Частицы пыли, несущиеся вместе с газом, при изменении направления движения газовой струйки стремятся сохранить первоначальное направление. При этом они ударяются о поверхность конусов и отскакивают в сторону, противоположную движению основного потока газа. В результате газ, прошедший через решетку, в значительной мере очищается от пыли; оставшаяся по другую сторону решетки часть газа, насыщенная пылью, поступает через отсосный воздуховод в циклон для ее улавливания.
ВЫТЯЖНАЯ ТРУБА ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ
Чтобы очистить воздух, выходящий из вентиляционных коробов предприятий, приходится идти на большие затраты. Как уже говорилось, самые распространенные сейчас очистные устройства -- это циклоны. Чтобы избавиться от мелкой пыли, внутри вытяжной трубы циклона устанавливают проволочный коронирующий электрод. Электростатическое поле отбивает пыль в отстойник. Многие частицы не долетают вниз, а оседают на стенках вытяжной трубы и, если ее периодически не чистить, отслаиваются, попадают в воздушный поток и все-таки выносятся наружу.
Циклон периодически останавливают и тщательно чистят. Ставят дополнительно щетки, скребки. Однако все это плохо помогает.
Работники Всесоюзного заочного политехнического института С. П. Павлов, Н. Д. Киселев, В. Г. Борисенко, Н. Ф. Воропаев и Э. Ж. Немировский сумели совместить простоту и компактность электроциклонов с надежностью и эффективностью электрофильтров. Чтобы пыль не засоряла вытяжку, было решено отбивать ее еще у входа. Для этого не стали, как обычно, помещать электрод внутрь трубы, а саму трубу превратили, в электрод: полый металлический цилиндр, утыканный иголками -- так называемыми фиксированными точками. И не только с боков, но и снизу по периметру входного отверстия. Пыль, попадая в циклон, теперь сразу же наталкивается на мощное электрическое поле, создаваемое вытяжной трубой. Она уже не только в атмосферу -- в трубу не проберется.
Стали испытывать. Пока шла цементная и прочая токонепроводящая пыль, циклон великолепно работал, а когда пустили токопроводящую, стенд чуть не сгорел. Изолятор, отделяющий выхлопную трубу от металлического корпуса, покрылся толстым слоем пыли, и произошло короткое замыкание.
Сделали изолятор составным. Один цилиндр в другом. Если движется нисходящий .поток, загрязняется внешнее кольцо, если восходящий, частично очищенный, частички оседают на внутреннем кольце, а центральный основной цилиндрик всегда остается чистым и надежно предохраняет установку от короткого замыкания. А чтобы чистить изолятор, предусмотрена продувка сжатым воздухом -останавливать для этого установку не надо. Новый электроциклон компактен, вылавливает высокодисперсную пыль, прост в изготовлении и эксплуатации, имеет коэффициент полезного действия 95%. Его мы испытывали на Московском электродном заводе. Пыль там мелкодисперсная, электропроводная, но установка работала безупречно. Использовать новый электроциклон можно на предприятиях металлургической, химической, горной, горнообогатительной, строительной, пищевой и других отраслей промышленности.
СЛУЖБУ ОЧИСТКИ -- В ОСНОВУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СКОЛЬКО СТОИТ МЕШОК ДЫМА?
И все же специалистам по пылеулавливанию пока приходится иметь дело с уже созданными технологическими процессами. Нет ни свободного места, ни резервов мощности, ни возможности исправить что-либо в оборудовании. Такой подход к делу в корне неправилен. Сначала необходимо решить вопрос экологии. Ведь зачастую можно с самого начала создать процесс, при котором будет вдвое меньше выделяться дыма и пыли, меньше расходоваться топлива.
Уж так сложилось, что упоминание о городе Тольятти ассоциируется со знаменитым Волжским автомобильным заводом. Но Тольятти славен не только этим.. В городе находится крупнейший в стране завод цементного машиностроения "Волгоцеммаш", где на уникальных станках изготовляются огромные валы, автоматы сваривают толстые листы стали, в цехах сборки мощные мостовые краны манипулируют деталями в десятки тонн весом. Там же, в Тольятти, расположен и Всесоюзный научно-исследовательский институт цементного машиностроения.
...Цементное производство -- одно из старейших, но технология получения цемента за последние 100 лет мало в чем изменилась, если не считать процессов управления. На заводах мы увидим все ту же вращающуюся печь. Тонким ручейком ползет по ее дну шлам, состоящий из смешанной с водой цементной сырьевой муки, остальное пространство печи пустует. Казалось бы, единственный резерв для повышения производительности --дальнейшее удлинение вращающейся печи. Так вот и появились печи гигантских размеров -- 200 м в длину и 7 м в диаметре! Чрезвычайно усложнился привод печей. Малейшая неточность при изготовлении -- и махина может сорваться с катков, круша опоры и постройки.
И еще одна проблема: чем выше производительность цементной печи, тем больше топлива она пожирает. В среднем на каждый килограмм клинкера затрачивается 2,5 тыс. ккал. Огромные трубы цементных заводов изрыгают в небо сотни тысяч кубометров газа в час. Летит в атмосферу и тончайшая пыль, которая губит растительность, загрязняет окрестности.
Институт поставил перед собой цель: создать компактные, но более производительные и экономичные печи, которые резко снизили бы количество потребляемого топлива, а следовательно, и количество выбрасываемых в атмосферу газов.
Вопросом обеспыливания в цементной промышленности давно уже озабочен не один институт. Но в большинстве случаев это были изыскания эффективного фильтра для очистки газов, уходящих из вращающихся печей. Разрабатывались мощные электрофильтры, пылеуловители с множеством рукавов из различных тканей, остроумнейшие ловушки. Однако кардинального решения не находили.
Институт цементного машиностроения взялся за такую задачу почти со дня своего основания, т.е. с 1959 г. Была организована патентная группа для тщательного изучения мирового опыта. Систематизировались микропленки, патентные описания, авторские свидетельства. Параллельно отдел печей и теплообменных устройств вел эксперименты.
Одна за другой отпали схемы, уже разработанные иностранными фирмами. Все более становилось очевидным, что проторенного пути нет. Поиск возглавил заведующий лабораторией кандидат технических наук Н. Н. Шепелев, вскоре подключился инженер А. П. Волов.
Рассматриваются сотни всевозможных вариантов, составляются программы для счетно-решающей машины, ведется моделирование. Наконец, готова и просчитана схема: сырьевая мука уже не смешивается с водой, а в сухом виде поступает сверху в несколько установленных ярусом циклонов-теплообменников. Горячие дымовые газы, выходящие из печи, поднимаются навстречу ссыпающейся вниз муке, прогревают ее и подготавливают к спеканию. Здесь, в циклонном теплообменнике, форма которого чем-то напоминает межзвездный корабль, происходит значительная часть того, что раньше совершалось в 130-метровой вращающейся печи. В самой же печи, длина которой уменьшена до 60 м, происходит спекание сырьевой муки в клинкер.
И вот схема принята техническим советом института, ее работоспособность подтверждена на действующих моделях.
Я побывал в г. Катав-Ивановске, где на цементном заводе была испытана печь конструкции ВНИИцеммаша.
Этажерка с циклонами взметнулась высоко в небо. В топке бушует нестерпимой яркости пламя. Белые от жара орешки клинкера рекой текут навстречу обжигающему факелу.
У каждой технической новинки свои "детские болезни". Были они и у вращающейся печи оригинальной конструкции. Но главный результат налицо: еще не кончился пусковой период, а наши стройки уже получили от щедрой печи сотни тонн высококачественного цемента. "Изюминка" печи -- циклон-теплообменник. Эффект, от его применения превзошел ожидания: 50 т сырья в час, превращенного мельницами в тончайшую пудру, он улавливает и нагревает до 300 с лишним градусов. Клинкер получен, что называется, с первого предъявления.
Тогда же в Тольятти я видел действующую модель новой установки. В отличие от той, что работала в Катав-Ивановске, высота ее ступеней ниже, а степень очистки газов и производительность по обжигу клинкера значительно выше. Научно-технические изыскания помогли попутно создать самые различные новинки: оригинальные пневмонасосы, пробоотборники, устройства для ввода цементной сырьевой муки в циклонные теплообменники, охладители для клинкера. В других отделах института изобретены и уже работают эффективные электрические и центробежные сепараторы, мельницы, элементы вращающихся печей.
