B01D50/00 Комбинированные способы отделения частиц от газов или паров
Автор(ы):
Возмилов Александр Григорьевич (RU) , Власов Максим Владимирович (RU) , Мишагин Виктор Николаевич (RU) , Смолин Николай Иванович (RU) , Еськова Светлана Михайловна (RU)
Патентообладатель(и):
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия» (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к системам очистки воздуха от пыли, в частности к системам очистки вытяжного воздуха от пыли в животноводческих и птицеводческих помещениях. Двухступенчатая система очистки вытяжного воздуха включает два пылеуловителя, расположенные в одном корпусе с входящим и выходящим патрубками. Первый пылеуловитель имеет перфорированные листы, установленные в его начале и конце, между которыми расположены горизонтальные полки, прикрепленные к корпусу, а второй пылеуловитель представляет собой электрофильтр, состоящий из осадительных электродов, установленных вертикально и выполненных в виде прямоугольных пластин, между которыми расположены коронирующие электроды, прикрепленные к корпусу изоляторами. Технический результат: обеспечение эффективной очистки воздуха от частиц пыли, в том числе и мелкодисперсной. 1 ил.
Формула изобретения
Двухступенчатая система очистки вытяжного воздуха, включающая два пылеуловителя с входящим и выходящим патрубками, отличающаяся тем, что пылеуловители расположены в одном корпусе, первый пылеуловитель имеет перфорированные листы, установленные в его начале и конце, между которыми расположены горизонтальные полки, прикрепленные к корпусу, а второй пылеуловитель представляет собой электрофильтр, состоящий из осадительных электродов, установленных вертикально и выполненных в виде прямоугольных пластин, между которыми расположены коронирующие электроды, прикрепленные к корпусу изоляторами.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам очистки воздуха от пыли, в частности к системам очистки вытяжного воздуха от пыли и микроорганизмов в животноводческих и птицеводческих помещениях.
Известно устройство для очистки газа от пыли (RU 2336953 С1, МПК В04С 9/00 (2006.01), B01D 50/00 (2006.01), 2007126395/15, 12.07.2007), включающее вентилятор, трубопроводы, первый и второй вихревые пылеуловители, каждый из которых содержит цилиндрический корпус с верхним тангенциальным входным патрубком, завихрителем, соединенным с нижним входным патрубком, осевым выходным патрубком. В вихревой камере установлена осевая труба для вывода потока с меньшей концентрацией пыли, выход которой размещен с противоположной от входной камеры стороны вихревой камеры. Пылеуловители соединены между собой последовательно через концентратор-разделитель. Трубопровод подачи исходного газа соединен с верхним и нижним входными патрубками первого пылеуловителя и тангенциальным вводом в вихревую камеру концентратора-разделителя, который сообщен с выходным патрубком первого пылеуловителя.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки газов от мелкодисперсной пыли.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, рассматриваемым в качестве прототипа, является двухступенчатый пылеуловитель (RU 2137528 С1, МПК 6 B01D 45/12, В04С 5/26, 98116113/25, 20.08.1998), содержащий первую и вторую ступени, каждая из которых выполнена в виде цилиндрического корпуса с тангенциальным входным патрубком, осевым выходным патрубком и пылевыпускным патрубком, и вентилятор, который своим входом соединен с осевым выходным патрубком первой ступени и через первый трубопровод своим входом подключен к тангенциальному входному патрубку второй ступени. Первая и вторая ступень выполнены в виде пылеуловителя на встречных закрученных потоках газа, при этом каждая ступень имеет установленные в нижней части корпуса и соединенные между собой последовательно входной завихритель и патрубок с пылеотбойной конической шайбой.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки газов от мелкодисперсной пыли.
Цель изобретения — обеспечение эффективной очистки вытяжного воздуха от частиц пыли, в том числе и мелкодисперсной, защиты теплообменников и окружающей среды от пылевых загрязнений.
Для достижения цели в двухступенчатой системе очистки вытяжного воздуха, включающей два пылеуловителя с входящим и выходящим патрубками, в отличие от прототипа пылеуловители расположены в одном корпусе, первый пылеуловитель имеет перфорированные листы, установленные в его начале и конце, между которыми расположены горизонтальные полки, прикрепленные к корпусу, а второй пылеуловитель представляет собой электрофильтр, состоящий из осадительных электродов, установленных вертикально и выполненных в виде прямоугольных пластин, между которыми расположены коронирующие электроды, прикрепленные к корпусу изоляторами. За счет того что система имеет две ступени (два пылеуловителя), расположенные в одном корпусе, первую, в которой вытяжной воздух благодаря наличию перфорированных листов очищается от крупнодисперсной пыли, и вторую, представляющую собой электрофильтр, очищающий вытяжной воздух как от мелкодисперсной пыли, так и от микроорганизмов, достигается эффективность очистки вытяжного воздуха от частиц пыли радиусом 1,5 мкм не менее 93%.
В результате проведенного поиска авторами не обнаружена совокупность признаков, заявленных в данном техническом решении, позволяющих получить новый экономический эффект, а именно очищать вытяжной воздух как от крупнодисперсной, так и мелкодисперсной пыли и предохранять теплообменники и окружающую среду от пылевых загрязнений, что позволяет сделать выводы о соответствии заявленного технического решения как критерию «новизна», так и критерию «изобретательский уровень».
На чертеже изображено предлагаемое устройство.
Двухступенчатая система очистки вытяжного воздуха включает патрубки 1, обеспечивающие подачу и выброс очищаемого воздуха в систему; пылеуловитель 2 (первая ступень), имеющий корпус, перфорированные листы 3, установленные в начале и конце пылеуловителя 2, для осаждения крупнодисперсной пыли, полки 4, прикрепленные к корпусу и служащие для увеличения площади осаждения в пылеуловителе; второй пылеуловитель 5 (вторая ступень), представляющий собой однозонный электрофильтр, состоящий из осадительных электродов 6, коронирующих электродов 7, обеспечивающих эффективную очистку воздушного потока от мелкодисперсной пыли.
Система работает следующим образом. Частицы крупнодисперсной пыли, содержащиеся в вытяжном вентиляционном воздухе, попадающие в первый пылеуловитель 2, за счет резкого снижения скорости воздуха и под действием силы тяжести оседают в первой ступени очистки, далее мелкодисперсная часть аэрозоля попадает во вторую ступень очистки 5 — однозонный электрофильтр, где коронирующими электродами 7 создается поле коронного разряда, заряжающее частицы мелкодисперсной пыли, которые притягиваются к осадительным электродам 6 и осаждаются на них.
В результате использования двухступенчатой системы очистки вытяжного воздуха обеспечивается степень очистки воздуха не менее 93% от частиц пыли радиусом 1,5 мкм.
Источник
Фильтрация приточного воздуха
Очистка приточного воздуха
Атмосферный воздух всегда содержит какие-либо загрязнения, связанные с различными природными процессами на нашей планете (эрозия почвы, вулканические загрязнения и т.п.). Более существенным фактором загрязнения атмосферы являются техногенные факторы – последствия жизнедеятельности людей. Продуктами этих процессов являются загрязнения атмосферного воздуха пылью, мелкодисперсными аэрозолями, а также молекулярными (газообразными) загрязнениями.
Классификация чистоты воздуха
Таблица 1. Примеры содержания загрязнений в наружном воздухе
Таблица 2. Классификация наружного воздуха
Таблица 3. Классификация воздуха в помещениях
Классификация воздушных фильтров
Необходимо отметить, что все воздушные фильтры для систем вентиляции и кондиционирования воздуха делятся на две большие группы:воздушные фильтры общего назначения и высокоэффективные фильтры специального назначения. Первые делятся на 2 группы (табл. 4) и подразделяются на 9 классов чистоты от G1 до F9, в соответствии с ГОСТ Р 51251-99 и ГОСТ Р EN 779 (аналог Евростандарта EN779). Вторые – классифицируются от класса Н10 до U17 по проекту ГОСТ Р – ЕН 1822 (аналог Евростандарта EN1822) и также делятся на две группы (табл. 5.).
Таблица 4. Классификация воздушных фильтров общего назначения
* Определеяется по синтетической пыли. ** Определеяется для частиц 0,4 мкм.
Таблица 5. Классификация высоко- (НЕРА) и сверхвысокоэффективных (ULPA) воздушных фильтров
Рекомендации применения воздушных фильтров общего назначения
Наличие большого разнообразия фильтров по эффективности, т.е. по классам, а также по конструктивным особенностям требуют рекомендаций по их использованию (табл. 6). Необходимо отметить, что рекомендации (см. табл. 4), даны с учетом загрязненности воздуха характерного для большинства европейских стран. Для нашей страны необходимо вводить некоторые корректировки с учетом более высоких уровней загрязненности атмосферного воздуха, связанного в первую очередь с техногенными факторами (менее жесткие требования к выбросам автомобилей и более слабый контроль вентвыбросов промышленных предприятий).
Таблица 6. Рекомендуемые классы фильтров для различных ступеней очистки воздуха
*GF – газовый (угольный) и (или) химический фильтр.
Если необходимо очистить воздух, подаваемый в производственные помещения без каких-либо специальных требований, например, подача приточного воздуха в помещения сборочно-сварочных цехов, металлургических предприятий, где чистота приточного воздуха определяется только гигиеническими требованиями достаточно установки одноступенчатой системы очистки воздуха фильтров грубой очистки воздуха класса G3, G4, в качестве которых могут быть использованы панельные фильтры ФяП класса G3, гофрированные фильтры ФяГ классов G3, G4 или карманные фильтры ФяК грубой очистки воздуха классов G3, G4 (рис. 1).
Рис. 1. Воздушные фильтры общего назначения
Фильтры ФяП или ФяГ используются в условиях габаритных ограничений для их размещения, поскольку они имеют глубину 20–48 мм для (ФяП) и 48 и 100 мм для ФяГ. Малые габаритные размеры по глубине являются также и недостатком этих фильтров, не позволяя существенно развивать фильтрующую поверхность, что сказывается на их сроке службы.
В этом смысле предпочтение имеют карманные фильтры ФяК, которые изготавливаются для классов G3, G4 с глубиной 300 мм, а для увеличения ресурса целесообразно использовать фильтры ФяК с глубиной 600 мм. С экономической точки зрения, предпочтительнее использование фильтров с большой глубиной, т.к. это более чем в два раза увеличивает ресурс работы, снижает вдвое затраты связанные с заменой фильтров при увеличении стоимости только на 30–40 %.
Для больших объемов при очистке воздуха карманные фильтры ФяК могут устанавливаться в специальные фильтрующие камеры-секции карманных фильтров (рис. 2), что позволяет очищать воздух объемом до 120 тыс. м 3 /ч.
Рис. 2. Секция карманного фильтра СКФ
1-я ступень (как правило грубой очистки воздуха) системы фильтрации атмосферного воздуха обеспечивает защиту теплообменных аппаратов от загрязнений, т.к. фильтры 1-й ступени устанавливаются, как правило, на воздухозаборе, т.е. на входе в приточные установки или кондиционеры. Защита теплообменных аппаратов влечет и экономический эффект, связанный с исключением дополнительных затрат на их промывку (при отсутствии фильтров) и поддержание заданного коэффициента теплопередачи в отсутствии загрязнения теплоотдающей поверхности.
Другим общим случаем является необходимость обеспечения более высоких требований чистоты воздуха, как, например, в 4-х и 5-ти звездочных отелях, офисных помещениях высокого уровня (категория А), спортивных сооружениях и т.п. В этом случае требуемый уровень может быть достигнут использованием фильтров класса F7–F9. При невысокой запыленности атмосферного воздуха такие фильтры могут быть установлены в одну ступень, без предварительной очистки (см.табл. 6).
Однако, как правило, запыленность городов является высокой, что требует установки перед фильтрами класса F7–F9 фильтров предварительной очистки классов G4–F5, т.е. применение 2-х ступенчатой системы очистки приточного воздуха.
1-я ступень призвана защитить вторую более дорогую ступень от загрязнений крупными пылевыми частицами размером 5–10 мкм, что может увеличивать ресурс работы 2-й ступени более чем в 2 раза.
Для применения в качестве 2-й ступени фильтров классов F7–F9 ООО производят широкую номенклатуру воздушных фильтров: ФяК, ФяС-F, ФяС-К, ФяС-F-МП, ФяС-F-ПМП (рис. 3).
Рис. 3. Фильтры 2-й ступени очистки
Применение фильтров 2-й ступени из вышеперечисленных типов определяется конструктивными и экономическими ограничениями в каждом конкретном случае. Экономически более оправданным является использование карманных фильтров ФяК (F7–F9), т.к. по сравнению со всеми другими фильтрами их отличает невысокая стоимость. К недостатку можно отнести необходимость использования фильтрующий камер большей глубины 600–800 мм. Для больших объемов воздуха для установки и герметизации фильтров ФяК применяются секции карманных фильтров СКФ.
При ограничении по глубине могут быть использованы фильтры Фяс-К, ФяС-F, ФяС-F-МП, ФяС-F-ПМП.
Фильтры ФяС-К, ФяС-F, ФяС-F-МП имеют глубину 292 мм, а фильтр ФяС-F-ПМП от 28 до 100 мм.
При ограничении объемов для размещения фильтров целесообразно использовать высокопроизводительные фильтры ФяС-F-МП, пропускная способность которых выше обычных фильтров почти на 40 %.
Для больших объемов очистки воздуха фильтры ФяС-К могут устанавливаться и надежно герметизироваться в секции карманных фильтров СКФ, а фильтры ФяС-F, ФяС-F-МП в секции складчатых фильтров ССФ.
Все вышеописанные фильтры обеспечивают чистку воздуха от пылевых частиц и мелкодисперсных аэрозолей. Атмосферный воздух всегда содержит помимо пылевых частиц и газообразные загрязнения (см. табл.1).
В тех случаях, когда концентрации газообразных загрязнений превышают допустимые санитарные нормы или когда к приточному воздуху предъявляются повышенные требования класс IDA1 и IDA2 (см. табл.6), то в дополнение к пылевым фильтрам необходимо устанавливать газовые фильтры способные очищать воздух от молекулярных загрязнений газов и паров (рис. 4, 5).
Фильтры ИФК способны очищать воздух от газообразных, кислотных (окиси азота, диоксид серы, сероводород и т.п.) или щелочных (пары щелочей, аммиак и т.п.) загрязнений.
Угольные фильтры ФяС-С имеют более широкий спектр улавливаемых веществ, так помимо вышеуказанных неорганических соединений они могут улавливать и органические газообразные соединения, которыми сопровождаются автомобильные выхлопы.
При больших объемах очистки воздуха фильтры ИФК могут устанавливаться в секции карманных фильтров СКФ, а фильтры ФяС-К – в секции складчатых фильтров ССФ.
В тех случаях, когда атмосферный воздух имеет повышенную загрязненность (районы больших городов, автомагистралей, промышленных зон и т.п.), то целесообразно в приточных системах вентиляции устанавливать угольные фильтры типа СУФ (рис. 6).
Рис. 6. Секция угольного фильтра СУФ
В многоступеньчатой системе угольные фильтры СУФ следует устанавливать перед последней ступенью.
Источник
Спецтехника
Комбинированный воздухоочиститель с масляной ванной представлен на рисунке 1, а.
Устройство. Воздухоочиститель состоит из корпуса 8 и головки 7. Нижняя часть корпуса закрыта поддоном 9 с масляной ванной. Внутри корпуса находятся центральная труба 6, капроновая щетина 10, а в головке — фильтрующие элементы 11 и 12 из пенополиуретана с порами диаметром 1,8 и 0,8 мм. На верхнем конце трубы 6 укреплен центробежный пылеотделитель 2. Действие. Когда в цилиндрах двигателя происходит такт впуска и клапаны открывают отверстие впускной грубы, соединенной с воздухоочистителем, в его корпусе давление воздуха понижается. В результате этого атмосферный воздух проходит через сетку 5, оставляя на ней крупные примеси — насекомых, семена растений и т. д., а затем попадает на неподвижные лопатки (завихрители) 4, поставленные под углом к движению воздуха, и получает вращательное движение с частотой до 4000…6000 мин -1 .
Возникающие при этом центробежные силы отбрасывают частицы пыли к стенкам очистителя. Поднимаясь вместе с потоком воздуха, частицы пыли накапливают кинетическую энергию. Вверху очистителя поток воздуха изменяет свое направление на 180° и поступает в трубу 6, а пыль под действием накопленной кинетической энергии продолжает движение вверх и вылетает через отверстия 1обратно в атмосферу. В этом очистителе — первой ступени очистки — удаляется до 68 % пыли, поступившей с воздухом.
Поток воздуха, выйдя из центральной трубы и столкнувшись с поверхностью масла, налитого в ванну поддона 9, меняет направление движения и устремляется вверх. При этом масло разбрызгивается и увлекается потоком воздуха из масляной ванны, а частицы пыли прилипают к покрытой масляной пленкой поверхности ванны и капелькам масла, образующим в поддоне масляный туман.
Чтобы поверхность ванны не оставалась без масла, в нижней ее части (а иногда и сбоку) сделаны отверстия, через которые масло из поддона поступает в ванну.
После прохождения воздуха через эту вторую ступень очистки из него удаляется уже до 80 % пыли. Дальше воздух проходит через третью ступень очистки — фильтр из капроновой щетины 10. Масло, подхваченное воздушным потоком, смачивает фильтр, и оставшиеся частицы пыли задерживаются в нем. Избыток масла стекает в поддон, унося с собой частицы пыли. Так происходит самоочищение фильтра от пыли. После третьей ступени очистки воздух проходит через фильтры из пористого пенополиуретана 11 и 12, на которых также оседает пыль. Таким образом, после прохождения всех четырех ступеней очистки воздух теряет 99,6…99,7 % принесенной с собой пыли. Это означает, что коэффициент пропуска пыли таким воздухоочистителем равен 0,4…0,3.
С течением времени фильтры воздухоочистителя забиваются пылью и воздух с трудом проходит через них. Это ведет к снижению мощности двигателя, и поэтому такие фильтры нужно промывать.
Комбинированный воздухоочиститель с бумажными фильтрующими элементами приведен на рисунке 1, б. Устройство. Воздухоочиститель этого типа имеет две ступени очистки: первая служит для удаления из воздуха крупных частиц пыли, вторая — самых мелких.
Первая ступень очистки состоит из инерционной решетки с кольцами 16, установленной в кожухе 17, закрытом сверху крышкой 14, и защитной сетки 5.
Второй ступенью очистки служит бумажный фильтр-патрон — основной 21 и предохранительный 22 (установленные в корпусе 8). Фильтрующие элементы патронов изготовлены из специального высокопористого картона.
Такие фильтры задерживают самые мелкие частицы пыли, находящейся в воздухе, поступающем в цилиндры.
Действие. Воздух, пройдя через сетку 5, кольцом 15 крышки 14 направляется к кольцам 16 инерционной решетки, по которой крупные частицы пыли вследствие резкого изменения направления движения потока воздуха по инерции ссыпаются в бункер а воздух направляется на вторую ступень очистки.
Пыль, попавшая в бункер, при помощи эжектора 20, под действием отработавших газов отсасывается по трубке 19 и выбрасывается в атмосферу через выпускную трубу.
Освободившись от крупных примесей ныли, воздух попадает внутрь корпуса 8, проходит через основной и предохранительный фильтр-патроны и освобождается от мелких примесей пыли. Пыль оседает на поверхности основного фильтр-патрона, а предохранительный является только защитой на тот случай, если будет поврежден основной фильтр-патрон.
По мере работы воздухоочистителя фильтр-патроны засоряются и воздух будет проходить с большим трудом, нарушая нормальное действие двигателя. Поэтому его необходимо очищать продувкой сжатым воздухом под давлением 0,2 МПа вначале с внутренней, а затем с наружной стороны. Степень засоренности фильтров воздухоочистителя можно определить по показаниям индикатора 23. При засоренности фильтр-патрона сверх допустимой величины и повышения при этом в коллекторе перепада давления воздуха в окне индикатора появится ярко-красный цвет.
Комбинированный циклонный воздухоочиститель представлен на рисунке 2. Рис. 2. Комбинированный циклонный воздухоочиститель:
Устройство. Основная часть воздухоочистителя — корпус 2, внутри которого установлены циклоны 6, стальные или пластмассовые трубки, несколько сужающиеся книзу и имеющие окно 11. В верхней крышке циклона вставлена короткая трубка 10. Количество циклонов (9, 30 или 42) в воздухоочистителе зависит от количества воздуха, проходящего через него. Над перегородкой, в которую вставлены циклоны, находятся кассеты 5 с проволочной путанкой и пластина 4 из пенополиуретана. В нижней части корпуса укреплен поддон 7, куда выходят нижние концы циклонов.
Действие. При тактах «впуск» воздух, пройдя через сетку 3 (первая грубая очистка), направляется в корпус 2, где через окна поступает в циклоны 6. В циклонах (вторая ступень очистки) воздух начинает вращаться с большой частотой. Частицы пыли при этом под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам циклона и, перемещаясь вниз, попадают в поддон 7.
Очищенный до 98 % воздух по трубкам циклонов поступает на третью очистку — кассеты 5, а затем и на четвертую — пластину 4 из пенополиуретана. Затем воздух, очищенный до 99,9 %, по внутренней трубе 1 направляется в цилиндры двигателя.
Пыль, попавшая из циклонов в поддон, по отсосной трубе 12 при помощи эжектора 9 уносится и выбрасывается в атмосферу вместе с отработавшими газами через трубу 8.
Действие эжекторного устройства основано на том, что при движении отработавших газов по суживающейся трубе 8 скорость воздуха возрастает, а давление падает.
В узком сечении выпускной трубы и установлен конец отсосной трубы 12. По ней в поддон передается разрежение, и под его действием удаляется пыль. [Семенов В. М., Власенко В. Н. Трактор. 1989 г.]
1,5 мкм не менее 93%.
Рис. 1. Комбинированные воздухоочистители:
Рис. 2. Комбинированный циклонный воздухоочиститель:
