Олег Жолондковский - Внимание, воздух !
Есть что-то завораживающее в вычерчивании спиральных линий. Конструктор, сумев один раз применить улитку в новом качестве, влюбляется в ее величество спираль на всю жизнь. Другое дело -- куда и как ее приспособить.
...Всю ночь кузнец Галеццо де Рубес склепывал между собой разрезанные кольца. Получилась длинная, как стружка от токарного станка, витая лента. Под утро он надел ее на вал и растянул вдоль него так, что получилась цилиндрическая спираль. Потом Галеццо обтянул ее сверху кожей и один конец этой хитрой трубы опустил в воду. "Получится или не получится? -- лихорадочно думал он.-- Вроде бы все предусмотрено". Галеццо принялся вращать трубу и... чудо! Переливаясь с витка на виток, вода пошла вверх; Вверх! "Прекрасно! Прекрасно!-- приговаривал Галеццо.-- Остался сущий пустяк! Воду нужно отправить в бак, из бака вода устремится вниз, будет крутить мельничное колесо". Кузнец как одержимый бегал с ведром и заполнял бак. Колесо вращало насос, который поднимал воду в бак, но... вода почему-то быстро иссякала. Галеццо доливал, но бесполезно.
В 1550 г. знаменитый итальянский механик Джероламо Кардано об этом писал: "И первое изобретение этого рода есть винт Архимеда, который Диодор Сицилийский дважды упоминает в древней истории, говоря, что Египет был осушен с помощью этого, изобретенного Архимедом винта... Однако Галеццо де Рубес, один из наших сограждан, обезумел от радости, полагая, что он явился первым изобретателем этого механизма, который был давно известен. Мы видели, как он привел в движение мельницу и вскоре потерял рассудок".
Изобретателю нельзя жить без здорового оптимизма. Если он не уверен в своей правоте, где ему взять силы на все новые и новые эксперименты. Однако горе, если оптимизм этот безграничен. Приняв какую-либо гипотезу за "рабочую", оптимист приступит к подбору фактов. Подтверждающие гипотезу приобщаются, а отрицающие-- отбрасываются. Вот случай, происшедший с одним крупным математиком. "Если,-- писал он в своей статье,-- выпускать из резервуара воду при помощи отверстия на дне его, то образуется (над отверстием) воронкообразный вихрь, который в северном полушарии вращается в сторону, обратную движению часовой стрелки; в южном полушарии вращение -- в обратную сторону. Каждый читатель сам может проверить справедливость сказанного, выпуская воду из ванны. Чтобы лучше заметить направление вращения вихревой воронки, можно бросить на нее маленькие обрывки бумаги. Получается эффектный опыт, доказывающий вращение Земли, произведенный самыми простыми средствами в домашней обстановке". Далее ученый переходит к практическим выводам и предлагает в соответствии со своими наблюдениями изменить конструкцию гидротурбин в зависимости от того, в каком полушарии они установлены.
И что же? Читатели откликнулись. Сотни ванновладельцев стали изучать направление движения потоков сливающихся жидкостей. Результат: одна половина добровольных исследователей отметила, что поток завихряется влево, а другая половина -- вправо. Оказывается, все дело не в том, в каком полушарии проводится опыт, а в том, имеются или нет заусенцы в сливном отверстии. Они-то и являются направляющими для потока. И никакую теорию тут не применить. Хотя, как сказал мне однажды инженер-наладчик Дмитрий Иванович Черепанов, "находясь в ванне, наблюдай!". Используя принцип ванной воронки, он придумал центробежный сепаратор пароводяной смеси. Проходя через несколько установленных ярусом улиток, смесь расслаивается. Вода как более тяжелая отбрасывается к стенкам, а пар пузырьками всплывает. Остается только сухой пар пустить в дело, а воду слить обратно в котел. Такие сепараторы хороши и в качестве конденсатоотводчиков, осушителей, конденсаторов жидкости, в качестве деаэраторов, необходимых для удаления из воды вредно влияющих на металл котлов кислорода и углекислого газа.
СУХОЙ ИЛИ МОКРЫЙ ?
Так сложилось, что при очистке газа от пыли одновременно загрязняется вода. А ее-то очищать значительно труднее и дороже, ибо вода химически взаимодействует с пылью, растворяет в себе примеси хрома, мышьяка, серы, фосфора и других токсических веществ. Ничтожная их концентрация губительно действует на все живое. Общий расход воды за год на "мокрую" газоочистку, для одной мартеновской печи доходит до 1,5 млн. м3.
Почему же газы часто предпочитают очищать в мокрых пылеуловителях, а не в уже известных циклонах и электрофильтрах?
Циклон не улавливает пыль размером меньше 5 мкм. А пыль, выбрасываемая с газами из сталеплавильных конвертеров и мартеновских печей, на 90% состоит из частиц, размеры которых значительно меньше.
Что касается электрофильтров, то для их успешной работы скорость газов, проходящих через электроды, не должна превышать 1 м/с. А ведь мартеновская печь "выдыхает" около 300--400 тыс. м 3 газа в час. Поэтому площадь рабочего сечения электрофильтров должна составлять около 100 м2. Прямо-таки "цех" рядом с цехом...
Дымовые газы мартеновских печей и конвертеров имеют температуру 1500--1700°. Чтобы использовать уходящее с ними тепло, перед газоочисткой имеет смысл поставить котел-утилизатор, вырабатывающий пар.
Однако высокая запыленность газов неизбежно приведет к забиванию труб пылью. Из-за этого паропроизводительность котлов снизится примерно вдвое. Пыль очень прочно сцепляется с поверхностью труб, очистить ее очень трудно.
В среднем котел, стоящий за современной мартеновской печью, за год может дополнительно выработать свыше 70 тыс. т пара. А это производительность хорошей заводской котельной.
Остается устранить пыль. Но как это сделать? Электрофильтры для очистки газов с высокой температурой не поставишь. Электроды вскоре превратятся в труху. Но можно сделать иначе -- очищать раскаленные газы веществами, которые при высоких температурах превращаются в пылеулавливающую жидкость (авторское свидетельство No 264344).
Такими веществами могут быть обычные соли, например хлористые соли натрия и калия, которые плавятся при температурах 660--800°. Они дешевы и неядовиты. Отлично растворяются в горячей воде. При нагреве не разлагаются и, следовательно, совершенно безопасны.
Для того чтобы уловить пыль, ее сначала надо хорошенько смочить. Вода плохо смачивает окислы металлов и угольную пыль. А расплавы солей не только хорошо смачивают графит, но даже внедряются в его кристаллическую решетку.
Принципиальная схема солевой газоочистки довольно проста. Грязные раскаленные газы продуваются по трубе Вентури со скоростью 30--50 м/с. В трубу при этом непрерывно подается расплавленная соль, которая газовым потоком дробится на мелкие капли. Грязный газ, двигаясь сквозь взвешенный слой расплава, фильтруется от пыли, после чего поступает в каплеуловитель. Из каплеуловителя смесь пыли и расплавленной соли стекает в отстойник, где соль растворяется, а пыль осаждается в обычной грязной воде. Из отстойника пыль можо удалить транспортером. Концентрированный рассол из отстойника подается для выпаривания и расплавления соли прямо в камеру плавления. Оттуда его опять пускают в трубу Вентури для повторного улавливания пыли.
Ну а чистый раскаленный газ с температурой 800° или выше направляется в котел-утилизатор.
Солевая установка, стоящая за современной мартеновской печью, будет не только улавливать ежесуточно до 40 т пыли, но и снизит капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воздушного и водного бассейнов.
При выбросе 2 т/ч пыли, типичном для современных мартеновских печей, для каждой установки потребуется примерно один вагон соли. Воды же на ее регенерацию нужно будет около 10 т/ч, т. е. примерно в 20 раз меньше, чем для "мокрой" газоочистки.
Способ газоочистки, предложенный свердловскими инженерами, весьма перспективен. Однако для его практического внедрения необходимо решить сложные технические проблемы, связанные с коррозией трубопроводов и образованием в них отложений. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий...
АНТИЦИКЛОН
Казалось бы, циклон -- идеальное средство для обеспыливания воздуха. Но в самом его принципе есть такие противоречия, которые в некоторых случаях сводят на нет все его положительные качества. Для того чтобы развить в циклоне большую скорость запыленного потока и создать достаточную для отделения пыли центробежную силу, нужно затратить энергию. Чтобы частицы пыли образовали на стенках корпуса винтовую спираль и ссыпались в конусную часть, тоже нужна энергия. Чем больше витков спирали образует запыленный поток, тем больше для этого требуется энергии.
Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.
