§ 6. Вихревые пылеуловители

Принцип действия вихревых аппаратов аналогичен принципу действия циклонов. И в том, и в другом случае выделение пыли из очищаемого пылегазового потока происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении потока в корпусе. Отличительные особенности вихревого аппарата состоят в том, что, во-первых, закручивание основного потока осуществляется с помощью лопаточного завихрителя, а, во-вторых, уже закрученный газ подвергается дополнительному закручиванию с помощью вторичного газового потока.

Существуют две основные разновидности вихревых аппаратов: соплового и лопаточного типа. В аппаратах соплового типа (рис. 4.10, а) пылегазовый поток, закрученный лопаточным завихрителем, двигаясь вверх, подвергается воздействию тангенциально направленных струй вторичного потока, дополнительно закручивающих его в ту же сторону. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются на стенку, откуда под действием сил вторичного потока, направленного вниз, спускаются в бункер. Вторичный газ в ходе спирального обтекания основного потока внедряется в него и вместе с ним удаляется из аппарата. Сопла струй вторичного потока устанавливают не менее чем в четыре ряда под углом 30—40° к горизонту при отношении диаметра завихрителя к диаметру аппарата 0,8—0,9. Вихревой аппарат лопаточного типа (рис. 4.10,6) отличается тем, что вторичный газ из расположенной сверху камеры подается в аппарат кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками

Рис. 4.10. Вихревые пылеуловители: а - соплового типа; б - лопаточного типа. 1 - камера; 2 - выходной патрубок; 3 – сопла; 4 - лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 - входной патрубок; 6 - подпорная шайба; 7 - пылевой бункер; 8 - кольцевой лопаточный завихритель.

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях могут быть использованы атмосферный воздух, периферийная часть потока очищенных газов и запыленный газ (рис. 4.11). Расход вторичного газа должен составлять 30—40 % от первичного. Давление вторичного воздуха 5 - 6 кПа.

Рис 4.11. Варианты подвода вторичного газа к вихревым пылеуловителям: а - подвод внешнего воздуха; б - подвод очищенного газа; в - подвод запыленного газа.

Использование атмосферного воздуха экономически невы­годно, так как при этом значительно увеличиваются общий расход газа и тем самым энергозатраты на дымосос, что может быть оправдано только при необходимости охлаждения запыленного газа. Наиболее экономически выгодным является использование в качестве вторичного газа запыленного газа. В этом случае производительность аппарата при тех же его размерах повышается на 40—65 % при небольшом снижении эффективности очистки. При использовании в качестве вторичного газа периферийной части основного потока увеличения производительности аппарата не будет, но вторичный поток станет получистым, что должно оказать благоприятное влияние на эффективность очистки.

За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью от 300 до 30 000 м³/ч. Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличением диаметра снижается. Поэтому с целью уменьшения диаметра вихревые аппараты иногда компонуют в группы. Известны и батарейные компоновки, состоящие из отдельных элементов диаметром 40 мм. В отечественной промышленности вихревые аппараты широкого распространения не получили.

Критический (минимальный) диаметр частиц, (м), полностью улавливаемых в вихревом пылеуловителе, d_кр может быть рассчитан по формуле

, (4.21)

где w_г - скорость газа в свободном сечении аппарата (обычно 3-5 м/с); Н - высота сепарационного объема, м; D_an и D_тр - диаметры аппарата и подводящей трубы; _ч и _{г -} плотности частиц пыли и газа, кг/м³;  - вязкость газа, Па·с;  - угловая скорость вращения, с^-1.

Для ориентировочной оценки эффективности можно пользоваться следующими данными:

Затраты энергии Кч (кДж) на очистку 1000 м³ газа в вихревом пылеуловителе составляют

K_ч = [{V₁ + V₂)p_ап + p₂V₂]/V₁, (4.22)

где V₁ и V₂ - объемные расходы очищаемого газа и вторичного дутья, м³/с; p_ап - гидравлическое сопротивление аппарата, Па; p₂ - давление вторичного воздуха, Па.

Достоинствами вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонами являются более высокая эффективность улавливания мелкодисперсных пылей, меньший абразивный износ вну­тренних поверхностей аппарата, возможность очистки газов более высокой температуры вследствие разбавления их холодным вторичным воздухом, а также возможность регулирования процесса сепарации путем измерения количества и давления вторичного газа. К недостаткам вихревых пылеуловителей можно отнести: наличие дополнительного дутьевого устройства, увеличение общего объема газов при использовании в качестве вторичного газа атмосферного воздуха, большую сложность аппарата в изготовлении и эксплуатации. Вследствие сложности процессов, протекающих в вихревых пылеуловителях, метод инженерного расчета их пока не разработан.