Вопрос 243.5. Вихревые пылеуловители

Вихревые пылеуловители были разработаны значительно позже циклонов и отличаются от последних наличием в аппарате двух встречных в осевом направлении закрученных потоков: нижнего (первичного) и верхнего (вторичного).

Принцип действия вихревых аппаратов аналогичен принципу действия циклонов. В таких аппаратах на частицы пыли также действуют центробежные силы, которые возникают при вращении потока газа. Для создания закручивания потока газа используются специальные завихрители, которые могут быть выполнены в виде лопаток или сопел (рис.18). Кроме того, поток очищаемого газа получает дополнительное закручивание за счет введения в верхнюю часть аппарата вторичного газового потока, направленного тангенциально. В качестве вторичного потока может использоваться атмосферный воздух, часть периферийного потока очищенного газа или запыленный газ. Расход вторичного газа обычно составляет 30–40% от расхода первичного газа, его давление 5–6 кПа.

При подаче запыленного газа одновременно по обоим каналам частицы пыли, поступающие в вихревой пылеуловитель по верхнему каналу, отбрасываются центробежными силами к стенке аппарата, движутся вдоль нее вниз по спирали и попадают в пылевой бункер; частицы пыли, поступающие в аппарат по нижнему каналу, сначала с потоком газа поднимаются по спирали, затем под действием центробежных сил отбрасываются к стенке и с вторичным, верхним потоком газа движутся вниз, также попадая в пылевой бункер. Варианты конструкций вихревых пылеуловителей показаны на рис. 18 [8, 11].

По вводу верхнего, вторичного потока газа вихревые пылеуловители разделяют на пылеуловители с сопловым (рис.18, а), лопаточным (рис. 18, б) и тангенциальным (или улиточным) (рис. 18, в) вводом верхнего потока газа.

В вихревых пылеуловителях с сопловым вводом вторичный газовый поток закручивается системой тангенциальных сопел. В верхней части пылеуловителя устанавливают несколько рядов сопел, обычно наклоненных к горизонтали под углом 15–30°. Газ поступает в распределительную камеру, где он находится под большим давлением, и выходит через сопла с относительно большой скоростью – 60–80 м/с. В аппаратах с сопловым вводом вторичного газа его объемный расход составляет 30–50% от общего расхода газа.

В пылеуловителях с верхним лопаточным и тангенциальным вводом давление на вторичном вводе значительно меньше, чем на сопловом. Обычно давление и скорость входа вторичного газа примерно такие же, как и у циклонов. В масштабах производства удобнее и экономичнее использовать вихревые пылеуловители с верхним и нижним тангенциальными вводами (проще конструктивно, меньше потери давления).

Вихревой пылеуловитель (рис. 18, в) разработан в Московском текстильном институте (МТИ). В этой конструкции ввод верхнего газового потока наклонен к горизонтальной оси на 15° (как у циклона ЦН–15); сечение входных каналов таково, что устанавливается необходимое соотношение между расходами газа по верхнему и нижнему каналам (65% газа подают по верхнему каналу, 35% – по нижнему).

Аналогом высокоэффективного циклона СК–ЦН–34 является конический вихревой пылеуловитель (рис.18, г). Такие пылеуловители внедрены на линиях аспирации пыли фосфоритов на ПО „Фосфор" (г.Чимкент), на Михайловском горно-обогатительном комбинате для улавливания пыли известняка и железных окатышей.

К основным преимуществам вихревых пылеуловителей следует от нести более интенсивную, чем у циклонов сепарацию частиц по всей высоте, более эффективное улавливание тонкодисперсной пыли (менее 5 мкм); широкий диапазон нагрузок по газу и дисперсной фазе.

Достоинствами вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонами являются также меньший абразивный износ стенок аппарата и возможность совмещения процессов очистки и охлаждения газов, если в качестве вторичного газа использовать наружный воздух.

Основные недостатки вихревых пылеуловителей – это необходимость дополнительного дутьевого устройства для подачи вторичного газа, сложность изготовления и эксплуатации, отсутствие инженерных методов расчета из-за сложности протекающих в них процессов.

Энергетически целесообразно, особенно при больших расходах газа, включение вихревого пылеуловителя в систему пылеочистки, при которой запыленный газ подают по обоим каналам. В этом случае можно использовать одно тягодутьевое устройство, устанавливаемое после пылеуловителя, в которое при этом попадает только минимальное количество пыли. Необходимое оптимальное соотношение расходов газа, подаваемого по верхнему и нижнему каналам, обеспечивают подбором соответствующих сечений каналов. В случае необходимости соотношение расходов можно изменять с помощью регулирующей арматуры.

При включении пылеуловителя, работающего с подачей запыленного газа только по нижнему каналу, по верхнему каналу подают чистый газ. В этом случае применяют ввод верхнего газа с помощью сопла, так как при этом меньше расходуется чистый газ, используемый для разбавления запыленного потока. Такой вариант включения пылеуловителя рационален, например, при необходимости охлаждения газовзвеси с одновременным улавливанием пылевидного материала или при ее нагревании для предотвращения конденсации влаги в аппарате.

Одно из направлений повышения эффективности вихревых пылеуловителей – частичное удаление газовой фазы из бункера и подача чистого газа в центральную зону. Такие пылеуловители особенно перспективны для улавливания тонкодисперсных пылей.

Подобно циклонам вихревые пылеуловители могут компоноваться в группы с целью повышения степени очистки за счет уменьшения диаметра аппаратов.