Пыль в воздухе и очистка воздуха в доме или квартире от пыли. Оздоровление воздушной среды. Очистка воздуха от пыли.

Очистка воздуха от пыли может производиться как при подаче наружного воздуха в помещение, так и при удалении из него запыленного воздуха. В первом случае обеспечивается защита работающих в производственных помещениях, а во втором — защита окружающей атмосферы.

Универсальных пылезадерживающих устройств, пригодных для любых видов пыли и для любых начальных концентраций, не существует. Каждое из этих устройств пригодно для определенного вида пыли, начальной концентрации и требуемой степени очистки.

Важным показателем работы обеспыливающего оборудования является коэффициент очистки воздуха, который определяется по формуле

Kф = ((q1-q2)/q1)100%,

где q1 и q2 — содержание ныли до и после очистки, мг/м3.

Очистка воздуха от пыли может быть грубой, средней и тонкой. При грубой очистке воздуха задерживается крупная пыль (размером частиц > 100 мкм). Такую очистку можно использовать, например, как предварительную для сильно запыленного воздуха при многоступенчатой очистке. При средней очистке задерживается пыль с размером частиц до 100 мкм, а ее конечное содержание не должно быть более 100 мг/м3. Тонкой является такая очистка, при которой задерживается очень мелкая пыль (до 10 мкм) с конечным содержанием в воздухе приточных и рециркуляционных систем до 1 мг/м3.

Обеспыливающее оборудование подразделяется на пылеуловители и фильтры.

Пылеуловители. Пылеуловители — это устройства, действие которых основано на использовании для осаждения частиц пыли сил тяжести или инерционных сил, отделяющих пыль от воздушного потока при изменении скорости (в пылеосадочных камерах) и направления его движения (одиночные и батарейные циклоны, инерционные и ротационные пылеуловители).

Пылеуловители применяют при содержании пыли в удаляемом воздухе более 150 мг/м3.

Пылеосадочные камеры. Эти камеры применяют для осаждения крупной и тяжелой пыли с размером частиц более 100 мкм (рис. 11, а). Скорость пыльного воздуха в поперечном сечении камеры принимается небольшой — около 0,5 м/с для того, чтобы пыль могла осесть в камере раньше, чем она покинет ее. Поэтому габариты камер получаются довольно большими, что ограничивает их применение, несмотря на очевидные достоинства — малое гидравлическое сопротивление, дешевая эксплуатация и простота ухода.

Эффективность очистки можно увеличить (до 80—95%), если камеру выполнить лабиринтного типа (рис. И, б), хотя это влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления.

Инерционные пылеуловители. Такой пылеуловитель (рис. 11, в) представляет собой набор усеченных конусов 1, установленных после довательно таким образом, что между ними образуются щели 2. Пыльный воздух поступает через отверстие 5. Пылеотделение основано на изменении направления движения пыльного воздуха, при этом взвешенные частицы пыли, имеющие значительно большую силу инерции, чем чистый воздух, продолжают двигаться в прежнем осевом направлении к узкому отверстию 4, а чистый воздух выходит через щели 2.

Циклоны. Их применяют для грубой и средней очистки от сухой неволокнистой и неслипающейся пыли. Пылеотделение в циклонах основано на принципе центробежной сепарации. Попадая в циклон по касательной через входной патрубок 1 (рис. 11, г), воздушный поток приобретает вращательное движение по спирали и, опустившись до дна конической части 2, выходит наружу через центральную трубу 3. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенке циклона и, увлекаемые воздушным потоком, опускаются на дно циклона, а оттуда удаляются в пылесборник. Эффективность очистки увеличивается (до 90%) при уменьшении размеров циклона, поскольку величина центробежной силы обратно пропорциональна расстоянию частиц пыли от оси циклона. Поэтому вместо одного циклона большого размера ставят параллельно два или более циклонов меньших размеров — так называемые батарейные циклоны.

Из-за возможного возгорания и взрывов пыли в циклонах их устанавливают вне производственных помещений.

Для очистки воздуха с большим содержанием пыли используют циклоны с водяной пленкой, создаваемой на его внутренней поверхности.

Ротационные пылеуловители (ротоклоны). Эти пылеуловители представляют собой центробежный вентилятор (рис. 11, д), который одновременно с перемещением воздуха очищает его от крупных частиц пыли (> 10 мкм) благодаря силам инерции, возникающим при вращении рабочего колеса.

Пыльный воздух поступает во всасывающее отверстие 1. При вращении колеса 2 пылевоздушная смесь движется по межлопаточным каналам колеса, при этом частицы пыли под действием центробежных сил и сил Кориолиса прижимаются к поверхности диска колеса и к набегающим сторонам лопаток колеса. Пыль с очень небольшим количеством воздуха (3—5%) поступает через зазор 8 между колесом 2 и диском колеса в кольцеобразный приемник 5, а очищенный воздух — в улитку 4 и выходной патрубок 9. Обогащенная пылью смесь через патрубок 5 поступает в бункер б, в котором пыль оседает, а освободившийся от нее воздух через отверстие 7 снова возвращается в пылеприемник 3. В бункере 6 пыль увлажняется.

Ротоклоны находят применение в пыльных производствах, например в литейном. Они обеспечивают сравнительно высокую эффективность очистки: для частиц пыли от 8 до 20 мкм — 83%, а для более крупных — до 97%.

Рис. 11. Пылеотделители: а, б — пылеосадочные камеры; в — жалюзийный пылеотделитель; г — циклон; д — ротоклон

Фильтры. Фильтры — это устройства, в которых запыленный воздух пропускается через пористые, сетчатые материалы, а также через конструкции, способные задерживать или осаждать пыль.

В качестве фильтрующих материалов применяют стекловату, гравий, кокс, металлическую стружку, пористую бумагу или ткань, тонкую металлическую сетку, фарфоровые или металлические полые кольца. В зависимости от применяемого материала фильтры имеют соответствующее название — матерчатые, бумажные и т. п.

Бумажные фильтры. Фильтрующим материалом в них является гофрированная, пористая бумага (целлюлозная вата) или так называемая шел ковка (шелковистая пористая бумага), сложенная в 4— 10 листов и закладываемая в специальные кассеты. Такие кассеты устанавливаются в ячейки металлического каркаса. Эффективность очистки бумажных фильтров очень высокая — до 98—99%. Эти фильтры используют для очистки воздуха, подаваемого в помещение.

Для того чтобы кассеты периодически освобождались от части осаждаемой пыли, производят встряхивание фильтра.

Матерчатые фильтры. На рис. 12, а показан рукавный самовстряхивающийся фильтр типа ФВ с обратной продувкой. Он состоит из нескольких секций, в каждой из которых размещены 18 рукавов диаметром 135 мм.

Фильтр работает следующим образом: запыленный воздух через патрубок 1 поступает в корпус 2, общий для всех рукавов, откуда попадает в рукава 3, и, проходя через ткань последних, на ее поверхности оставляет пыль. Очищенный воздух через клапанные коробки 4 выходит из фильтра.

Периодическое встряхивание рукавов фильтра производится механизмом 7, а обратная продувка — переменной положения клапана 8. Пыль удаляется в пылесборник 5 с выпускным клапаном 6 при помощи шнека 9. Для тонкой и практически полной очистки воздуха (99,9%) в ряде производств используются фильтры из ткани ФПП.

Масляные фильтры. Такие фильтры применяют для очистки воздуха, подаваемого в помещение при малых концентрациях пыли (до 20 мг/м3).

Ряд конструкций представляет собой кассету, обтянутую сеткой и заполненную фарфоровыми или медными кольцами, гофрированными сетками (рис. 12, б). Эта кассета перед установкой в сеть опускается в веретенное или вазелиновое масло.

Частицы пыли, проходя с воздухом через лабиринт отверстий, образуемых кольцами или сетками, задерживается на их смоченной поверхности. Эффективность очистки достигает 95—98%.

Рис. 12. Фильтры:

а — матерчатый рукавный самовстряхивающийся; б — кассетный масляный; в — самоочищающийся масляный

В настоящее время широкое распространение получили самоочищающие масляные фильтры (рис. 12, в), в которых фильтрация осуществляется двумя непрерывно движущимися полотнами 2 из металлической сетки. Нижняя часть полотна на 150 мм погружена в масло, находящееся в ванне 1.

При загрязнении масляных фильтров кольца и сетки промывают в содовом растворе.

Электрические фильтры. Фильтры применяют для очистки воздуха и газа от мелкодисперсной пыли. Работа электрофильтров основана на создании сильного электрического поля при помощи выпрямленного тока высокого напряжения (50— 100 кВ), подводимого к коронирующим электродам (рис. 13, а). При прохождении пыльного газа или воздуха через фильтр происходит ионизация частиц пыли, т. е. образование положительных и отрицательных ионов. Пыль, получившая заряд от отрицательного коронирующего электрода, стремится осесть на положительном электроде, которым являются заземленные стенки фильтра и специальные осадительные электроды. Эти электроды периодически встряхиваются при помощи специального механизма, а осевшая пыль собирается в бункере, откуда удаляется.

Ультразвуковой фильтр. В таких фильтрах (рис. 13, б), применяемых для тонкой очистки, под влиянием ультразвука высокой интенсивности происходит коагуляция мельчайших частиц пыли. Образующиеся крупные частицы затем осаждаются в обычных пылеуловителях, например в циклонах.


Рис. 13. Фильтры:

а — электрический; б — ультразвуковой; 1 — изолятор; 2 — стенки фильтра; 3 — коронирующий электрод; 4 — заземление; 5 — генератор ультразвука; 6 — циклон

Эффективность очистки составляет 90% при действии ультразвука в течение 3—5 с.

Если требуемая эффективность очистки, достигается в одном пылеуловителе или фильтре, то такая очистка называется одноступенчатой. При большой начальной запыленности воздуха для получения требуемой чистоты используют двухступенчатую очистку. Например, если первой ступенью очистки воздуха является циклон, то в качестве второй может служить матерчатый фильтр и т. д.

Правильная эксплуатация фильтров (своевременная очистка, промывка и т. п.) имеет большое значение для эффективной работы вентиляции.

В процессах пылеулавливания существенное значение имеют размеры частиц пыли, их плотность, заряд, удельное сопротивление, адгезионные свойства, смачиваемость и т. п.

По размеру твердых частиц выделяют следующие виды пыли:

Более 10 мкм;

0,25–10 мкм;

0,01–0,25 мкм;

Менее 0,01 мкм.

Эффективность пылеулавливания мелких частиц меньше – 50–80%, крупных больше – 90–99,9%.

Различают два типа пылеуловителей: сухие и мокрые. Сухим путем пыль улавливают пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, электрофильтры и др. Для очистки от пыли мокрым способом применяют пенные аппараты, скрубберы Вентури и др.

Сухие пылеуловители, пылеосадительные камеры. Это наиболее простейшие аппараты, использующие для осаждения пыли поле гравитации, а при установке перегородок – инерционное поле. Эффективность улавливания пыли размером более 25 мкм – 50–80%. Для очистки горячих дымовых газов от пыли с размером более 20 мкм при температуре 450–600°С используются жалюзные пылеотделители. В них отделение пыли от основного потока газа происходит за счет инерционных сил, возникающих при резком повороте очищаемого газового потока, когда он проходит через жалюзи решетки. Эффективность очистки достигает 80%.

На рисунках 14 и 15 показаны схемы циклона (греч. kyklon – вращающийся) и скруббера (англ. scrub – cкрести) Вентури соответственно для сухого и мокрого способов пылеулавливания.

Циклоны – основной вид аппаратов для улавливания пыли, которые для ее осаждения используют центробежное поле. В циклон газовый поток вводится через патрубок – 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса циклона – 2 (рис. 14). Поток совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру – 4. Частицы пыли под действием центробежной силы обра-зуют на стенке циклона пылевой слой, который осыпается и попадает в бункер. Газовый поток, освободившись от пыли, образует вихрь и через трубу – 3 покидает циклон. Бункер при его накоплении периодически разгружается от пыли.

Избыточное давление газов, поступающих в циклон, не должно превышать 2500 Па, температура – не выше 400°С. Допустимая входная концентрация слабо слипающейся пыли – около 1000 г/м 3 , среднеслипающейся – до 250 г/м 3 . Эффективность очистки газов от пыли более 5 мкм в цилиндрических циклонах 80–90%. Обычно их используют для предварительной очистки газов перед электрофильтрами и фильтрами. При очистке больших объемов газов применяют батареи, состоящие из необходимого числа параллельно установленных циклонов.

Ротационные пылеуловители – аппараты центробежного действия типа вентиляторов особой конструкции. Их используют для очистки газов от пыли с размером частиц более 5 мкм. Они обладают большой компактностью. Более перспективной модификацией являются противопроточные ротационные пылеотделители. Их размеры в 3–4 раза меньше, чем у циклонов, а энергозатраты меньше на 20–40%. Однако сложность конструкции и процесса эксплуатации затрудняет их широкое распространение.

Вихревые пылеуловители. Это тоже аппараты центробежного действия, которые в качестве завихрителя газовых потоков используют наклонные сопла или лопатки. Они способны очищать большие объемы газов от тонких фракций пыли, меньше 3–5 мкм. Эффективность очистки достигает 99%. Она мало зависит от содержания пыли в пределах до 300 г/м 3 .

Электрофильтры. Они представляют собой устройства с набором трубчатых осадительных, положительно заряженных электродов (анодов), внутри которых по их осевому центру распо-ложены тонкие стержни (струны) коронирующих, отрицательно заряженных электродов (катодов). Между этими электродами, представляющими цилиндрический электрический конденсатор, источником постоянного тока создается электрическое поле высокой на-пряженности, до 50–300 кВ/м. В этом сильном электрическом поле при столкновении заряженных частиц с молекулами происходит ударная ионизация газа. Однако до пробоя газа напряженность поля не повышают, т.е. создают условия для коронного разряда в газе. Аэрозольные частицы, поступающие в зону между катодом и анодом, адсорбируют образующие ионы, приобретают электрический заряд и движутся к электроду с противоположным зарядом. Так как площадь стержня (катода) значительно меньше площади трубки, плотность тока у катода будет значительно больше, чем у анода. Коронный разряд преимущественно локализуется у катода. Это приводит к значительно большему разряду катионов и образованию отрицательно заряженных аэрозольных частиц. Поэтому примеси в основном движутся к аноду и осаждаются на нем. Отсюда понятны названия: коронирующий и осадительный электроды.

При пропускании газа и примесей через электрофильтр скорость их потока обычно задают в пределах от 0,5 до 2 м/с. Скорость движения заряженных частиц к электродам зависит от их размера, заряда и напряженности электрического поля. При напряженности поля 150 кВ/м она составляет от 0,01 до 0,1 м/с для частиц с диаметром соответственно от 1 до 30 мкм. На электродах хорошо оса-ждаются и затем легко удаляются встряхиванием пыли с удельным сопротивлением от 104 до 1010 Ом·см. При меньших его значениях частицы пыли легко разряжаются на электроде, перезаряжаются и возвращаются обратно в газовый поток. Пыли с удельным сопротивлением более 1010 Ом·см медленно разряжаются на электродах, препятствуют осаждению новых частиц и улавливаются труднее всего. В этом случае используют увлажнение газа.

Электрофильтры используются для тонкой очистки газов от пыли и тумана. Сухие электрофильтры имеют производительность от 30 до 1000 м 3 /ч. Они способны очищать газы с эффективностью до 99,9% при содержании пыли до 60 г/м 3 и температуре газа до 250°С.

Фильтры. Их конструкции различны. Однако у всех фильтров основным элементом является пористая перегородка – фильтроэлемент. По виду материала перегородки различают: зернистые, гибкие, полужесткие, жесткие фильтры.

Зернистые фильтры из гравия, кокса, песка используют для очистки газов от крупных фракций пыли, создаваемых дробилками, грохотами, мельницами и др. Эффективность очистки – до 99,9%.

Гибкие пористые фильтроэлементы – это ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан. Ткани и войлоки чаще всего из-готавливают из синтетических волокон, стеклянных нитей, получая такие ткани, как нитрон, лавсан, хлорин, стеклоткань. Их широко используют для тонкой очистки газов с исходным содержанием пыли 20–50 г/м 3 . Эффективность очистки – 97–99%.

Жесткие фильтроэлементы изготавливают из пористой керамики и пористых металлов. Они незаменимы при очистке от примесей горячих и, агрессивных газов.

Полужесткие фильтры типа вязаных металлических сеток, прессованных спиралей и стружек из нержавеющей стали, латуни, никеля применяют для очистки горячих газов с температурой до 500°С от пыли с размером частиц более 15 мкм и начальной концентрацией до 50 г/м 3 .

Процесс фильтрования заключается в осаждении дисперсных частиц на поверхности пор фильтроэлемента. Осаждение происходит в результате эффекта касания, диффузионного, инерционного, гравитационного процесса, кулоновского взаимодействия заряженных частиц. Последнее характерно для нашедших в настоящее время широкое применение фильтров Петрянова из перхлорвиниловых волокон (ФПП). Такие ультратонкие волокна несут на своей поверхности заряды, что позволяет в начальной стадии фильтрования достигать очень высокой эффективности очистки газов от аэрозолей, до 99,99% при скорости фильтрации 0,01 м/с и диаметре частиц 0,34 мкм. Эти фильтры используют для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей. После нейтрализации заряда эффективность очистки снижается до 90%.

Если размер частиц больше размера пор, то наблюдается ситовой эффект с образованием слоя осадка. Этот эффект, а также постепенное закупоривание пор оседающими частицами увеличивают сопротивление фильтроэлемента и эффективность очистки, но снижает ее производительность. Поэтому фильтроэлементы периодически регенерируют.

Конструкции фильтров: рукавные, рулонные, рамочные.

Рукавные фильтры наиболее широко применяются для сухой очистки газовых выбросов. В цилиндрическом корпусе с конусным дном рукава из ткани или войлока крепятся к отверстиям нижней перегородки и к заглушкам верхней перегородки. Запыленный газ, подаваемый снизу через отверстия нижней перегородки, поступает в рукава, фильтруется и через межрукавное пространство и отвер-стия верхней перегородки выводится из аппарата. Регенерацию фильтра производят после его отключения от системы очистки путем встряхивания рукавов специальным устройством (пыль собирается в конусном дне) и обратной продувкой их сжатым газом. Допустимая концентрация пыли на входе в рукавный фильтр 20 г/м 3 , наибольшая температура газов – 130°С для рукавов из лавсана и 230°С – для стеклоткани, производительность – до 50 м 3 /ч, эф-фективность очистки – около 98%.

Мокрые пылеуловители. Аппараты мокрой очистки газов характеризуются высокой эффективностью тонкой очистки мелких пылей (0,3–1 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Они работают, используя осаждение частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости. При этом действуют силы инерции, броуновского движения, диффузии, происходит взаимодействие заряженных частиц, конденсация, испарение и т.п. Важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью.

По конструкции мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, на аппараты ударно-инерционные, барботажно-пенные и др.

Скруббер Вентури (рис. 15). Основная часть этого скруббера – сопло Вентури – 1, в сужающуюся часть которого вводится запыленный газ, а через центробежные форсунки – 2 распыляется вода. При этом происходит разгон газа от входной скорости в 15–20 м/с до скорости 30–200 м/с в узком сечении сопла. Для эффективной очистки очень важна равномерность распределения капель воды по сечению сопла. В расширяющейся части сопла поток тормозится до скорости 15–20 м/с и подается в каплеуловитель – 3 – прямоточный циклон. Расход воды: 0,1–6 л/м 3 . Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки (до 99,9%) от аэрозолей со средним размером частиц 1–2 мкм при их начальной концентрации до 100 г/м 3 . Производительность скрубберов Вентури – до 80 000 м 3 /ч.

Форсуночные и центробежные скрубберы эффективно улавливают частицы размером более 10–20 мкм. В них газовый по-ток направляется под углом на зеркало воды, выступающей над поверхностью шлама (рис. 16а). Крупные частицы оседают в воде, а мелкая пыль с газовым потоком поднимается вверх навстречу дождевому потоку, создаваемому форсунками – 2а или пленке воды, подаваемой через сопла в центробежном скруббере.

Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3–6 л/м 3 , скорость движения потока газа – 0,7–1,5 м/с, эффективность очистки доменного газа – 60–70%. В центробежных скрубберах при запыленности газа пылью до 20 г/м 3 удельный расход воды составляет 0,09–0,18 л/м 3 , эффективность очистки при скорости газа 15–20 м/с – от 80 до 98%.

Барботажно-пенные пылеуловители (рис. 16б). В них газ на очистку поступает под горизонтальную решетку – 2б, затем проходит через отверстия в решетке и слой жидкости – 4 и пены – 5. При скорости газа до 1 м/с наблюдается барботажный режим очистки. При росте скорости до 2–2,5 м/с возникает пенный слой над жидкостью. Это приводит к повышению эффективности очистки, но также растет унос брызг из аппарата. Эффективность очистки газа от мелкой пыли достигает 95–96% при удельном расходе воды 0,4–0,5 л/м 3 .

Туманоуловители. Их используют для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей. Туманы улавливают волокнистыми фильтрами, на поверхности пор кото-рых осаждаются капли и затем жидкость стекает под действием сил тяготения. В качестве материала применяется стекловолокно с диаметром волокон от 7 до 30 мкм или полимерные волокна (лав сан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. В низкоскоростных туманоуловителях, со скоростью движения газа менее 0,15 м/с, преобладает механизм диффузионного осаждения капель, а в высокоскоростных (2–2,5 м/с) действуют инерционные силы.

Для низкоскоростного туманоуловителя используют трубчатые фильтрующие элементы. Их формируют (набирают) из волокнистых материалов в зазоре шириной 5–15 см между двумя сетчатыми цилиндрами, диаметры которых отличаются на 10–30 см. Эти элементы, в отличие от рукавных фильтров, с одного конца крепятся вертикально к отверстиям верхней перегородки цилинд-рического аппарата, а нижние концы через трубчатые гидрозатворы погружаются в стаканы с конденсированной жидкостью. Туман, проходя с наружной стороны цилиндра во внутреннюю полость, задерживает капли. Образующаяся из них жидкость стекает в стакан. Эффективность очистки частиц размером менее 3 мкм 99,9%.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки в 90–98%. Для очистки воздуха ванн хромирования от тумана и брызг хромовой и серной кислоты с температурой до 90°С разработана конструкция фильтра с волокнами из полипропилена: ФВГ-Т. Его производительность 3 500–80 000 м 3 /ч, эффективность очистки – 96–99%.

Методы очистки пылегазовых выбросов


Введение

Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями. Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возможности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы. Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На действующих и новых предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.Классификация методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей является приближенной. Она не охватывает всех существующих методов и тем более аппаратов для газоочистки.

Рассмотрим, существующие методы очистки.

1. Методы очистки от пыли

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. Кроме того, аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц аэрозоля происходит на осадительных электродах.

Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей в первую очередь зависит от их дисперсного состава табл. 1

Таблица 1. Зависимость аппарата для улавливания от размера частиц

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный, инерционный и центробежный.

Инерционные пылеуловители . При резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. Эффективность этих аппаратов небольшая. (рис. 1)

Жалюзийные аппараты . Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газового потока, тому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи В результате газы делятся на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который отсасывают и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жалюзийной решеткой должна быть достаточно высокой, чтобы достигнуть эффекта инерционного отделения пыли. (рис. 2)

Обычно жалюзийные пылеуловители применяют для улавливания пыли с размером частиц >20 мкм.

Эффективность улавливания частиц зависит от эффективности решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасываемого в нем газа.

Циклоны . Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Рис. 1 Инерционные пылеуловители: а – с перегородкой; б – с плавным поворотом газового потока; в - с расширяющимся конусом.


Рис. 2 Жалюзийный пылеуловитель (1 – корпус; 2 – решетка)

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. (рис. 3) Циклоны с осевым подводом газов работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него.

Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке. (рис. 4)

В промышленности циклоны подразделяются на высокоэффективные и высокопроизводительные.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонами.

Батарейные циклоны – объединение большого числа малых циклонов в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки.

Вихревые пылеуловители. Отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.

В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками. (рис. 5)



Рис. 3 Основные виды циклонов (по подводу газов): а – спиральный; б – тангенциальный; в-винтообразный; г, д – осевые


Рис. 4. Циклон: 1 – входной патрубок; 2 выхлопная труба; 3 цилиндрическая камера; 4 коническая камера; 5 – пылеосадительная камера

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы. Наиболее выгодным в экономическом отношении является использование в качестве вторичного газа запыленных газов.

Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличением диаметра падает. Могут быть батарейные установки, состоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Динамические пылеуловители . Очистка газов от пыли осуществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса тягодутьевого устройства.

Наибольшее распространение получил дымосос-пылеуловитель. Он предназначен для улавливания частиц пыли размером >15 мкм. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом, запыленный поток поступает в «улитку» и приобретает криволинейное движение. Частицы пыли отбрасываются к периферии под действием центробежных сил и вместе с 8–10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо дымососа-пылеуловителя, а затем через кожух выбросов вдымовую трубу.

Фильтры. В основе работы всех фильтров лежит процесс фильтрации газа через перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры условно разделяют на три класса: фильтры тонкой очистки, воздушные фильтры и промышленные фильтры.

Рукавные фильтры представляют собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно. (рис 6)

Волокнистые фильтры. Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов. Такие фильтры используют при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5–5 мг/м 3 и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации 5–50 мг/м 3 . При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5–10 мкм.

Различают следующие виды промышленных волокнистых фильтров:

– сухие – тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки (предфильтры);

– мокрые – сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Процесс фильтрации в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии уловленные частицы практически не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах.

Зернистые фильтры . Применяются для очистки газов реже, чем волокнистые фильтры. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы. Они представляют колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. (рис. 7)

Насадочные газопромыватели представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой концентрации.

Рис. 5 Вихревые пылеуловители: а – соплового типа: б – лопаточного типа; 1 – камера; 2– выходной патрубок; 3 сопла; 4– лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 – входной патрубок; 6– подпорная шайба; 7 – пылевой бункер; 8 – кольцевой лопаточный завихритель


Рис. 6 Рукавный фильтр: 1 – корпус; 2 –встряхивающее устройство; 3 – рукав; 4 распределительная решетка

Газопромыватели с подвижной насадкой имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т.д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости. (рис. 8)

Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ) . Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкое и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляет жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке.

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные). Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3–8 мм. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от величины межфазной поверхности.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя . На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Газопромыватели ударно-инерционного действия . В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300–400 мкм.

Рис. 7 Скрубберы: а – полый форсуночный: б – насадочный с поперечным орошением: 1 – корпус; 2– форсунки; 7 – корпус; 2– форсунка; 3–оросительное устройство; 4– опорная решетка; 5 – насадка; 6 – шламосборник




Рис. 8. Газопромыватели с подвижной насадкой: а – с цилиндрическим слоем: 1 – опорная решетка; 2– шаровая насадка; 3– ограничительная решетка; 4 – оросительное устройство; 5 – брызгоуловитель; б и в - с коническим слоем форсуночный и эжекционный: 1 – корпус; 2– опорная решетка; 3– слой шаров; 4– брызгоуловитель; 5 – ограничительная решетка; 6 – форсунка; 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости

Г азопромыватели центробежного действия . Наиболее распространены центробежные скрубберы, которые по конструктивному признаку можно разделить на два вида: 1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи центрального лопастного закручивающего устройства; 2) аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40–150 м/с. Имеется также каплеуловитель.

Электрофильтры. Очистка газа от пыли в электрофильтрах происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц. Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под воздействием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам.

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией и без циркуляции газа; 4) по использованию абсорбента – с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) па конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки. Выбор производят на основании результатов технико-экономических расчетов.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком – невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции. Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсических примесей.

Очистка газов от диоксида серы

Для очистки отходящих газов от диоксида серы предложено большое количество хемосорбционных методов, применение нашли только некоторые из них. Это из-за того, что объёмы отходящих газов велики, а концентрации SO 2 в них малы, газы характеризуются большой температурой и значительным содержанием пыли. Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Недостатки абсорбционных методов очистки газов от диоксида серы привели к разработке процессов, основанных на использовании твердых хемосорбентов – путем их введения в пылевидной форме в топки и (или) газоходы теплоэнергетических агрегатов. В качестве хемосорбентов могут быть использованы известняк, доломит или известь. Для увеличения активности хемосорбентов, подавления процесса окисления SO 2 в SO 3 и решения некоторых других задач наряду с поглотителем диоксида серы вводят ряд специальных добавок в виде дешевых неорганических солей, оксихлорида меди, оксида магния и других веществ.

Наряду с хемосорбентами в качестве агентов для связывания диоксида серы могут быть использованы некоторые оксиды металлов.

Сухие процессы санитарной очистки газов от диоксида серы обеспечивают возможность реализации обработки газов при повышенных температурах без увлажнения очищаемых потоков, что позволяет снизить коррозию аппаратуры, упрощает технологию газоочистки и сокращает капитальные затраты на нее. Наряду с этим они обычно предусматривают возможность цикличного использования поглотителя и (или) утилизацию продуктов процесса очистки газов.

К сухим способам относят также каталитическое окисление диоксида серы (и поглощение диоксида серы адсорбентами.

Разработанная технология каталитической очистки отходящих газов от диоксида серы основана на принципе окисления SO 2 в SO 3 , используемом в производстве серной кислоты нитрозным (башенным) либо контактным методом.

Очистка газов от сероводорода

Сероводород содержится как примесь в топливе. Топочные газы, содержащие сероводород, очень коррозионноактивны.

Для очистки газов от сероводорода применяются различные хемосорбционные методы.

Вакуум-карбонатные методы. В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия. Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова возвращают на абсорбцию.

Если производится регенерация раствора без рекуперации сероводорода, то раствор нагревают в регенераторе и из него воздухом обдувают сероводород.

Фосфатный процесс. Для абсорбции сероводорода фосфатным методом применяют растворы, содержащие 40 – 50% фосфата калия.

Из раствора сероводород удаляют кипячением.

Мышьяково-щелочные методы. В зависимости от абсорбента эти методы разделяются на мышьяково-содовый и мышьяково-аммиачный.

Очищаемый газ поступает в абсорбер, где происходит его очистка от сероводорода. Далее насыщенный сероводородом раствор перекачивают через теплообменник, где он нагревается до 40°С и затем поступает на регенерацию. В регенератор подают сжатый воздух, который барботирует через раствор. После окисления кислородом воздуха и отделения серы, которая всплывает вместе с пузырьками воздуха в сепараторе, раствор возвращают на абсорбцию. Серу отделяют на вакуум-фильтре.

На интенсивность абсорбции влияет концентрация мышьяка в поглотителе и рН раствора.

Технологические схемы и аппаратура мышьяково-содового и мышьяково-аммиачного способов идентичны.

Процесс «Stгеtfогd». В этом процессе сероводород абсорбируют щелочным раствором (рН = 8,5–9,5), содержащим кроме карбоната натрия эквимолекулярное количество ванадата натрия-аммония и антрахинон – 2,6–2,7 – дисульфоната (АДА). Кроме того, к раствору добавляют натрий-калиевую соль винной кислоты, чтобы ванадат не выпадал в осадок.

Достоинством процесса является возможность исключить очень токсичные арсениты.

Железо-содовый метод . В этом процессе для поглощения используют взвесь гидроксидов двух- и трехвалентного железа Суспензию приготавливают смешением 10%-го раствора Nа 2 СО 3 с 18%-м раствором железного купороса/

Метод позволяет достичь степени очистки более 80%.

Щелочно-гидрохиноновый метод . Сущность методе заключается в поглощении сероводорода щелочными растворами гидрохинона. При регенерации растворов выделяются элементная сера и тиосульфат натрия. Гидрохинон является катализатором. Чем выше концентрация хинона в растворе, тем активнее раствор. Метод состоит из следующих стадий: взаимодействие сероводорода с карбонатом натрия (содой); окисление гидросульфида натрия хиноном (окисленная форма гидрохинона); регенерация соды; регенерация хинона.

Метод позволяет очищать газ от начального содержания сероводорода.

Абсорбция этаноламинами. В этих методах сероводород и диоксид углерода поглощаются растворами моноэтаноламина или триэтаноламина.

Адсорбционные методы очистки. Наиболее глубокую очистку газов от H 2 S обеспечивают адсорбционные методы с использованием гидроксида железа, активного угля, цеолитов и других поглотителей.

Процесс очистки газов от H 2 S гидроксидом железа, используется давно. При прохождении газа через слой гидроксида железа H 2 S поглощается. Одновременно образуется некоторое количество FeS. Присутствующий в очищаемом газе кислород окисляет сульфидную серу с образованием гидроксида железа.

Очистку проводят при близком к атмосферному давлении и температуре 28–30°С.

Рекуперацию серы из отработанного поглотителя обычно проводят путем его обжига, направляя образующиеся в этом процессе газы в сернокислотное производство.

Эффективным поглотителем H 2 S является активный уголь. Высокая экзотермичность процессов окисления H 2 S при значительных концентрациях его в очищаемых газах обусловливает интенсивный разогрев слоя поглотителя и связанный с этим риск возгорания активного угля. В этой связи использование активного угля для очистки газов от H 2 S обычно ограничивают.

Очистка газов от оксидов азота

Для абсорбции оксидов азота используют воду, растворы щелочей и селективные сорбенты, кислоты и окислители.

Для интенсификации процесса используют катализатор. Степень очистки может достигать 97%.

Абсорбция щелочами. Для очистки газов применяют различные растворы щелочей и солей.

Селективные абсорбенты . Для очистки газов от NО при отсутствии в газовой фазе кислорода могут быть использованы растворы FeSО 4 , FeCl, Nа 2 S 2 O 3 , NаНСО 3 .

Раствор FeSО 4 является наиболее доступным и эффективным поглотителем. В качестве абсорбента могут быть использованы и травильные растворы, содержащие FeS0 4 . Поглотительная способность раствора зависит от концентрации FeSО 4 в растворе, температуры и концентрации NО в газе.

Адсорбция оксидов азота.

Как абсорбционные, так и адсорбционные приемы поглощения слабо окисленных нитрозных газов малоэффективны.

В промышленной практике очистки отходящих газов от оксидов азота использование адсорбентов весьма ограничено.

Эффективными поглотителями NO 2 являются активные угли, но их недостаток в том, что при контакте с газом они нагреваются и возможно воспламенение и взрыв. Возможно использование других адсорбентов: селикогели, алюмогели и др.

Методы каталитической и термической очистки газов. Для обезвреживания газов от оксидов азота применяют высокотемпературное каталитическое восстановление – процесс происходит при контактировании нитрозных газов с газами-восстановителями на поверхности катализаторов; селективное каталитическое восстановление – используемый восстановитель реагирует с NO х и почти не взаимодействует с находящимся в газах кислородом; разложение гетерогенными восстановит елями – процесс может проходить как с использование катализатора, так и без использования его.

Очистка газов от оксида углерода

Для очистки газов от диоксида углерода используют абсорбцию или промывку газа жидким азотом. Абсорбцию проводят также водно-аммиачными растворами закисных солей ацетата, формиата или карбоната меди.

Абсорбция оксида углерода медь-алюминий-хлоридными растворами. Этот метод применяют при наличии в газе кислорода и больших количеств диоксида углерода. Процесс основан на химической абсорбции оксида углерода раствором смешанной соли тетрахлорида меди и алюминия в различных ароматических углеводородах с образованием комплекса с оксидом углерода.

Предварительно осушенный газ подают в абсорбер, который орошается регенерированным раствором. Насыщенный оксидом углерода раствор, выходящий из абсорбера, подогревают до 100 о С и направляют в промежуточный десорбер, где поддерживают давление 0,25 МПа. Десорбер орошают регенерированным раствором для поглощения СО, выделяющегося при десорбции. Частично регенерированный раствор после теплообменника поступает в регенератор, где регенерируется при 135–180°С. Затем раствор охлаждают и подают в отстойник, из которого направляют в абсорбер и десорбер. Выделенный из газовых потоков растворитель (толуол) возвращают в систему приготовления раствора.

Методы каталитической и термической очистки газов. Для окисления СО используют марганцевые, медно-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяются различные технологические схемы очистки.

Адсорбция паров летучих растворителей

Рекуперация органических растворителей имеет как экономическое, так и экологическое значение. Выбросы паров растворителей происходят при их хранении и при использовании в технологических процессах. Для их рекуперации наибольшее распространение получили методы адсорбции.

Улавливание паров возможно любыми мелкопористыми адсорбентами: активными углями, силикагелями, алюмогелями, цеолитами, пористыми стеклами и т.п. Однако активные угли, являющиеся гидрофобными адсорбентами наиболее предпочтительны для решения этой задачи: при относительной влажности очищаемых паровоздушных или парогазовых потоков до 50% влага практически не влияет на сорбируемость паров органических растворителей. Рентабельность адсорбционных установок с использованием активных углей зависит от концентрации в очищаемых газах паров летучих органических растворителей.

Поглощение паров летучих растворителей можно проводить в стационарных (неподвижных), кипящих и плотных движущихся слоях поглотителя, однако в производственной практике наиболее распространенными являются рекуперационные установки со стационарным слоем адсорбента, размещаемым в вертикальных, горизонтальных или кольцевых адсорберах. Адсорберы вертикального типа обычно используют при небольших потоках подлежащих очистке паровоздушных (парогазовых) смесей, горизонтальные и кольцевые аппараты служат, как правило, для обработки таких смесей при высоких (десятки и сотни тысяч кубометров в час) скоростях потоков.

С целью достижения более глубокой очистки обрабатываемых потоков от паров летучих растворителей используют комбинированные методы, сочетающие различные процессы.

Методы каталитической и термической очистки газов. Токсические пары органических веществ подвергают деструктивной каталитической очистке. Катализаторы для таких процессов приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, платины и др. металлов. В отдельных случаях применяют природные материалы.

Среди катализаторов условно различают цельнометаллические, смешанные, керамические, насыпные.

Используемые в практике установки каталитической очистки различают конструкцией контактных аппаратов, способами повышения до необходимого уровня температуры поступающих газов, используемыми катализаторами, приемами рекуперации тепла, наличием ре цикла обезвреженных газов.

Таким образом, известны различные методы и аппараты очистки пылегазовых выбросов от вредных загрязнителей, но их внедрение в технологию очистки зависит от их недостатков.

Литература

1. В.Л. Дикарь, А.Г. Дейнека, И.Д. Михайлив «Основы экологии и природопользования». – Харьков; ООО «Олант», 2002 г. – 384 с.

2. А.И. Родионов, В.Н. Крушин, Н.С. Торочешников «Техника защиты окружающей среды». – М.: Химия, 1989. – 512 с.

3. Информационные прайс-каталоги разработчиков НИКТИ г. Киев «Прогресс» и НПП «Фолтер» г. Харьков.

4. Очистка технологических газов / Под ред. Семеновой Т.А. и Лейтеса И.Л. 2-е изд. М.: Химия, 1977. 488 с.

5. Романков П.Г., Лепили В.Н. Непрерывная адсорбция паров и газов. Л.: Химия, 1968. 228 с.

6. Власенко В.М. Каталитическая очистка газов. Киев: Техника, 1973. 199 с.

7. Хмыров В.И., Фисак В.И. Термическое обезвреживание промышленных газовых выбросов. Алма-Ата: Наука, 1978. 116 с.

8. Очистка и рекуперация промышленных выбросов/ Под ред. Максимовна В.Ф. и Вольфа И.В. Изд 2-е. М.: Лесная промышленность, 1981. 640 с.

). Производится для защиты от загрязнений атм. (особенно при выбросе отходящих пром. ), технол. подготовки и извлечения из них ценных продуктов. Пылеулавливание осуществляют с помощью пылеуловителей, встроенных в основное технол. оборудование, а также выносных. Эффективность пылеулавливание определяется, как правило, отношением массы частиц , уловленных (осажденных) в пылеуловителе, к массе частиц на его входе.

В технике пылеулавливания применяют большое число аппаратов, отличающихся конструкцией и принципом взвешенных частиц. По способу их отделения от потока пылеуловители обычно подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрич. очистки (см. также ). Работа любого пылеуловителя основана на использовании одного или неск. механизмов взвешенных в частиц. Вклад каждого определенного механизма в эффективность работы пылеуловителя можно качественно охарактеризовать соответствующим безразмерным параметром.

Гравитационное () происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести при прохождении их через газоочистной аппарат. Параметр гравитац. G выражается соотношением:


где F т, F c -силы тяжести и сопротивления среды (Н); d ч, r ч -диаметр (м) и плотность (кг/м 3) частиц; g-ускорение своб. падения (м/с); m r , u г -динамич. (Па·с) и скорость (м/с) газового потока; С пч -поправка Каннингема-Милликена, учитывающая увеличение подвижности частиц, размер к-рых сравним со средней длиной пробега . Гравитац. принцип используется в пыле-осадит. камерах.

Центробежное происходит при криволинейном движении аэродисперсного потока, когда развиваются центробежные силы, под действием к-рых частицы отбрасываются на пов-сть . Параметр центробежного w характеризуется отношением центробежной силы F ц, воздействующей на частицу, к силе сопротивления среды:


где u w , r-скорость (м/с) и радиус вращения (м) газового потока. Центробежное применяется в одиночных, групповых и батарейных , вихревых аппаратах, динамич. .

Инерционное происходит, если масса частиц или их скорость движения настолько значительны, что они не могут следовать вместе с по линии тока, огибающей препятствие, а, стремясь по инерции продолжить движение, сталкиваются с препятствием и осаждаются на нем. Параметр инерционного - критерий Стокса:


где u ог - скорость газового потока относительно пов-сти обтекания или препятствия (м/с); l-характерный линейный параметр (м) обтекаемого тела (для сферич. капли-диаметр шара, для волокна-диаметр цилиндра). Инерционное определяет работу большинства мокрых пылеуловителей (), а также играет важную роль в .

Зацепление (эффект касания) наблюдается, когда расстояние от частицы, движущейся с газовым потоком, до обтекаемого тела равно ее радиусу или меньше его. Эффект зацепления характеризуется параметром R 3 - d ч /l и имеет существ. значение при в .

Диффузионное происходит в результате непрерывного воздействия на мелкие взвешенные частицы , находящихся в . Параметр диффузионного D oc -величина, обратная критерию Пекле: D oc = Ре -1 = u г l/D 4 , где D 4 -коэф. броуновской частиц (м 2 /с). При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути пробега , имеем;


где k- ; Т г -т-ра (K). Диффузионное подобно эффекту зацепления используется в осн. в

Для удаления пыли имеется несколько систем. Наиболее часто в зернохранилищах используется два типа пылеотделителей - циклоны и матерчатые фильтры.

Циклон . Этот вид оборудования используется в течение длительного времени, и в зерновой промышленности накоплен

большой опыт работы с ним. Циклон - тип механического пылеотделителя, в котором для выделения пыли из транспортирующего запыленного воздуха используется центробежная сила. Циклон обычно применяют в качестве самостоятельного аппарата для выделения пыли, как предварительный пылеотделитель в более эффективных системах сбора пыли и (или) в качестве пылеотделителя в системах пневматического транспортирования, где транспортирующей средой является воздушный поток.

Основные преимущества - низкая стоимость, незначительное ремонтное обслуживание и небольшое падение давления. Недостаток циклонов состоит в том, что они не могут использоваться (Для осаждения тонких или очень легких частиц. Коэффициент очистки воздуха в циклоне достигает только 60-90 % в зависимости от ряда факторов, включая размер и массу частиц пыли, скорость воздуха внутри циклона и атмосферные условия; неизбежно определенное количество пыли выходит в атмосферу. Конструкцию циклона можно разделить на две основный группы в зависимости от эффективности выделения более мелких частиц пыли: распространенный циклон малого сопротивления и высокоэффективный циклон, в котором более высокие центробежные силы оказывают влияние на частицы пыли в воздушном потоке. Центробежная сила является функцией окружных скоростей и углового ускорения.

Циклоны имеют конусообразную форму и изготовлены из мягкой прочной стали. Вблизи днища основного конуса рекомендуется размещать воздухонепроницаемый откидной смотровой люк. В закрытом состоянии внутренняя поверхность люка должна быть чистой и его устанавливают заподлицо со стенкой циклона без внутренних выступов.

Выпуск пыли из циклона обычно осуществляется вращающимся шлюзовым затвором, который действует как поворотная заслонка. Это позволяет продукту выходить из бункера, но ограничивает поток воздуха. Повышение эффективности очистки воздуха от пыли может быть достигнуто:

  • увеличением скорости входа запыленного воздуха в конус циклона;
  • использованием отражателя или другого конструктивного решения;
  • использованием ряда циклонов небольшого диаметра, установленных параллельно;
  • последовательной установкой различных циклонов.

Матерчатые фильтры . Это наиболее популярная система, которая в настоящее время заменяет циклоны. Матерчатый фильтр значительно более эффективно очищает воздух от пыли. Он выделяет крупные, а также очень мелкие и очень легкие частицы из потока воздуха с помощью рукавов и встряхивающего механизма. Можно ожидать, что хорошо сконструированные, надлежащих размеров и правильно эксплуатируемые фильтры будут иметь эффективность очистки около 99 % в расчете на массу. Ткань служит как пористый материал, через который проходит воздух. Она может быть тканой, нетканой или из фетра.

Проведены значительные исследования эффективности очистки различных типов тканей. Тяжелый нетканый или фетровый материал более эффективен, чем тканый, так как пустоты или поры в фетровой ткани меньше. Эффективность очистки с помощью любой ткани можно повысить использованием волокон меньшего диаметра, большой массой волокна на единицу поверхности ткани и более плотным плетением.

По мере того как фильтрующий эффект ткани повышается этими способами, способность к ее очистке и проницаемость уменьшаются. Высокоэффективная, но плохо очищающаяся ткань представляет избыточное сопротивление воздушному потоку. Об эффективности ткани как фильтрующей массы имеет смысл говорить только в том случае, если берут новую ткань и впервые используют в работе. После определенного времени эксплуатации выделенные частицы пыли, застрявшие в ткани, улучшают работу фильтра, повышая эффективность очистки. В зависимости от числа частиц и времени между очисткой рукавов может получиться так, что фактически вся фильтрация воздуха осуществляется ранее выделенными частицами или слежавшейся пылью, а не самой тканью.

Даже сразу же после очистки фильтра оставшаяся и (или) повторно выделенная слежавшаяся пыль обеспечивает дополнительную фильтрующую поверхность и более высокий коэффициент очистки, чем новая ткань.

Промышленность выпускает матерчатые фильтры в виде рукавов из тканых или нетканых материалов или плоских прямоугольных элементов в форме конверта или плоского мешка. Ткань выбирается в зависимости от ее механических и химических свойств.

Для оценки фильтра используют отношение общего количества воздуха, подлежащего очистке в фильтре, к общей поверхности ткани фильтра (м 3 /м 2). Выбирая размер матерчатых фильтров,

преследуют цель обеспечить достаточную фильтрующую поверхность, чтобы работа фильтра проходила без излишнего падения давления. Величина фильтрующей поверхности зависит от многих факторов, включая тип ткани и отделку поверхности, способность отделения пыли, порозность слоя пыли, концентрацию пыли в транспортирующем потоке воздуха, вид очистки и интервал очистки, распределение воздушного потока внутри коллектора, температуру и влажность воздушного потока.

Используют следующие величины отношения количества воздуха к площади фильтрующей поверхности:

3:1 - для систем с встряхивающими механизмами;

4:1 - для систем очистки воздуха от пыли с продувкой рукавов обратным током воздуха.

Более высокие величины этого показателя могут быть использованы в небольших фильтрах. Однако недостатками последних являются менее эффективное выделение пыли, более короткий срок службы рукавов, потеря давления в фильтре и более высокие затраты энергии.

Матерчатые фильтры бывают периодического и непрерывного действия. Фильтры периодического действия нельзя очищать в процессе их работы; приходится прекращать доступ воздуха во время очистки ткани для освобождения от накопившегося слоя пыли. Эти типы фильтров можно использовать с фильтрующими элементами в виде рукавов или плоских элементов из тканого материала, и обычно они требуют встряхивания или вибрации для очистки.

В фильтрах с рукавами запыленный воздух входит в открытую нижнюю часть рукава, при этом большая часть пыли остается на его внутренней поверхности. Открытые нижние части рукавов крепят к раме, а закрытые верхние части соединяют со встряхивающим механизмом. Пыль, стряхнутая с рукавов, оседает в бункере, расположенном под ними. Так как воздушный поток направляется с внутренней поверхности к наружной, то рукав надувается в процессе эксплуатации и практически не нуждается в опорной раме. При использовании плоских элементов воздушный поток направлен от наружной поверхности к внутренней. Опорой для фильтрующего элемента служит установленная внутри него проволочная сетка или проволочный каркас. Имеется много недостатков, присущих фильтрам периодического действия: они требуют значительной площади для установки, а воздушный поток следует периодически отключать для удаления пыли. По мере накопления пыли на ткани возрастает сопротивление воздушному потоку, и его подача уменьшается, пока не остановится вентилятор и не будут очищены рукава.

Эти проблемы привели к созданию матерчатых фильтров непрерывного действия, в которых каждый рукав очищается периодически без прерывания воздушного потока. Наиболее распространенным решением является модернизация фильтров периодического действия путем установки дополнительных внутренних стенок и автоматических заслонок.

Недостатки фильтров можно преодолеть несколькими путями, некоторые из них приводятся ниже.

а) использование устройств, посредством которых автоматические заслонки периодически выключают из работы одну секцию для очистки, тогда как оставшиеся секции пропускают через себя весь объем воздуха. Чем больше секций, тем более постоянно давление воздуха. Эта система может быть применена для фильтров с плоскими элементами или рукавами, в которых обычно в качестве средства очистки применяется встряхивание;

б) использование обратного потока воздуха низкого давления; при этом очистка осуществляется не за счет удара, а обратным потоком воздуха, что вызывает встряхивание рукава;

в) сочетание встряхивания и обратного потока воздуха;

г) использование обратного пульсирующего потока воздуха; в этом случае отпадает необходимость в большом числе секций и для очистки ткани применяют короткий импульс воздуха высокого давления. В наиболее распространенных конструкциях используется сжатый воздух (фильтры со струйной продувкой), в то время как в других применяют встроенный вентилятор высокого давления. Сжатый воздух должен быть чистым и сухим. Присутствие воды и масла на рукавах фильтра является гибельным; в зонах высокой влажности и непрерывной работы можно рекомендовать более низкую нагрузку на фильтрующую ткань.

Во всех матерчатых фильтрах непрерывного действия пыль собирается на наружной поверхности, и поток воздуха проходит с наружной поверхности рукавов или плоских элементов к внутренней. Фильтрующую среду очищают пульсирующей струей чистого воздуха, подаваемого через отверстие с насадкой в виде трубки Вентури. При обычной эксплуатации рукав или элемент стремятся к изменению формы и требуется опорная сетка. Введение кратковременного потока воздуха высокого давления создает вторичный поток из секции очищенного воздуха в направлении, обратном основному потоку. Очистка осуществляется этим импульсом воздуха высокого давления, быстро надувающим и сдувающим рукав, вызывая его отрыв от опорного каркаса, разрушая слой пыли и отделяя эту пыль от ткани.

Весь процесс проходит приблизительно в течение одной секунды. Соленоидные клапаны, которые контролируют подачу сжатого воздуха, могут быть открыты только в течение доли секунды.

Интервалы очистки регулируются, и очистка бывает значительно более частая, чем при использовании фильтров со встряхивающими механизмами. Благодаря этому очень короткому циклу очистки возможны более высокие скорости фильтрации на фильтрах с обратной продувкой. Однако на всех фильтрах с обратной продувкой ткань находится в секции загрязненного воздуха, и при очистке накопившаяся пыль, которая отделяется с одной поверхности ткани, может снова увлекаться воздухом и оседать на соседней или той же фильтрующей поверхности. Повторное оседание пыли изменяется в зависимости от конструкции фильтра и особенно от схемы распределения потока воздуха в секции неочищенного воздуха. Решение этой проблемы состоит в уменьшении скорости выходящего потока путем снижения нагрузки на фильтрующую поверхность.

Благодаря повышению эффективности очистки до 99 % этот тип фильтра стал преобладающим в борьбе с выделением пыли в окружающую среду. Однако системы с матерчатыми фильтрами более сложны и требуют значительно больше внимания при эксплуатации и профилактическом обслуживании, чем простой циклон.

Последовательная установка циклона и матерчатого фильтра . На первом этапе этого варианта циклон используется в качестве средства предварительной очистки, которое удаляет тяжелые и более крупные частицы пыли. Второй этап - матерчатый фильтр, в котором выделяются из воздушного потока оставшиеся более легкие и мелкие частицы пыли.

На некоторых предприятиях более крупные частицы, выделяемые в циклоне, повторно вводятся в зерновой поток, тогда как более мелкие частицы, собираемые матерчатым фильтром, - более сухие и более взрывоопасные, - транспортируются в бункер для пыли, расположенный на расстоянии от элеватора, и никогда не возвращаются в зерновой поток.

Считается, что использование такой комбинированной системы борьбы с пылью сводит до минимума возможность взрыва пыли. Однако опыты показали, что эта теория неточна из-за следующих недостатков:

сопротивление циклона увеличивает на 15-20 % общее потребление электроэнергии;

матерчатый фильтр будет действовать менее эффективно при поступлении в систему только тонких частиц пыли; фильтрующая масса (ткань и слой пыли) для обеспечения надлежащей очистки требует смеси частиц различный размеров (если на поверхности ткани оседают только тонкие частицы, они будут заполнять поры ткани, ограничивая эффективность очистки, увеличивая сопротивление фильтра и уменьшая количество пропускаемого воздуха);

большая доля мелких частиц выделяется циклоном и возвращается в зерновой поток; теоретически циклон выделяет только более крупные частицы - это означает, что 90 % частиц имеют размер более 20 мкм и 50 % частиц - более 3 мкм. Это, вероятно, вызвано сцепляемостью мелких и крупных частиц и (или) мелких частиц с мелкими.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

В продолжение темы:
Отопление в нежилых помещениях

В наши дни ландшафтный дизайн, как направление, развивается стремительными темпами. Дизайнеры и архитекторы занимаются оформлением участков и территорий в разнообразных...

Новые статьи
/
Популярные