тивление циклонов, а степень пылеулавливания
повышалась крайне мало, а то и вообще становилась меньше. Поиск велся все время
в области циклонных камер: очень уж заманчивым казался циклонный эффект.
Построить модель с вихрем в круглом корпусе легче легкого. Провести испытания
пробы пыли на предмет улавливания в циклоне тоже несложно. Циклоны прекрасно
показали себя и как пылеуловители, и как теплообменники, и как разгрузители
пневмотранспорта, и даже как топочные устройства. Циклонный эффект возникает в
очень большом диапазоне скоростей -- от нескольких метров до нескольких десятков
метров в секунду. Поток запыленного, воздуха, войдя в циклон со скоростью всего
лишь 5 м/с, может создать в его конусной части вихрь, а при уменьшении- радиуса
вращения за счет сохранения массы движения в нижней части конуса скорость
достигнет своего максимального значения.

Но есть целый
ряд областей техники, куда циклон внедрить почти невозможно. В нем нельзя
улавливать легкие и пушистые частицы. Следовательно, циклону заказано внедрение
в текстильной и легкой промышленности. Циклон не ловит сажу. Вот и еще одно
"табу". Он пропускает слишком большое количество мелких фракций при очистке
воздуха от литейной пыли и еще, и еще... И все же циклон, несмотря на все свои
недостатки, продолжает оставаться на вооружении в пылеулавливании.



ВОДА ПОМОГАЕТ УДЕРЖАТЬ ПЫЛЬ



Во Всесоюзном
теплотехническом институте решили подавать на стенки циклона воду. Пылинки,
коснувшись стенки, не могут больше от нее оторваться. Для этого устанавливают
несколько форсунок носиками по ходу вращения потока. Вода смывает пыль,
выделяющуюся из вихря, и сливается через нижнее отверстие устройства.

Этот аппарат
называется "цетробежный скруббер ВТИ". Он применяется и на тепловых электростанциях,
и на химических заводах.

У
центробежного скруббера есть один недостаток -- большой расход воды: 0,25 л на 1
м3 очищаемого газа. Если производительность скруббера 100 тыс. м3 газа в час,
то для его очистки требуется подавать за тот же час более 20 тыс. л воды -- это
целая река. Вода в скруббере загрязняется. Для ее очистки нужно строить
огромные отстойники, тратить энергию на перекачку пульпы, проводить
трубопроводы.

Существуют и
другие устройства, работающие на центробежном принципе. Одно из них --
ротационный пылеуловитель, самый компактный аппарат для очистки газа. Все
устройство для улавливания пыли расположено внутри вентилятора. В центробежном
вентиляторе воздух вращается с очень большой скоростью. Следовательно, с
пылинками там происходит то же, что и в циклоне. Нужно только суметь их
уловить.

Концы
лопастей ротора вентилятора можно изогнуть так, что частицы пыли, которые
попадут на них, как по желобу, вылетят в бункер.

В последнее
время разработано много таких пылеуловителей, но применяются они тогда, когда
обычный циклон или скруббер поставить негде. Несмотря на компактность и высокую
эффективность очистки воздуха, ротационный пылеуловитель -- несовершенное
устройство. Расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 запыленного газа в нем
составляет 2,5 кВт-ч. Изгибание лопастей снижает коэффициент полезного действия
самого вентилятора.

Многоступенчатый
циклон --это не что иное, как реконструированный классический циклон, известный
много десятков лет. Но очистка газа в нем не ограничивается только вихрем во
внешнем цилиндрическом корпусе. Тридцать пять лет назад французский инженер
Жозеф Ранк, исследуя модель обычного циклона, заметил, что в центре вихря
температура, а следовательно, и давление значительно ниже, чем у краев. Вот
почему часть пыли, вращающаяся в конусной части циклона, засасывается обратно в
центр и вылетает в трубу. А нельзя ли использовать это явление для увеличения
эффективности действия циклона?

В выбросной
трубе циклона была установлена конусная вставка с закрепленным патрубком. Между
вставкой и патрубком вварили косые направляющие лопатки. Получился еще один
циклон, в который газ поступал после завершения первого цикла во внешнем
корпусе. Дополнительный корпус стал вылавливать из газового потока частицы,
которые не успел поймать внешний корпус.

Конусная
часть внутренней вставки циклона соединяется воздуховодом небольшого диаметра с
всасывающим патрубком вентилятора, который гонит в циклон пыль. А если на этом
воздуховоде поставить еще маленький циклон, то система будет не только ловить
пыль, но и сортировать ее по фракциям. Во внешнем корпусе будет улавливаться
крупная пыль, а в маленьком циклоне-- мелкая.

Вихрь
укрощен. Новый циклон имеет и небольшое сопротивление, и высокую эффективность.
В нем улавливается до 99% пыли с диаметром частиц до нескольких микрометров.
Многоступенчатые циклоны используют в системах пневмотранспорта коксохимических
заводов, целлюлозно-бумажных
комбинатов и котельных,   работающих
на угольной пыли.

Но в газах
часто содержится пыль с гораздо меньшими частицами. Есть пылинки, масса которых
настолько мала, что центробежная сила не оказывает на них воздействия,
достаточного для их выделения из потока. В таких случаях пылинки нужно
укрупнять.



УЛЬТРАЗВУК  И ПЫЛИНКИ



Когда колонны
демонстрантов идут по улицам, как ни странно, пыли в воздухе становится меньше.
Английский ученый Алан Кроуфорд объясняет это тем, что разнобой голосов создает
ультразвук, который не дает пыли подниматься в воздух. Аналогично работают и
акустические пылеуловители. Если генератор ультразвука установить в
пылеосадочной камере, эффективность ее действия возрастает в сотни раз.
Пылинки, которые и без того участвуют в беспорядочном броуновском движении, под
действием ультразвука начинают усиленно ударяться друг о друга. При этом они
сливаются, и размер их увеличивается. Это остроумное устройство, но, кроме того
что ультразвуковой пылеуловитель "шумит", у него есть еще один недостаток:
расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа составляет 3 кВт-ч. Поэтому
акустические пылеуловители ставят для улавливания только очень ценной и тонкой
пыли, например на свинцовых и бронзо-плавильных заводах. Если же ультразвуком
улавливать не свинец, не бронзу, а, например, обычную суперфосфатную пыль, то
стоимость ее будет в несколько раз меньше стоимости электроэнергии, затраченной
на создание ультразвуковых волн. Но если выделяется очень тонкая и вредная
пыль, то, конечно, с расходами не считаются.



КОРОННЫЙ  ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ



Иногда вокруг
проводов линии электропередачи можно увидеть голубовато-фиолетовое свечение --
корону. Коронный разряд образуется и между электродами в электрофильтрах, к
которым подведено высокое напряжение. Под действием коронного разряда в газе
образуется большое количество ионов и свободных электронов и возникает ток.
Когда загрязненный пылью газ пропускают между злектродами электрофильтров,
заряженные частицы газа, двигаясь по силовым линиям электрического поля, по
пути захватывают с собой частицы пыли или тумана, находившиеся в газовом
потоке, и доставляют их к электроду.

На этом
принципе основана работа промышленных электрофильтров. Положительный электрод
здесь -- пластина или труба. Отрицательный коронирующий электрод -- проволока --
устанавливается по центру трубы или рядом с пластиной. Время от времени
электроды встряхиваются и пыль с них осыпается в бункер. Для этого, правда,
необходимо остановить фильтр, иначе пыль с потоком газа уйдет в атмосферу.

А вот в новой
конструкции электрофильтра фирмы "Хаудел" электроды очищают во время фильтрации
газа. В цилиндрическом корпусе, как соты, расположены металлические трубы; по
их оси подвешены коронирующие электроды. Подвижный сектор, напоминающий раструб
граммофона, медленно вращается электродвигателем, постепенно накрывая то одну,
то другую группу труб. К раструбу подключены циклон и мощный вентилятор.
Проходя над трубами, раструб высасывает осевшую на электродах пыль.

Расход
электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа в электрофильтрах составляет всего 0,2
кВт. Электрофильтры установлены на сажевых, графитных, суперфосфатных заводах.
И все же они до сих пор не нашли достаточно широкого применения. Дело в том,
что строительство электрофильтра довольно дорого, сам он громоздок, а для
эксплуатации его сложного электрооборудования нужен высококвалифицированный
персонал.

А нельзя ли
построить такой электрофильтр, в котором совсем не будет электрооборудования?

Древнегреческий
ученый Фалес Милетский, заметив, как к веретену, на котором пряла его дочь,
прилипала тоненькая нитка, открыл свойство янтаря наэлектризовываться.
Некоторые пластмассы обладают похожими свойствами.

Химики
создали новый фильтрующий материал из ультратонких синтетических волокон --
ткань ФП. Этот материал обладает и гидрофобностью, и хорошими фильтрующими
свойствами.

Но
сопротивление такого фильтра нестабильно, и, кроме того, он неприменим при
высокой температуре. Поток, в котором много пыли, быстро забивает пористый
слой, и сопротивление его возрастает, а горячий газ может расплавить ткань.
Этот фильтр широко применяется в лабораториях, где работают с радиоактивными
веществами, в цехах сборки особо точных приборов -- везде, где на счету каждая
пылинка. А как же быть, если пыли в потоке газа очень много и температура его
довольно велика?



НАШ БАРБОТАЖ



О том, что
бороться с пылью нужно с помощью воды, знает любая хозяйка. А вот на
предприятиях этот вопрос еще обсуждается. Врачи санэпидстанций требуют
поставить в пыльном цехе мокрый пылеуловитель. Начинается томительный диалог
между администрацией и врачом.

--
Гидравлический воздухоочиститель нам не подходит. Его сложно эксплуатировать.
Не лучше ли поставить какой-нибудь сухой пылеуловитель типа тканевого мешка?

-- Нет, не
лучше. Ткань забьется пылью и перестанет фильтровать воздух. Нужно применять
воду.

Применять, но
как?

Сотни лет
назад на Востоке курили длинную камышовую трубку с высушенной дыней на конце --
чилим. В дыню наливали воду, и дым, прежде чем попасть в легкие курильщика,
пробулькивал через нее. Наверное, это был самый первый и самый простой
газоочиститель барботажного типа.

В прошлом
столетии механик-самоучка Петр Гуров писал на имя управляющего Деминской
мануфактуры: "А еще доношу Вашему Высокоблагородию, что замечено мною в дни
весеннего стояния воды, когда пыльный подвал прядильной фабрики до половины был
залит водой, улавливание пыли в нем происходило куда как чисто. По своему
разумению мы дверь из пыльного подвала открыли, и воздух, что машины в него с
пылью качали, в цех выпустили. Оттого было в цеху чище и прохладней, и волокно
не летало и нить не рвалась".

Казалось бы,
вот он, случай. Сама природа услужливо подсовывает его в руки инженера. Однако
прошло более 50 лет, прежде чем...

В анналах
бюро патентов сохранилась привилегия, выданная в 1908 г. технику А. Г.
Лопатникову на устройство для вылавливания твердых частиц из газового
(воздушного) потока. Устройство состояло из емкости с входным и выходным
патрубками, перегороженной переборкой, не доходящей до дна на 20 дюймов. В
емкость заливалась вода, и газ, чтобы пройти из одного патрубка в другой,
вынужден был подныривать под перегородку. Примерно так выглядел первый водяной
фильтр для запыленного воздуха. Позже устройство это назвали барботером. Не
правда ли, в этом газоочистителе много общего с затопленным пыльным подвалом, о
котором "доносил по начальству" механик Гуров?

Есть
предприятия, на которых улавливание пыли не просто требование санитарии, а
основной технологический процесс. Например, заводы, выпускающие сажу для шинной
промышленности. В их печах сжигают жидкое топливо при большом недостатке
воздуха. Черный коптящий факел охлаждается водой, и продукт сгорания поступает
в электрофильтры. Здесь сажа притягивается к электродам и периодически
стряхивается в бункер.

Самую тонкую
сажу электрофильтры, к сожалению, уловить не способны. Поэтому вокруг заводов и
зимой и летом было черно. Только одну весеннюю неделю листва радует глаз
зеленью. И кто знает, сколько бы времени так продолжалось, если бы не случай.

Произошла
авария. Между электродами электрофильтра проскочила искра. Газ взорвался.
Фильтр поставили на ремонт, а инженер и техник сели за чертежные доски.

Требовался
очень простой и очень эффективный пылеуловитель, и на сей раз безопасный в
обращении.

А что если
попробовать древний азиатский чилим?

Для опыта
потребовались ванна, решето и пылесос. Обечайка решета была опущена в воду, а
под сито подвели шланг, соединенный с нагнетательным патрубком пылесоса. Кран
ванны открыли так, чтобы струйка все время лилась на сито. Приготовились...

Три, два,
один, пуск!

Взвыл
пылесос, и над решетом забурлила вода. В качестве опытной среды во всасывающий
патрубок пустили зубной порошок, крахмал, пудру, детскую присыпку,





Рис.   1.
Простейший барботер:

1 -- корпус; 2
-- входной патрубок; 3 -- выходной патрубок; 4 -- перегородка с козырьком; 5 --
вторая перегородка



Эффект
потрясающий! Ни пылинки не прошло через бурлящую водяную завесу.

Остальное
свелось к обычной конструкторской разработке. Несколько листов ватмана -- и
проект барботажного аппарата был готов.

Но почему все
же произошел взрыв? Ведь газ, проходящий через электрофильтр,-- продукт сгорания
жидкого топлива? Чему же в нем было взрываться? Анализ, произведенный в
калориметрической бомбе, показал, что теплотворная способность 1 м3 газа,
выходящего из сажекоптильной печи, составляет около 500 ккал.

"Fie попробовать ли дожигать этот газ в обычной
топке?" -- решили работники Ярославского сажевого завода. Газ, прошедший очистку
в барботажном аппарате, направили трубопроводом прямо в котельную...

Ну а как же
наш барботер? Он действовал исправно. Исправно, значит, без дефектов? Нет, один
маленький недостаток в работе пылеуловителя оставался. Вода... Слишком много
воды требовалось для очистки газа. Она льется на решето, а газ выходит из ячеек
и заставляет воду бурлить. Получалось, что чем лучше нужно очистить газ, тем
больше воды необходимо подавать на решето. Но ведь чем больше воды загрязнится
при барботаже, тем труднее ее осветлить. Сам по себе небольшой пылеуловитель
обрастал длинным хвостом громоздких водоосветлительных устройств (рис. 1).

Барботажно-вихревой
пылеуловитель системы инженера С. Морозова прекрасно объединял в себе и очистку
газа, и осветление воды. Как и устройство Лопатникова, камера разделена
перегородкой, но только не простой, а фигурной. Газ, проходя над зеркалом
жидкости, залитой в пылеуловитель, захватывает с собой влагу и поднимает ее на
верхнюю ступень. Здесь газ отсасывается вентилятором, а жидкость по трубам
стекает в бак -- там-то и отделяется от нее уловленная пыль. Осветленная
жидкость вновь подается в пылеуловитель и совершает тот же круговорот.

Кандидат
технических наук А. А. Курников сконструировал барботажный пылеуловитель с
отдельным водоосветлительным устройством.



ВОЛНА ЛОВИТ ПЫЛИНКУ



Недавно были
изобретены и применены новые пылеуловители -- ротоклоны. Газ в них очищается
водой. В корпусе смонтирована фигурная перегородка с зазором, делящая
пылеуловитель на две части.

Запыленный
газ, проходя через зазор между перегородками, с большой скоростью перемещается
над зеркалом налитой в пылеуловитель воды. Газ, как ветер на море, гонит перед
собой волну. Эта волна и запыленный газ создают пылегазоводяную смесь. Контакт
газа и воды настолько тесен, что пыли в нем почти не остается. Она вся
переходит в воду.

После этого
газ отсасывается вентилятором, а вода с уловленной пылью сливается в нижнюю
часть ротоклона. В нем можно очищать газ от мелкодисперсной, гидрофобной пыли и
от легкосмачивающейся. Температура очищаемых газов может достигать 200°, а
расход воды в ротоклоне ничтожен: она циркулирует по замкнутой системе. Правда,
такие пылеуловители недостаточно компактны, и производительность их ограничена.
На 1 м длины щели между перегородками нельзя подавать больше 3 тыс. м3 газа в
час.

А что если
свернуть щель для прохода газа кольцом? Тогда у потока не будет краев,
следовательно, не будет и не заполненных водой углов, неизбежных при
прямоугольном отверстии для стока воды. Диаметр круглого пылеуловителя будет в
3,14 раза меньше, чем длина ротоклона. Это тоже удобно.

Такую
конструкцию создали и назвали гидродинамическим пылеуловителем (рис. 2). Он
улавливает и тонкую серебряную пыль, и порошок суперфосфата, и волокнистую
пыль, и мельчайший тальк.

Гидродинамические
пылеуловители работают на производственном объединении "Минудобрения", на
Московском чугунолитейном заводе имени Войкова и в других местах. Они
улавливают пылинки размерами до 1 мкм, а расход электроэнергии на очистку 1
тыс. м3 газа не превышает 0,3 кВт • ч. Они достаточно компактны, просты и
надежны. Можно сказать, что на сегодня -- это самая универсальная конструкция
очистителя газов. Она, правда, неприменима, если газы загрязнены аэрозолями или
если ценность пыли снижается после ее смачивания. Но ведь для аэрозолей
существуют ткань ФП и электрофильтры, а для сухого улавливания обычной пыли
можно применить и многоступенчатый циклон.

Было
разработано еще одно пылеулавливающее устройство. Это барботер -- тот же сосуд с
перегородками, только сделать его проще простого. Стоит ли объяснять, как
согнуть из листового железа ящик и вварить в него две перегородки, а к верхней
перегородке приделать козырек. Но, несмотря на простоту, ящик этот не уступает
по эффективности действия ни одному самому сложному барботеру.

Запыленный
воздух нагнетается вентилятором в одну полость ящика и давит на зеркало воды,
понижая его. Потом он пробулькивает в зазоре между перегородками. Вода в этом
устройстве постоянно циркулирует из одной полости в другую. Дело в том, что во
время пробулькивания часть воды в виде пены попадает из вход







Рис.   2. Гидродинамический пылеуловитель:

1 -- корпус;.
2 -- входной  патрубок;  3 -- выходной патрубок; 4 -- кольцевое сопло;
5 -- чаша; 6 -- шламовый   затвор

ной полости в
выходную. Она повышает уровень в выходной полости, и вода через зазор между
дном и нижней перегородкой проходит во входную полость. В этом весь секрет
хорошей очистки воздуха.

Ну а пыль из
воды извлекают раз в неделю обычной лопатой через верхний люк.

Тканевые
фильтры -- одно из самых простых и надежных воздухоочистительных устройств.
Марлей закрывают хозяйки окна квартиры, если на улице пыльно. Широкими
полотнищами закрывают нижнюю часть лица погонщики верблюдов...

Современный
промышленный фильтр из ткани выглядит, конечно, несколько иначе. Установлено,
что любой тканевый фильтр имеет свою предельно допустимую "нагрузку по
запыленному воздуху". То есть 1 м2 натянутой поперек воздушного потока ткани
может пропустить ограниченное количество воздуха. Например, на 1 м2 шерстяной
фланели допускается нагрузка в 250-- 300 м3/ч воздуха, содержащего пыли не
больше 100 мг/м3. Если, скажем, стоит задача очищать воздух, нагнетаемый
вентилятором производительностью 5 тыс. м3/ч, то потребуется полотнище площадью
20 м2. Как же установить такую большую по площади ткань на пути воздушного
потока?

Еще на заре
мануфактурного производства рекомендовалось располагать ткань в "пыльных
подвалах" зигзагообразно. Запыленный воздух проходит сквозь ткань и оставляет
на ней слой пыли. Слой этот с каждым часом растет, и проход воздушному потоку
постепенно затрудняется. Необходима чистка фильтра. Люди берут палки и щетки и
начинают очищать уловленную пыль. Кому приходилось чистить ковровые дорожки,
тот приблизительно знает, что это за работа... Во время чистки к тому же легко
повредить и саму фильтровальную ткань. Поэтому на некоторых заводах ее заменяют
металлической сеткой.

Ловят пыль и
мешочным фильтром. Устройство его напоминает бытовой пылесос. К нагнетательному
воздуховоду вентилятора присоединяются мешки, с