Акустическая очистка в системах обработки сыпучих материалов

Введение

Акустическая очистка — это метод технического обслуживания, применяемый в системах обработки и хранения сыпучих гранулированных или порошкообразных материалов, таких как зерновые элеваторы, для удаления отложений материала на поверхностях. Аппарат акустической очистки, как правило встроенный в оборудование для обработки материалов, работает за счет генерации мощных звуковых волн, которые стряхивают частицы с поверхностей, снижая потребность в ручной очистке.

Работа и производительность

Большинство акустических очистителей работают в диапазоне звуковых частот от 60 герц до 420 герц. Однако некоторые из них работают в инфразвуковом диапазоне, ниже 40 герц, что в основном выходит за пределы диапазона человеческого слуха, для соответствия строгим требованиям к шумоподавлению. В понимании технологии акустической очистки сходятся три научные области: распространение звука, включающее понимание природы звуковых волн, их изменений и взаимодействия с окружающей средой; математическое описание среды; материаловедение, трение поверхности, расстояния и области, знакомые инженеру-механику; и химическая инженерия, охватывающая химические свойства порошка или вещества, подлежащего разделению, особенно его свойства самоадгезии. Акустический очиститель создает серию быстрых и мощных колебаний давления, вызванных звуком, которые затем передаются твердым частицам золы, пыли, гранул или порошка. Это приводит к их движению с разной скоростью и разделению от прилегающих частиц и поверхности, к которой они прилипли. После разделения материал опадает под действием силы тяжести или уносится потоком газа или воздуха. Ключевыми факторами, определяющими эффективность акустического очистителя для конкретной задачи, являются диапазон размеров частиц, влажность и плотность частиц, а также изменение этих характеристик с температурой и временем. Обычно оптимальны частицы размером от 20 микрометров до 5 мм при влажности менее 8,5%. Верхний предел температуры зависит от температуры плавления частиц, и акустические очистители применялись при температурах выше 1000 °C для удаления золы в котельных установках. Важно подбирать рабочие частоты в соответствии с требованиями. Более высокие частоты можно направлять более точно, в то время как более низкие частоты распространяются дальше и обычно используются для более сложных задач. Типичный набор доступных частот выглядит следующим образом:

The majority of acoustic cleaners operate in the audio frequency range from 60 hertz up to 420 Hz. However a few operate in the infrasonic range, below 40 Hz, which is mostly below the human hearing range, to satisfy strict noise control requirements. There are three scientific fields which converge in the understanding of acoustic cleaning technology. Sound propagation. This relates to an understanding of the nature of the sound waves, how they vary and how they will interact with the environment. Mathematics of the environment. Materials science, surface friction, distance and areas familiar to a mechanical engineer. Chemical engineering. The chemical properties of the powder or substance to be debonded. Especially the auto adhesive properties of the powder. An acoustic cleaner will create a series of very rapid and powerful sound induced pressure fluctuations which are then transmitted into the solid particles of ash, dust, granules or powder. This causes them to move at differing speeds and debond from adjoining particles and the surface that they are adhering to. Once they have been separated then the material will fall off due to gravity or it will be carried away by the process gas or air stream. The key features which determine whether or not an acoustic cleaner will be effective for any given problem are the particle size range, the moisture content and the density of the particles as well as how these characteristics will change with temperature and time. Typically particles between 20 micrometres and 5 mm with moisture content below 8.5% are ideal. Upper temperature limits are dependent upon the melting point of the particles and acoustic cleaners have been employed at temperatures above 1000 °C to remove ash build up in boiler plants. It is important to match the operating frequencies to the requirements. Higher frequencies can be directed more accurately whilst lower frequencies will carry further, and are generally used for more demanding requirements. A typical selection of frequencies available would be as follows:

420 Гц для небольшого акустического очистителя, который может использоваться для устранения наплавлений в нижней части силоса. 350 Гц более мощный и может использоваться для прочистки отложений материала в вентиляторах с принудительной тягой (ID), фильтрах, циклонах, смесителях, сушилках и охладителях. 230 Гц. При этой частоте мощность достаточна для большинства применений в энергетике. 75 Гц и 60 Гц. Это, как правило, самые мощные акустические очистители, которые часто используются в больших резервуарах и силосах.

Здоровье и безопасность

Внедрение акустических очистителей стало значительным улучшением во многих областях охраны здоровья и безопасности. Например, при очистке силосов предыдущие решения часто были инвазивными или разрушительными. Пневматические пушки, пароструйные аппараты, внешние вибраторы, ручная простукивание или дорогостоящий вход персонала заменяются неинвазивными звуковыми излучателями. Акустический очиститель не требует остановки производства и может работать в обычном режиме эксплуатации предприятия. Если рассмотреть пример очистки силосов подробнее, можно выделить две типичные проблемы.

Мостовое соединение

Вот когда происходит засор силоса в области выходного отверстия. Ранее эту проблему решали путем ручной очистки снизу, что, в свою очередь, создавало значительный риск обрушения материала при устранении засора. Акустический очиститель способен работать сверху силоса, воздействуя через находящийся внутри материал, для устранения засора в нижней части.

Крысиная колючка

Сжатие материала вдоль стенок силоса. Это не только уменьшает полезный объем силоса, но и ухудшает контроль качества, нарушая принцип FIFO (first in, first out – "первым пришел, первым ушел"). Уплотненный вдоль стенок силоса старый материал также может начать разлагаться и выделять опасные газы. Акустический очиститель генерирует звуковые волны, заставляющие уплотненный материал резонировать с иной частотой, чем окружающая среда, что приводит к его отслоению и удалению.

Преимущества акустических очистителей

Повторное использование в процессе работы снижает количество внеплановых остановок. Улучшение потока материала за счет устранения зависаний, блокировок и образования наростов. Минимизация перекрестного загрязнения путем обеспечения полного опорожнения оборудования. Улучшение очистки и снижение рисков для здоровья и безопасности. Повышение энергоэффективности. Уменьшение отложений на теплообменных поверхностях приводит к снижению энергопотребления. Продление срока службы оборудования. Исключение необходимости применения агрессивных режимов очистки. Простота эксплуатации. Автоматизация акустических излучателей возможна как по заданному интервалу, так и привязка к изменениям в окружающей среде, например, к изменению давления или скорости потока. Важно отметить, что они предотвращают проблему образования отложений материала изначально. Благодаря этим преимуществам финансовая окупаемость часто наступает очень быстро. Также возможно прямое сравнение акустических очистителей с альтернативными решениями. Пневматические пушки. Они хорошо зарекомендовали себя, но дороги и имеют ограниченную зону охвата, что требует приобретения нескольких устройств. Они также создают значительный шум и потребляют большое количество сжатого воздуха. Вибраторы. Их легко установить в пустой силосе, но они могут вызвать структурные повреждения и способствовать уплотнению порошка. Покрытия с низким коэффициентом трения. Они очень тихие, но их установка обходится дорого. Кроме того, они подвержены эрозии и могут загрязнять окружающую среду или продукт. Надувные подушки и вкладыши. Их также легко установить в пустой силос. Они помогают предотвратить отложения на стенках, но не влияют на образование сводов. Их сложно обслуживать, и они могут привести к уплотнению. Флюидизация через одностороннюю мембрану. Это может помочь уже уплотненному материалу. Однако они дорогие и сложные в установке и обслуживании. Они также могут способствовать механическому заклиниванию и образованию сводов.

Специфические применения

Котельные. Очистка поверхностей теплообмена. Электростатические осадители. Акустические очистители используются для очистки бункеров, поворотных лопаток, распределительных пластин, собирающих пластин и электродных проводов. Супернагреватели, экономизаторы и воздухоподогреватели. Воздуховоды. Фильтры. Акустические очистители применяются в фильтрах с обратной продувкой, импульсной продувкой и вибрирующими фильтрами. Они эффективно снижают перепад давления на фильтрующей поверхности, что увеличивает срок службы фильтровальных рукавов и предотвращает засорение бункера. Как правило, они могут полностью заменить вентиляторы обратной продувки и вибрирующие фильтры, а также значительно снизить потребление сжатого воздуха в импульсных фильтрах. Вентиляторы ID. Акустическая очистка помогает обеспечить равномерный рисунок очистки даже для труднодоступных частей вентилятора, поддерживая его балансировку. Вход в печь. Акустические очистители помогают предотвратить накопление частиц на входе в печь, что минимизирует образование накипи на кольцевом пространстве. Механические предварительные пылеуловители. Акустические очистители помогают предотвратить накопление вокруг рабочих колес и между трубами. Мельницы. Акустические очистители поддерживают поток материала и предотвращают засорение в бункерах предварительного помола. Они также предотвращают накопление материала в последующих сепараторах и вентиляторах. Планетарные охладители. Акустические очистители предотвращают образование сводов и обеспечивают полную выгрузку. Осадитель. Акустические очистители помогают очищать поворотные лопатки, распределительные пластины, собирающие пластины и электродные провода. Они могут использоваться как в дополнение к, так и вместо механических вибрационных систем. Они также предотвращают накопление частиц в нижних бункерах, что в противном случае привело бы к увеличению мутности. Подогреватели. Используются в башнях, газовых каналах, циклонах и вентиляторах. Грузовые трюмы судов. Используются для очистки и удаления воздуха из текущих грузов. Силосы и бункеры. Для предотвращения образования сводов и "мертвых зон". Статические циклоны. Акустические очистители работают как внутри циклона, так и в связанных с ним воздуховодах.