Ситуация с пылесборником с нисходящим потоком

Джон Вулевер (John Woolever), менеджер по продукции Donaldson Torit

В последние десятилетия улавливание пыли с использованием гофрированных фильтрующих элементов, называемых картриджными, стало широко распространенным решением для промышленной вентиляции. Картриджное пылеулавливающее оборудование можно разделить на две категории на основе ориентации картриджа и схемы воздушного потока внутри корпуса:

1) Пылесборник с нисходящей схемой потока воздуха, горизонтально установленными картриджными фильтрами и впуском грязного воздуха, расположенным над всеми фильтрующими материалами.

2) Пылесборник с поперечной или восходящей схемой потока воздуха, вертикально подвешенными картриджными фильтрами и впуском грязного воздуха, расположенным под фильтрующими материалами или сбоку от них.

Некоторые специалисты по рынку промышленной вентиляции заявляют о превосходной работе пылесборника с вертикально подвешенными картриджами, приводя при этом примеры, не подтвержденные никакими данными. Но заслуживающие доверия источники подтверждают преимущества пылесборников с нисходящей схемой потока воздуха. К ним относится в том числе и Руководство по промышленной вентиляции, подготовленное Американской конференцией государственных инспекторов по промышленной гигиене (ACGIH®).

В разделе 8.3.2 этого руководства говорится, что организованное EPA¹ исследование показало, что превосходные результаты работы обеспечивает именно нисходящий поток грязного воздуха. Этот нисходящий поток обеспечивает меньшее повторное осаждение частиц пыли, поскольку они попадают в бункер под действием как потока, так и силы гравитации.

Прежде чем рассматривать другие факторы на эту тему, полезно привести краткий обзор истории картриджных систем пылеулавливания.

В 1970-х годах картриджные пылесборники сначала повторяли по конструкции обычные пылесборники, в которых вертикально подвешивались тканевые рукавные фильтры, а грязный воздух поступал в пылесборник через зону под фильтрами (см. рис. А). Гофрированный материал, из которого изготавливались фильтрующие элементы картриджных фильтров, обеспечивал значительно более эффективную фильтрацию и меньший объем вредных выбросов, чем сопоставимый с ним тканевый материал рукавных фильтров. Но и у пылесборника нового типа оставались многие ограничения, которые были характерны для его предшественника, включая следующие:

• Пыль, выходящая из очищенных картриджных фильтров, все еще попадала в поток входящего воздуха, прежде чем осесть в бункере/герметичной емкости. Из-за этого пыль уносилась и повторно попадала на поверхность фильтрующего материала, увеличивая общее значение перепада рабочего давления и сокращая срок службы фильтра.
• Процедура замены фильтров оставалась трудоемкой, грязной и в целом неприятной, потому что для проведения техобслуживания фильтров оператору по-прежнему требовалось открывать большую дверцу доступа в камеру с загрязненным воздухом.

Со временем конструкция пылесборника с вертикально подвешенными картриджами совершенствовалась за счет появления боковых входов (что позволило оператору входить в пылесборник из зоны, находящейся рядом с фильтрующим материалом, а не под ним). Это позволило несколько сократить объем повторно уносимой и улавливаемой пыли. Однако частицы пыли, остававшиеся после очистки, по-прежнему попадали в поток входящего воздуха, а в процессе замены картриджей операторы и зона, окружающая пылесборник, по-прежнему подвергались воздействию пыли, выходящей через большое отверстие в камере с загрязненным воздухом (см. рис. B).

Наконец, в 1980-х годах был достигнут прорыв за счет изменения ориентации картриджного фильтра с вертикальной на горизонтальную и переноса впуска загрязненного воздуха в зону над всеми фильтрующими материалами. В результате этого изменения схема потока входящего воздуха стала соответствовать желаемому конечному месту назначения пыли, выходящей из очищаемых картриджных фильтров. Поскольку под действием силы гравитации выброшенные из фильтров частицы пыли естественным образом направляются вниз, в герметичную емкость, расположенную в нижней части пылесборника, то схема движения входящего воздуха в пылесборнике с нисходящим потоком теперь могла способствовать движению частиц в сторону емкости для хранения в основании бункера, а не противодействовать ему (см. рис. C).

Эта улучшенная схема управления воздушным потоком позволила уменьшить объем повторно уносимой и улавливаемой пыли, и этот эффект можно было еще более усилить за счет использования картриджных фильтров, содержащих фильтрующий материал с нановолоконным слоем для поверхностной фильтрации. Сокращение объема повторно уносимой и улавливаемой пыли может помочь снизить перепад рабочего давления, продлить срок службы фильтра и уменьшить потребление сжатого воздуха, используемого для очистки фильтрующих элементов импульсами. Все это способствует снижению расходов на эксплуатацию пылесборника и общей стоимости владения им.

Еще более ощутимые преимущества возможны благодаря новым подходам к размещению впускного отверстия загрязненного воздуха, призванным обеспечить предварительную сепарацию с низкими потерями. Недавние усовершенствования конструкции показывают, что пропускаемый воздушный поток увеличивается, когда впускное отверстие загрязненного воздуха расположено в направлении вниз от фильтрующего материала. Эта зона выпадения позволяет тяжелым частицам выпадать из воздушного потока, не касаясь фильтрующего материала, а также обеспечивает равномерное распределение воздушного потока, ликвидируя высокоскоростные участки, в которых фильтрующий материал может преждевременно изнашиваться (см. рис. D).

Некоторые производители пылесборников приводят изображения якобы горизонтальных фильтров, в которых пыль накапливается, образуя слой, достигающий верхней поверхности фильтрующих элементов. В действительности же у правильно спроектированных, эксплуатируемых и обслуживаемых пылесборников с нисходящим потоком имеются системы очистки обратными импульсами сжатого воздуха, которые не дают пыли скапливаться на поверхностях фильтрующего материала. Компетентный поставщик картриджных пылесборников должен быть в состоянии предоставить исчерпывающие характерные данные для импульсов, определяющие количество энергии, потребляемой на очистку фильтрующего материала.

Недавно на рынке технологий импульсной очистки появилась прорывная технология, доступная в данный момент только в картриджной конфигурации с нисходящим потоком. Конструкция новой системы очистки импульсам сжатого воздуха, позволяющей контролировать расширение сжатого воздуха и минимизировать потери при передаче энергии, обеспечивает на 27 % более высокую энергию очистки импульсами. Благодаря повышенной энергии очистки может увеличиться фильтрующая способность и снизиться потребление энергии на производство сжатого воздуха.

При объединении превосходной схемы управления воздушным потоком, эффективной очистки импульсами и нановолоконного материала поверхностной фильтрации в единый комплект пылесборник с нисходящим потоком способен обеспечить впечатляющие преимущества в плане фильтрующей способности. Одним из способов оценки пропускной способности воздушного потока пылесборника является анализ зависимости объемных скоростей воздушного потока от площади фильтрующего материала. Это соотношение воздуха и фильтрующего материала (AMR), или скорость фильтрации, обычно используется при расчете размера оборудования для конкретных условий применения.

Помимо улучшения эксплуатационных показателей и повышения пропускной способности, для пылесборников с нисходящим потоком характерны еще два дополнительных преимущества по сравнению с пылесборниками с вертикально подвешенными фильтрами. Они касаются масштабируемости и конфигурируемости. Горизонтальная ориентация фильтров в пылесборнике с нисходящим потоком позволяет применять такую схему размещения картриджей, которую можно увеличивать как по высоте, так и по ширине для достижения большей гибкости и уменьшения общей площади, занимаемой пылесборником в цехе. В пылесборниках с вертикально подвешенными фильтрами имеется только один слой фильтров, поэтому для увеличение площади фильтрующего материала требуется увеличивать ширину и глубину пылесборника, поскольку его высота фиксирована. Поэтому необходимость увеличения его пропускной способности часто приводит к увеличению общей занимаемой им площади.

Атмосферные клапаны — это еще один аспект, которым пылесборники с нисходящим потоком отличаются от пылесборников с вертикально подвешенными фильтрами. Атмосферные клапаны сброса давления могут находиться на крыше или на боковой стенке пылесборника с нисходящим потоком, никак не изменяя площади, занимаемой оборудованием. Поскольку атмосферные клапаны должны устанавливаться на боковых стенках пылесборников с вертикально подвешенными фильтрами, то для выведения клапанов вверх обычно требуется увеличивать площадь пылесборника. Многие предприятия предпочитают монтировать атмосферные клапаны, направляя их вверх или устанавливая на крыше, потому что как фронт дефлаграционного пламени, так и материалы, выбрасываемые во время дефлаграции, направляются вверх, благодаря чему снижается вредное воздействие на зоны, в которых находятся люди.

Наконец, процесс замены фильтра в пылесборнике с нисходящим потоком предполагает более простую замену элементов и меньшее вредное воздействие уловленных загрязнений на оператора, чем в пылесборнике более старой конструкции с вертикально подвешенными фильтрами. У пылесборника с нисходящим потоком обычно имеются крышки, обеспечивающие доступ только к нескольким картриджам одновременно. Это может быть большим преимуществом, если пылесборник находится на улице, в месте, подверженном воздействию ветра. Для старых пылесборников с вертикально подвешенными фильтрами, как правило, требуются большие дверцы доступа, при открытии которых весь объем загрязненного воздуха начинает воздействовать на оператора и прилегающую зону. Процесс извлечения горизонтально расположенных картриджей пылесборника с нисходящим потоком отличается также большей простотой и чистотой, так как, чтобы достать до картриджных фильтров, оператору достаточно лишь просунуть руку внутрь пылесборника. В случае пылесборников с вертикально подвешенными фильтрами для доступа к расположенным глубоко внутри корпуса картриджным фильтрам оператору либо требуются специальные инструменты, позволяющие проникнуть в объемную камеру для загрязненного воздуха, либо следует физически попасть внутрь нее (возможно, внутрь зоны ограниченного размера). Если в конструкции почти всех пылесборников предусмотрены эксплуатационные платформы для доступа к фильтрам, то в случае пылесборников с нисходящим потоком для доступа к ними достаточно даже стремянки, благодаря чему они занимают меньше места в цехе.

Из-за дверцы большего размера и более сложного доступа к картриджным фильтрам, а также обычно более крупных и более тяжелых фильтров, для их замены в пылесборниках с вертикально подвешенными фильтрами обычно требуется платформа, подъемник для людей или какое-то другое сложное приспособление.

Спустя более 40 лет после своего появления картриджные пылесборники продолжают оставаться привлекательным и экономичным решением для операторов предприятий из множества разных отраслей промышленности. Пылесборники с нисходящим потоком обеспечивают меньший объем повторно уносимой и улавливаемой пыли, занимают минимальную площадь, отличаются большей гибкостью конфигураций и удобством процедуры замены фильтров. Эти преимущества для пользователей делают выбор в пользу картриджного пылесборника с нисходящим потоком вполне очевидным.