Циклон или рукавный фильтр: что выбрать для аспирации древесной пыли, стружки и опилок

Промышленная аспирация предназначена не просто для удаления пыли из рабочей зоны, а для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования, соблюдения санитарных норм, защиты здоровья персонала и снижения риска пожара или взрыва пылевоздушной смеси. Именно поэтому выбор оборудования для очистки воздуха нельзя сводить только к производительности вентилятора или стоимости установки.

Чаще всего при проектировании систем аспирации возникает вопрос: что лучше использовать — циклон или рукавный фильтр? Несмотря на распространённость такого сравнения, с инженерной точки зрения оно не совсем корректно.
Это оборудование выполняют разные функции. Циклон предназначен для отделения крупных и средних частиц материала за счёт центробежной силы, тогда как рукавный фильтр обеспечивает в том числе и тонкую очистку воздуха от мелкодисперсной пыли.

Исторически циклоны были основным оборудованием для очистки воздуха на деревообрабатывающих предприятиях. Простая конструкция, отсутствие фильтрующих элементов и невысокая стоимость сделали их стандартом промышленной аспирации на многие десятилетия.

Однако с развитием технологий фильтрации ситуация изменилась. Ужесточились экологические требования, появились более строгие нормы по охране труда, а стоимость отопления производственных помещений значительно выросла. Всё это привело к широкому распространению рукавных фильтров, которые позволяют очищать воздух до степени более 99,9% и возвращать его обратно в производственное помещение.

Сегодня практически все новые системы аспирации проектируются именно на базе фильтровальных установок, тогда как циклон используется преимущественно как аппарат предварительной сепарации или как элемент систем пневмотранспорта.

Циклон представляет собой инерционный пылеуловитель, в котором отделение частиц происходит под действием центробежной силы. Загрязнённый воздух поступает в цилиндрическую часть корпуса по касательной и начинает вращаться с высокой скоростью. Под действием возникающих центробежных сил более тяжёлые частицы прижимаются к стенкам аппарата, теряют скорость и опускаются в нижний бункер. Очищенный воздушный поток меняет направление движения и выходит через центральную выхлопную трубу.

Главными достоинствами циклона являются:

• простая и надёжная конструкция;
• отсутствие фильтрующих элементов;
• минимальные эксплуатационные расходы;
• высокая устойчивость к абразивному износу;
• возможность работы с большим количеством стружки, щепы и других крупных отходов;
• отсутствие необходимости в системе регенерации.

Однако принцип работы циклона имеет и физические ограничения.

Эффективность отделения напрямую зависит от массы частицы. Чем меньше её размер, тем меньше центробежная сила, действующая на неё, и тем выше вероятность, что частица останется в воздушном потоке.

Поэтому циклон отлично отделяет щепу, стружку и крупные опилки, но значительно хуже справляется с мелкодисперсной древесной пылью, особенно образующейся при шлифовании, обработке МДФ, фанеры и древесно-стружечных плит.

Именно поэтому использование только циклона в современной системе аспирации редко позволяет обеспечить санитарные нормы по содержанию пыли в воздухе или экологические требования к выбросам.

Рукавный фильтр работает по совершенно другому принципу.

Воздух проходит через специальные фильтрующие рукава, изготовленные из иглопробивного полиэстера, полиимида, арамидных тканей или других материалов, подобранных в зависимости от температуры и свойств пыли.

Пыль задерживается на поверхности фильтрующего материала, тогда как очищенный воздух проходит через ткань и поступает в чистую камеру фильтра и возвращается обратно в цех.

Интересно, что основную очистку выполняет не только сам материал рукава. После начала работы на его поверхности образуется так называемый пылевой слой (dust cake), который становится дополнительным высокоэффективным фильтром. Именно поэтому правильно настроенная система регенерации является одним из ключевых факторов стабильной работы фильтровальной установки.

По мере увеличения сопротивления фильтра автоматика запускает импульсную продувку сжатым воздухом. Кратковременный импульс разрушает слой осевшей пыли, которая осыпается в бункер, после чего рукав продолжает работать практически с первоначальной производительностью.

Современные рукавные фильтры обеспечивают степень очистки воздуха до 99,9% и выше, задерживая частицы размером менее 1 микрона. Благодаря этому очищенный воздух может не только безопасно выбрасываться в атмосферу, но и возвращаться обратно в производственное помещение по системе рециркуляции, что существенно снижает расходы на отопление в холодное время года.

Несмотря на то что оба аппарата используются в системах аспирации, они предназначены для решения разных задач. Циклон отделяет материал за счёт инерционных сил, а рукавный фильтр очищает воздух методом фильтрации через пористую ткань.

Из таблицы видно, что эти аппараты не являются взаимозаменяемыми. Наоборот, каждый из них наиболее эффективен на своём этапе очистки.

Ошибочно считать, что циклоны устарели. Они по-прежнему широко используются во многих отраслях промышленности, однако область их применения существенно изменилась.

Сегодня циклон чаще всего выполняет одну из трёх функций.

Перед попаданием воздуха в рукавный фильтр циклон отделяет основную массу стружки, щепы и крупных опилок. Благодаря этому значительно уменьшается нагрузка на фильтрующие рукава, снижается расход сжатого воздуха на регенерацию, уменьшается абразивный износ фильтрующего материала и увеличивается срок службы оборудования.

Такое решение особенно эффективно на деревообрабатывающих предприятиях, где одновременно образуются как крупные отходы, так и мелкодисперсная пыль.

Но такое решение имеет серьезный минус – циклон создает дополнительное сопротивление в системе около 800-1000 Па, которое необходимо компенсировать более мощными вытяжными вентиляторами (дополнительные затраты электроэнергии), либо снизится эффективность пылеудаления на станках.

Но для фильтровальных установок LUFTEC NJF 11/5 – такая предварительная сепарация не требуется! Фильтровальная установка имеет встроенную камеру предварительной сепарации, которая позволяет отделить крупную фракцию на входе в фильтр.

Вторая по распространённости область применения циклона — пневмотранспорт.

Здесь циклон выполняет уже не функцию аппарата очистки воздуха, а функцию высокопроизводительного сепаратора транспортируемого материала.

Воздушный поток переносит стружку, древесные гранулы, зерно, пластиковые гранулы или другой сыпучий материал по трубопроводу. После этого в циклоне отделяется основная масса продукта, которая поступает в накопительный бункер, силос или технологическое оборудование.

При этом небольшое количество мелких частиц остаётся в воздушном потоке.

Во многих системах это не является проблемой, поскольку воздух после циклона не выбрасывается в атмосферу, а возвращается обратно в транспортную линию.

Такая схема называется замкнутым (закольцованным) пневмотранспортом.

В ней воздушный поток многократно циркулирует внутри системы, а частицы, которые не были отделены за один проход через циклон, возвращаются обратно вместе с воздухом и повторно проходят через сепаратор. За несколько циклов практически весь транспортируемый материал оказывается в бункере.

Именно поэтому в системах пневмотранспорта не требуется такая же степень очистки воздуха, как в классической аспирации производственных помещений.

Циклоны продолжают успешно использоваться в различных технологических процессах, где необходимо отделить основную массу материала, а не получить практически идеально чистый воздух.

Это могут быть линии подготовки сырья, транспортировки древесной щепы, зерна, комбикормов, гранулированных материалов, а также некоторые процессы химической и строительной промышленности.

Во всех этих случаях циклон остаётся простым, надёжным и экономичным решением.

Если в воздушном потоке присутствует мелкодисперсная древесная пыль, особенно образующаяся при шлифовании, калибровании, обработке плитных материалов, МДФ или фанеры, применение только циклона уже не обеспечивает необходимой степени очистки.

Именно в таких случаях используются рукавные фильтры.

Они необходимы, когда:
• требуется соответствие санитарным и экологическим нормам;
• планируется возврат очищенного воздуха обратно в производственное помещение;
• необходимо обеспечить минимальную концентрацию пыли в рабочей зоне;
• требуется защитить вентиляционное оборудование от загрязнения;
• необходимо снизить риск образования пылевых отложений внутри производственного помещения.

Практически все современные деревообрабатывающие предприятия, мебельные фабрики и производства древесных плит используют именно фильтровальные установки как основной аппарат очистки воздуха.

Одной производительности системы недостаточно для выбора оборудования. Инженерный расчёт всегда начинается с анализа технологического процесса и свойств транспортируемого материала.

• производительность по воздуху (м³/ч);
• количество одновременно работающих станков;
• фракционный состав отходов;
• концентрация пыли в воздушном потоке;
• абразивность материала;
• влажность и склонность пыли к налипанию;
• температура транспортируемого воздуха;
• необходимость возврата очищенного воздуха;
• требования экологического законодательства;
• категория помещения по пожарной и взрывной опасности;
• особенности технологического процесса.

Например, две системы могут иметь одинаковую производительность 30 000 м³/ч, но требовать совершенно разных технических решений. Если в первом случае транспортируются крупные опилки после форматно-раскроечных станков, а во втором — мелкодисперсная шлифовальная пыль, конструкция системы аспирации будет существенно отличаться.

Поэтому профессиональный подбор оборудования всегда выполняется на основании исходных данных предприятия, а не только по требуемому расходу воздуха.

Использование одного циклона там, где требуется тонкая очистка воздуха. Циклон эффективно отделяет крупные частицы, однако не способен обеспечить очистку мелкодисперсной древесной пыли до уровня современных санитарных требований.

Выбор оборудования только по производительности. Расход воздуха является лишь одним из расчётных параметров. Не менее важны концентрация пыли, гранулометрический состав материала, скорость транспортирования и характеристики технологического процесса.

Отсутствие запаса производительности. После модернизации производства или установки дополнительных станков система может перестать обеспечивать необходимый расход воздуха.

Игнорирование требований взрывобезопасности. Современные аспирационные системы проектируются с учётом требований по взрывозащите, включая взрыворазрядные панели, обратные клапаны и системы искрогашения.

Экономия на проектировании. Даже качественное оборудование не сможет эффективно работать при неправильно рассчитанной сети воздуховодов или неверно подобранном вентиляторе.

Если основная задача заключается в транспортировке большого количества стружки, щепы или других крупных отходов без повышенных требований к очистке воздуха, применение циклона может быть технически и экономически оправданным.

Если же необходимо обеспечить соответствие санитарным требованиям, организовать возврат очищенного воздуха в производственное помещение или удалить мелкодисперсную древесную пыль, основным решением должен быть рукавный фильтр.

При этом важно учитывать конструкцию самого фильтра. В современных фильтровальных установках LUFTEC предварительная сепарация крупной фракции может выполняться внутри корпуса фильтра, без установки отдельного циклона. Это позволяет отказаться от дополнительного оборудования, снизить аэродинамическое сопротивление системы и не закладывать лишнюю мощность вытяжных вентиляторов.

Отдельный циклон имеет смысл применять тогда, когда он действительно нужен по технологии: например, в системах пневмотранспорта, при очень высокой концентрации крупной фракции, при транспортировке материала в бункер или силос, либо в случаях, когда требуется отделить основной объём продукта до стадии фильтрации.

Поэтому выбор нельзя сводить к простому правилу «циклон + фильтр всегда лучше». В современных системах аспирации правильнее оценивать задачу комплексно: состав отходов, концентрацию материала, требования к очистке воздуха, схему транспортирования и конструкцию применяемого рукавного фильтра.

Компания LUFTEC более 20 лет проектирует и производит системы промышленной аспирации для предприятий деревообрабатывающей, мебельной, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.

Каждый проект начинается не с выбора между циклоном и фильтром, а с анализа технологического процесса: какие станки подключаются к системе, какая фракция отходов образуется, какова концентрация пыли в потоке, требуется ли возврат очищенного воздуха в цех и какие требования предъявляются к пожарной и взрывной безопасности.

Современные рукавные фильтры LUFTEC могут применяться без отдельного циклона, так как конструкция фильтра предусматривает предварительное отделение крупной фракции на входе в установку. Это особенно важно для деревообработки, где в одном потоке могут присутствовать стружка, опилки и мелкодисперсная пыль.

Такое решение позволяет упростить систему, уменьшить количество оборудования, снизить аэродинамическое сопротивление и избежать лишних затрат на электроэнергию. Отдельный циклон применяется только там, где он действительно нужен по технологии: например, в системах пневмотранспорта, при разгрузке материала в бункер или при необходимости отделить основную массу продукта до фильтра.

LUFTEC выполняет полный комплекс работ — от обследования предприятия и проектирования до изготовления оборудования, монтажа, пусконаладки и сервисного обслуживания.