Так что считать этот вопрос решенным рано. Любая временная мера остается временной. Однажды я решил попытаться заменить лом воздушной струей. Вообще-то, сжатым воздухом разбивать своды уже пробовали, но в данном случае задача была посложнее -- нужно было отвести от основного потока только небольшую его часть и направить в конус циклона.
Сначала мысль показалась чуть ли не абсурдной: то, что удавалось при отборе проб пыли из газохода, размеры которого не превышали 1 м, вряд ли могло пригодиться в многометровом циклоне, применяемом в качестве конечного теплообменника в цементном производстве. Чтобы не промахнуться, решили строить прозрачную модель. Для начала из оргстекла построили двухметровую модель обычного циклона и испытали ее на сырьевой муке. При производительности 2300 м3/ч и сопротивлении 90мм вод. ст. коэффициент полезного действия установки составил 88%. Через полчаса работы в конусной части циклона уже начал образовываться свод. Коэффициент полезного действия стал падать. Вторую часть опыта проводили уже с установленным по оси циклона трубопроводом, ответвленным из входного патрубка. Вот тут-то и произошло чудо! Одна часть запыленного потока стала описывать характерную для циклонного процесса траекторию, а другая -- как в описанном ранее пробоотборнике -- пронзила пылевой поток и образовала интенсивный отбор пыли из вихря в бункер. Перепад давления между входным патрубком и конусной частью циклона был настолько велик, что через центральную трубу сверху вниз пылевой поток буквально бомбардировал воронку, соединяющую циклон с бункером. Мы нарочно пытались образовать свод и подавали в циклон пыль небывало большими дозами, но эффект осевой струи был сильнее. Свод не образовывался ни при каких обстоятельствах. Мало того, при всех прежних данных производительность циклона возросла до 2800 м3/ч, сопротивление снизилось до 78 мм вод. ст., а коэффициент полезного действия повысился до 93%. Стоимость реконструкции грошовая -- кусок изогнутой трубы и четыре прутковые расчалки, чтобы устье трубы было направлено точно на воронку.
Сейчас уже испытаны почти все возможные варианты взаимодействия центральной трубы с циклоном. Эффект -- неизменно положительный. В некоторых случаях такая реконструкция позволит заменить вторую ступень очистки -скруббер, или рукавный фильтр.
ЧЕТЫРЕХУГОЛЬНЫЙ ЦИКЛОН
Долгие годы на улицах оседали зола и пыль, вырывавшиеся из труб котельной столичного завода "Галалит", пока в один прекрасный день не исчезли благодаря золоуловителю системы Ярина. Среди многочисленных конструкций фильтров циклон, созданный Яриным, пожалуй, самый простой (рис. 4). Он работает на естественной тяге, создаваемой трубой. Такую установку можно сделать в любой механической мастерской с минимальными затратами труда и средств.
Заслонка в трубе направляет дым через отводящий патрубок в золоуловитель. Здесь он попадает в своеобразный лабиринт, образованный тремя конусами, соединенными между собой сваркой. Совершая спиральные витки, газ движется вверх к выхлопной трубе. Твердые частицы пыли, удельный вес которых больше, чем у газа, под действием центробежной силы ударяются о стенки лабиринта и падают в бункер. Очищенный же от золы газ беспрепятственно возвращается в трубу.
Эффективность пылеулавливания новым циклоном выше 90%. Это позволяет ему иногда конкурировать с дорогими установками. Эксплуатация золоуловителя Ярина настолько проста, что запуск его не потребовал ни одной дополнительной штатной единицы.
Рис. 4. Квадратный циклон:
1 -- корпус; 2 -- входной патрубок;
3 -- выходной патрубок; 4 -- ось
спирали; 5 -- спираль; 6 -- затвор
"МАТРЕШКА" ЛОВИТ ПЫЛЬ
Много лет тому назад загорский токарь Звездочкин выточил первую матрешку. Милая-веселая игрушка быстро завоевала мир. Свой многоступенчатый циклон изобретатели назвали "матрешкой". Почему? Сейчас я постараюсь это объяснить.
Циклон -- аппарат известный. Полый цилиндр с конусным днищем и тангенциальным вводом -- самое простое и надежное устройство для очистки запыленного газа.
Чем же он хорош?
Рукавный фильтр, колонна, заполненная кольцами Рашига, кассеты с электростатической тканью -- все это очень эффективные устройства, но стоит их привести в действие, как сопротивление проходу воздуха начинает расти. Если своевременно их не прочистить, они быстро забиваются пылью. Имеют недостатки и другие устройства -- промывные оросительные камеры, ультразвуковые коагуляторы, электрофильтры, барботажные аппараты и инерционные пылеуловители. Они эффективны лишь при одном заданном режиме. Предельная скорость газа для этих устройств-- 1,5--2 м/с.
Прямо скажем, скорость не современная. Ну а старый, добрый циклон в этом отношении молодец. Прежде всего, сколько бы он ни работал, сопротивление его остается неизменным. Пыль в нем ведь не задерживается. И как бы ни увеличивали скорость входа запыленного газа в циклон, эффективность его не снизится.
Правда, есть и в классическом циклоне своя ахиллесова пята. Та самая центробежная сила, которая так полезна для выделения пылинок из потока, вредно влияет на окончательный выход пылинок из циклона. Дело в том, что воздух тоже имеет свою массу, и при вращении в циклоне частицы воздуха, как и пылинки, стремятся к стенкам. В центре циклона возникает разреженное пространство. Оно располагается по вертикальной оси циклона от трубы для входа очищенного воздуха до пылевыпускного отверстия. Вот это разрежение и есть ахиллесова пята. Оно захватывает часть пыли, выходящей из нижнего отверстия. Образуется нечто подобное смерчу в пустыне, и от 5 до 50% пыли выносится не туда, куда нужно.
Снова и снова мысли изобретателей возвращаются к классическому, сухому, циклону. А что если?..
Напомним диалектику этого устройства: центробежная сила улавливает пыль, но она же и выносит уловленные частицы из пылеуловителя. Наша задача -использовать ту же -центробежную силу для предотвращения выноса уловленных частиц. Добиться того, чтобы смерч работал против смерча. Так родилась идея многоступенчатого циклона-"матрешки". Его авторы взяли простой циклон и поместили внутрь его другой, столь же простой циклон, без всяких перегородок, с открытым нижним отверстием. Получилось как раз то, что нужно. Запыленный воздух во внешнем циклоне вращается обычным путем, потом входит через зазор между конусами внутреннего циклона в его полость и начинает кружиться там.
Внутри второго циклона можно поставить еще один или несколько циклонов, а движение воздуха останется прежним. Появится и разреженное пространство. Но это уже не страшно -- оно будет работать на нас. Разрежение, которое создавало смерч и выносило уловленную пыль из циклона, теперь вытягивает пыль из пылевыпускных отверстий внутренних циклонов. Такие многоступенчатые циклоны работают на пыли различных удельных весов, различных фракций и конфигураций.
Теперь можно смело строить циклон без скрупулезных расчетов его диаметра и высоты.
Скажем, нужна такая-то производительность. Берете циклон с одной вставкой. Поставили, включили. Ловит? Хорошо! Если из него вылетает пыль, ставьте внутрь еще точно такую же вставку -- места в трубе достаточно.
Хорошо бы наладить выпуск циклонов на одном из заводов вентиляционного оборудования. Тогда предприятия могли бы купить столько циклонов и вставок, сколько им потребуется. А пока приводим чертеж циклона-"матрешки" (рис. 5). Диаметр трубы циклона нужно принять в зависимости от производительности, все остальные размеры связаны с диаметром.
Из чего делать циклоны? Из чего угодно. Из кровельного железа, из оцинковки, из листовой полуторамиллиметровой стали, из винипласта.
Только одно условие: избегайте неровностей на внутренних стенках конусов, сварные швы и вмятины ухудшают эффект пылеулавливания. А вообще-то мы делали циклоны и со швами, все равно 99% пыли они вылавливают.
Сопротивление циклона можно определить, умножив скоростной напор на коэффициент сопротивления циклона. Этот коэффициент мы получили опытным путем, он равен: для циклона с одной вставкой -- 4,6, с двумя вставками -- 7,2. На каждую последующую вставку к этому коэффициенту нужно прибавлять 1,7.
