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.