Аэродинамическая технология очистки газов от пыли
Представляется принципиально новая и перспективная промышленная технология аэродинамического разделения двухфазных текучих сред и аппараты и устройства для ее осуществления, преимущественно для очистки от пыли промышленных газовых выбросов.
Технология и устройства были разработаны и запатентованы в начале девяностых годов и реализованы в виде аппаратов и промышленных установок пылегазоочистки на их основе. Аппараты пылегазоочистки аэродинамические, именуемые в дальнейшем АПА, предназначены для сухой очистки от пыли промышленных газовых выбросов различных производств: металлургической, химической, нефтегазовой, атомной, электронной и пищевой промышленности, теплоэнергетики, машиностроения, строительных материалов, добыча и переработкаполезных ископаемых и других производствах.
АПА производятся установленной номинальной производительности. Принцип аппаратного (блочного) исполнения установок позволяет создавать установки практически любой производительности.
Промышленные установки пылегазоочистки на основе АПА производительностью от 0,1 до 100 тыс. м3 /ч. эксплуатируются с 1992г. на ряде предприятий различных производств в России, странах СНГ, США, Китае и Польше. Представляемая технология и аппараты могут иметь как свою нишу применения, так и использоваться в сочетании с традиционными устройствами очистки газовых промышленных выбросов от пыли, такими как циклоны, электрофильтры, рукавные фильтры и др.
Сущность технологии
При течение среды, состоящей из газа и взвешенных в нем твердых частиц (запыленного газа), решающее влияние на перемещение частиц под действием аэродинамических сил оказывает несущая среда (газ). Например, в ламинарном установившемся потоке газ и частицы двигаются практически равномерно и прямолинейно с одинаковой скоростью. Следовательно, воздействуя на несущую среду мы одновременно воздействуем и на перемещение частиц.
Основой АПА (фиг.1) является кольцевая коническая структура (ККС), состоящая из множества колец 1 монотонно уменьшающегося диаметра, расположенных симметрично вдоль оси конуса, согласующего конуса 2 и пылевыводной трубки 3. ККС установлена в цилиндрическом корпусе 4, имеющим фланцы 5 для соединения с газоходами. Кольца с помощью реек 6 крепятся на некотором расстоянии 7 друг от друга. Все элементы АПА выполнены из металлов или сплавов, например, нержавеющей стали. В зависимости от условий эксплуатации (температуры, физико-химических свойств двухфазной среды, области применения и др.), кольца могут быть выполнены из специальных материалов, например, керамики.
Каждое кольцо (фиг.2 ) имеет три поверхности:
8 – внутреннею, обращенную навстречу газовому потоку;
9 – нижнею, расположенную перпендикулярно к оси ККС
10 – наружную, обращенную к корпусу АПА.
Внутренняя поверхность кольца имеет аэродинамическую форму подобную профилю переднего или ведущего края асимметричного крыла самолета (фиг.3). При этом кольцо преимущественно подобно форме, изображенной на фиг.3а, но может иметь и форму, показанную на фиг.3в.
Кольца в ККС устанавливаются внахлест, т.е. так, чтобы между кольцами не было зазора, параллельного оси конуса. Поэтому газовый поток, пройдя через любое очередное кольцо большего диаметра встречает преграду в виде последующего кольца меньшего диаметра. Схематически процесс разделения показан на фиг.4.
При движении газа с частицами вдоль оси ККС поток плавно обтекает внутреннею аэродинамическую поверхность кольца 11. Внешний слой потока 12, «срезанный» последующим кольцом меньшего диаметра 13, за счет разницы давлений устремляется в зазор. Изменение направления движения газа с осевого направления на радиальное приводит к возникновению сил, действующих на частицы, направленные на уровне каждого кольца к оси конуса, возвращая частицы в основной поток и не позволяя им вместе с внешним слоем газового потока уходить в зазор. Более того, обтекание потоком острого ребра кольца приводит к образованию зоны отрыва («кармана»), в которой формируется торовой вихрь 14. Вихрь имеет устойчивую форму благодаря согласованности ее с потоком и слабостью противотоков. Торовой вихрь подпитывается энергией потока и является важнейшим фактором, препятствующим уносу частиц в зазор, включая тонкодисперсные частицы.
Таким образом, по мере прохождения газового потока через ККС, твердые частицы концентрируются к оси конуса и через пылевыводную трубку выводятся в пылесборник. Очищенный газ с помощью корпуса формируется в организованный поток и направляется для использования или утилизации.
Важно отметить, что отделение частиц от газа происходит главным образом благодаря аэродинамике, что практически сводит к минимуму механические воздействия на кольца, существенно увеличивая их износостойкость в сравнении с механическими устройствами очистки.
Аэродинамический эффект разделения в АПА возникает при определенной минимальной скорости газового потока, наподобие того, как возникают подъемные силы при разгоне самолета по взлетной полосе. При скоростях ниже минимальной АПА работает как конический инерционный уловитель и его эффективность очистки резко уменьшается. Верхний предел скорости газового потока практически ограничивается выбором оптимального аэродинамического сопротивления аппарата, которое после некоторого определенного значения резко возрастает.
Эффективность аэродинамической пылеочистки, зависит от ряда факторов, основными из которых являются:
- размеры и форма кольца;
- конусность ККС;
- величина зазора между кольцами;
- скорость газового потока;
- концентрация и фракционный состав пыли;
- физико-химических свойства пылегазовой среды.
