Пылесборник — это система, используемая для улучшения качества воздуха, выбрасываемого в результате промышленных и коммерческих процессов, путем сбора пыли и других примесей из воздуха или газа. Система пылесборника, предназначенная для обработки больших объемов пыли, состоит из воздуходувки, пылевого фильтра, системы очистки фильтра и пылесборника или системы пылеудаления. Его отличают от очистителей воздуха , в которых для удаления пыли используются одноразовые фильтры.
Отцом пылесборника был Вильгельм Бет из Любека . [1] В 1921 году он запатентовал три конструкции фильтров, которые он впервые разработал для удаления пыли из воздуха. [2] [3] [4]
Пылесборники используются во многих процессах для извлечения ценного гранулированного твердого вещества или порошка из технологических потоков или для удаления гранулированных твердых загрязняющих веществ из выхлопных газов перед их выбросом в атмосферу. Сбор пыли — это онлайн-процесс непрерывного сбора любой производственной пыли из источника. Пылесборники могут представлять собой единую конструкцию или совокупность устройств, используемых для отделения твердых частиц от технологического воздуха. Их часто используют в качестве устройства контроля загрязнения воздуха для поддержания или улучшения качества воздуха.
Туманоуловители удаляют из воздуха твердые частицы в виде мелких капель жидкости. Их часто используют для сбора металлообрабатывающих жидкостей, охлаждающей жидкости или масляного тумана. Уловители тумана часто используются для улучшения или поддержания качества воздуха на рабочем месте.
Коллекторы дыма и дыма используются для удаления из воздуха частиц размером менее микрометра. Они эффективно уменьшают или устраняют потоки твердых частиц и газа во многих промышленных процессах, таких как сварка , обработка резины и пластмасс, высокоскоростная обработка с использованием СОЖ, отпуск и закалка .
Пять основных типов промышленных пылесборников:
Инерционные сепараторы отделяют пыль от газовых потоков, используя комбинацию сил, таких как центробежные, гравитационные и инерционные. Эти силы перемещают пыль в область, где силы, действующие со стороны газового потока, минимальны. Отделенная пыль самотеком перемещается в бункер, где временно хранится.
Три основных типа инерционных сепараторов:
Ни отстойные камеры, ни отбойные камеры обычно не используются в горнодобывающей промышленности. Однако их принципы работы часто закладываются в конструкцию более эффективных пылесборников.
Отстойная камера (или пятикомнатная ) [5] представляет собой большой короб, установленный в воздуховоде. Увеличение площади поперечного сечения камеры снижает скорость запыленного воздушного потока и оседают более тяжелые частицы. Отстойные камеры просты по конструкции и могут быть изготовлены практически из любого материала. Однако они редко используются в качестве первичных пылесборников из-за больших требований к пространству и низкой эффективности. Практическое использование — в качестве предварительных очистителей для более эффективного сбора. Преимущества: 1) простая конструкция и низкая стоимость 2) не требует обслуживания 3) собирает частицы без необходимости использования воды. Недостатки: 1) низкая эффективность 2) требуется большое пространство.
В перегородочных камерах используется фиксированная перегородка, которая заставляет поток транспортирующего газа резко менять направление. Частицы большого диаметра не следуют за газовым потоком, а попадают в мертвое воздушное пространство и оседают. Отражательные камеры используются в качестве предварительных очистителей.
Центробежные коллекторы используют циклоническое действие для отделения частиц пыли от потока газа. В типичном циклоне поток пылевого газа входит под углом и быстро закручивается. Центробежная сила, создаваемая круговым потоком, отбрасывает частицы пыли к стенке циклона. После удара о стену эти частицы попадают в бункер, расположенный внизу.
Наиболее распространенными типами центробежных или инерционных коллекторов, используемых сегодня, являются:
Сепараторы с одним циклоном создают двойной вихрь для отделения крупной пыли от мелкой. Главный вихрь движется по спирали вниз и уносит большую часть более крупных частиц пыли. Внутренний вихрь, возникающий у нижней части циклона, движется вверх по спирали и уносит более мелкие частицы пыли.
Многоциклонные сепараторы состоят из нескольких циклонов малого диаметра, работающих параллельно и имеющих общий вход и выход газа, как показано на рисунке, и работают по тому же принципу, что и одиночные циклонные сепараторы, — создавая внешний нисходящий вихрь и восходящий внутренний вихрь.
Сепараторы с несколькими циклонами удаляют больше пыли, чем сепараторы с одним циклоном, поскольку отдельные циклоны имеют большую длину и меньший диаметр. Большая длина обеспечивает более длительное время пребывания, а меньший диаметр создает большую центробежную силу. Эти два фактора приводят к лучшему отделению частиц пыли. Падение давления в коллекторах многоциклонных сепараторов выше, чем у одноциклонных сепараторов, поэтому для очистки того же количества воздуха требуется больше энергии. Однокамерный циклонный сепаратор того же объема более экономичен, но удаляет меньше пыли.
Циклонные сепараторы используются во всех типах энергетических и промышленных предприятий, включая целлюлозно-бумажные заводы, цементные заводы, сталелитейные заводы, заводы нефтяного кокса, металлургические заводы, лесопильные заводы и другие виды предприятий, перерабатывающих пыль.
В циклоне этого типа используется вторичный поток воздуха, впрыскиваемый в циклон для выполнения нескольких задач. Поток вторичного воздуха увеличивает скорость циклонического действия, делая сепаратор более эффективным; он улавливает частицы до того, как они достигнут внутренних стенок устройства; и это заставляет отделенные частицы двигаться к зоне сбора. Поток вторичного воздуха защищает сепаратор от истирания частиц и позволяет устанавливать сепаратор горизонтально, поскольку перемещение отделенных частиц вниз не зависит от силы тяжести.
Тканевые коллекторы, широко известные как рукавные фильтры , используют фильтрацию для отделения частиц пыли от пылевых газов. Они являются одними из наиболее эффективных и экономичных типов пылесборников и могут достигать эффективности сбора очень мелких частиц более 99%. [6]
Запыленные газы поступают в рукавный фильтр и проходят через тканевые мешки, выполняющие роль фильтров. Сумки могут быть из тканого или валяного хлопка, синтетического или стекловолоконного материала в форме трубки или конверта.
Чтобы обеспечить длительный срок службы фильтровальных рукавов, их обычно покрывают усилителем фильтра (предварительное покрытие). Использование химически инертного известняка (карбоната кальция) является наиболее распространенным, поскольку оно повышает эффективность улавливания пыли (включая летучую золу) за счет образования так называемой пылевой корки или покрытия на поверхности фильтрующего материала. Это улавливает мелкие частицы, а также обеспечивает защиту самого мешка от влаги, а также маслянистых или липких частиц, которые могут связывать фильтрующий материал. Без предварительного покрытия рукавный фильтр позволяет мелким частицам просачиваться через систему рукавного фильтра, особенно во время запуска, поскольку мешок может выполнять только часть фильтрации, оставляя более мелкие частицы на пылесборнике усилителя фильтрации. [ нужна цитата ]
Тканевые фильтры обычно состоят из следующих частей:
Рукавные фильтры отличаются методом очистки. [ нужна цитата ]
Стержень, соединяющийся с сумкой, приводится в действие двигателем. Это обеспечивает движение для удаления засохших частиц. Скорость и движение встряхивания зависят от конструкции мешка и состава твердых частиц. Обычно встряхивание горизонтальное. Верхняя часть сумки закрыта, нижняя открыта. При встряхивании пыль, скопившаяся внутри мешка, высвобождается. Во время очистки через мешок не протекает грязный газ. Такое перенаправление воздушного потока показывает, почему рукавные фильтры должны быть разделены на отсеки.
Поток воздуха придает сумке структуру. Грязный воздух проходит через мешок изнутри, позволяя пыли собираться на внутренней поверхности. Во время очистки поток газа из определенного отсека ограничивается. Без притока воздуха мешки расслабляются. Цилиндрический мешок содержит кольца, предотвращающие его полное разрушение под давлением воздуха. Вентилятор подает чистый воздух в обратном направлении. Релаксация и обратный поток воздуха приводят к тому, что пылевой осадок рассыпается и попадает в бункер. По завершении процесса очистки поток грязного воздуха продолжается и мешок восстанавливает свою форму.
Этот тип рукавной очистки (также известный как очистка струей под давлением) является наиболее распространенным. Он был изобретен и запатентован компанией «МикроПул» в 1956 году. [7] Для удаления пыли из мешка используется струя воздуха под высоким давлением. Струя попадает в верхнюю часть рукавной трубки, временно прекращая поток грязного воздуха. Удар воздуха вызывает волну расширения, распространяющуюся по ткани. При изгибе мешок разбивается и выбрасывает пылевой осадок. Воздушный взрыв длится около 0,1 секунды, а ударной волне требуется около 0,5 секунды, чтобы пройти по длине мешка. Благодаря быстрому выпуску поток воздуха не мешает потоку загрязненного газа. Таким образом, рукавные фильтры с импульсной струей могут работать непрерывно и обычно не разделены на отсеки. Подача сжатого воздуха должна быть достаточно мощной, чтобы ударная волна прошла по всей длине мешка и разрушила пылевой пирог. Эффективность системы очистки позволяет устройству иметь гораздо более высокое соотношение газа к ткани (или объемную пропускную способность газа на единицу площади фильтра), чем встряхивающие и реверсивные воздушные мешочные фильтры. [8] Таким образом, фильтру этого типа требуется меньшая площадь, чтобы пропустить тот же объем воздуха.
Наименее распространенный метод очистки – звуковой. Встряхивание достигается звуковой вибрацией. Генератор звука производит низкочастотный звук, который вызывает вибрацию мешков. Звуковую очистку обычно комбинируют с другим методом очистки, чтобы обеспечить тщательную очистку.
Хотя принципы этого метода являются базовыми, метод очистки вращающейся механической клетки является относительно новым на международном рынке. Этот метод можно визуализировать, напомнив пользователям о необходимости положить коврик для пола на бельевую веревку и вытрясти из него пыль. Вращающаяся клетка состоит из клетки с фиксированным положением, в которой находится фильтровальный мешок. Внутри клетки, удерживающей сумку, находится дополнительная клетка, которая может вращаться на 90 градусов. Это вращательное действие можно отрегулировать для достижения желаемого эффекта взбивания внутри мешка. [9]
В коллекторах картриджей используются перфорированные металлические картриджи, содержащие гофрированный нетканый фильтрующий материал, в отличие от тканых или фетровых мешков, используемых в рукавных фильтрах. Гофрированная конструкция обеспечивает большую общую площадь фильтрующей поверхности, чем у обычного мешка того же диаметра. Большая площадь фильтрации приводит к уменьшению соотношения воздуха и среды, перепада давления и общего размера коллектора.
Картриджные коллекторы доступны в одноразовом или непрерывном исполнении. В одноразовых коллекторах смена грязных картриджей и удаление собранной грязи происходит при выключенном коллекторе. В конструкции непрерывного режима работы картриджи очищаются с помощью обычной системы импульсной струйной очистки.
Пылесборники, в которых используется жидкость, известны как мокрые скрубберы . В этих системах очищающая жидкость (обычно вода) контактирует с потоком газа, содержащим частицы пыли. Больший контакт потоков газа и жидкости обеспечивает более высокую эффективность пылеудаления.
Существует большое разнообразие мокрых скрубберов; однако все они имеют одну из трех основных конфигураций:
1. Увлажнение газа. В процессе увлажнения газом мелкие частицы агломерируются , увеличивая их объем и облегчая сбор.
2. Газожидкостный контакт – это один из важнейших факторов, влияющих на эффективность сбора. Частица и капля вступают в контакт посредством четырех основных механизмов:
3. Разделение газа и жидкости. Независимо от используемого контактного механизма необходимо удалить как можно больше жидкости и пыли. При контакте частицы пыли и капли воды объединяются, образуя агломераты. По мере увеличения агломератов они оседают в коллектор.
«Очищенные» газы обычно пропускаются через туманоуловитель (демистерные подушки) для удаления капель воды из газового потока. Грязная вода из системы скруббера либо очищается и сбрасывается, либо возвращается в скруббер. Пыль удаляется из скруббера в осветлителе или в резервуаре с тяговой цепью. В обеих системах твердый материал оседает на дно резервуара. Система скребкового цепного конвейера удаляет осадок и откладывает его в мусорный контейнер или отвал.
Мокрые скрубберы с распылительной башней можно классифицировать по перепаду давления следующим образом:
Из-за большого количества доступных коммерческих скрубберов здесь невозможно описать каждый отдельный тип. Однако в следующих разделах приведены примеры типичных скрубберов в каждой категории.
В простом скруббере с гравитационным распылением капли жидкости, образованные жидкостью, распыленной в распылительных форсунках, падают через поднимающиеся выхлопные газы. Грязная вода сливается снизу.
Эти скрубберы работают при перепаде давления от 1 до 2 дюймов водяного столба (от ¼ до ½ кПа) и имеют эффективность примерно 70% при удалении частиц размером 10 мкм. Их эффективность низкая ниже 10 мкм. Однако они способны обрабатывать относительно высокие концентрации пыли, не засоряясь.
Влажные циклоны используют центробежную силу для вращения частиц пыли (аналогично циклону) и выбрасывают частицы на смоченные стенки коллектора. Вода, подаваемая сверху для смачивания стенок циклона, уносит эти частицы. Смоченные стены также предотвращают повторный унос пыли.
Перепады давления в этих коллекторах варьируются от 2 до 8 дюймов водяного столба (от ½ до 2 кПа), а эффективность улавливания является хорошей для частиц размером 5 мкм и выше.
Скрубберы с насадочным слоем состоят из слоев насадочных элементов, таких как кокс, щебень, кольца, седла или другие промышленные элементы. Насадка разбивает поток жидкости на пленку большой площади, благодаря чему потоки запыленного газа, проходящие через слой, достигают максимального контакта с пленкой жидкости и осаждаются на поверхностях элементов насадки. Эти скрубберы имеют хорошую эффективность сбора вдыхаемой пыли.
Три типа скрубберов с насадочным слоем:
Эффективность можно значительно повысить за счет минимизации размера мишени, т. е. использования проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,003 дюйма (0,076 мм) и увеличения скорости газа до более чем 1800 футов/мин (9,14 м/с).
Скрубберы Вентури состоят из впускного отверстия и сепаратора в форме Вентури. Скруббер Вентури с запыленными газами поступает через трубку Вентури и разгоняется до скоростей от 12 000 до 36 000 футов/мин (60,97–182,83 м/с). Эти высокие скорости газа немедленно распыляют грубую струю воды, которая впрыскивается радиально в горловину Вентури, на мелкие капли. Высокая энергия и сильная турбулентность способствуют столкновению капель воды и частиц пыли в горловине. Процесс агломерации частиц и капель продолжается в расширяющейся части трубки Вентури. Крупные агломераты, образовавшиеся в трубке Вентури, затем удаляются инерционным сепаратором.
Скрубберы Вентури обеспечивают очень высокую эффективность сбора вдыхаемой пыли. Поскольку эффективность скруббера Вентури зависит от перепада давления, некоторые производители поставляют трубку Вентури с регулируемым соплом для поддержания перепада давления при различных расходах газа.
Электрофильтры используют электростатические силы для отделения частиц пыли от выхлопных газов. Между заземленными собирающими электродами расположено несколько высоковольтных разрядных электродов постоянного тока. Загрязненные газы проходят через канал, образованный разрядным и собирающим электродами. Электрофильтры действуют по тому же принципу, что и бытовые «ионные» очистители воздуха.
Частицы в воздухе получают отрицательный заряд, проходя через ионизированное поле между электродами. Эти заряженные частицы затем притягиваются к заземленному или положительно заряженному электроду и прилипают к нему.
Собранный на электродах материал удаляется постукиванием или вибрацией собирающих электродов либо непрерывно, либо через заданные интервалы времени. Очистку осадителя обычно можно выполнить, не прерывая поток воздуха.
Четыре основных компонента всех электрофильтров:
На эффективность электрофильтров влияют следующие факторы:
Существует два основных типа осадителей:
Ниже описан высоковольтный одноступенчатый электрофильтр, который широко используется в операциях по переработке полезных ископаемых. Низковольтный двухступенчатый осадитель обычно используется для фильтрации в системах кондиционирования воздуха.
Большинство установленных электрофильтров являются пластинчатыми. Частицы собираются на плоских параллельных поверхностях, находящихся на расстоянии 8–12 дюймов (20–30 см) друг от друга, с помощью ряда разрядных электродов, расположенных вдоль осевой линии двух соседних пластин. Загрязненные газы проходят через проход между пластинами, а частицы заряжаются и прилипают к сборным пластинам. Собранные частицы обычно удаляются постукиванием по пластинам и помещаются в бункеры или бункеры у основания осадителя.
Трубчатые осадители состоят из цилиндрических собирающих электродов с разрядными электродами, расположенными на оси цилиндра. Загрязненные газы текут вокруг разрядного электрода и поднимаются вверх через внутреннюю часть цилиндров. Заряженные частицы собираются на заземленных стенках цилиндра. Собранная пыль удаляется со дна цилиндра.
Трубчатые осадители часто используются для сбора тумана или тумана, а также для клейких, липких, радиоактивных или чрезвычайно токсичных материалов.
В отличие от центральных коллекторов, блочные коллекторы контролируют загрязнение в его источнике. Они небольшие и автономные и состоят из вентилятора и пылесборника. Они подходят для изолированных, переносных или часто перемещаемых производств с образованием пыли, таких как бункеры и силосы или удаленные точки передачи ленточных конвейеров. К преимуществам модульных коллекторов относятся небольшие занимаемые площади, возврат собранной пыли в основной поток материала и низкие первоначальные затраты. Однако их пылеулавливающие и складские мощности, средства обслуживания и периоды технического обслуживания были принесены в жертву.
Доступен ряд конструкций с производительностью от 200 до 2000 футов³/мин (от 90 до 900 л/с). Существует два основных типа коллекторов единиц:
Тканевые коллекторы часто используются при переработке полезных ископаемых, поскольку они обеспечивают высокую эффективность сбора и бесперебойный поток отработанного воздуха между циклами очистки. Циклонные коллекторы используются при образовании более крупной пыли, например, при деревообработке, шлифовке металла или механической обработке.
При выборе агрегата-коллектора следует учитывать следующие моменты:
Использование агрегатных коллекторов может быть нецелесообразным, если предприятия по производству пыли расположены в зоне, где целесообразны центральные вытяжные системы. Требования по удалению пыли и обслуживанию являются дорогостоящими для многих сборщиков, и ими чаще пренебрегают, чем для одного большого коллектора.
Пылесборники сильно различаются по конструкции, эксплуатации, эффективности, занимаемому пространству, конструкции, а также капитальным, эксплуатационным и техническим затратам. Каждый тип имеет преимущества и недостатки. Однако выбор пылесборника должен основываться на следующих общих факторах:
Система вентилятора и двигателя подает механическую энергию для перемещения загрязненного воздуха от источника образования пыли к пылесборнику.
Существует два основных типа промышленных вентиляторов:
Центробежные вентиляторы состоят из колеса или ротора, закрепленного на валу, который вращается в спиралевидном корпусе. Воздух поступает в проушину ротора, совершает поворот под прямым углом и под действием центробежной силы проталкивается через лопасти ротора в спиралевидный корпус. Центробежная сила сообщает воздуху статическое давление. Расходящаяся форма спирали также преобразует часть скоростного давления в статическое давление.
Существует три основных типа центробежных вентиляторов:
Осевые вентиляторы используются в системах с низким уровнем сопротивления. Эти вентиляторы перемещают воздух параллельно оси вращения вентилятора. Винтовое действие пропеллеров перемещает воздух по прямолинейному параллельному пути, создавая спиральный поток.
Три основных типа осевых вентиляторов:
Электродвигатели используются для подачи необходимой энергии для привода вентилятора.
Двигатели выбираются так, чтобы обеспечить достаточную мощность для работы вентиляторов во всем диапазоне условий процесса (температура и скорость потока).
Пылесборники можно отнести к одному из пяти распространенных типов:
Важными параметрами при выборе пылесборников являются скорость воздушного потока, создаваемого вакуумным генератором; мощность системы, мощность двигателя системы, обычно указывается в лошадиных силах; емкость для хранения пыли и частиц, а также минимальный размер частиц, фильтруемых устройством. Другие соображения при выборе системы сбора пыли включают температуру, содержание влаги и возможность возгорания собираемой пыли.
Системы тонкого удаления могут содержать только одну систему фильтрации (например, фильтровальный мешок или картридж). Однако в большинстве установок используются системы первичной и вторичной сепарации/фильтрации. Во многих случаях содержание тепла или влаги в пыли может отрицательно повлиять на фильтрующий материал рукавного или картриджного пылесборника. Перед этими устройствами можно установить циклонный сепаратор или сушилку, чтобы уменьшить содержание тепла или влаги перед попаданием в фильтры. Кроме того, некоторые агрегаты могут иметь третью и четвертую ступень фильтрации. Должны быть указаны все системы разделения и фильтрации, используемые в установке.
Рукавный фильтр — это устройство для снижения загрязнения воздуха, используемое для улавливания твердых частиц путем фильтрации газовых потоков через большие тканевые мешки. Обычно они изготавливаются из стекловолокна или ткани.
Циклонный сепаратор — это устройство для отделения центробежными средствами мелких частиц, взвешенных в воздухе или газе.
Электрофильтры представляют собой разновидность воздухоочистителей, которые заряжают частицы пыли, пропуская запыленный воздух через сильное (50-100 кВ) электростатическое поле. Это приводит к тому, что частицы притягиваются к противоположно заряженным пластинам и удаляются из воздушного потока.
Импинджерная система представляет собой устройство, в котором частицы удаляются путем попадания частиц аэрозоля в жидкость. Модульные блоки медиа-типа объединяют в одном блоке различные специальные фильтрующие модули. Эти системы могут обеспечить решение многих проблем, связанных с загрязнением воздуха. Типичная система включает в себя ряд одноразовых или очищаемых фильтров предварительной очистки, одноразовый фильтр-мешок или картриджный фильтр. Также могут быть добавлены модули HEPA или угольного фильтра окончательной очистки. Доступны различные модели, включая свободно висящую или канальную установку, вертикальную или горизонтальную установку, а также фиксированную или портативную конфигурацию. Фильтрующие картриджи изготавливаются из различных синтетических волокон и способны улавливать субмикрометровые частицы, не создавая при этом чрезмерного падения давления в системе. Картриджи фильтров требуют периодической очистки.
Мокрый скруббер, или скруббер Вентури, похож на циклон, но имеет диафрагму, которая распыляет воду в вихрь в секции циклона, собирая всю пыль в шламовой системе. Водную среду можно рециркулировать и использовать повторно для дальнейшей фильтрации воздуха. В конце концов твердые частицы необходимо удалить из потока воды и утилизировать.
Очистка в режиме онлайн – автоматическая очистка фильтра по времени, которая обеспечивает непрерывную и бесперебойную работу пылесборника при работе с сильными загрязнениями.
Автономная очистка – очистка фильтра производится при выключении пылесборника. Практично, если загрузка пыли в каждом цикле пылесборника не превышает пропускную способность фильтра. Позволяет максимально эффективно удалять и утилизировать пыль.
Очистка по требованию – очистка фильтра запускается автоматически, когда фильтр полностью загружен, что определяется заданным падением давления на поверхности носителя.
Очистка обратным импульсом/реверсивной струей – метод очистки фильтра, при котором потоки сжатого воздуха с чистой стороны фильтра удаляют скопившуюся пыль.
Ударная/Рэпперная очистка – метод очистки фильтра, при котором сжатый воздух с высокой скоростью, проходящий через гибкую трубку, приводит к произвольному постукиванию фильтра с целью вытеснения пылевого осадка. Особенно эффективен, когда пыль очень мелкая или липкая.