Внимание, воздух ! - Олег Жолондковский

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.