bj

Використання сухого очищення повітря від пилу дозволяє у ряді випадківполегшитивидаленнязабруднювачазфільтратайогоподальшу переробку.Розглядаючипринциповісхемиконструкційфільтрів,варто указатина їхперевагиі недоліки.

Дляпорівнянняконструкційфільтрівумовноподілимочастинки,що забруднюють повітря, на 5 груп: 1) великий пил, із розміром частинок приблизно1,0–0,1 мм;2) середнійпил,ізрозміромчастинокприблизно 0,1–0,01 мм;3) дрібнийпил,ізрозміромчастинокменше0,01 мм;4) гази, які знаходяться у повітрі у вигляді молекул; 5) віруси та бактерії, які знаходяться у повітрі.

Розглянемопринциповісхемиконструкційфільтрівутійпослідовності,у якійїхрозробляливчені протягомстоліть.

Угравітаційнихпиловловлювачахосадженняпиловихчастинокіз газів відбувається за рахунок дії сил гравітації. Причому, чим менша швидкість руху частинок і час перебування їх у камері, тим вища ефективністьочищеннягазів.Гравітаційніпиловловлювачіпрацюють так.Черезвхіднутрубузабрудненийгазпотрапляєукорпуспиловловлювача, де швидкість газового потоку знижується. У цей час під дією силитяжіннявеликічастинки,щозабруднюютьповітря,переважноосаджуютьсяунижнійчастинікорпусупиловловлювача.Частковоочищене повітря виходить через вихідну трубу. Але у таких фільтрах діє лише сила тяжіння. Тому вони здатні затримувати лише великі частинки першоїтачастководругоїгруп.Доперевагифільтрівтакихконструкцій належать простота в експлуатації та здатність працювати у широкому колітемператур.Щодонедоліківслідвідзначитизначнірозміританеповне очищенняповітрявідсереднього,дрібногопилутамолекул газів.

Пиловловлювачі, побудовані за такими принципами, археологи знаходилиусередньовічнихпідземнихсховищахлюдей.Метоютаких гравітаційнихпиловловлювачівбулоочищеннявіддимувогнищ,якілюди розпалюваливпідземнихсховищахдляобігрівання.

Упиловловлювачах інерційної дії видалення частинок з газового потоку здійснюється під дією сил гравітації та інерції частинок, які рухаються в аерозольному потоці. Ефект сил інерції досягається при змінінапрямкугазовогопотоку;прицьомутвердічастинкинамагаються зберегтипершочерговийнапрямокрухуйосаджуютьсявнижнійчастині корпусупиловловлювача.

81

Упиловловлювачах інерційної дії сепарація частинок з газового потоку проходить так. Через вхідну трубу забруднений газ потрапляє докорпусуапиловловлювача,дешвидкістьгазовогопотокузнижується тазмінюєтьсянапрямокйогоруху.Назабруднювачіповітрядіютьсила тяжіннятасилаінерції,якавиникаєпризмінінапрямкугазовогопотоку. Внаслідок цього ті частинки, які не встигають змінити напрямок руху, осаджуютьсявнижнійчастинікорпусупиловловлювача.

Порівнянозгравітаційнимпиловловлювачемуфільтрахінерційної дії збільшується осаджування великого пилу (з розміром частинок приблизно1,0–0,1 мм),середньогопилу(ізрозміромчастинокприблизно 0,1–0,01 мм) та частково дрібного пилу. Очищене повітря виходить через вихідну трубу.

Перевагами фільтрів таких конструкцій є: по-перше, простота

вексплуатації; по-друге, здатність працювати у широкому колі температур; по-третє, більш висока, порівняно з гравітаційними пиловловлювачами, ступінь очищення повітря; по-четверте, менші габаритнірозміри.Серйозниминедолікамиєнеповнеочищенняповітря від середнього, дрібного пилу молекул газів, вірусів та бактерій, які знаходяться у повітрі.

Упрактиці найширше використовується група апаратів типу «циклон»(рис. 5),вякихпіддієювідцентровоїсилитвердівключення переміщуються до стінок «циклона», а потім осаджуються. Ступінь ефективностіочищеннягазівутакихапаратахвідвеликогопилу(з розміром частинок приблизно 1,0–0,1 мм), середнього пилу (з розміром частинокприблизно0,1–0,01 мм)більша,ніжуфільтрахінерційноїдії.

Представленийнарис. 5відцентровийпиловловлювачпрацюєтак: через вхідну трубу 1 забруднений газ по дотичній потрапляє у циліндричний корпус 2, де починає обертатись навколо вихідної труби 3. Видаленняпилузаерозольногопотокупроходитьпіддієювідцентрової сили, яка виникає при обертово-поступальному русі газового потоку,

а також сил гравітації та інерції пилових частинок, які рухаються в аерозольномупотоці.

Ефект сил інерції досягається при повороті рухливого газового потоку у вихідну трубу; при цьому тверді частинки намагаються зберегтипершочерговийнапрямокрухуіосаджуютьсявнижнійчастині циклона4.Очищенеповітрявиходитьзапаратачерезвихіднутрубу3.

82

Рис. 5. Схема циклона:

1 – вхідна труба, що входить до корпусу фільтра по дотичній; 2 – корпус циклона циліндричної форми, що звужується донизу;

3 – вихідна труба, яка знаходиться у центрі циліндричного корпусу; 4 – труба для видалення пилу з нижньої частини фільтра

Для очищення повітря від дрібних забруднюючих частинок були розробленіфільтри,уякихвикористовуваласьсилаелектростатичного тяжіння забруднюючих частинок до корпусу фільтра. Вони отримали назву електрофільтрів. Схема класичного електрофільтра показана на рис. 6.

Принцип роботи електрофільтра полягає в тому, що забруднене повітря скрізь вхідну трубу 1 потрапляє у корпус електрофільтра 2, наближається до негативно зарядженого електрода 3, навколо якого зарахуноквисокоїнапруги5–10 кВстворюєтьсязонаіонізації.Електрод 3, закріплений на ізоляторах 4, має малу площу, тому густина зарядів наньомувелика,і вонипочинають стікатиуповітря.За рахунок цього поверхня дрібних частинок заряджується негативно. Корпус електрофільтра при цьому заряджений позитивно. Таким чином, ті дрібні частинки,щонаближаютьсядокорпусу,притягуютьсятаосаджуються. Очищене повітря виходить з електрофільтра крізь вихідну трубу 5. Накопиченийпилперіодичновиводятьзелектрофільтракрізьтрубу6.

Перевагамиелектрофільтраєможливістьочищуватисухетавологе повітрявідусіхвидівпилузанизькихтависокихтемператур.Важливою

83

Рис. 6. Схема електрофільтра:

1 – вхідна труба; 2 – корпус електрофільтра; 3 – коронувальний електрод; 4–ізолятор;5–трубадлявиходуочищеногоповітря;6–трубадлявиходупилу

особливістюелектрофільтраєруйнуваннямолекултоксичнихречовин узонііонізації.Хімічніреакціївиникаютьтакожпривзаємодіїотруйних речовин з озоном, який з’являється в зоні іонізації. Постійний струм міжелектродом3такорпусом4,проходячикрізьповітря,дужемалий, тому електрофільтри не потребують значних витрат електроенергії.

До недоліків електрофільтрів належать: по-перше, необхідність спеціального обладнання, яке забезпечує високу напругу; по-друге, особливі заходи електробезпеки; по-третє, генерація озону, який має здатність окислювати організм людини.

Такожнеобхіднопередбачитиспеціальнийпристрійдлявидалення пилу з внутрішньої поверхні корпусу фільтра. Для очищення повітря бездопомогивисокоїнапругивінженернихсистемахзахистудовкілля були розроблені фільтри, де високий ступінь очищення досягався за рахунокфільтрації повітрякрізьспеціальнітканини,металевісіткита зернисті матеріали. Одним із представників такої групи апаратів є

рукавний фільтр (рис. 7).

84

Рис. 7. Схема рукавного фільтра:

1 – вхідна труба, через яку заходить забруднене повітря; 2 – прямокутний корпус; 3 – циліндричні мішки з фільтрувальної тканини; 4 – пристрій для струшування пилу; 5 – вихідна труба; 6 – клапан подачі стислого повітря для продування фільтрувальної тканини та струшування пилу; 7 – нижня частина рукавного фільтра, де накопичується пил

Такийфільтрпрацюєосьякимчином.Забрудненеповітряпотрапляє у корпус 2 крізь вхідну трубу 1, та очищується, проходячи крізь циліндричні мішки з фільтрувальної тканини 3. Далі очищене повітря виходить із фільтра крізь вихіднутрубу5.Пил, якийнакопичується на фільтрувальнійтканині,очищуєтьсяшляхомвмиканняклапанаподачі стислогоповітря6дляпродуванняфільтрувальноїтканини.Якщоцього недостатньо,можливемеханічнеколиванняфільтрувальної тканиниза рахунок вібрації пристрою 4, до якого закріплені циліндричні мішки з фільтрувальноїтканини.

Перевагами рукавного фільтра є: 1) можливість очищення сухого повітря від усіх видів пилу, за низьких та високих температур, які не повинніперевищуватитемпературутеплостійкостітканини;2) очищен-

85

ня повітря без допомоги високої напруги; 3) відносна простота експлуатації.

Донедоліківрукавногофільтраналежать:по-перше,неможливість очищативологеповітря;по-друге,складністьпошукурозривівутканині, якіможутьвиникнутивпроцесіексплуатації.

Тканинні фільтри працюють за високих температур, підвищеній вологості, наявності в газах хімічно агресивних складових і великої концентрації пилу з абразивними частинками. Тому їх фільтрувальна тканина повинна бути термостійкою.За високої температуривона має бути стійкою до хімічних впливів, абразивного зношування і вигину. Тканинаповиннабутитакожміцноюнарозривіеластичною,вонамає досить легко і добре очищатися від пилу. Ці властивості необхідні тканинідлязабезпеченняможливостірегенераціїфільтрапродуванням і струшуванням.

Матеріал фільтра повинен бути досить густим для забезпечення вловлювання частинок розміром 1 мкм і досить пористим для того, щоб гази могли проходити через нього з малим опором.

У рукавних фільтрах тканина покриває металевий каркас. Рукавні елементи мають діаметр 100–200 мм і довжину 2–6 м. При осадженні пилу на волокнах тканини зменшується розмір пор між ними, що призводить до збільшення ефективності фільтрації, однак при цьому зменшуєтьсяпропускна здатністьфільтра.Томунеобхідноперіодично видаляти шар,що утворює пил.

Регенерація фільтрів здійснюється механічними засобами, продуванням стислим повітрям, комбінованим способом або імпульсним продуванням крізь сопла Лаваля. Найефективнішим сучасним способом регенерації фільтрів є імпульсне продування фільтруючих елементів стисненим повітрям. При цьому уздовж тканини фільтрувального елемента проходить хвиля підвищеного тиску, що згинає тканину.Одночасновнапрямку,протилежномунапрямкупроходження запилених газів через тканину, рухається повітря, що подається до регенерування. Хоча його кількість незначна, а імпульс короткий за тривалістю,тканинаочищуєтьсявідпилу,томущоенергіяімпульсного струменя досить висока.

Навантаження на тканину при регенерації є чинником, що знижує

86

строк її служби. Зворотне продування менше руйнує тканину, однак імпульснепродуваннястислимповітрямдаєповнішурегенерацію.

Пиловловлювач із рукавними фільтрами і схема руху газів уздовж корпусу цього фільтра показані на рис. 8. Корпус пиловловлювача розділений по довжині вертикальними перегородками на 3 частини. Центральна частина, розділена металевою стінкою 1, має дві порожнини: нижню 6 для підведення запиленого газу і верхню 7 для відведення очищеного газу. У двох крайніх частинах пиловловлювача

Рис. 8. Рукавний фільтр:

1 – металева перегородка; 2 – люк для ремонту рукавних фільтрів; 3 – вхідна труба для забрудненого повітря; 4 – гвинтові конвеєри для видалення пилу з пилозбірника; 5 – пилозбірник; 6 – камера для забрудненого повітря; 7 – камера для очищеного повітря; 8 – рукавні фільтрувальні елементи

87

розташовано секції з рукавними фільтрувальними елементами 8, під якимивстановленодвапилозбірники5ізгвинтовимиконвеєрами4.На верхнійстінцікорпусу(над кожною секцією)розташованолюки 2для обслуговуванняіремонтурукавнихфільтрів.

Над корпусом пиловловлювача є горизонтальний трубопровід для підведеннястисненогоповітрянапродуваннярукавнихфільтрів.

Повітря подається до кожної секції через клапан з електричним або пневматичним приводом. Зверху розташовані також заслінки із пневматичним приводом, що вимикають попарно секції з рукавними фільтрамивідверхньоїпорожнинивідводуочищеногогазуцентральної частинипиловловлювача.

Запиленийгазпотрубінадходитьунижнюпорожнинуцентральної частинипиловловлювача,апотімрозподіляєтьсяпосекціяхзрукавними фільтрами. Подача запиленого газу до нижньої частини секцій дає можливістьзнизитипиловенавантаженнянатканину,томущочастина пилу осаджується в пилозбірнику, що функціонує в цьому випадку як осаджувальна камера.

Проходячитканиннірукавніелементи,газочищаєтьсявідпилуі надходить у верхню порожнину центральної частини пиловловлювача 7.

Зцієїпорожниниочищенийгазподаєтьсядимососомдодимовоїтруби. Приочищенні газунаповерхніфільтрувальнихелементівутворюється шар із частинок пилу. Для забезпечення безперервної роботи пиловловлювача здійснюється періодична регенерація рукавних фільтрів шляхом продування їх стислим повітрям у зворотному напрямку.

Заслінкаізпневматичнимприводомперекриваєшляхпотокугазів через дві секції, що розташовані поруч із фільтрами. Подача стислого повітряздійснюєтьсякрізьклапан.Повітрязриваєзповерхні фільтрувальних елементів осілий шар пилу і скидає його в пилозбірник.

Зпилозбірника 5 пил видаляється гвинтовим конвеєром 4. Після регенераціїфільтрувальнихелементівклапанізаслінкаперемикаються, ісекціяпереходитьнарежимочищеннязапиленогогазу.Ефективність пиловловлюванняцихрукавнихфільтрівстановить99%.

Дляочищенняповітрякрімсучаснихфільтрівсухоїочисткишироко використовують фільтри мокрої очистки. Розглянемо загальні положення, пов’язані з такими апаратами.

88

Уфільтрахмокроїочисткиінженеринамагалисьнетількиочистити повітрязарахунокмаксимальноїкількостісил,щодіютьназабруднену частинку,алеізабезпечитиякомогабільшуплощувзаємодіїповітрята води.

Крім повітряних фільтрів сухої очистки, існує багато конструкцій фільтрів вологої очистки. У сучасних фільтрах мокрої очистки вода повиннавикористовуватисьраціонально,тобтобагаторазово.Уфільтрах мокрої очистки з’явилась можливість нейтралізувати токсичні гази за рахунокдодаваннядоводихімічнихдомішок,здатнихвступитизними

ухімічнуреакцію.

Уфільтрівмокроїочисткиєспільнийнедолік–внихутворюються вологі забруднювачі, які здатні залипати у корпусі апаратів, що ускладнюєїхвидалення.Крімцього,їхнеобхіднообігріватиухолодну поруроку.

Розглянемонайпростішіфільтримокроїочистки,першимпредставникомякихєпорожнистийскрубер(рис. 9).Фільтрскладаєтьсязвхідної труби 1, через яку заходить забруднене повітря. Далі воно потрапляє до циліндричного корпусу порожнистого скрубера 2, де підіймається угорутапотрапляєпідкраплиниводи,якірозпилюютьсязадопомогою форсунок3.

Очищене повітря потрапляє у вихідну трубу 4, а забруднюючі домішки з водою накопичуються у нижній частині фільтра, звідки періодичноїхвиводять.Забрудненаводапотрапляєусистемуфільтрів, очищується та знов подається у форсунки.

Перевагамифільтрівтакоїконструкціїє:1) простотавексплуатації; 2) здатність працювати у широкому колі температур; 3) очищення повітрявідкрупного,середньогопилуідеякихокремихтоксичнихгазів. Недоліками є неповне очищення повітря від дрібного пилу, отруйних газів,атакожвірусівтабактерій.Длянейтралізаціїотруйнихречовину фільтрахмокроїочисткиз’явиласьможливістьнейтралізуватитоксичні газизарахунокдодаваннядоводихімічнихдомішок,здатнихвступити з ними у хімічну реакцію. Наприклад, використовуючи порожнистий скрубер, можна перетворити отруйні Cl2 та I2 на оксиген (кисень):

2Cl2 + 4NaOH 4NaCl + 2H2O+ O2

2131I2 + 4 NaOH 4 Na131I + 2H2O+ O2 .

89

Рис. 9. Схема порожнистого скрубера:

1 – вхідна труба, через яку заходить забруднене повітря; 2 – корпус порожнистого скрубера; 3 – форсунки для розпилення крапель рідини; 4 – труба для виходу очищеного повітря

Дляпідвищенняефективностіочищенняповітряінженеривирішили забезпечити якомога більшу площу взаємодії повітря та води. Так був розробленийщеодинфільтр–насадковийскрубер,схемаякогоподана на рис. 10.

Фільтрскладаєтьсязвхідноїтруби1,черезякузаходитьзабруднене повітря, що далі потрапляє у циліндричний корпус насадкового скрубера 2, де і підіймається угору. Усередині корпусу встановлена касета знаповнювачем3(наприклад,зісклянимикульками),поверхнеюякого стікає вода, яка розпилюється за допомогою форсунок 4. Забруднене повітря, рухаючись угору, шукає вихід між частинками наповнювача, зміщуючисьізводою.Значнаплощавзаємодіїповітрятаводизабезпечуєефективнеочищенняповітря,якедалі потрапляєувихіднутрубу5, а забруднюючі домішки з водою накопичуються у нижній частині

90