Пылеуловитель — это система , используемая для повышения качества воздуха, выделяемого в ходе промышленных и коммерческих процессов, путем сбора пыли и других примесей из воздуха или газа. Разработанная для обработки больших объемов пыли, система пылеуловителя состоит из воздуходувки, пылевого фильтра, системы очистки фильтра и пылеприемника или системы удаления пыли. Она отличается от очистителей воздуха , которые используют одноразовые фильтры для удаления пыли.
Отцом пылеуловителя был Вильгельм Бет из Любека . [1] В 1921 году он запатентовал три конструкции фильтров, которые он впервые применил для удаления пыли из воздуха. [2] [3] [4]
Пылеуловители используются во многих процессах для извлечения ценных гранулированных твердых частиц или порошка из технологических потоков или для удаления гранулированных твердых загрязняющих веществ из отходящих газов перед выбросом в атмосферу. Пылеуловитель — это непрерывный процесс сбора любой пыли, образующейся в процессе, из точки источника. Пылеуловители могут быть одноблочными или представлять собой набор устройств, используемых для отделения твердых частиц от технологического воздуха. Они часто используются в качестве устройства контроля загрязнения воздуха для поддержания или улучшения качества воздуха.
Улавливатели тумана удаляют из воздуха твердые частицы в виде мелких капель жидкости. Они часто используются для сбора металлообрабатывающих жидкостей, а также тумана охлаждающей жидкости или масла. Улавливатели тумана часто используются для улучшения или поддержания качества воздуха на рабочем месте.
Дымоуловители используются для удаления из воздуха частиц субмикрометрового размера. Они эффективно уменьшают или устраняют твердые частицы и газовые потоки от многих промышленных процессов, таких как сварка , обработка резины и пластика, высокоскоростная обработка с охлаждающими жидкостями, отпуск и закалка .
Системы сбора пыли работают по основному принципу: улавливание , транспортировка и сбор .
Во-первых, пыль должна быть захвачена или извлечена . [5] Это достигается с помощью таких устройств, как улавливающие колпаки, которые улавливают пыль в источнике ее возникновения. Во многих случаях машина, производящая пыль, будет иметь порт, к которому можно напрямую присоединить воздуховод.
Во-вторых, пыль должна транспортироваться . Это делается через систему воздуховодов, правильно подобранных по размеру и снабженных коллектором, чтобы поддерживать постоянную минимальную скорость воздуха, необходимую для удержания пыли во взвешенном состоянии для транспортировки в устройство сбора. Воздуховод неправильного размера может привести к оседанию материала в системе воздуховодов и ее засорению.
Наконец, пыль собирается . Это делается с помощью различных средств, в зависимости от применения и обрабатываемой пыли. Это может быть таким простым, как базовый проходной фильтр, циклонный сепаратор или ударный экран. Это может быть также сложным, как электростатический осадитель , многоступенчатый рукавный фильтр или химически обработанный мокрый скруббер или отпарная башня.
В системах сбора пыли меньшего размера используется одноступенчатый вакуумный блок для создания всасывания и фильтрации воздуха , где отходы втягиваются в крыльчатку и помещаются в контейнер, такой как мешок, бочка или канистра. Воздух рециркулируется в цех после прохождения через фильтр для улавливания более мелких частиц.
Более крупные системы используют двухступенчатую систему, которая отделяет более крупные частицы от мелкой пыли с помощью предварительного сборного устройства, такого как циклон или перегородчатый контейнер, перед тем, как пропустить воздух через крыльчатку. Воздух из этих устройств затем может быть выведен наружу или отфильтрован и возвращен обратно в рабочее пространство.
Системы сбора пыли часто являются частью более масштабной программы управления качеством воздуха, которая также включает в себя крупные блоки фильтрации частиц, устанавливаемые на потолке цеховых помещений, и системы масок, которые должны носить рабочие. Блоки фильтрации воздуха предназначены для обработки больших объемов воздуха с целью удаления мелких частиц (от 2 до 10 микрометров ), взвешенных в воздухе. Маски доступны в различных формах: от простых хлопковых лицевых масок до сложных респираторов с ресивером воздуха — необходимость в которых определяется средой, в которой работает рабочий.
В промышленности для предотвращения скопления пыли в технологическом оборудовании используются круглые или прямоугольные воздуховоды .
Инерционные сепараторы отделяют пыль от газовых потоков, используя комбинацию сил, таких как центробежная, гравитационная и инерционная. Эти силы перемещают пыль в область, где силы, оказываемые газовым потоком, минимальны. Отделенная пыль перемещается под действием силы тяжести в бункер, где она временно хранится.
Три основных типа инерционных сепараторов:
Ни отстойные, ни отбойные камеры не используются в горнодобывающей промышленности. Однако их принципы работы часто включаются в конструкцию более эффективных пылеуловителей.
Осадительная камера (или stiveroom ) [6] состоит из большого ящика, установленного в воздуховоде. Увеличение площади поперечного сечения в камере снижает скорость потока воздуха, заполненного пылью, и более тяжелые частицы оседают. Осадительные камеры просты по конструкции и могут быть изготовлены практически из любого материала. Однако они редко используются в качестве первичных пылеуловителей из-за их больших требований к пространству и низкой эффективности. Практическое применение — 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 камерах с перегородками используется фиксированная перегородка, которая заставляет поток газа, перемещающийся в потоке, резко менять направление. Частицы большого диаметра не следуют за потоком газа, а продолжают движение в мертвом воздушном пространстве и оседают. Камеры с перегородками используются в качестве предварительных очистителей
Центробежные коллекторы используют циклоническое действие для отделения частиц пыли от газового потока. 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 стенку эти частицы попадают в бункер, расположенный под ним.
Циклонные сепараторы используются во всех типах энергетических и промышленных установок, включая целлюлозно-бумажные комбинаты, цементные заводы, сталелитейные заводы, заводы по производству нефтяного кокса, металлургические заводы, лесопильные заводы и другие виды предприятий, где перерабатывается пыль.
Сепараторы с одним циклоном создают двойной вихрь для отделения крупной пыли от мелкой. Основной вихрь спирально движется вниз и переносит большую часть более крупных частиц пыли. Внутренний вихрь, созданный около дна циклона, спирально движется вверх и переносит более мелкие частицы пыли.
Сепараторы с несколькими циклонами 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 сепараторы с одним циклоном — 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.
Сепараторы вторичного воздушного потока используют вторичный воздушный поток, впрыскиваемый в циклон, для выполнения нескольких задач. Вторичный воздушный поток увеличивает скорость циклонного действия, делая сепаратор более эффективным; он перехватывает твердые частицы до того, как они достигнут внутренних стенок устройства; и направляет отделенные твердые частицы в зону сбора. Вторичный воздушный поток защищает сепаратор от истирания твердыми частицами и позволяет устанавливать сепаратор горизонтально, поскольку для перемещения отделенных твердых частиц вниз не требуется сила тяжести.
Обычно известные как мешочные фильтры , тканевые коллекторы используют фильтрацию для отделения частиц пыли от пылевых газов. Они являются одними из самых эффективных и экономичных типов пылеуловителей, доступных на рынке, и могут достигать эффективности сбора более 99% для очень мелких частиц. [7]
Газы, насыщенные пылью, попадают в рукавный фильтр и проходят через тканевые мешки, которые действуют как фильтры. Мешки могут быть из тканого или войлочного хлопка, синтетического или стекловолоконного материала в форме трубки или конверта.
Пылеуловители, использующие жидкость, известны как мокрые скрубберы . В этих системах очищающая жидкость (обычно вода) вступает в контакт с газовым потоком, содержащим частицы пыли. Более тесный контакт газового и жидкого потоков обеспечивает более высокую эффективность удаления пыли.
Существует большое разнообразие мокрых скрубберов; однако все они имеют одну из трех основных конфигураций: газоувлажнение, газожидкостный контакт или газожидкостное разделение - Независимо от используемого механизма контакта, необходимо удалить как можно больше жидкости и пыли. После контакта частицы пыли и капли воды объединяются, образуя агломераты. По мере увеличения агломератов они оседают в коллекторе.
Мокрые скрубберы с распылительной башней можно классифицировать по перепаду давления следующим образом:
Из-за большого количества коммерческих скрубберов здесь невозможно описать каждый отдельный тип. Однако в следующих разделах приведены примеры типичных скрубберов в каждой категории.
Электростатические осадители используют электростатические силы для отделения частиц пыли от выхлопных газов. Ряд высоковольтных, постоянно-токовых разрядных электродов размещаются между заземленными собирающими электродами. Загрязненные газы протекают через проход, образованный разрядными и собирающими электродами. Электростатические осадители работают по тому же принципу, что и домашние «ионные» очистители воздуха.
Частицы в воздухе получают отрицательный заряд, проходя через ионизированное поле между электродами. Затем эти заряженные частицы притягиваются к заземленному или положительно заряженному электроду и прилипают к нему.
В отличие от центральных коллекторов, коллекторы-единицы контролируют загрязнение в его источнике. Они небольшие и автономные, состоят из вентилятора и некоторого вида пылеуловителя. Они подходят для изолированных, переносных или часто перемещаемых производящих пыль операций, таких как бункеры и силосы или удаленные точки передачи ленточного конвейера. Преимущества коллекторов-единиц включают небольшие требования к пространству, возврат собранной пыли в основной поток материала и низкую первоначальную стоимость. Однако их пылеудерживающие и складские мощности, сервисные службы и периоды обслуживания были принесены в жертву.
Доступны несколько конструкций с производительностью от 200 до 2000 куб. футов / мин (от 90 до 900 л/с). Существует два основных типа коллекторов:
Тканевые коллекторы часто используются в операциях по переработке минералов, поскольку они обеспечивают высокую эффективность сбора и непрерывный поток отработанного воздуха между циклами очистки. Циклонные коллекторы используются, когда образуется более грубая пыль, как при деревообработке, шлифовке металла или механической обработке.
При выборе коллектора следует учитывать следующие моменты:
Использование отдельных коллекторов может быть нецелесообразным, если пылеобразующие операции расположены в районе, где центральные вытяжные системы были бы практичны. Требования по удалению пыли и обслуживанию для многих отдельных коллекторов являются дорогостоящими и, скорее всего, будут игнорироваться, чем для одного большого коллектора.
Пылеуловители сильно различаются по конструкции, эксплуатации, эффективности, требованиям к пространству, конструкции, капитальным, эксплуатационным и эксплуатационным расходам. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Однако выбор пылеуловителя должен основываться на следующих общих факторах:
Система вентилятора и двигателя подает механическую энергию для перемещения загрязненного воздуха от источника пыли к пылеуловителю.
Существует два основных типа промышленных вентиляторов:
Центробежные вентиляторы состоят из колеса или ротора, установленного на валу, который вращается в спиральном корпусе. Воздух поступает в глаз ротора, делает поворот под прямым углом и проталкивается через лопатки ротора центробежной силой в спиральный 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 спиральную схему потока.
Три основных типа осевых вентиляторов:
Электродвигатели используются для подачи необходимой энергии для привода вентилятора.
Двигатели выбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточную мощность для работы вентиляторов во всем диапазоне технологических условий (температура и расход).
Пылесборники можно разделить на пять распространенных типов:
Важные параметры при выборе пылеуловителей включают воздушный поток — скорость воздушного потока, создаваемого вакуумным генератором; мощность системы — мощность двигателя системы, обычно указывается в лошадиных силах; емкость для хранения пыли и частиц и минимальный размер частиц, отфильтрованных устройством. Другие соображения при выборе системы пылеуловителя включают температуру, влажность и возможность возгорания собираемой пыли.
Системы для тонкого удаления могут содержать только одну систему фильтрации (например, фильтровальный мешок или картридж). Однако большинство установок используют первичную и вторичную систему разделения/фильтрации. Во многих случаях тепло или влажность пыли могут отрицательно влиять на фильтрующий материал рукавного или картриджного пылеуловителя. Циклонный сепаратор или сушилка могут быть размещены перед этими установками для снижения тепла или влажности до достижения фильтров. Кроме того, некоторые установки могут иметь фильтрацию третьей и четвертой ступени. Все системы разделения и фильтрации, используемые в установке, должны быть указаны.
Рукавный фильтр — это устройство для снижения загрязнения воздуха, которое используется для улавливания частиц путем фильтрации газовых потоков через большие тканевые мешки. Обычно они изготавливаются из стекловолокна или ткани.
Циклонный сепаратор — это аппарат для разделения центробежным способом мелких частиц, взвешенных в воздухе или газе.
Электростатические осадители — это тип воздухоочистителя, который заряжает частицы пыли, пропуская запыленный воздух через сильное (50-100 кВ) электростатическое поле. Это заставляет частицы притягиваться к противоположно заряженным пластинам, чтобы их можно было удалить из воздушного потока.
Система импинджера — это устройство, в котором частицы удаляются путем удара частиц аэрозоля в жидкость. Модульные блоки типа носителя 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 предварительных фильтров, одноразовый V-образный или картриджный фильтр. Также могут быть добавлены модули окончательного фильтра HEPA или угольный. Доступны различные модели, включая свободно висящие или воздуховодные установки, вертикальный или горизонтальный монтаж, а также стационарные или переносные конфигурации. Фильтрующие картриджи изготавливаются из различных синтетических волокон и способны собирать субмикронные частицы, не создавая чрезмерного перепада давления в системе. Фильтрующие картриджи требуют периодической очистки.
Мокрый скруббер, или скруббер Вентури, похож на циклон, но у него есть узел с отверстием, который распыляет воду в вихрь в секции циклона, собирая всю пыль в шламовой системе. Водяной носитель может быть рециркулирован и повторно использован для продолжения фильтрации воздуха. В конечном итоге твердые частицы должны быть удалены из потока воды и утилизированы.
Очистка в режиме онлайн – автоматическая очистка фильтра по времени, обеспечивающая непрерывную бесперебойную работу пылесборника при работе с большим количеством пыли.
Автономная очистка – очистка фильтра, выполняемая во время отключения пылеуловителя. Практично, когда загрузка пыли в каждом цикле пылеуловителя не превышает емкость фильтра. Обеспечивает максимальную эффективность в удалении и утилизации пыли.
Очистка по требованию — очистка фильтра запускается автоматически при полной загрузке фильтра, что определяется заданным падением давления на поверхности фильтра.
Очистка обратным импульсом/обратной струей – метод очистки фильтра, при котором с чистой стороны фильтра подаются струи сжатого воздуха для удаления накопившейся пыли.
Очистка с помощью удара/стука – Метод очистки фильтра, при котором сжатый воздух с высокой скоростью, подаваемый через гибкую трубку, вызывает произвольное постукивание по фильтру для удаления пылевого осадка. Особенно эффективен, когда пыль очень мелкая или липкая.
Правильный сбор пыли и фильтрация воздуха важны в любом рабочем помещении. Повторное воздействие древесной пыли может вызвать хронический бронхит , эмфизему , симптомы « гриппа » и рак . Древесная пыль также часто содержит химикаты и грибки , которые могут переноситься по воздуху и глубоко оседать в легких , вызывая болезни и повреждения. [9] [10]
Еще одной проблемой является возможность взрывов пыли .