Для удаления пыли имеется несколько систем. Наиболее часто в зернохранилищах используется два типа пылеотделителей — циклоны и матерчатые фильтры.
Циклон. Этот вид оборудования используется в течение длительного времени, и в зерновой промышленности накоплен
большой опыт работы с ним. Циклон — тип механического пылеотделителя, в котором для выделения пыли из транспортирующего запыленного воздуха используется центробежная сила. Циклон обычно применяют в качестве самостоятельного аппарата для выделения пыли, как предварительный пылеотделитель в более эффективных системах сбора пыли и (или) в качестве пылеотделителя в системах пневматического транспортирования, где транспортирующей средой является воздушный поток.
Основные преимущества — низкая стоимость, незначительное ремонтное обслуживание и небольшое падение давления. Недостаток циклонов состоит в том, что они не могут использоваться (Для осаждения тонких или очень легких частиц. Коэффициент очистки воздуха в циклоне достигает только 60—90 % в зависимости от ряда факторов, включая размер и массу частиц пыли, скорость воздуха внутри циклона и атмосферные условия; неизбежно определенное количество пыли выходит в атмосферу. Конструкцию циклона можно разделить на две основный группы в зависимости от эффективности выделения более мелких частиц пыли: распространенный циклон малого сопротивления и высокоэффективный циклон, в котором более высокие центробежные силы оказывают влияние на частицы пыли в воздушном потоке. Центробежная сила является функцией окружных скоростей и углового ускорения.
Циклоны имеют конусообразную форму и изготовлены из мягкой прочной стали. Вблизи днища основного конуса рекомендуется размещать воздухонепроницаемый откидной смотровой люк. В закрытом состоянии внутренняя поверхность люка должна быть чистой и его устанавливают заподлицо со стенкой циклона без внутренних выступов.
Выпуск пыли из циклона обычно осуществляется вращающимся шлюзовым затвором, который действует как поворотная заслонка. Это позволяет продукту выходить из бункера, но ограничивает поток воздуха. Повышение эффективности очистки воздуха от пыли может быть достигнуто:
- увеличением скорости входа запыленного воздуха в конус циклона;
- использованием отражателя или другого конструктивного решения;
- использованием ряда циклонов небольшого диаметра, установленных параллельно;
- последовательной установкой различных циклонов.
Матерчатые фильтры. Это наиболее популярная система, которая в настоящее время заменяет циклоны. Матерчатый фильтр значительно более эффективно очищает воздух от пыли. Он выделяет крупные, а также очень мелкие и очень легкие частицы из потока воздуха с помощью рукавов и встряхивающего механизма. Можно ожидать, что хорошо сконструированные, надлежащих размеров и правильно эксплуатируемые фильтры будут иметь эффективность очистки около 99 % в расчете на массу. Ткань служит как пористый материал, через который проходит воздух. Она может быть тканой, нетканой или из фетра.
Проведены значительные исследования эффективности очистки различных типов тканей. Тяжелый нетканый или фетровый материал более эффективен, чем тканый, так как пустоты или поры в фетровой ткани меньше. Эффективность очистки с помощью любой ткани можно повысить использованием волокон меньшего диаметра, большой массой волокна на единицу поверхности ткани и более плотным плетением.
По мере того как фильтрующий эффект ткани повышается этими способами, способность к ее очистке и проницаемость уменьшаются. Высокоэффективная, но плохо очищающаяся ткань представляет избыточное сопротивление воздушному потоку. Об эффективности ткани как фильтрующей массы имеет смысл говорить только в том случае, если берут новую ткань и впервые используют в работе. После определенного времени эксплуатации выделенные частицы пыли, застрявшие в ткани, улучшают работу фильтра, повышая эффективность очистки. В зависимости от числа частиц и времени между очисткой рукавов может получиться так, что фактически вся фильтрация воздуха осуществляется ранее выделенными частицами или слежавшейся пылью, а не самой тканью.
Даже сразу же после очистки фильтра оставшаяся и (или) повторно выделенная слежавшаяся пыль обеспечивает дополнительную фильтрующую поверхность и более высокий коэффициент очистки, чем новая ткань.
Промышленность выпускает матерчатые фильтры в виде рукавов из тканых или нетканых материалов или плоских прямоугольных элементов в форме конверта или плоского мешка. Ткань выбирается в зависимости от ее механических и химических свойств.
Для оценки фильтра используют отношение общего количества воздуха, подлежащего очистке в фильтре, к общей поверхности ткани фильтра (м3/м2). Выбирая размер матерчатых фильтров,
преследуют цель обеспечить достаточную фильтрующую поверхность, чтобы работа фильтра проходила без излишнего падения давления. Величина фильтрующей поверхности зависит от многих факторов, включая тип ткани и отделку поверхности, способность отделения пыли, порозность слоя пыли, концентрацию пыли в транспортирующем потоке воздуха, вид очистки и интервал очистки, распределение воздушного потока внутри коллектора, температуру и влажность воздушного потока.
Используют следующие величины отношения количества воздуха к площади фильтрующей поверхности:
3:1 — для систем с встряхивающими механизмами;
4:1 — для систем очистки воздуха от пыли с продувкой рукавов обратным током воздуха.
Более высокие величины этого показателя могут быть использованы в небольших фильтрах. Однако недостатками последних являются менее эффективное выделение пыли, более короткий срок службы рукавов, потеря давления в фильтре и более высокие затраты энергии.
Матерчатые фильтры бывают периодического и непрерывного действия. Фильтры периодического действия нельзя очищать в процессе их работы; приходится прекращать доступ воздуха во время очистки ткани для освобождения от накопившегося слоя пыли. Эти типы фильтров можно использовать с фильтрующими элементами в виде рукавов или плоских элементов из тканого материала, и обычно они требуют встряхивания или вибрации для очистки.
В фильтрах с рукавами запыленный воздух входит в открытую нижнюю часть рукава, при этом большая часть пыли остается на его внутренней поверхности. Открытые нижние части рукавов крепят к раме, а закрытые верхние части соединяют со встряхивающим механизмом. Пыль, стряхнутая с рукавов, оседает в бункере, расположенном под ними. Так как воздушный поток направляется с внутренней поверхности к наружной, то рукав надувается в процессе эксплуатации и практически не нуждается в опорной раме. При использовании плоских элементов воздушный поток направлен от наружной поверхности к внутренней. Опорой для фильтрующего элемента служит установленная внутри него проволочная сетка или проволочный каркас. Имеется много недостатков, присущих фильтрам периодического действия: они требуют значительной площади для установки, а воздушный поток следует периодически отключать для удаления пыли. По мере накопления пыли на ткани возрастает сопротивление воздушному потоку, и его подача уменьшается, пока не остановится вентилятор и не будут очищены рукава.
Эти проблемы привели к созданию матерчатых фильтров непрерывного действия, в которых каждый рукав очищается периодически без прерывания воздушного потока. Наиболее распространенным решением является модернизация фильтров периодического действия путем установки дополнительных внутренних стенок и автоматических заслонок.
Недостатки фильтров можно преодолеть несколькими путями, некоторые из них приводятся ниже.
а) использование устройств, посредством которых автоматические заслонки периодически выключают из работы одну секцию для очистки, тогда как оставшиеся секции пропускают через себя весь объем воздуха. Чем больше секций, тем более постоянно давление воздуха. Эта система может быть применена для фильтров с плоскими элементами или рукавами, в которых обычно в качестве средства очистки применяется встряхивание;
б) использование обратного потока воздуха низкого давления; при этом очистка осуществляется не за счет удара, а обратным потоком воздуха, что вызывает встряхивание рукава;
в) сочетание встряхивания и обратного потока воздуха;
г) использование обратного пульсирующего потока воздуха; в этом случае отпадает необходимость в большом числе секций и для очистки ткани применяют короткий импульс воздуха высокого давления. В наиболее распространенных конструкциях используется сжатый воздух (фильтры со струйной продувкой), в то время как в других применяют встроенный вентилятор высокого давления. Сжатый воздух должен быть чистым и сухим. Присутствие воды и масла на рукавах фильтра является гибельным; в зонах высокой влажности и непрерывной работы можно рекомендовать более низкую нагрузку на фильтрующую ткань.
Во всех матерчатых фильтрах непрерывного действия пыль собирается на наружной поверхности, и поток воздуха проходит с наружной поверхности рукавов или плоских элементов к внутренней. Фильтрующую среду очищают пульсирующей струей чистого воздуха, подаваемого через отверстие с насадкой в виде трубки Вентури. При обычной эксплуатации рукав или элемент стремятся к изменению формы и требуется опорная сетка. Введение кратковременного потока воздуха высокого давления создает вторичный поток из секции очищенного воздуха в направлении, обратном основному потоку. Очистка осуществляется этим импульсом воздуха высокого давления, быстро надувающим и сдувающим рукав, вызывая его отрыв от опорного каркаса, разрушая слой пыли и отделяя эту пыль от ткани.
Весь процесс проходит приблизительно в течение одной секунды. Соленоидные клапаны, которые контролируют подачу сжатого воздуха, могут быть открыты только в течение доли секунды.
Интервалы очистки регулируются, и очистка бывает значительно более частая, чем при использовании фильтров со встряхивающими механизмами. Благодаря этому очень короткому циклу очистки возможны более высокие скорости фильтрации на фильтрах с обратной продувкой. Однако на всех фильтрах с обратной продувкой ткань находится в секции загрязненного воздуха, и при очистке накопившаяся пыль, которая отделяется с одной поверхности ткани, может снова увлекаться воздухом и оседать на соседней или той же фильтрующей поверхности. Повторное оседание пыли изменяется в зависимости от конструкции фильтра и особенно от схемы распределения потока воздуха в секции неочищенного воздуха. Решение этой проблемы состоит в уменьшении скорости выходящего потока путем снижения нагрузки на фильтрующую поверхность.
Благодаря повышению эффективности очистки до 99 % этот тип фильтра стал преобладающим в борьбе с выделением пыли в окружающую среду. Однако системы с матерчатыми фильтрами более сложны и требуют значительно больше внимания при эксплуатации и профилактическом обслуживании, чем простой циклон.
Последовательная установка циклона и матерчатого фильтра. На первом этапе этого варианта циклон используется в качестве средства предварительной очистки, которое удаляет тяжелые и более крупные частицы пыли. Второй этап — матерчатый фильтр, в котором выделяются из воздушного потока оставшиеся более легкие и мелкие частицы пыли.
На некоторых предприятиях более крупные частицы, выделяемые в циклоне, повторно вводятся в зерновой поток, тогда как более мелкие частицы, собираемые матерчатым фильтром, — более сухие и более взрывоопасные, — транспортируются в бункер для пыли, расположенный на расстоянии от элеватора, и никогда не возвращаются в зерновой поток.
Считается, что использование такой комбинированной системы борьбы с пылью сводит до минимума возможность взрыва пыли. Однако опыты показали, что эта теория неточна из-за следующих недостатков:
сопротивление циклона увеличивает на 15—20 % общее потребление электроэнергии;
матерчатый фильтр будет действовать менее эффективно при поступлении в систему только тонких частиц пыли; фильтрующая масса (ткань и слой пыли) для обеспечения надлежащей очистки требует смеси частиц различный размеров (если на поверхности ткани оседают только тонкие частицы, они будут заполнять поры ткани, ограничивая эффективность очистки, увеличивая сопротивление фильтра и уменьшая количество пропускаемого воздуха);
большая доля мелких частиц выделяется циклоном и возвращается в зерновой поток; теоретически циклон выделяет только более крупные частицы — это означает, что 90 % частиц имеют размер более 20 мкм и 50 % частиц — более 3 мкм. Это, вероятно, вызвано сцепляемостью мелких и крупных частиц и (или) мелких частиц с мелкими.