Центробежная камера очистки предназначена для очистки от твердых частиц, взвешенных в пылевых газопотоках, формируемых в аспирационных системах при аспирации технологического оборудования, или в качестве разгрузителей в системах пневмотранспорта сыпучих материалов. ЦКО может использоваться как самостоятельное очистное оборудование, так как эффективность очистки газопотоков на различных пылях может достигать 99,9%, либо применяться в составе комплексных систем газоочистки в качестве первой ступени, характеризуемой очисткой до 1 мкм и ниже* (со снижением эффективности) с целью оптимизации работы тканевых фильтров или электрофильтров.
Работа ЦКО основана на создании закрученного газопотока, который при движении в сужающемся винтовом канале формирует центробежное силовое поле, способствующее формированию твердых частиц пыли на внешней стенке винтового канала. Конструкция предусматривает выведение максимально отсепарированных частиц через перфорацию в стенке винтового канала для снижения концентрации частиц на выходе из винтового канала.
Принцип работы и конструктивные элементы ЦКО показаны на рис. 1 и 2. Запыленный воздушный поток поступает во входной патрубок 2 и закручивается в винтовом канале 4 с изменяемым объёмом, который сформирован винтовой вставкой 3 и выхлопной трубой 6. Винтовая вставка представляет собой винтовую поверхность с определенным шагом (шаг может быть постоянным и переменным по высотной отметке в зависимости от условий эксплуатации и определяется на стадии проектирования), которая охватывает выхлопную трубу. При движении газопотока по винтовому каналу происходит его вывод с частицами пыли через стенку с выводными окнами 5, выполненными в виде щелевых отверстий. Прошедший через отверстия 5 газопоток с частицами, попадает в кольцевой канал, образованный стенкой винтовой вставки 3 и корпусом 1. Через торец винтовой вставки выходит оставшийся газопоток с наибольшей скоростью и наименьшими частицами.Три сформированных газопотока перемещаются вниз и по стенке выводного конуса 7 в бункер-сборник 8. Далее пылевой материал выводится через шлюзовый затвор 9. Очищенный воздух выводится из выхлопной трубы 6 через раскручиватель потока 10.
Рисунок 1 - Конструкция ЦКО
Рисунок 2 – К описанию принципа работы ЦКО
Центробежная камера очистки, как и циклонные аппараты, применяемые для очистки пылевого газопотока, относится к аппаратам центробежного типа. Однако, ЦКО имеет принципиальное отличие в сравнении с циклонами. Это отличие определяется организацией процесса центробежного отделения твердых частиц из газопотока и конструктивными особенностями ЦКО.
1. Ввод пылевого газопотока в ЦКО осуществляется в сужающуюся винтовую вставку, посредством которой формируется в ограниченном изменяемом объёме винтовое движение потока (рис. 3).
В циклоне ввод пылевого газопотока осуществляется в кольцевое пространство, созданное посредством цилиндрического или конического корпуса и выхлопной трубой, образуя винтовой поток, который после кольцевого пространства не имеет четких объемных границ.
2. Движение в ЦКО пылевого газопотокаосуществляется в осесимметричных сообщающихся винтовом и кольцевом каналах под воздействием общего перепада давления на входе и выходе из ЦКО.При этом происходит последовательное движение (перетекание) пылевого газопотока из винтовой вставки в кольцевой канал (рис. 3, а, рис. 4, а).
В циклоне пылевой газопоток осуществляет винтовое движение по стенке циклона до входа в выводное устройство и от него движение осуществляется в противотоке по оси до выхлопной трубы (рис. 3, б, рис. 4, б).
а) 1 – корпус; 2 – поток в кольцевом пространстве; 3 – кольцевое пространство; 4 – газопылевой поток в винтовом канале; 5 – восходящий винтовой поток; 6 – щелевые перфорации
б) 1 – кольцевое пространство; 2 – выхлопная труба; 3 – корпус;4 – газопылевой поток; 5 – восходящий винтовой поток
3. В ЦКО винтовая вставка с перфорированной боковой поверхностью, по сути, представляет собой сухую проточную центрифугу и обеспечивает максимальный вывод газопылевого потока на периферию в кольцевой зазор, отводя его от выхлопной трубы, и далее происходит устойчивое транспортирование пыли по стенке корпуса ЦКО при дополнительном поджатии газопотоком, выходящим из винтовой вставки.
В циклоне, вращающийся винтовой пристенный газопылевой поток и движущийся в противотоке по оси циклона, постоянно взаимодействуют между собой, создавая неустойчивую концентрацию пыли на стенке корпуса и её транспортирование к выводному устройству.
4. В ЦКО выхлопная труба, винтовая вставка и кольцевой канал расположены по высоте на одном уровне и заканчиваются на выпускном конусе. Этим обеспечивается длительность и независимость процесса центрифугирования, что создаёт устойчивое транспортирование пыли в выводное устройство.
В циклонах различных конструкций выхлопная труба погружена в его корпус на разную величину (рис. 3, б), но при сохранении циклонного процесса, разрежение в выхлопной трубе формирует развитый по высоте противоток (винтовой пристенный газопылевой поток и винтовой по оси циклона, движущийся к выхлопной трубе), что отрицательно сказывается на эффективности газоочистки.
5. В ЦКО посредством винтовой вставки создаётся энергонасыщенный винтовой газопылевой поток (за счет увеличения скорости потока значительно увеличивается его кинетическая энергия), который в выводном конусе при резком изменении направления движения в выхлопную трубу максимально обеспечивает вывод пыли во входное отверстие бункера-сборника (рис. 5, а).
В циклоне невозможно создать газопылевой поток, обладающий скоростями, обеспечивающими резкий разворот газопотока (рис. 5, б).
6. В ЦКО основным рабочим элементом является винтовой канал, сформированный винтовой вставкой, выхлопной трубой и перфорированной обечайкой. Пылевой газопоток движется в ограниченном винтовым канале, здесь же происходит сепарация твердых частиц из потока. Винтовой канал разделяет основной нисходящий поток и противоток в выхлопной трубе, что предотвращает влияние противотока на процесс сепарации.
В циклоне из-за изменения расхода воздуха происходит трансформация нисходящего потока и восходящего противотока, что приводит к захвату еще неотсепарированных частиц и выносу их в выхлопную трубу, т.е. к снижению эффективности очистки.
7. В ЦКО винтовой канал по всей длине имеет сужение, т.е., по сути, является криволинейным конфузором, что приводит к плавному увеличению скорости потока от 14-17 м/с на входе до 70 м/с на выходе из винтового канала. Увеличение скорости криволинейного потока приводит к значительному усилению центробежного эффекта (через квадрат скорости). В ЦКО фактор разделения можно довести до значений, достигаемых при центрифугировании, что позволяет получать высокую эффективность очистки пылевого газопотока даже на мелкодисперсных пылях с размерами частиц менее 10 мкм. Конструкция ЦКО разработана таким образом, что повышение скорости потока в винтовом канале не создает повышение аэродинамического сопротивления конструкции более, чем 1800 Па.
В циклоне организация противоточного процесса принципиально не позволяет работать с увеличением перепада давления.
Pвх.,Vвх. – давление и скорость потока на входе в пылеотделитель;
Pвых.,Vвых. – давление и скорость потока на выходе из пылеотделителя;
Pвых.<P5<P4<P3<P2<P1<Pвх.
V5>V4>V3>V2>V1>Vвх.;HЦКО<<Hцикл.
8. В ЦКО геометрические характеристики винтовой вставки, формирующей винтовой канал, позволяют адаптировать её работу для определенного типа пылей или для определенных условий эксплуатации без изменения габаритов всей конструкции.
В циклоне уменьшение расхода воздуха, т.е. снижение входной скорости, приводит к значительному снижению эффективности очистки.
9. Винтовое движение газопотока в конфузорном криволинейном канале ЦКО снижает вихреобразование, т.е. способствует формированию слоистого течения и стабильной сепарации твердых частиц к периферии.
В циклоне невозможно создать устойчивое слоистое течение и устойчивый сепарационный процесс из-за конструктивных особенностей – взаимное влияние антинаправленных винтовых потоков.
Преимущества применения ЦКО вместо циклонов заключаются в следующем:
1) повышение эффективности очистки пылевых газопотоков до 95-99,9% в зависимости от типа пылей;
2) повышение эффективности очистки с помощью ЦКО на первой стадии способствует снижению пылевой нагрузки на последующее очистное оборудование тонкой очистки (электрофильтры, тканевые фильтры), что уменьшает затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание этого оборудования, продлевает сроки его эксплуатации до проведения ТО;
3) повышение эффективности очистки с помощью ЦКО позволяет возвращать больше уловленного продукта в производство – это особенно актуально для дорогостоящих пылевых продуктов;
4) повышение эффективности очистки снижает негативное воздействие на окружающую среду, это особенно актуально для предприятий, имеющих вредные производства;
5) устойчивость процесса сепарации даже при значительных колебаниях расхода воздуха;
6) высокая степень очистки воздуха позволяет возвращать его в производственное помещение – это особенно актуально в холодный период работы предприятий; значительная экономия электроэнергии на подогрев воздуха.
А если коротко, то конкурентные преимущества перед циклонами:
1) универсальность процесса и конструкции ЦКО, обеспечивают устойчивую эффективность очистки пылегазовых потоков в заявленных пределах 95-99,9% при производительности по воздуху от 140 м3/ч до 20000 м3/ч в различных сферах производства; предложенная технология сухой газоочистки по эффективности может превышать на 20% циклонный процесс для реальных условий производства (эффективность очистки 60-80% для циклонов и 95-99,9% для ЦКО);
2) широкая хозяйственная проверка подтвердила целесообразность применения сухого центрифугирования с помощью ЦКО при заявленной степени очистки газопылевых потоков и гидравлическом сопротивлении до 1800 Па;
3) стоимостные показатели ЦКО впервые в мировой практике определяются параметрами сухого центрифугирования пылегазовых потоков, что уже на этом этапе позволяет в наиболее оптимальном режиме работать фильтровальным тканям, электрофильтрам, аппаратам мокрой очистки.
Различные отрасли производства имеют свои технологические линии с определённым набором оборудования и все они перерабатывают различное сырьё. Сырьё, перерабатываемые материалы и технологии переработки определяют разнообразие пылевыделений и их концентрацию.
ЦКО определяется принципиально новой технологией, которая позволяет в широком диапазоне пылевыделений обеспечивать очистку технологических газопотоков. Универсальность процесса очистки газа от твердых частиц пыли в ЦКО определяется работой винтовой вставки, в которой формируется поток со скоростями от 12 м/с на входе и до 70 м/с на выходе. При этом расходная характеристика определяется от 140 м3/ч до 25 000 м3/ч при энергетической составляющей до 1800 Па.
В циклонах процесс ограничен входными скоростями 14-16 м/с для газопотоков и с определёнными концентрациями пылей. Циклоны не обладают универсальностью относительно газопылевых потоков.
Циклоны дешевле, но при этом менее эффективны, если их рассматривать как самостоятельное газоочистное оборудование. Однако, на средних и крупных предприятиях (крупозаводы, мельницы, предприятия стройиндустрии, химические производства и т.д.) системы газоочистки являются комплексными, т.е. в своем составе содержат несколько типов газоочистного оборудования, которое реализует несколько этапов очистки – например, предварительный (грубая очистка – осадительные камеры, циклоны), основной (скрубберы Вентури), тонкая очистка (фильтр-циклон, электрофильтр). Применение ЦКО может значительно снизить пылевую нагрузку на последующие аппараты газоочистки или вообще исключить из схемы некоторое оборудование, например, осадительные камеры, циклоны, скрубберы, что значительно снизит затраты на газоочистку в целом, и разница в цене между циклоном и ЦКО будет экономически оправдана.
