учебник по ОПОВ

гидрофильные – хорошо смачиваемые (кварцевый песок, силикатный песок),

гидрофобные – плохо смачиваемые (графит, сера, уголь),

абсолютно гидрофобные (парафин, тефлон).

Электрические свойства пыли - удельное электрическое сопротивление определяется экспериментальным путем при прохождении тока через пыль. Электрические свойства пыли используют для их коагуляции при осаждении в поле силы тяжести и центробежных сил в электрофильтрах.

Пылеулавливание – операции улавливания пыли в местах ее выделения с последующей очисткой запыленных газов в специальных аппаратах.

Характеристики пылеулавливания

Степень очистки газов от пыли - характеризует общую эффективность пылеулавливания. Рассчитывается по формуле:

Свх – массовая концентрация пыли в газе до очистки (мг/м3); Свых – массовая концентрация пыли в газе после очистки (мг/м3).

Фракционный показатель эффективности пылеулавливания -

характеризует процесс улавливания пыли, заданной крупности.

i - фракционный показатель эффективности пылеулавливания;

- количество пыли, заданной крупности, в газе до очистки (в %);

- количество пыли в газе после очистки (в %);

Свхi - массовая концентрация i - той фракции пыли до пылеуловителя; Свыхi – массовая концентрация i - той фракции пыли после пылеуловителя.

Скорость осаждения частиц пыли - рассчитываются по закону Стокса:

270

Пыль диаметром меньше 75 микрометров осаждается легко, от 5 до 75 – осаждается медленно. Пыль с диаметром менее 5 микрометров практически не осаждается и проникает в легкие.

Коэффициент проскока частиц - показывает долю оставшихся частиц в газе.

Гидравлическое сопротивление пылеуловителей - это разность давлений потока на входе и выходе из аппарата

Удельная пылеёмкость (N) - это количество пыли, которое удерживает пылеуловитель за период непрерывной работы между двумя регенерациями. В процессе очень важное значение имеют физико-химические свойства пылей.

Классификация пылеулавливающего оборудования основана на принципиальных особенностях процесса отделения твердых частиц от газовой фазы, это:

оборудование для улавливания пыли сухим способом, к которому относятся пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, жалюзийные и ротационные пылеуловители, фильтры, электрофильтры;

оборудование для улавливания пыли мокрым способом, к которому относятся скрубберы Вентури, форсуночные скрубберы, пенные аппараты и др.

Таблица 2.13.1. Методы механической очистки газов от пыли.

Существует две основных системы пылеулавливания: технологическое и санитарное.

271

Технологическая система пылеулавливания предназначена для очистки от пыли воздуха или газов, используемая для технических целей.

Санитарная система пылеулавливания предназначена для защиты воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами.

2.13.2 Механические сухие пылеуловители

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах. Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40–100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи.

Механические сухие пылеуловители условно делятся на три группы:

Пылеосадительные камеры.

Инерционные пылеуловители.

Центробежные пылеуловители.

Пылеосадительные камеры. Принцип работы основан на гравитационном осаждении частиц пыли из газового потока. Гидравлическое сопротивление таких аппаратов 50 – 150 Па. Применяются для улавливания частицы диаметром 50 – 500 микрометров и более. Применяются в металлической и химической промышленности и отличаются большими габаритами. = 30 – 40%.

В нижней части имеются бункеры для сбора пыли. В пылеосадительных камерах скорость воздуха снижается до 0,05 м/с за счет увеличения размеров камер, при выполнении камер с перегородками в виде лабиринта увеличивается эффективность очистки, но увеличивается сопротивление движению воздуха. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.

Рис.2.13.1. Пылеосадительная камера: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок;3 - корпус;4 - бункер взвешенных частиц.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Частицы пыли d< 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода – быстрое истирание или забивание щелей.

272

Инерционные пылеуловители (пылевые мешки) основаны на действии сил тяжести и сил инерции. В аппарате поток газа меняет направление движения, а пыль под действием сил инерции и сил тяжести оседает в бункере. Газ поступает в аппарат со скоростью 5 – 15 м/с, скорость в цилиндрической зоне около 1 м/с, гидравлическое сопротивление – 150 – 390 Па, =65 – 80%. Применяются в химической промышленности для предварительной очистки газов.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата.

Циклоны

В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для

осаждения твердых аэрозолей.

Основными элементами циклона являются: корпус, выхлопная труба, бункер для сбора пыли. Запыленный газ поступает тангенциально со скоростью (20-30 м/с) через патрубок прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, прижимаются к стенкам аппарата и переносятся потоком в пылесборник. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху через выхлопную трубу.

Рис.2.13.2. Принцип работы циклона

Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки газа в циклоне зависит не только от скорости вращения газового потока, от конфигурации основных элементов и соотношения геометрических размеров циклона, но и от размеров отделяемых частиц. Для частиц с d = 5 30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d = 2 5 мкм она составляет менее 40%.

273

Гидравлическое сопротивление высокопроизводительных циклонов составляет около 1080 Па. Циклоны широко применяют при грубой и средней очистке газа.

Циклоны изготавливаются из нержавеющей стали методом сварки, исключающих какую либо коррозию сварных швов. Циклоны изготавливаются в двух исполнениях: на опорных лапах и опорных стойках (напольное исполнение). Циклоны оснащены устройствами (затворами специальной конструкции и отъемными сборниками), благодаря чему могут использоваться в режимах непрерывного отбора твердых частиц.

Рис.2.13.3. Способы подвода газа в циклоны

Циклоны различаются по способу подвода газа (рис.2.13.3.), который может быть спиральным (А), тангенциальным или обычным (Б), винтообразным (В) и осевым; циклоны с осевым (розеточным) подводом газа работают как с возвратом газа в верхнюю часть аппарата (Г), так и без него (Д). Аппараты последнего типа (так называемые прямоточные циклоны) отличаются низким гидравлическим сопротивлением и меньшей по сравнению с циклонами иных типов эффективностью пылеулавливания. Простота конструкции прямоточных циклонов облегчает нанесение на них футеровки, что позволяет применять эти аппараты для осаждения крупных абразивных частиц пыли.

Рекомендуются следующие типы циклонов:

Циклоны с винтовым входом газа имеют относительно высокую производительность при небольших габаритах. Применяются для грубой очистки газа от пыли с размером частиц более 20 мкм.

Циклоны со спиральным входом газа относятся к высокоэффективным циклонам. Используются для тонкой очистки газа с размером частиц более

10 мкм.

274

Циклон с обратным конусом применяется для улавливания волокнистых пылей в легкой промышленности.

Циклоны со спиральным входом рекомендуется для улавливания абразивных пылей.

Батарейный циклон состоит из групп циклонов малого диаметра (d = 200-250 мм), число которых достигает несколько десятков, а то и сотен, которые включаются в один корпус и имеют общий коллектор запыленного газа и общий пылевой бункер. Они работают параллельно. Для закрученного потока газа элементы батарейного циклона имеют направляющие лопасти, типа винт или розетка. Лопасти (типа винт) обеспечивают меньшую эффективность очистки, чем лопасти (типа розетка).

Рис.2.13.4. Конструкция батарейного циклона: а — продольный разрез; б — конструкции закручивающих устройств; 1 - корпус; 2 - циклонные элементы; 3, 4 - трубные решетки; 5 – винтовая лента; 6 - лопастная розетка.

Потоки: I — запыленный газ; II — очищенный газ; III — уловленные частицы

Лопасти (типа винт) меньше забиваются пылью и обеспечивают меньшие потери давления в циклоне. Скорость газа на входе в батарейный циклон равна 11 - 23 м/с, средняя степень очистки газа = 0,75 – 0,85. Батарейные мультициклоны обладают повышенной эффективностью при разделении пылегазовых смесей, содержащих частицы сравнительно большой степени дисперсности: частицы размером до 5 мкм и менее. Для батарейных циклонов (производительностью более 20000 м3/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d

> 30 мкм.

Рукавные фильтры

Рукавные фильтры относятся к пылеулавливающему оборудованию «сухого» типа. Рукавные фильтры имеют более высокую эффективность очистки газов по сравнению с любыми видами электрофильтров и аппаратами мокрой очистки

275

газов. Остаточная запылённость пылевыбросов на выходе после рукавных фильтров обычно составляет не более 10 мг/м³ (существуют модификации фильтров с более низкой остаточной запылённостью, до 1 мг/м³). Рукавные фильтры могут быть укомплектованы фильтрующими рукавами, сшитыми из высокотемпературных фильтрующих материалов (политетрафторэтилен, полиимид) с температурой эксплуатации до +260 С°.

потока. В такой конструкции забивание фильтров практически невозможно, так как образующаяся на стенках фильтра пыль и опилки постоянно сдуваются потоком воздуха.

2.13.3 Аппараты мокрой механической очистки.

В основе мокрого пылеулавливания лежит контакт запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама.

Достоинства мокрых пылеуловителей:

сравнительно небольшая стоимость изготовления;

высокая эффективность улавливания взвешенных частиц, например, скрубберы Вентури могут быть применены для очистки газов от частиц меньше 1 мкм;

276

возможность использования при высокой температуре и повышенной влажности газов, а также в случае опасности самовозгорания или взрыва очищаемых газов или улавливаемой пыли;

возможность одновременного осуществления очистки газов от взвешенных частиц (пылеулавливание), извлечения газообразных примесей (абсорбция) и охлаждения газов (контактный теплообмен).

Недостатки метода мокрого обеспыливания:

улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки;

в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо изготавливать из антикоррозионных материалов или применять антикоррозионные покрытия.

Вкачестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях чаще всего применяют воду. В целях уменьшения количества отработанной жидкости при работе мокрых пылеуловителей применяют замкнутую систему орошения. Наиболее принятая в технической литературе классификация мокрых пылеуловителей основывается на способе действия и обычно включает следующие группы:

Полые газопромыватели – газы пропускаются через завесу распыленной жидкости, капли которой захватывают частицы пыли - полые скрубберы;

Насадочные газопромыватели (скрубберы) – в корпус аппарата на опорную решетку засыпается насадка, чаще всего представляющая собой кольца различной конфигурации - насадочные скрубберы;

Барботажные аппараты – запыленный газ проходит через слой жидкости

ввиде пузырьков, на поверхности которых и происходит осаждение частиц пыли-барботеры.

Пенные аппараты – чаще всего снабжены провальными тарелками (щелевыми или дырчатыми), которые поливаются жидкостью; образующаяся на них пена захватывает частицы пыли, удаляемые из аппарата в виде шлама - тарельчатые скрубберы

Пылеуловители ударно-инерционного действия представляют собой вертикальную колонну. В слой жидкости, находящийся в нижней ее части, ударяется запыленный газовый поток и, при повороте потока в обратном направлении, частицы пыли осаждаются на поверхности воды - скрубберы ударно-инерционного действия (ротоклоны);

Мокрые аппараты центробежного действия – запыленный газовый

поток приводится во вращение направляющими лопатками или

277

тангенциальным подводом газа в корпус аппарата, орошаемого форсунками - центробежные скрубберы;

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури) представляют собой трубу Вентури, движущийся в ней с высокой скоростью газовый поток дробит орошающую его жидкость на капли, на которых осаждается пыль и образуется шлам, удаляемый из аппарата. Скрубберы Вентури являются наиболее эффективными аппаратами мокрого типа - скоростные скрубберы Вентури;

Динамические газопромыватели – очищаемые газы приводятся в соприкосновение с жидкостью, которая разбрызгивается вращающимся механизмом. Наибольшее распространение получили дезинтеграторы, представляющие собой мокрый пылеуловитель-вентилятор - эжекторные скрубберы.

Полые форсуночные скрубберы представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газами и каплями жидкости, распыливаемой

форсунками.

По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При мокром обеспыливании обычно применяют аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости, реже – с поперечным подводом жидкости. Прямоточные полые скрубберы широко используются при испарительном охлаждении газов.

Рис. 2.13.6. Полый форсуночный скруббер: 1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – форсунки

В противоточном скруббере (рис. 2.13.6.) капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет 0,61-2 м/с. При скоростях газов более 5 м/с после газопромывателя необходима установка каплеуловителя.

Если полый скруббер используют для очистки газа от пыли, то расход жидкости составляет от 3 до 10 м3 на 1000 м3 газа.

Степень улавливания пыли тем больше, чем больше расход орошающей жидкости, запыленность газа и размер частиц пыли, но обычно она не превышает 50%.

278

Мелкие фракции (менее 10 мкм) практически не улавливаются в полом скруббере. Поэтому полые скрубберы применяют в основном для охлаждения и увлажнения газа. Их устанавливают перед аппаратами, предназначенными для тонкой очистки газа. Гидравлическое сопротивление полых скрубберов невелико и составляет 100-250 Па.

Насадочные газопромыватели

В насадочных скрубберах сечение колонны заполнено насадкой, по которой в виде пленки стекает жидкость. Противотоком к ней движется газ, подаваемый в нижнюю часть колонны. Смоченная поверхность насадки и является поверхностью контакта фаз.

При недостаточном орошении насадки на ее элементах может налипать пыль, что приводит к росту гидравлического сопротивления и снижения производительности скруббера. Очистка насадки от пыли представляет собой довольно трудоемкую операцию, связанную с удалением насадки из аппарата. Поэтому для очистки запыленных газов используют только регулярную насадку с крупными элементами или хордовую насадку.

Расход жидкости в насадочных скрубберах составляет 1,5-6 м3 на 1000 м3 газа. Гидравлическое сопротивление их невелико, хотя и больше, чем полых скрубберов.

Степень улавливания пыли в насадочных скрубберах зависит от тех же факторов, что и в полых. Обычно улавливается до 70% частиц размером 25 мкм, более крупная пыль улавливается на 80-90%.

Разновидностью аппаратов для улавливания пыли осаждением частиц на каплях жидкости являются форсуночные скрубберы (рис.2.13.7.,а). Запыленный газовый поток поступает в скруббер по патрубку 3 и направляется на зеркало воды; где осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Газовый поток и мелкодисперсная пыль, распределяясь по всему сечению корпуса 1, поднимаются вверх навстречу потоку капель, подаваемых в скруббер через форсуночные пояса 2. Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3,0-6,0 л/м3, гидравлическое сопротивление аппарата до 250 Па при скоростях движения потока газа в корпусе скруббера 0,7-1,5 м/с.

Общая эффективность очистки, получаемая на форсуночных скрубберах, невысока и составляет, например, 0,6-0,7 при очистке доменного газа. В форсуночных скрубберах эффективно улавливаются частицы размером >10 мкм.

Одновременно с очисткой газ, проходящий через форсуночный скруббер, охлаждается и увлажняется до состояния насыщения.

279