Вихревые аппараты могут работать как под избыточным давлением (установка после нагнетателя по ходу газа), так и под разряжением (установка перед нагнетателем), либо по смешанной схеме (один нагнетатель установлен перед аппаратом, а второй - за аппаратом). Выбор схемы размещения аппарата и нагнетателей зависит от конструкции аппарата и свойств улавливаемых примесей и очищаемого газа. Например, при очистке высокотемпературных газов в качестве второго потока следует подавать холодный газ, чтобы защитить корпус аппарата от температурных деформаций и образования окалины.
На рис. 2.3 представлены схемы конструкций распределительных камер и устройств для закрутки второго потока очищаемого газа.
Схема, см. рис 2.3(1), может применяться для ввода и закрутки газа, содержащего длинноволокнистую неабразивную пыль. На схеме, рис. 2.3(2), представлена конструкция распределительной камеры и завихрителя второго потока для закрутки газа, содержащего неабразивную, неслипающуюся и недлинноволокнистую пыль.
Конструкции, показанные на схеме рис. 2.3(3-6), предназначены для распределения и закрутки второго потока газа, содержащего абразивные пыли. Для наиболее жестких абразивных примесей рекомендуется распределительная камера, разработанная автором диссертации.
Схемы конструкций завихрителей первого потока и устройств для возврата газа из бункера в рабочую камеру представлены на рис. 2.4.
Закрутка первого потока может производиться с помощью тангенциального, аксиального лопаточного завихрителя, с помощью нескольких завихрителей, расположенных коаксиально на одном либо на разных уровнях на высоте рабочей камеры.
Удаление газа из бункера пылеуловителя и возврат его на доочистку в рабочую камеру могут осуществляться за счет перепада давления в бункере и рабочей камере встречными потоками запыленного и очищенного газа, с помощью эжектора либо с помощью нагнетателя .
Для повышения эффективности работы вихревых аппаратов за счет механического вытеснения мелкодисперсной пыли из приосевой зоны над завихрителем первого потока может размещаться коронирующий электрод и заряженная одноименным зарядом люстра. Схемы размещения дополнительных конструктивных элементов показаны на рис. 2.5.
2.1. Характер распределения составляющих скорости газа в рабочих камерах существующих вихревых аппаратов
Характер движения очищаемых газов в рабочей камере вихревых пылеуловителей является определяющим для сепарации частиц пыли. С целью создания удовлетворительных теоретических моделей такого течения необходимо накопление экспериментальных данных, характеризующих аэродинамические параметры потоков при различных условиях работы ВП.
Практически во всех работах, посвященных исследованию вихревых пылеуловителей [73, 76], предполагается, что в цилиндрической камере ВП существует три области: приосевая - область ротационного потока, пристеночная - область потенциального потока и промежуточная - область, находящаяся на гран