10040

денсации паров жидкостей на внутренних поверхностях циклонов [23]. Эти циклоны имеют достаточно высокую эффективность пылеулавливания и успешно применяются на деревообрабатывающих производствах, в том числе и для улавливания шлифовальной пыли. Из недостатков можно отметить отсут-

ствие больших типоразмеров (самый большой типовой циклон РИСИ № 11

имеет диаметр 1000 мм, производительностью 7000÷10000 м3/ч, что суще-

ственно ограничивает их применение.

В настоящее время наиболее часто применяются циклоны Ц и УЦ-38, об-

ладающие наиболее высокой эффективностью пылеулавливания. Эти марки циклонов больше других соответствуют требованиям по защите окружающей среды от пылевых выбросов на деревообрабатывающих предприятиях.

Однако максимально возможная эффективность пылеулавливания цикло-

нов (~ 99 % при работе на древесной пыли [19, 24]) недостаточна для примене-

ния их в качестве единственной степени очистки при использовании в РАС.

Кроме того, указанная эффективность пылеулавливания может быть достигнута только при строгом соблюдении правил эксплуатации циклонов. На эффектив-

ность работы циклонов значительное влияние также может оказывать темпера-

тура и влажность перемещаемой пылевоздушной смеси (которые меняются в соответствии со временем года и погодными условиями), барометрическое дав-

ление, концентрация пыли в очищаемом газе и ее резкие колебания.

Исходные концентрации пылевой фракции (размер частиц менее 200

мкм) с разбивкой по типам деревообрабатывающих станков приведены в таб-

лице 8. Значения запыленности заимствованы из трех источников [18, 25, 26],

содержащих данные по разному набору станков с несколько отличающимися техническими характеристиками. Данные относятся к отечественным станкам,

широко применявшимся в 70÷80-х годах прошлого столетия. По всей видимо-

сти, они отличаются по интенсивности обработки и, соответственно, по коли-

честву и составу отходов от современного оборудования. Отходы деревообра-

ботки с размерами частиц более 200 мкм (опилки, стружка и т.д.) во внимание

39

не применяются, т.к. эффективно улавливаются циклонами и представляют значительно меньшую опасность для окружающей среды и здоровья людей.

Именно мелкие фракции, обладающие низкой скоростью витания (плохой осаждаемостью) и высокой проникающей способность, а также более выра-

женными взрывопожарными свойствами, требуют особого внимания с точки зрения пылеулавливания.

Очевидно, что даже при обеспечении максимальной эффективности очист-

ки, остаточная запыленность на входе из циклона всегда будет превышать вели-

чину 0,3 ПДКр.з. (для древесной пыли предельно допустимая концентрация в воз-

духе рабочей зоны ПДКр.з.= 6 кг/м3 [27, 28]), допускающую возможность рецир-

куляции аспирационного воздуха [29]. Следовательно, возникает необходимость второй ступени очистки, например, рукавного фильтра. Однако дисперсный со-

став пыли после циклона будет значительно отличаться от исходного. К сожале-

нию, конкретных данных по этому вопросу не удалось найти в технической ли-

тературе. К тому же, для каждого производственного случая будут свои значе-

ния, т.к. остаточная запыленность зависит от исходного става пыли, т.е фактиче-

ски от технологического процесса, материал и его влажность, температуры и влажности аспирационного воздуха, марки и типоразмера применяемого цик-

лона и т.д. Однако с большей долей уверенности можно предположить, что оста-

точная пыль будет фракций менее 100 мкм, хотя и значительно меньших концен-

траций. Рукавный фильтр должен будет иметь высокий класс очистки и взры-

вобезопасное исполнению Выделение мелких взрывоопасных фракций из об-

щего состава пыли переводит систему из пожароопасной во взрывопожаро-

опасную, что согласно [29] исключает возможность работы по рециркуляцион-

40

ной схеме. Кроме того, применение циклонов в качестве предварительной ступе-

ни очистки приведет к увеличению гидравлического сопротивления газоочист-

ных сооружений 2÷3 раза.

Циклонные пылеуловители обладают известными преимуществами: про-

стота конструкций; надежность и простота эксплуатации; дешевизна; большая

«пылеемкость»; приемлемое гидравлическое сопротивление и т.д. Однако они очень чувствительны (по сравнению, например, с рукавными фильтрами) к со-

блюдению правил применения и эксплуатации. Необходимы: грамотный рас-

чет АС, подбор модели и типоразмера циклона; правильный подбор конструк-

ции и типоразмера устройства выгрузки уловленной пыли из бункера (либо си-

стемы непрерывного удаления уловленной пыли); постоянный контроль за нормальной работой установки и режимом опорожнения бункера; систематич-

ность обследования и чистки газоходов и циклона.

Практически показывает, что перечисленные, не требующие особой ква-

лификации и затрат мероприятия часто не выполняются. Достаточно часто при изменении технологического процесса (замена технологического оборудова-

ния, перестановка станков и т.п.) производят изменение схемы АС без должной проектной проработки, что почти всегда приводит к снижению эффективности работы систем и снижению эффективности пылеулавливания.

Значительные пылеулавливания происходят через неисправные устрой-

ства выгрузки пыли, а также в процессе самой выгрузки при отсутствии необ-

ходимых приспособлений.

Циклонные газоочистные установки занимают значительно больше места,

чем РРФ[30], как сами, так и особенно подъездные пути к ним. Существующие типовые конструкции и типоразмеры бункеров, конструкции устройств выгруз-

ки пыли значительно уступают аналогичным элементам современных рукавных фильтров. Максимальное количества воздуха, которое может быть очищено в одиночных циклонах рассматриваемых марок наибольших типоразмеров при оптимальном режиме их работы и другие параметры приведены в таблице 7.

41

Оптимальная производительность аспирационных систем деревообраба-

тывающих производств в настоящее время составляет 15000÷20000 м3/ч (Необ-

ходимо отметить, что ранее приводилась оптимальная производительность АС10000 м3/ч [18]). Такая величина производительности обусловлена характери-

стикой деревообрабатывающего оборудования, протяженностью и разветвлен-

ностью АС, номенклатурой пылевых вентиляторов отечественного производ-

ства. С развитием деревообрабатывающего оборудования (особенно полуавто-

матических и автоматических технологических линий), а вслед за ним венти-

ляторного и аспирационного оборудования, производительность АС будет зна-

чительно возрастать. Например, уже сейчас существуют шипорезные станки производительностью по аспирационному воздуху 33000 м3/ч и более. Разби-

вать АС, обслуживающую такие станки, на несколько систем с точки зрения проектных решений и эксплуатации нецелесообразно.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что применение эф-

фективных циклонов Ц, УЦ-38, РИСИ в АС современных деревообрабатыва-

ющих производств затрудняется следующими факторами:

1) из перечисленных марок только циклоны Ц имеют разработанные ти-

поразмеры, частично соответствующие требуемым производительностям со-

временных АС, прием можно предположить, что в будущее это несоответствие будет только увеличиваться;

2) одиночным циклонам необходимо иметь большой диаметр (более 1400

мм), что выльется в большую высоту циклонных установок (15 м и более), что в свою очередь усложнит их изготовление, монтаж и эксплуатацию, а также приведет к значительному снижению эффективности пылеулавливания (цик-

лоны диаметром более 1000 мм применять не рекомендуется из-за чувстви-

тельного снижения отделяющей способности);

3) применение групповых установок циклонов меньшего диаметра может оказаться нецелесообразным, т.к. они обладают значительно меньшей эффек-

тивностью и несколько большим гидравлическим сопротивлением, чем оди-

ночные циклоны такого же диаметра т.е. эти показатели могут оказаться рав-

42

ными, а возможно будут уступать аналогичным показателям одиночных цик-

лоны большого диаметра. Кроме того, групповые циклоны сложнее в изготов-

лении (и, соответственно, дороже).

Эффективность пылеулавливания имеющихся конструкций циклонов в деревообрабатывающей промышленности на современном этапе не удовлетво-

рительна для использования в качестве единственной ступени очистки РАС. По мере интенсификации и повышения чистоты обработки изделий (таковы совре-

менные тенденции развития технологий) будет повышаться дисперсность от-

ходов (в частности долю пылевых фракций), что еще более отдалит возмож-

ность такого использования. Использование циклонов в качестве предвари-

тельной ступени значительно и необоснованно увеличивают капитальные и эксплуатационные затраты на очистку аспирационного воздуха, а также будет способствовать повышению уровня взрывопожарности системы. Такое приме-

нение может быть обосновано при работе на смолистых породах (например,

обработка лиственницы) для защиты от забивания (засмаливания) фильтро-

вальных рукавов. При этом должны быть учтены и тщательно просчитаны все приведенные выше аспекты.

Применение циклонов может быть целесообразно в системах аспирации:

1) не отапливаемых производственных помещений и от оборудования,

расположенного на открытых площадках; в системах пневмотранспорта из-

мельченной древесины с низким содержанием пыли (щепа, дробленка, кора,

витая стружка, серые стружка и опилки);

2) при невозможности работы по рециркуляционной схеме (удаление взрывоопасной пыли от шлифовального и полировальной оборудования; об-

служивающие помещений категорий А и Б по взрывоопасности и т.д.) при условии обеспечения величины предельно допустимых выбросов (ПДВ);

3) временного и аварийного характера при замене, реконструкции, ремон-

те и т.п. основного пылеулавливающего оборудования.

43

1.7.Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1)В чем заключается физический смысл коэффициента присоса?

2)Что характеризует дисперсность пылевидных материалов?

3)На какие группы подразделяется пыль по слипаемости?

4)Перечислите группы пылей по характеру смачиваемости водой.

5)Охарактеризуйте показатели пожаро- и взрывоопасности пылей, такие как: температура воспламенения; температура самовоспламенения; диапазон воспламенения; верхний и нижний концентрационный пределы распростране-

ния пламени; минимальная энергия зажигания.

6)Что такое фракционная и парциальная эффективность очистки?

7)Перечислите основные исходные данные, необходимые для расчета циклонов и вихревых пылеуловителей.

8)Назовите основные причины снижения циклоном эффективности очистки воздуха от пыли по сравнению с проектными значениями.

9)Приведите основные факторы затрудняющие применение эффектив-

ных циклонов в современных деревообрабатывающих производствах.

44

Рис. 4. Схема работы возвратно-поточного цикла: 1 – коническая часть корпуса; 2 – цилиндрическая часть корпуса; 3 – винтообразная крышка; 4 – камера очищенного газа; 5 – патрубок входа запыленного газа; 6 – выхлопная труба; 7 – бункер.

Принцип действия его заключается в следующем: поток запыленного газа поступает в корпус циклона закрученным, вследствие чего на частицы пыли действует центробежная сила, отбрасывающая их к стенке, вдоль которой они движутся по спирали вниз в пылевой бункер. Газовый поток по мере движения сверху вниз частично меняет свое направление, поступая в осевую зону цикло-

на. Часть газового потока снизу поворачивает вверх, частицы пыли вследствие своей инерционности этого сделать не успевают и попадают в бункер. Следует отметить, так называемый обратный вынос пыли, когда часть газа тое попадает и оттуда выносит с собой мелкие частицы пыли [8, 13, 16].

Поскольку на эффективность пылеотделения в циклоне силы тяжести ча-

стиц пыли влияю значительно меньше, чем центробежные силы, циклоны моно располагать в любом положении, даже горизонтально. Однако для рациональ-

ной компоновки оборудования обычно их устанавливают вертикально.

45

При выборе и эксплуатации циклонов необходимо учитывать, что пыле-

вой бункер циклона аэродинамически связан с процессом улавливания пыли.

Он является неотъемлемой частью циклона. Изменять рекомендованные разме-

ры и конструкцию бункера нежелательно, так как можно заметно снизить эф-

фективность очистки. Так, например, для циклонов НИИОГАЗ рекомендуемые диаметры бункеров принимаются в соответствии с рядом диаметров по ГОСТ

9617-67,исходя из следующих соотношений: для цилиндрических циклонов – Dбункера= 1,5D; для конических циклонов Dбункера= 1,1÷1,2D.

Высота цилиндрической части бункера принимается 0,8Dбункера, днище бункера выполняется по ГОСТ 1260-67 с углом наклона стенок 60°.

В отдельных случая (при отсутствии необходимой площади для размеще-

ния бункера) допускается уменьшение диаметра бункера до значения 0,8D, при обязательном сохранении расчетного объема. Для осмотра и очистки бункеров предусматриваются люки 250 и 500 мм.

Эти рекомендации могут быть использованы и для других марок цикло-

нов, для которых типоразмерный ряд бункеров не нормализован.

Не менее важно следить за заполняемостью бункера пылью в процессе эксплуатации, т.к. заполнение сверх рекомендованного уровня также проводит к снижению эффективности пылеулавливания циклонной установки.

Поток очищенного газа, выходящий из выхлопного патрубка циклона,

сильно закручен, вследствие чего происходит значительная потеря давления, а

также возникают трудности при измерении расхода газа и концентрации в нем пыли в результате неравномерности распределения скоростей газа и пыли по сечению трубы. В отдельных случаях для снижения гидравлического сопротив-

лении циклоны снижаются лопастными раскручивателями , которые привари-

ваются к нижней части выхлопной трубы.

Однако такие раскручиватели несколько снижают эффективность очист-

ки, особенно для мелкодисперсной пыли. Поэтому рациональнее на выходной патрубок циклона устанавливать раскручиватель-улитку или кольцевой диффу-

зор, так как потери давления при этом снижаются, а эффективность очистки

46

почти не меняется. При улавливании слипающейся и плохосыпучей пыли рас-

кручиватели не устанавливаются. Если циклон работает «на выхлоп» (очищен-

ный газ выводится в атмосферу), то раскручиватель-улитка не требуется.

Циклоны разделяют на цилиндрические и конические. В цилиндрических циклонах корпус выполнен с удлиненной цилиндрической частью, а в кониче-

ских – с удлиненной конической частью. Цилиндрические циклоны отличают-

ся высокой производительностью, конические – высокой эффективностью очи-

стки, но и большим гидравлическим сопротивлением. У конических циклонов по мере сужения корпуса газовый поток закручивается более интенсивно,

вследствие чего сепарация частиц пыли к стенке аппарата увеличивается.

Желательно, чтобы диаметр цилиндрического циклона не превышал 2 м,

а конического – 3 м, так как с увеличением диаметра существенно падает эф-

фективность очистки.

Циклон можно устанавливать как на всасывающей, так и на нагнетатель-

ной линии. Однако для того, чтобы продлить срок службы вентилятора, осо-

бенно на потолках с абразивными или липкими пылями, циклоны следует уста-

навливать на всасывающей линии перед вентилятором.

В циклонах пыль отделяется от газа под действием центробежной силы,

которую приобретают пылинки во время вращательно-нисходящего движения.

Эффективность пылеотделения в циклоне, прежде всего, является функ-

цией центробежной силы P mчV 2 / 0,5D , где Vω - скорость вращения газо-

вого потока вокруг неподвижной оси, м/с.

Соответственно, эффективность циклона повышается с:

1) увеличением mч – массы пылинок, т.е. с увеличением плотности веще-

ства, из которого образовалась пыль и с увеличением размера пылинок;

2)увеличением скорости вращения воздушного потока;

3)уменьшением радиуса вращения пылинок (т.е. диаметра циклона).

Потери давления в циклоне р, Па, рассчитывают по формуле:

где ζц – коэффициент гидравлического сопротивления циклона; ρг- плотность газа при рабочей температуре, кг/м; Vц – средняя скорость газа в цилиндриче-

ской части циклона условная или плановая скорость), м/с.

Скорость Vц определяют как расход газа, отнесенный к площади попе-

речного сечения цилиндрической части циклона. Сопротивление циклона пря-

мопропорционально величине Vц2, поэтому скорость следует выбирать опти-

мальную, т.е. обеспечивающую достаточную эффективность пылеулавливания при экономически допустимом расходе энергии на преодоление гидравлическо-

го сопротивления. Для каждой конструкции циклона имеется рекомендуемое оптимальное значение средней скорости движения газа Vцопт, существенное от-

клонение от которого ухудшает работу циклона.

Предпочтительно использовать циклоны небольшого размера, так как их эффективность более не только по указанной выше причине, но и потому, что чем больше диаметр циклона, тем пылинкам приходится преодолевать больший путь до внутренней поверхности корпуса циклона, по достижении которой пы-

линки отделяются от воздушного потока и отводятся в бункер. Наиболее пред-

почтительно применять циклоны диаметром менее 1000 мм.

Для повышения производительности при сохранении приемлемой эффек-

тивности пылеулавливания применяют групповые (группы циклонов) и бата-

рейные циклоны. Группы циклонов – это параллельно соединенные циклоны,

имеющие общие коллектор запыленного газа и пылевой бункер. В группы объ-

единяют не все типы циклонов, так как газ из одного аппарата через бункер может переходить в другой, что резко снижает эффективность очистки. Группы наиболее часто составляю из циклонов конструкции НИИОГАЗ: серий ЦН-11,

ЦН -15, ЦН-15у, ЦН-24. Циклоны компонуют в группы в два ряда или по кру-

гу. Необходимые объемы бункеров определяются их значением. Объект бунке-

ра, оборудованного устройствами для непрерывной выгрузки пыли, может быть выбран меньшим, чем объем бункера, предназначенного для накопления и пе-

риодической выгрузки пыли. Минимальное расстояние от оси циклона до стен-

ки бункера не должно быть менее 0,4D. Высота прямоугольной (или цилиндри-

48