8.1. Специализация аппаратов.

Универсальных пылеуловителей, т. е. способных эффективно улавливать все виды пылей, не существует. Аппарат эффективен лишь по отношению к определенным видам пыли. При улавливании пылей с другими свойствами он не эффективен и даже может произойти нарушение его работы. Перспективными являются аппараты, специально разработанные для улавливания пылей с определенными свойствами.

Например, наиболее перспективными областями применения тканевых фильтров являются:

- тонкая очистка сбрасываемых в атмосферу топочных газов от золы на тепловых электростанциях, сжигающих каменные угли с низким содержанием серы;

- применение фильтров с высокой производительностью, в которых используется импульсный метод регенерации в цементном производстве, на предприятиях черной и цветной металлургии, в производстве абразивов и других отраслей промышленности, где имеются высокие концентрации тонкодисперсных пылей;

- использование тканевых фильтров для одновременного улавливания газообразных загрязнителей (SO₂, HF и др.) за счет нанесения сорбирующих порошков на поверхность рукавов с целью обеспечения работоспособности фильтров и санитарной очистки газов.

8.2. Предварительная обработка аэрозолей.

Для обеспечения эффективной очистки отработанного воздуха и газов необходимо в каждом конкретном случае произвести подготовку подлежащих очистке газовоздушных выбросов с таким расчетом, чтобы технологические параметры газов соответствовали оптимальным характеристикам газоочистных аппаратов. Подготовку отработанного газа к очистке от взвешенных частиц обычно проводят в следующих направлениях

- укрупнение размеров частиц с помощью различных механизмов коагуляции;

- снижение концентрации взвешенных частиц посредством предварительной очистки газов в простых неэнергоемких аппаратах;

- охлаждение запыленных газов;

- увлажнение запыленных газов в случае применения электрической или мокрой систем очистки.

Укрупненная пыль может эффективно улавливаться ранее применяемыми или другими, более простыми аппаратами, например, циклонами. Укрупнение пыли может производиться путем турбулизации, ионизации или акустической обработки пылегазового потока.

Характерным примером эффективной турбулизации в сочетании с увлажнением является обработка пыли в трубе Вентури.

Имеется положительный опыт применения ионизации и акустической обработки пылегазового потока. Ранее использование акустической обработки сдерживало отсутствие экономичных сирен. Ультразвуковые сирены имели низкий к.п.д., и их применение было нерентабельным. Разработка эффективных сирен слышимого диапазона позволяет более широко применять акустический метод. Ионизация не требует значительных затрат и дает хорошие результаты.

Кондиционирование (подготовка) газов перед очисткой осуществляется либо с целью интенсификации процессов в основных газоочистительных аппаратах, либо для обеспечения нормальной их эксплуатации.

Существует четыре способа кондиционирования.

1. Охлаждение газов. Верхний предел температуры определяется в основном материалами, из которых изготовлены аппараты. Для электрофильтров это материал электродов и корпуса. Внекоторых типах электрофильтров температура газов определяется конструкцией коронирующей системы. Жесткая (рамная) конструкция не допускает сильного нагрева, поскольку возможно коробление. В рукавных фильтрах максимум температуры определяется термостойкостью ткани.

2. Подогрев газов применяется для исключения конденсации паров воды и кислот.

3. При увлажнении чрезмерно сухих газов улучшаются свойства промежутка между коронирующими и осадительными электродами в электрофильтрах и снижается удельное электрическое сопротивление (УЭС) пыли.

4. Введение в газовый поток специальных добавок (аммиак, серный ангидрид и др.), интенсифицирующих процесс в электрофильтрах.

В практике газоочистки находят широкое применение три первые способа.

Охлаждение газа может осуществляться путем подсоса наружного воздуха на возможно большом удалении от аппарата, который нуждается в охлаждении газа, или, если это невозможно, то сразу после места подсоса следует разместить перемешивающее устройство, например, в виде закручивателя потока, турбулизатора или циклона.

Подогрев газа может производиться путем сжигания топлива в отдельной топке с последующим вдуванием продуктов горения в поток кондиционируемого газа. При проектировании системы подогрева следует прежде всего определить допустимый интервал:

. (8.1)

Здесь - температура очищаемого газа, превышающая на 20…30 ^оС точку росы; - температура максимально приемлемая по конструктивно-технологическим соображениям.

Расход греющего газа, вводимого в тракт газоочистки, определяется (в м³/с) по формуле

, (8.2)

где - расход очищаемого газа, м³/с; - его температура, ^оС; - температура газа после смешения, ^оС; - температура горячего газа, подаваемого для подогрева, ^оС.

Распространенным способом кондиционирования газов является использование скрубберов полного испарения. Они в основном применяются перед электрофильтрами, реже – перед рукавными фильтрами.

Один из способов повышения степени улавливания аэрозольных частиц в мокрых пылеуловителях – использование эффекта конденсации, происходящей при охлаждении горячих газов, предварительно насыщенных водяным паром. При конденсации пар диффундирует в сторону капли и увлекает с собой наиболее мелкие частицы. Кроме того, частицы обволакиваются пленкой конденсата, благодаря чему улучшается их контакт с каплями. Конденсация водяных паров благоприятно сказывается и на эффективность мокрых пылеуловителей, поверхность осаждения в которых образуют пузырьки (тарельчатые аппараты, газопромывателии с подвижной шаровой насадкой и др.). Если предполагается использовать эффект конденсации, на тракте газоочистки предусматривается устройство для введения в горячий поток газа (аэрозоля) тонкораспыленной воды. Это может быть вертикальный полый скруббер, рассчитанный на полное испарение, горизонтальная камера с оросителем, либо орошаемый участок пылегазопровода. Тепловая нагрузка скруббера определяется по формуле

. (8.3)

Здесь - объемный расход сухих газов, м³/c; - удельная объемная теплоемкость сухих газов, Дж/(м^3.град); и - начальная и конечная температура газов, ^оС; и - удельная начальная и конечная энтальпия водяных паров содержащихся в газах Дж/м³;

; , (8.4)

где и - начальное и конечное влагосодержание сухих газов, кг/м³.

Массовый расход воды определяется (в кг/с) по формуле

, (8.5)

где - коэффициент испарения воды в среде данного газа; значения могут быть приняты в среднем равными 0,8…0,85.

Эффективность мокрых аппаратов при улавливании субмикронных частиц пыли может быть существенно увеличена путем предварительной зарядки взвешенных частиц. Наилучшие результаты при использовании метода электризации в мокром пылеулавливании достигаются при разноименной зарядке частиц и капель орошающей жидкости. Положительный эффект достигается при предварительной электрической зарядке улавливаемых частиц и капель орошающей жидкости путем размещения ионизатора в зоне, где начинается контакт аэрозоля с каплями. Если относительная скорость частиц и капель невелика, то параметр электростатического осаждения может превзойти параметр инерционного осаждения. Если аэрозоль пропускается через электрофильтр с последующим доулавливанием остатка в мокром аппарате, то заряд, полученный частицами в электрофильтре, заметно повышает эффективность доулавливания.

В качестве интенсификаторов пылеулавливания в некоторых случаях применяются поверхностно-активные вещества, улучшающие смачиваемость гидрофобных частиц. Смачиватели способствуют растеканию воды в виде сплошной пленки по поверхности осаждения, и поэтому частицы, ударившись о поверхность, не могут быть сдуты с нее, как с сухой стенки.

Специальными способами интенсификации работы электрофильтров можно считать мероприятия, связанные с УЭС пыли. Оптимальным считается УЭС в пределах примерно от 10⁵ до 10¹⁰ Ом^.см. При меньших значениях УЭС пыль мгновенно разряжается на осадительных электродах, отрывается от них и вторично уносится потоком газа. Высокие значения УЭС особенно 10¹¹…10¹³ Ом^.см, наоборот, способствуют формированию на электродах неотряхиваемого слоя пыли, что приводит к различным осложнениям, результатом которых является резкое падение степени улавливания. В большинстве случаев максимуму УЭС соответствует температура в интервале от 100 до 200 ^оС. Технологический процесс очистки должен быть рассчитан так, чтобы электрофильтр работал в температурном режиме, обеспечивающем максимально возможное удаление от пика УЭС.

Интенсификация электростатического пылеулавливания достигается также путем ликвидации «запирания короны», которая возникает при подаче в электрофильтр высококонцентрированного тонкодисперсного аэрозоля. Из-за малой скорости дрейфа мелкие частицы не успевают отходить от коронирующих электродов и препятствуют нормальному развитию короны. Избежать запирания короны можно применением электродов с коронирующих электродов с фиксированными точками разряда и, в основном, улавливанием части пыли для снижения концентрации аэрозоля на подходе к электрофильтру.

Одним из способов интенсификации работы электрофильтров является введение в газовый поток специальных добавок (аммиака, хлоридов натрия и калия), что позволяет снизить остаточную запыленность в 5 раз и снизить УЭС пыли в 2…6 раз.