Аппаратура, используемая для очистки атмосферы от промышленных выбросов пыли

Каплеуловитель 4 представляет собой циклон типа ЦВП. Он состоит из корпуса с воздухоподводящим патрубком и воздухоотводящей улитки. К фланцу в нижней части корпуса крепится гидрозатвор для отвода шлама. На гидрозатворе имеется штуцер подвода воды для взмучивания осевшего шлама. Для периодической промывки внутренних стенок в верхней части корпуса установлены сопла. Вода к ним подается через резиновые трубки, присоединенные к кольцевому коллектору [4, 5].

3.4 Ударно-инерционные пылеуловители

Простейший тип пылеуловителя ударно-инерционного действия - это камера (яма) с водой и с установленным ортогонально зеркалу воды патрубком, через который поступает запыленный воздух. Воздушный поток, ударяясь о зеркало поды, резко изменяет направление, а частицы пыли по инерции отбрасываются на ее поверхность. Такого типа пылеуловители применялись на заре пылеочистной техники.

С начала 60-х годов в промышленности стали применять высокоэффективные ударно-инерционные пылеуловители, которые также представляют собой камеру с водой (рис. 15).

Камера разделена на два отсека фигурной перегородкой, не доходящей до дна резервуара. В перегородке имеется частично затопленная щель, через которую воздух может перетекать из первого отсека во второй. Запыленный воздух входит в первый отсек через патрубок, ударяется о водную поверхность и при перетекании в чистый отсек увлекает с собой некоторый слой воды. Благодаря этому запыленный поток интенсивно контактирует со струями, каплями и пленками воды.

Отработавшая вода отбрасывается на водную поверхность чистого отсека, уровень которой регулируется устройством. Часть капель, увлекаемая очищенным потоком воздуха, улавливается каплеуловителем. Такая схема действия аппарата обеспечивает самооборот воды, которая может рециркулировать до заданных величин осадка пыли в резервуаре или концентрации шлама, удаляемого через отвод. Очищенный воздух, пройдя каплеуловитель, удаляется центробежным вентилятором, установленным на пылеуловителе [4,5].

Рис. 15. Аппараты ударно-инерционного типа: а - ударно-инерционый пылеуловитель; б - пылеуловитель ПВМ; в - скруббер Дойля; I - запыленный газ; II - очищенный газ; III - вода; IV - шлам.

Пенные аппараты обычно делятся по способу отвода жидкости с решетки на два основных типа: с переливными устройствами и с так называемыми провальными решетками (рис. 16).

Аппараты с переливными решетками не получили широкого применения в пылеочистной технике вследствие зарастания решетки пылевыми отложениями. Поэтому в настоящее время их используют в основном и процессах тепломассообмена.

Аппараты, в которых вся жидкость «проваливается» сквозь решетку, в настоящее время принято называть противоточными. Их можно применять в качестве пылеуловителей.

В зависимости от скорости газа vг в полном сечении аппарата F устанавливаются различные гидродинамические режимы. Первый режим при vг = 0,2 0,6 м/с, называемый режимом смоченной решетки, характеризуется весьма малым количеством жидкости на решетке. При барботажном режиме гидравлическое сопротивление резко понижается, и на решетке образуется слой жидкости, через которую барботируют пузырьки газа. Переход от барботажного режима к пенному происходит при vг = 0,7 1,3 м/с. При vг = 0,8 2,2 м/с на решетке наблюдается пенный режим, сопровождающийся образованием турбулизированной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых газовых пузырьков. Дальнейший рост скорости газа приводит к прорыву газовых струй, колебанию слоя пены и образованию так называемого волнового режима.

В новейших интенсифицированных пенных аппаратах с противоточной решеткой применяется стабилизатор пенного слоя. В качестве стабилизатора рекомендуется использовать сотовую решетку со следующими оптимальными размерами: высота hст = 60 мм и размеры ячеек от 35 35 до 45 45 мм.

Решетки промышленных аппаратов могут быть дырчатыми с живым сечением S0 от 14 до 22% с ромбической разметкой на расстоянии l, а также трубчатыми с диаметром труб 20 - 32 мм и промежутками между ними bт = 3,0 6,5 мм при S0 = 13,0 18.2%. Аппараты с трубчатыми решетками обозначаются ПАСС-Т, а с дырчатыми - ПАСС-Д [4, 5].

4. фильтры

Под тонкодисперсной пылью понимают пыль или агломераты с размером частиц не менее 5 мк. Для очистки воздуха от тонкодисперсной пыли в настоящее время применяют в основном пористые и электрические аэрозольные фильтры [3].

Пористые аэрозольные фильтры бывают:

сухие - волокнистые, тканевые и губчатые;

мокрые - волокнистые и масляные;

электрические аэрозольные фильтры подразделяют на:

коронно-разрядные;

электростатические с фильтрующим материалом;

электретные.

4.1 Пористые аэрозольные фильтры

Пористыми фильтрами принято называть пылезадерживающие устройства, действие которых основано на осаждении и удерживании взвешенных в газе частиц на поверхности фильтрующих элементов при соприкосновении частиц с этими поверхностями. Размеры отверстий для прохода воздуха в пористых фильтрах значительно превышают размеры удерживаемых частиц.

Осаждение пылевых частиц в пористых фильтрах определяется рядом факторов, например, эффектом зацепления, инерционного выпадения частиц из криволинейных потоков, гравитационное и диффузионное осаждение частиц на стенках каналов фильтра и др.

Эффективность пористых фильтров зависит от: размера омываемой воздухом поверхности, способности этой поверхности удерживать осевшие частицы, характера траектории и скорости движения частиц при их прохождении через фильтрующие элементы и т. д. [3].

4.1.1 Сухие пористые фильтры

Волокнистые фильтры. Типичными пористыми волокнистыми фильтрами являются кассетные сменные фильтры. Кассета фильтра обычно состоит из металлической зажимной рамки (каркаса) и фильтрующего элемента. Филльтрующую набивку этих фильтров после запыления не регенерируют. В качестве фильтрующего материала используют различные сорта пористой бумаги, стеклянное волокно, легкую искусственную или хлопчатобумажную ткань и пр.

Кассетные фильтры являются фильтрами тонкой очистки, они рассчитаны на малую начальную запыленность воздуха, примерно до 2 мг/м3. В зависимости от назначения эти фильтры могут иметь различный коэффициент очистки и соответственно разное сопротивление.

Кассетный бумажный фильтр представляет собой металлический каркас, выполненный из уголковой стали и присоединенный к установочной раме. Фильтрующий материал (алигнин) накладывают на металлическую сетку и зажимают упругими гребенчатыми вставками.

Фильтровальная бумага, которую используют для кассетных фильтров, представляет собой сгруппированные и соединенные вместе волокна из целлюлозы, хлопка, асбеста, стекла или силона и т. д. Асбестовые волокна добавляют для улучшения фильтрующих свойств бумаги.

Бумажные фильтры могут состоять из одного или нескольких фильтрующих слоев. Современные кассетные фильтры из стекловолокна представляют собой пакет, две стенки которого выполнены из стальной решетки. Пакет заполняют тонким эластичным стекловолокном. Коэффициент очистки таких фильтров составляет в зависимости от плотности набивки при работе на тонкодисперсной пыли (размер частиц до 10 мк) от 70 до 95 %. Эти фильтры используются в установках искусственного климата и кондиционерах.

Тканевые фильтры. По форме фильтрующей поверхности тканевые фильтры делятся на рукавные и рамочные. В промышленности наиболее распространены рукавные или мешочные фильтры.

Рукавные фильтры имеют круглое или овальное сечение. При работе овальный фильтр становится круглым, при выключении вентилятора он вновь приобретает исходную форму, что облегчает удаление пыли.

Рукавный фильтр состоит из рядя тканевых рукавов, подвешенных в металлической камере. Запыленный газ поступает в нижнюю часть аппарата и проходит через ткань рукавов. На поверхности ткани в ее порах осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра прохождению газа, а поэтому осевшую на ткани пыль следует периодически удалять.

В качестве фильтрующего материала для тканевых фильтров применяют шерстянку Мелстроя, шерстяную фланель, шерстяную байку, полушерстяную саржу. Хорошими заменителями шерстяных тканей являются красный вельветон, пестротканная фланель, замша, фильтр-прессный холст и др. в силу высокой стоимости шерстяные фильтры применяют сравнительно редко.

Шерстяные ткани позволяют очищать газы с температурой не выше 80 С, а хлопчатобумажные ткани пригодны для фильтрации газов с еще более низкой температурой (60 - 65 С).

Очистка ткани от пыли достигается в рукавных фильтрах механическим встряхиванием рукавов автоматическим устройством или механическим встряхиванием рукавов с одновременной обратной продувкой их очищенным газом или воздухом.

Губчатые фильтры. В качестве фильтрующего материала для губчатых фильтров применяют пенополиуретан (полиуретановый поропласт), представляющий собой полимерный материал губчато-сотовой структуры. Товарный пенополиуретан обладает большим аэродинамическим сопротивлением, так как его поры разделены тонкими упругими перегородками. Для использования в воздушных фильтрах этот материал необходимо предварительно обрабатывать раствором щелочи, чтобы разрушить перегородки между порами и тем самым повысить его воздухопроницаемость. От пыли пенополиуретан очищается водой и используется неоднократно [3].

4.1.2 Мокрые пористые фильтры

Волокнистые фильтры. Очистительное устройство из мокрых волокнистых фильтров включает обычно один или несколько фильтрующих элементов, за которыми расположен сепаратор капель. Эти элементы изготавливают из стеклянных и в виде исключения металлических, например, алюминиевых, волокон. Толщина волокон составляет 50 - 250 мк; чаще всего используют волокна толщиной 150 мк. Толщина фильтрующих элементов достигает иногда 200 мк.

Фильтрующие элементы орошаются либо со стороны поступающего загрязненного газа, т.т. прямоточно, либо со стороны выходящего газа - противоточно. При противоточном обрызгивании фильтрующего элемента происходит значительный унос капелек потоком газа. Поэтому в очистительных устройствах с одним фильтрующим элементом необходимо использовать прямоточное орошение, а при нескольких элементах, следующих один за другим, прямоточное орошение рекомендуется применять перед последним фильтрующим элементом.

Линейная скорость движения воздуха через мокрые волокнистые фильтрующие элементы значительно выше, чем через сухие волокнистые фильтры.

Большие скорости воздуха, применяемые при использовании мокрых волокнистых фильтров, очень выгодны, так как они позволяют изготавливать фильтрующие устройства значительно меньших размеров, чем устройства с сухими волокнистыми бумажными фильтрами.

Для орошения фильтрующих элементов применяют систему разбрызгивания воды под небольшим давлением. При этом важно обеспечить полное и наиболее равномерное смачивание водой фильтрующего элемента.

5

Рис. 17. Самоочищающийся масляный фильтр шторчатого типа

Чтобы предотвратить унос газом капелек разбрызгиваемой воды, за последним элементом помещают сепаратор, в большинстве случаев в форме жалюзийных решеток.

Масляные фильтры. Кассетные фильтры, имеющие в качестве фильтрующего элемента смоченную маслом металлическую сетку, известны очень давно и находят широкое применение. Существует множество различных модификаций фильтров этого типа, отличающихся друг от друга формой и размерами кассеты и ее заполнением. Для смачивания фильтрующих поверхностей применяют различные минеральные и реже растительные масла.

Наряду с кассетными масляными фильтрами широкое распространение у нас и за рубежом получили самоочищающиеся масляные фильтры (рис.17). Фильтрующим элементом самоочищающихся масляных фильтров является, как и в кассетных фильтрах, металлическая сетка, смоченная маслом. Отличительной особенностью этих фильтров является то, что регенерация фильтрующих элементов осуществляется здесь непрерывно в процессе работы фильтра. Эта особенность самоочищающихся фильтров обеспечивает им существенные эксплуатационные преимущества: постоянные сопротивление и коэффициент очистки и значительно большую пылеемкость.

Самоочищающиеся масляные фильтры состоят из непрерывно движущейся фильтрующей панели и масляной ванны. При прохождении через ванну панель отмывается от пыли и, которая постепенно оседает на дно ванны. Для заполнения ванны применяют веретенное, вазелиновое или парфюмерное масло. Эффективность очистки воздуха достигает 90 - 98 %. На рис. 17 показана движущаяся панель фильтра шторчатого типа, который состоит из плотно перекрывающих друг друга металлических звеньев-шторок, подвешенных к двум непрерывным цепям и покрытых маслом. Запыленный воздух, проходя через них, оставляет на их поверхности частицы пыли [3].

4.2 Электрические аэрозольные фильтры

Действие коронно-разрядных фильтров основано на использовании коронного разряда. Коронно-разрядные фильтры делятся на две основные группы:

однозонные электрофильтры, в которых процесс ионизации газа с помощью коронного разряда и процесс осаждения заряженных частиц осуществляется в одной зоне;

двухзонные электрофильтры (рис. 18), в которых зарядка и осаждение частиц разделены: в первой зоне расположена коронирующая, а во второй - осадительная система.

Однозонные электрофильтры в зависимости от формы осадительных электродов подразделяют на трубчатые и пластинчатые. В трубчатых электрофильтрах газ движется в вертикальном направлении. По осям труб располагаются проволочные коронирующие электроды круглого или иного сечения.

В пластинчатых электрофильтрах осадительными электродами являются пластины, расположенные на расстоянии 250 - 300 мм друг от друга. Между осадительными пластинами располагаются проволочные коронирующие электроды.

Двухзонные электрофильтры изготовляют в виде отдельных ячеек, которые монтируют в секции, рассчитанные на определенную производительность. Секции устанавливают в одном корпусе. Запыленный воздух сначала проходит через коронирующую систему, где частицы получают ионный заряд того же знака, что и коронирующие электроды, а затем через осадительную систему [3].

4.2.2 Электретные фильтры

Схематический вариант электретного фильтра приведен на рис. 19. В принципе этот фильтр представляет собой систему плоских или концентрических щелей, образованных электретными поверхностями, несущими заряды чередующейся полярности.

Между поверхностью электрета и ограничивающими его электродами действует сильное электрическое поле. Максимальная величина этого поля может составлять 33 кВ/см, т. е. быть равной пробивной прочности окружающего электрет воздуха при нормальном атмосферном давлении.

После пропускания определенной порции запыленного газа поверхности электрета и электрода очищают от прилипших к ним частичек пыли, так как под действием слоя пыли электрическое поле в зазоре может перестать действовать [3].

4.2.3 Мокрые электрофильтры

Мокрые электрофильтры предназначены для очистки от смолы, масляных туманов и пыли генераторных и коксохимических газов. Они рассчитаны на работу при температуре до 50 С и давлении до 40 кПа или разрежении до 5 кПа. Аппараты - вертикальные, однопольные, односекционные со стальным корпусом цилиндрической формы. Осадительные электроды трубчатой формы. Электрофильтры изготавливают двух типоразмеров с активным сечением 5 и 7,2 м2.

Электрофильтр ПГ-8 предназначен для очистки от пыли и смолы газов, образующихся при газификации углей; для очистки газов, используемых в газовых турбинах, для синтеза аммиака, спиртов, обогрева коксовых печей и др. Электрофильтр оборудован устройством, через которое продувают пар или газ для удаления взрывоопасных газовых смесей при пуске и остановке [5].

Как следует из приведенного выше, для очистки от тонкодисперсной пыли находят применение различные по устройству фильтры, имеющие особенности:

Из пористых воздушных фильтров наиболее эффективными являются волокнистые фильтры. Однако вследствие значительного аэродинамического сопротивления конструктивное их исполнение позволяет допускать нагрузки до 4000 м3/(м2 . ч) и в некоторых типах фильтров при различной фильтрующей поверхности - до 8000 м3/(м2 . ч). Как правило, волокнистые фильтры являются фильтрами однократного действия, т. е. после запыления их не регенерируют.

Тканевые фильтры имеют высокий коэффициент очистки и в то же время большое аэродинамическое сопротивление. Они рассчитаны на очистку газов с большой начальной запыленностью

Губчатые воздушные фильтры имеют незначительное аэродинамическое сопротивление, но по степени очистки относятся к фильтрам III класса, то есть эффективно улавливают пыль с размером частиц свыше 10 мк.

Мокрые волокнистые фильтры достаточно эффективно улавливают тонкодисперсную пыль, однако очистка их от пыли не представляется возможной.

Масляные фильтры Рекка и масляные самоочищающиеся фильтры используют в основном как фильтры первой ступени очистки. Эффективность их сравнительно невысокая. Кроме того, при эксплуатации масляных фильтров происходит срыв капелек масла, которые загрязняют оборудование.

Электрофильтры обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими известными устройствами по обеспыливанию воздуха. Они способны очищать до 1 млн. м3 газов в 1 ч при любой концентрации взвешенных частиц. Электрофильтры работают как при атмосферном, так и при другом давлении. Их можно выполнять из материалов, стойких к кислотам, щелочам и другим агрессивным веществам. Эффективность очистки газов таким образом очень высока. Эти устройства способны улавливать как сухие, так и мокрые частицы размером менее 0,001 мк. При этом они обеспечивают высокий коэффициент очистки при сравнительно небольшом аэродинамическом сопротивлении. Установки безопасны в эксплуатации и могут быть полностью автоматизированы.

Однако используемые в настоящее время электрофильтры имеют ряд недостатков. Они плохо улавливают тонкодисперсные частицы с небольшим удельным электрическим сопротивлением, так как частицы, попадая на осадительный электрод, перезаряжаются и уносятся газовым потоком из электрофильтра. При большом же удельном электрическом сопротивлении частиц пыли может произойти обратная корона.

Электрофильтры очень чувствительны даже к незначительному изменению режима их эксплуатации. Они могут работать лишь при невысокой скорости очищаемого газа. Кроме того, они ненадежны при очистке агрессивных и высокотемпературных газов и не позволяют улавливать пыль в месте ее образования. К тому же все еще высока их стоимость.

Электростатические фильтры с фильтрующим материалом позволяют достичь более высокого коэффициента очистки, чем при использовании обычных фильтров, или при том же коэффициенте очистки значительно снизить аэродинамическое сопротивление последних. Однако применение этих фильтров затруднено вследствие сложности их конструктивного выполнения.

Электретные фильтры пока еще не нашли широкого применения в промышленности [3].

5. некоторые инженерные разработки

5.1 Система двухэтапной очистки газовых пылевых выбросов

5

Рис. 20. Схема пылеулавливающей установки

В настоящее время разрабатываются новые высокоэффективные и экономичные аппараты сухой сепарации с возможностью возврата уловленной пыли в технологический процесс. Одной из таких разработок является пылеулавливающая установка ДЕКО-2ПУ (рис. 20), предназначенная для очистки газовых (воздушных) потоков от промышленной пыли. Установка обладает низкой энергоемкостью и металлоемкостью, характеризуется максимальной надежностью, а технические характеристики остаются постоянными в течение всего периода эксплуатации. Таких результатов достигают за счет того, что входной патрубок подключен к пылевыпускному патрубку первого аппарата, в результате чего происходит высвобождение чистого воздуха из запыленного потока с целью создания оптимальной запыленности потока. Первый пылеулавливающий аппарат состоит из цилиндрического корпуса, тангенциального входного 2, выходного 3 и пылевыпускного 4 патрубков и конусообразной обечайки 5, расположенной концентрично внутри нижней конической части корпуса 1, в результате чего образуется кольцевой зазор. Входной патрубок 7 второго пылеулавливающего аппарата 6 подсоединен к пылевыпускному патрубку 4 первого пылеулавливающего аппарата, а выходной патрубок 8 - к входному патрубку 2 первого аппарата. Пылевыпускной патрубок 9 второго аппарата подсоединен к пыленакопительному бункеру 10 с патрубком 11 выгрузки пыли.

Между входным патрубком 8 второго пылеулавливающего аппарата 6 и входным патрубком 2 первого пылеулавливающего аппарата располагается основное тягодутьевое устройство 12 (вентилятор или дымосос).

Запыленный газовый поток поступает через тангенциальный входной патрубок 2 внутрь цилиндрического корпуса 1, где приобретает винтообразное движение и направляется в нижнюю часть корпуса. Под действием центробежных сил частицы пыли перемещаются к стенке корпуса. Пристеночный слой газового потока, имеющий максимальную концентрацию пыли, попадает в кольцевой зазор между конусообразной обесчаткой 5 и конической частью корпуса 1. Отсюда частицы пыли с частью газового потока удаляются через пылевыпускной патрубок 4. Далее запыленная часть газового потока из первого аппарата поступает во второйпылеулавливающий аппарат 6, где обеспыливается и направляется в газовый поток, перемещаемый тягодутьевым устройством. Выделенная из газового потока пыль собирается в пыленакопительном бункере.

Установка ДЕКО-2ПУ обеспечивает высокую степень сепарации пыли независимо от фракционного состава и массы, отличается простотой конструкции, малыми размерами, минимальными трудозатратами при обслуживании и опорожнении накопительных бункеров и высокой степенью очистки воздуха [6].

5.2 Пылеуловитель для мелкодисперсной пыли на основе центробежной и инерционной сепарации

Сочетание центробежный и инерционных процессов, на основе которых работает пылеуловитель (рис. 21), позволяет значительно повысить степень улавливания мелкодисперсных частиц из газового потока за счет снижения вторичного уноса пыли.

5

Рис. 21. Конструкция пылеуловителя

Запыленный газ через входной патрубок 6 поступает в завихрительное устройство 2, в котором расположены определенного профиля лопатки 5, способствующие закручиванию газопылевого потока. Особое расположение входного патрубка обеспечивает сохранение высокой скорости газа (до 20 м/с) в верхней части аппарата в отличие от обычных циклонов.

Отделение частиц пыли в закрученном потоке происходит под действием центробежных сил в пространстве между корпусом 1 и экраном 8, установленным под завихрителем 2. Очищенный газ дважды изменив свое направление, поступает в патрубок вывода 7. Установка экрана соответствующей геометрии повышает эффективность пылеулавливания за счет лучшей аэродинамики потока в верхней части аппарата и снижает вторичный унос, предотвращая попадание отскочивших от корпуса частиц в поток очищенного газа. Отделившаяся пыль по стенке корпуса под действием силы тяжести поступает в нижнюю часть корпуса и собирается в бункер 9.

Проведенные испытания показали, что при использовании описанного выше пылеуловителя вторичный унос пыли по сравнению с существующей системой пылеочистки (циклон ЦН-15) снизился в 1,5 раза, а общая степень очистки составила 98,5 % [7].

Заключение

Каждый из представленных в работе методов пылеочистки рассмотрен достаточно детально, выявлены его недостатки и достоинства, даны краткие технические характеристики и описаны основные виды аппаратов, применяемых в конкретном случае.

После анализа этих методов можно сделать вывод, что наиболее эффективным из них является очистка промышленных выбросов от пыли с использованием электрических пылеуловителей. Однако аппаратурное оформление этого метода требует больших капитальных затрат и наличия высококвалифицированного обслуживающего персонала.

В целом работа отвечает поставленной задаче - раскрытию и описанию применяемых методов пылеочистки.

Литература