Пылеуловители, пылеулавливающие агрегаты и устройства

а также циклоны, скрубберы и другие установки для борьбы с пылью

Выброс пыли промышленными предприятиями является острейшей проблемой уже на протяжении многих десятилетий. Причем проблемой многогранной ─ экологической, экономической, социальной.Экологической ─ поскольку пыль антропогенного происхождения различного гранулометрического состава, по приблизительным оценкам в количестве более 160 млн т, ежегодно выбрасываемая в атмосферу Земли, наносит непоправимый ущерб окружающей среде. Экономической, ─ потому что за него приходится расплачиваться, финансируя проведение соответствующих природоохранных мероприятий. Кроме того, немало ресурсов расходуется на функционирование вентиляционных и аспирационных установок. Точно сказать, сколько электрической энергии потребляют системы аспирации, едва ли кто сможет, но то, что не менее нескольких процентов от общего объема электроэнергии, расходуемой различными отраслями народного хозяйства, ─ несомненно. Промышленная пыль ─ социальная проблема, так как наносит ущерб не только природе, но напрямую или опосредствованно через другие факторы, самому дорогому, что есть у человека ─ его здоровью.

Основной вклад в антропогенное загрязнение атмосферы пылью (а немалое количество пыли попадает туда без всякого человеческого участия) вносят сжигание твердого топлива на предприятиях энергетической отрасли, черная и цветная металлургия, производство цемента и других строительных материалов, открытые горные работы. Только один дробильно-сортировочный комплекс средней производительности, установленный на карьере, разрабатывающем нерудное сырье, каждый год «отправляет» в атмосферу от 10 до 20 т пыли.

И хотя доля пыли, образующейся внутри производственных помещений, в суммарном объеме попадающих в воздушное пространство твердых отходов составляет очень небольшие проценты, ─ эти проценты особенно заметны. Ведь, они при отсутствии или недостаточной эффективности работы систем аспирации оказываются в атмосфере предприятий и расположенных рядом с ними городских районов, напрямую влияя на условия труда, качество жизни и здоровье сотен миллионов людей.

Борьба с пылью имеет, без всякого преувеличения, жизненно важное значение. А значит, такое же значение имеет совершенствование пылеулавливающего оборудования, ─ пылеулавливателей, пылеулавливающих устройств и пылеулавливающих агрегатов, используемых в системах промышленной вентиляции. Все они находятся на переднем краю борьбы с пылью, и от качества их работы зависит очень многое.

Кстати, пылеуловитель промышленный ─ не единственное конструктивное воплощение таких устройств. Существуют другие виды пылеуловителей ─ пылеуловители для дома. Принцип работы таких аппаратов может быть разным. Особенно распространены электростатические. Купить бытовой пылеуловитель, значит, существенно улучшить атмосферу в своем доме в самом прямом смысле слова.

Пылеуловители ─ определение и классификация

Напомним, что пылеуловитель ─ это аппарат для очистки газов от взвешенных частиц, а пылеулавливающее устройство ─ это пылеуловитель вместе с вентилятором, регулирующим оборудованием и разгрузочным устройством.

Что такое пылеулавливающий агрегат в ГОСТах не сказано. В технической литературе его часто определяют, как устройство. Вообще, «агрегат» (от латинского aggregatus присоединенный) ─ слово многозначное. О передаваемых им смыслах во всех областях знаний, упоминать не будем, а что касается машиностроения, то здесь агрегатом называют как соединение нескольких машин или аппаратов в одно целое, так и отдельный узел целого, выполняющий определенную функцию.

Пылеуловители давно находятся в орбите интересов инженеров, поэтому существует огромное многообразие их конструкций и, соответственно, многочисленные типы пылеуловителей. Еще в начале 70-х годов XX столетия только в Советском Союзе в условиях плановой экономики со свойственной ей унификацией производства выпускалось свыше тридцати типов сухих циклонов-пылеуловителей и не менее ста типов мокрых пылеуловителей.

Разумеется, со временем, а значит, с развитием технического прогресса и ужесточением требований к охране окружающей среды и санитарно-гигиеническому состоянию рабочих мест, более совершенными стали технические характеристики пылеуловителей, а в устройство пылеуловителей были внесены многочисленные конструктивные инновации.

Все это разнообразие поддается достаточно стройной классификации. В зависимости от того, под действием каких сил ─ механических или электрических ─ происходит отделение взвешенных частиц от газа, различают механические и электрические пылеуловители. При этом среди тех и других есть как мокрые, так и сухие. Это зависит от того, предусматривает или нет принцип действия пылеуловителей участие жидкости в процессе очистки газа от твердых частичек. Таким образом, комбинация только этих двух признаков позволяет выделить четыре сегмента пылеуловителей ─ сухие механические пылеуловители, мокрые механические пылеуловители, сухие электрофильтры, мокрые электрофильтры.

Использование воды в мокрых пылеуловителях делает их пожаро- и взрывобезопасными, даже при работе с горячими воздушными смесями. Мокрые пылеуловители эффективны при удалении мелкодисперсной пыли.

Сухие пылеуловители

Поводом более глубоко классифицировать сухие механические пылеуловители, являются «задействованные» для их работы механические силы. Сухой механический пылеуловитель, в котором отделение твердых взвешенных частиц происходит в результате действия силы тяжести, носит название гравитационный пылеуловитель; если под действием инерционных сил ─ сухой инерционный пылеуловитель.

Разработаны центробежно-инерционные пылеуловители, в которых соединены методы центробежной и инерционной сепарации.

Существует несколько типов сухих инерционных пылеуловителей, различающихся природой возникновения инерционных сил. Если они появляются за счет резкого изменения направления потока газа, ─ пылеуловитель называют пылеосадитель. А когда пыль отделяется от потока газа вследствие резких поворотов этого потока между лопастями жалюзийной решетки, и, соответственно, ударов и последующих отскоков частиц пыли от ее поверхности, ─ это жалюзийный пылеуловитель.

Отделение взвешенных твердых частиц может происходить под действием центробежной силы, возникающей вследствие вращения отдельных частей. Такой аппарат носит название сухой ротационный пылеуловитель. Его разновидностями являются центробежный пылеуловитель и вентиляторный пылеуловитель. В первом вращающаяся часть выполняет функцию вентилятора, во втором ─ сразу две функции ─ рабочего колеса вентилятора и пылеуловителя.

Инерционный пылеуловитель, в котором очистка газа происходит под действием центробежных сил, возникающих во вращающемся потоке газа, носит название сухой циклон.

Сухой циклон, в котором центробежный эффект усиливается в результате дополнительного подвода газа в корпус аппарата называют вихревой пылеуловительс дополнительным подводом газа.

Циклонный пылеуловитель на сегодняшний день является наиболее распространенным первичным пылеулавливающим устройством ─ надежным, простым, экономичным.

Термин «циклон» используют применительно к основному компоненту вихревого пылеуловителя ─ пылевой камере. Его (ее) составные части ─ расположенная по оси циклона выпускная труба и служащее для удаления пыли или иных твердых фаз материаловоздушной смеси разгрузочное отверстие.

Подача газа осуществляется через впускной патрубок, и может быть осевой, тангенциальной или спиральной. По этому признаку различают следующие типы циклонов: осевой циклон, циклон с тангенциальным входом, циклон со спиральным входом. Если в конструкции циклона вместе с тангенциальным входным патрубком задействована верхняя крышка с винтовой поверхностью, поток газа движется по винтовой линии, а аппарат носит название циклон с винтовым входом.

Осевые циклоны в зависимости от того, как относительно друг друга движутся входящий и выходящий потоки газа (при этом оба направлены вдоль оси циклона) разделяют на прямоточные и противоточные. В прямоточном осевом циклоне у обоих потоков одинаковое направление, в противоточном ─ противоположное.

К пылеуловителям относятся промышленные фильтры. Так, сухим механическим пылеуловителям является широко используемый в системах аспирации рукавный фильтр. Но фильтры-пылеуловителизаслуживают рассмотрения в отдельной статье. И поэтому вернемся к «классическим» пылеуловителям, только уже не сухим, а мокрым.

Мокрые пылеуловители

Значительная часть таких устройств носит название скруббер. Скруббер ─ слово заимствованное. Это следует хотя бы из того, что никаких похожих на него существительных в русском языке больше нет, за одним исключением. Ставший сравнительно недавно очень популярным вид косметических препаратов, называют скрабы. Слова «скраб» и «скруббер» ─ ближайшие родственники, ведь scrub в переводе с английского означает скрести, чистить, тереть.

В технологиях скруббер в широком смысле ─ аппарат для очистки от примесей. Немалое число скрубберов используется в процессах обогащения полезных ископаемых, где скруббер (т. н. скруббер-бутара) ─ это барабанная машина для их промывки.

В вентиляции и аспирации ─ устройство для очистки газов и извлечения компонентов с помощью жидкостей (в т. ч. очистки воздуха от пыли).

«ГОСТ 31826-2012 Оборудование газоочистительное и пылеулавливающее. Фильтры рукавные. Пылеуловители мокрые. Требования безопасности. Методы испытаний» определяет скруббер для очистки воздуха и иных газов, как аппарат «в котором осуществляется контакт газа с жидкостью».

Устройство скрубберов отличается значительным разнообразием. Существуют различные типы скрубберов для систем промышленной вентиляции. Поскольку скрубберы для очистки газов используют жидкость, иногда используется словосочетание «мокрый скруббер».

Раз работа скруббера предполагает использование воды, ее расход ─ важная характеристика скруббера. Так, в полом скруббере он составляет 3-10 м³ на 1000 м³ газа. Чем больше подается воды, тем выше эффективность работы. В полом скруббере поток газа проходит через завесу распыляемой с помощью форсунок жидкости, поэтому такой аппарат еще называют полый форсуночный скруббер. При столкновении с водой твердые взвешенные частички отделяются от газа. Такие аппараты могут быть прямоточными, противоточными, с поперечным орошением.

Полый скруббер, принцип работы которого основан на использовании энергии газового потока, подводимого через т. н. конфузорный насадок (круглый или прямоугольный; благодаря которому и происходит дробление жидкости), носит название конфузорный скруббер.

В насадочном скруббере поток газа контактирует с жидкостью, тонким слоем покрывающей поверхность насадки. Под воздействием диффузионных и механических сил столкнувшиеся с водой твердые частицы пылевоздушной смеси отделяются от нее. Различают неподвижную и подвижную насадку скруббера. В скруббере с подвижной насадкой местом контакта служит ее свободно перемещающийся слой. Иногда в отдельную группу выделяют скрубберы с колеблющейся насадкой. В тарельчатом скруббере газ контактирует с жидкостью на расположенных внутри аппарата специальных контактных устройствах ─ тарелках. Есть тарельчатые скрубберы с переливными и провальными тарелками.

В механическом скруббере разделение твердых частиц и газа происходит в результате действия центробежных сил. Их появление обусловлено наличием вращающегося ротора. Связывающая твердые частицы жидкость подается прямо на ротор или непосредственно перед ним.

Центробежный скруббер ─ это циклон, в котором внутреннюю стенку центробежной камеры или непосредственно поток пылевоздушной смеси, вращающейся под действием центробежной силы, смачивают жидкостью.

В эжекторном скруббере жидкость и газ вступают в контакт в трубе-распылителе. Аппарат, в котором эта труба выполнена в форме трубы Вентури, носит название скруббер Вентури.

При прохождении узкой горловины (ее наличие ─ особенность трубы Вентури) за счет высокой скорости газового потока возникает явление турбулентности, способствующее интенсивному дроблению жидкости. Содержащаяся в воздухе пыль оседает на образовавшихся в результате этого дробления мелких каплях.

Для орошения используют различные виды подводов ─ пленочный, периферийный, форсуночный. Горловина может иметь разное по форме сечение ─ круглое, щелевое и др. Технологический процесс очистки газа включает последующую сепарацию капель в каплеуловителе.

Вударно-инерционном скруббере (скруббере ударно-инерционного действия) газовый поток сталкивается с жидкостью, после чего газожидкостная взвесь проходит через отверстия различной конфигурации. Различают ударно-инерционные скрубберы с непрерывным отводом орошающей жидкости и с внутренней циркуляцией.

У части мокрых пылеуловителей существительное «скруббер» в названии отсутствует.

В пенном пылеуловителе рабочим инструментом служит слой пены, задерживающий проходящие сквозь него частицы.

Для отделения взвешенных твердых частиц от газа в конденсационном мокром пылеуловителе использовано явление диффузиофореза (движение частиц в неоднородных по концентрации компонентов газовых смесях, обусловленное различием этой концентрации). Конденсация водяного пара на поверхности взвешенных частиц приводит к увеличению их массы и последующему «выпадению».

Пылеулавливающие агрегаты

Необходимость купить пылеулавливающий агрегат, почти неизбежно возникает на предприятиях любых размеров и форм собственности. Промышленные пылеулавливающие агрегаты используют как в централизованных, так и автономных (индивидуальных) системах аспирации, работающих в самых разных отраслях промышленности. В наибольшей степени эти устройства востребованы в обработке древесины (столярное и мебельное производство), металлов (шлифовальные, заточные, обдирочные станки), пластмасс, резины и кожи, горнодобывающей индустрии (дробильно-размольное оборудование), производстве строительных материалов, в пищевой промышленности. В централизованных системах агрегат подсоединяется к воздуховоду системы вытяжной вентиляции; в автономных ─ вытяжной вентилятор является его составной частью. Для организации автономной аспирации используют как стационарные, так и переносные пылеулавливающие агрегаты.

Вентиляционный пылеулавливающий агрегат имеет следующие основные технические параметры: производительность по воздуху (максимальный поток воздуха) в м³/ч и степень очистки в %. Необходимыми для правильного выбора оборудования показателями являются мощность (кВт) и частота вращения (об/мин) электродвигателя, площадь фильтрации (м²), масса, габаритные размеры, вместимость емкости для сбора удаленной пыли (м³), уровень звуковой мощности (дБ, чтобы снизить уровень шума за вентилятором устанавливается глушитель шума), максимальная потеря давления, диаметры входного и выходного патрубка.

Существуют различные типы пылеулавливающих агрегатов, различающиеся значением этих параметров и конструкцией.

Важнейший аспект конструктивного исполнения ─ количество ступеней очистки, которых может быть одна, две, три.

При одноступенчатой схеме, как правило, элементом фильтрации является промышленный фильтр. Например, фильтровальная кассета или тканевые фильтры, работающие под избыточным давлением воздуха. Недостаток одноступенчатой схемы ─ быстрое увеличение сопротивления фильтрующей поверхности, вследствие уменьшения ее пропускной способности, обусловленной загрязнением фильтров. Поэтому фильтры приходится часто менять или регенировать с помощью продувки сжатым воздухом ручным или автоматическим встряхиванием.

Распространенный вариант ─ двухступенчатая система. Первая ступень ─ сухой циклон, вторая ─ тканевый рукавный (мешочный) фильтр. Циклоны не очень хорошо справляются с мелкодисперсной пылью, зато освобождают более «нежные» фильтры от необходимости бороться с пылью крупнодисперсной. Такое вот эффективное разделение труда.

Возможны варианты, когда фильтрами представлены обе ступени очистки. Первая ступень ─ карманный фильтр, вторая ─ тонкий фильтр. Отдельные модели могут оснащаться угольными фильтрами для очистки от газов.

Производителями предлагаются агрегаты с трехступенчатой системой очистки. Например, первая и вторая ступень ─ циклоны (на первой циклон с тангенциальным входом, на второй жалюзийный пылеуловитель), третья ─ рукавный фильтр или фильтр тонкой очистки на бумажно-тканевой основе.

Эффективность работы пылеулавливателя зависит не только от него самого, ─ монтаж пылеуловителей и их обслуживание должны полностью соответствовать определенному производителем регламенту. Помочь правильно подобрать необходимое пылеулавливающее устройство, оптимально интегрировать его в производственную схему, произвести все необходимые расчеты, а затем обеспечить высококачественный современный сервис, могут только квалифицированные специалисты, работающие в надежной компании. И такие поставщики, репутация которых подтверждена годами успешной работы, есть. В Санкт-Петербурге ─ это компания «БиТех» (http://bi-teh.ru/), обратившись в которую можно приобрести не только пылеулавливающие устройства, но и широкий спектр современного промышленного оборудования от лучших отечественных и зарубежных производителей.