Медианный размер частиц, мкм Коэффициент А

> 100 1,2

50-100 1,1

10-50 1,0

3-10 0,9

1-3 0,8

< 1,0 0,7

В — коэффициент, учитывающий влияние технологического передела и определяемый по приведенным ниже данным:

Отвод пыли от узлов пересылки, конвейеров, упаковочных пунктов 1,0

Улавливание продукта после мельниц, сушильных камер

и системах пневмотранспорта 0,9

Очистки газов сушилок, обжиговых и плавильных цехов 0,8

С—коэффициент, учитывающий влияние температуры газов и определяемый по приведенным ниже данным:

Температура, °С 20 40 60 80 100 120

Коэффициент С 1,00,9 0,84 0,78 0,75 0,73

D — коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли в очи­щаемом газе и определяемый по приведенным ниже данным Концентрация пыли, г/м³ 0-7 8—19 20—40 41—91 свыше 91

Коэффициент D 1,2 1,0 0,95 0,9 0,85

2. При расчете газовой нагрузки исходят из количества пыли, доступающей на единицу поверхности ткани. Полагают, что для нормальной экс­плуатации фильтров, например в цементной промышленности, это коли­чество пыли на 1 м² не должно превышать 12-18 г/(м²мин). Исходя из этого, расчетная нагрузка по газам определится из уравнения

где С — входная концентрация пыли, г/м³.

Как правило, гидравлически сбалансированный фильтр обеспечивает высокую эффективность пылеулавливания, поэтому после удельной газовой нагрузки второй важнейшей характеристикой фильтра является его гидравлическое сопротивление, которое складывается из гидравлических по­терь при прохождении через входной и выходной патрубки, корпус и не­посредственно через фильтровальный материал. Гидравлическое сопро­тивление корпусных узлов зависит от его конструкции и колеблется в пределах 250—500 Па.

Гидравлическое сопротивление чистой фильтровальной ткани харак­теризуется воздухопроницаемостью — расходом воздуха при определен­ном перепаде давления, обычно равном 49 Па. Воздухопроницаемость из­меряется в м³/м²мин, численно она равна скорости фильтрации при Δ Р = = 49 Па. Сопротивление незапыленных тканей Δ Р_т обычно составляет 5-40 Па. Гидравлическое сопротивление запыленного фильтровального ма­териала в работающем фильтре может составлять 250 Па и более. После обратной продувки начальное сопротивление ткани не достигается: оно становится выше за счет проникновения мелких частиц в поры ткани, ко­торые не выдуваются обратно в процессе регенерации. После определен­ного периода работы фильтра с чередованием циклов фильтрации и реге­нерации, остаточное количество пыли в ткани стабилизируется; оно соответствует равновесному пылесодержанию ткани G (г/м²) и остаточно­му сопротивлению равновесия запыленной ткани Δ Р.

В общем случае гидравлическое сопротивление тканей постоянно из­меняется во времени в некоторых пределах: от остаточного сопротивления равновесно запыленной ткани Δ Р_р до заданного сопротивления перед реге­нерацией

Δ Р_{т п.}

Исходя из практических и экономических соображений, сопротивле­ние фильтров не должно превышать 0,75-1,5 кПа и только в особых слу­чаях оно может составлять до 2-2,5 кПа. При более высоком значении со противления резко увеличивается величина проскока и возможен срыв рукавов или их разрушение по шву в результате аэродинамических ударов при переключении секций на регенерацию.

Соотношение между гидравлическим сопротивлением фильтра ΔР (Па) и скоростью фильтрации v_ф (м/мин) выражается уравнением

где К— коэффициент сопротивления фильтра, Па мин/м.

Для фильтров с механическим встряхиванием и обратной продувкой:

К = К₀ + К₁ (5.49)

для фильтров с импульсивной продувкой

К = К₀ + К₁ + К₂ (5.49)

В уравнениях (5.49) и (5.50): К₀ — коэффициент сопротивления ткани после регенерации; К₁ — коэффициент сопротивления свежеотложенного слоя пыли; К₂ — коэффициент сопротивления повторно отложенного слоя пыли.

Последние определяют по результатам лабораторных и опытно-промышленных исследований модели фильтра на конкретном промышленном объекте. В этом случае по формуле (5.48) можно определить значение удель­ной газовой нагрузки при выбранном гидравлическом сопротивлении.

В некоторых источниках приводятся формулы по определению гид­равлического сопротивления в рабочем (запыленном) состоянии:

d — средний условный диаметр пылинок, определенный по методу возду­хопроницаемости, м; С — запыленность газов, поступающих на фильтр, кг/м³; т — время фильтрации (промежутки между регенерациями ткани), с; р_л — плотность пыли, кг/м³.

Значения т_т для некоторых тканей приведены ниже:

Шерстяная ткань, артикул 21.........................................................................................0,86

Рукава ЦМ, артикул 83...................................................................................................0,83

Нитрон рукава НЦМ......................................................................................................0,83

Нитрон термофиксированный.......................................................................................0,72

Сатин четырехремизный из стекловолокна..................................................................0,49

Сатин ТСФ из стекловолокна С-2 5/3...........................................................................0,55

ТСФ-9 из стекла 20 (ВНИИстекловолокно).................................................................0,47

Ситец хлопчатобумажный..............................................................................................0,63

Бязь..................................................................................................................................0,53

Хлорин, артикул 300....................................................................................................0,63

Заключительным этапом расчета является определение площади фильтрации тканевого фильтра, выбор типоразмера и необходимого числа тканевых фильтров. Для приближенного расчета площади фильтрации тканевого фильтра следует определить общий расход запыленных газон, поступающих на ткань (с учетом подсосов воздуха), и расход продувочных газов или воздуха, поступающих из регенерируемой секции.

Общая площадь фильтрации установки S_ф (м²) составит:

где S — площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м²; S_c — площадь ткани в регенерируемой секции, м²; V_l — расход запыленных газов с учетом подсоса. Для небольших фильтров (РФГ, РФК, СМЦ, ФРКИ, ФРКН и др.) подсос газа составляет 5-10%, для крупных фильтров (УРФМ, РФСП-1580, ФРО и др. 15-20%), м³/ мин; V₂ — расход про­дувочных газов или воздуха, м³/ мин.

Определив общую площадь ткани, находят требуемое число фильтрон или секций п в многосекционной установке:

где S1 — площадь фильтровальных рукавов в одном фильтре (в одной секции), м².

Так как п должно быть целым числом, полученное значение округляют в сторону увеличения числа фильтров или секций.

Фильтровальная ткань не связана, за исключением отдельных специ­альных случаев, с каким-либо определенным типом фильтра. Выбирая ткань, необходимо руководствоваться следующими соображениями. Во-первых, ткани из синтетических волокон предпочтительнее натуральных, во-вторых, ткань быстро разрушается даже при кратковременных пиках температуры сверх ее нормального паспортного предела применения. По­этому ее следует выбирать не по среднему, а по максимальному значению температуры.

При выборе типа тканевого фильтра применительно к новому техно­логическому процессу следует иметь в виду, что почти все виды серийных аппаратов, особенно крупномасштабные, созданы для определенных про­изводств. Например, фильтры РФГ, УРФМ, РФОСП применяются в ос­новном для улавливания возгонов в цветной металлургии; фильтры ФР -в сажевых производствах; фильтры СМЦ — на цементных заводах. Вместе с тем все эти типы аппаратов могут быть успешно использованы в других, отраслях промышленности.

Представленные выше методы расчета оптимальных параметров рабо ты тканевых фильтров не доведены до возможности их практического применения. Поэтому в каждом конкретном случае после соответствующих

расчетов необходимо провести анализ данных эксплуатации фильтров с подходящими тканями, в условиях, аналогичных рассматриваемым, уточ­няя оптимальные параметры работы путем проведения испытаний опыт­но-промышленных установок. При этом желательно пользоваться офици­альными каталогами, регламентами и рекомендациями НИИ.

Зернистые фильтры. Фильтрующие слои, состоящие из зерен сфери­ческой или другой формы, применяются реже, чем волокнистые материалы. Преимуществами многих зернистых фильтров является доступность материалов, возможность работы при очень высоких температурах и в ус­ловиях агрессивной среды, выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие перепады температуры. Кроме того, зернистые фильтры при соответствующем выборе насадки могут выпол­нять функцию катализатора или адсорбента.

Различают следующие типы зернистых фильтров:

1) зернистые насадочные (насыпные) фильтры, в которых улавливаю­щие элементы (гранулы, куски и т. д.) не связаны друг с другом. К этим фильтрам относятся: статические (неподвижные) слоевые фильтры; ди­намические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемеще­нием сыпучей среды; псевдоожиженные слои;

2) жесткие пористые фильтры, в которых зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К этим фильтрам относится пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы.

Улавливание аэрозольных частиц в зернистых фильтрах подчиняется тем же закономерностям, которые рассматривались для волокнистых ма­териалов.

Зернистые насыпные фильтры. В качестве насадки в насыпных фильт­рах используют песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древес­ные опилки, кокс, крошку резины, пластмассы, графит и другие материалы. Выбор материала для насадок обусловливается требуемой термической И химической стойкостью, механической прочностью и их доступностью. Широко применяются природные материалы и различные отходы произ­водства. Но чаще насадки готовят специально — путем дробления и про-ссеивания для получения требуемой фракции.

Зернистый фильтр с неподвижным слоем. Конструкции фильтров с неподвижным слоем представлены на рис. 5.52.

Регенерация фильтрующего материала может осуществляться рыхле­нием, ворошением или вибрационной встряской и происходит при возрастании сопротивления до предела, допускаемого вентилятором. После ряда циклов регенерации наступает момент, когда эта операция уже не дает заметного снижения Δ р_ф. Тогда насадку меняют или (при улав­ливании растворимых аэрозолей) промывают водой непосредственно в аппарате.

а — горизонтальный с периодическим ворошением; б—с цилиндрическим расположением слоя и виброрегенерацией; в—горизонтальный с вибровстряхиванием; г—двухходовой на пружинах; д— плоский двухслой ный; е—вертикальный шахтного типа; ж —с вращением кассеты; з — с секционированным слоем и регенс рацией псевдоожижением; 1 — вибратор; 2 — шнек; 3 — ворошитель; / — газ; // — продувочный агент

В зависимости от габаритов фильтра рыхление проводят вручную или механически с приводом от электродвигателя.

Чаще всего размер зерен в рассматриваемых фильтрах составляет 0,2—2 мм; воздух направляется сверху вниз. Нагрузку воздуха в зависимости от исходной концентрации (г— 1—20 мг/м³) принимают от 2,5 до 50,0 м³/(м²-мин); на­чальное сопротивление при этом составляет 50—200 Па. Высота слоя на сет­ках выбирается от 10 до 15 см. Остаточное содержание пыли в очищенных газах обычно составляет 10—100 мг/ м³; эффективность очистки до 99,5%. При начальной концентрации пыли более 12 г/м³ перед гравийными фильт рами устанавливают циклоны.

Зернистые насыпные фильтры предназначены для очистки газов от пылей механического происхождения (от дробилок, грохотов, сушилок, мельниц, транспортирующих устройств). Они применяются при получении цемента, извести, гипса, фосфорных удобрений и других производств, при наличии абразивной пыли и агрессивных газов или веществ, плохо улавливаемых в электрофильтрах и других пылеуловителях. Однако в этих фильтрах нельзя очищать трудноудаляемые пыли. Наибольшее распространение в РФ получили отечественные фильтры: роторные зернистые фильтры ФЗРИ-100, ФЗРИ-50; фильтры с вертикальным радиальным рас

Положением секций ФЗВИ-30-1-300; зернистые фильтры — циклоны ФЦЗ; зернистые кассетные фильтры ЗФ; цепные фильтры ФЦГМ и ФЦ,-1П(1Э).

Конструкция цепного фильтра представлена на рис. 5.53. Принцип его |ействия основан на осаждении частиц пыли в фильтрующем элементе, (выполненном из цепей. Во время фильтрации верхняя рама с цепями опу­щена на нижнюю. Цепи находятся в сложенном состоянии и образуют фильтрующий слой.

Регенерация фильтрующего слоя производится автоматически путем поднятия и опускания верхней рамы с цепями. Для переключения с фильтрации на регенерацию и обратно служит клапанное устройство. Уловленная пыль без дополнительной переработки возвращается в технологичес­кий процесс.

Производительность данного фильтра — 10 000 м³/ч, максимальный Перепад давления — 500 Па, эффективность очистки — 96-98%.

Зернистые фильтры с движущейся средой. Свойство сыпучести зернис­тых материалов используют для создания фильтров с движущейся средой И периодическим или непрерывным удалением из установки на регенерацию слоя зёрен, забитого пылью.

а — со шнековым промывателем и центрифугой; б — с аксиальным расположением слоя; в — с наклон­ным расположением слоя; г — с жалюзи, вибратором и промывкой; д — с циклоном и фильтрацией через пылевой слой; е — с цилиндрическим расположением и периферийным выводом газа; ж — с вертикаль­ным расположением слоя; з — с устройством для предотвращения выноса гранул; 1 — вход загрязненного газа; 2 — выход очищенного газа; 3, 4 — вход и выход продувочного агента; 5 — шнек; 6 — центрифуга; 7— вода для промывки; 8 — бункер загрузочный; 9, 10 — конусы приемные внутренний и наружные Обычно материал перемещается между сетками или жалюзийными решетками под действием гравитационных сил. Регенерация выгруженного материала от уловленной пыли проводится в отдельном аппарате путем грохочения или промывкой в восходящем пото­ке воды зерен, находящихся в псевдоожиженном состоянии.

Наиболее перспективные фильтры с движущейся средой показаны на рис. 5.54.

Перспективным направлением считается использование в качестве фильтрующей среды тот же материал, что и улавливаемая пыль. В этом слу­чае загрязненные гранулы выводятся из системы газоочистки и использу­ются в технологическом процессе. На рис. 5.55 схематически показана опытная установка с несколькими последовательно расположенными зер­нистыми слоями.

За рубежом разработкой зернистых фильтров занимается фирма «Лурги» (ФРГ). Перспективными можно считать и конструкции с импульсной продувкой без применения механических устройств регенерации. Другое перспективное направление — использование в качестве насыпного мате­риала соответствующего абсорбента или катализатора, что позволит отказаться от дополнительных устройств для очистки от газообразных вредных веществ.

Зернистые жесткие фильтры. Керамические (поролитовые), металло-мористые (металлокерамические) и другие жесткие пористые перегородки занимают особое место среди регенерируемых фильтров, в связи с высокой устойчивостью их к высокой температуре, коррозии и механическим на­грузкам. Существенными недостатками жестких фильтров, по сравнению с тканевыми, является их высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и трудность осуществления длительной регенерации, что значительно сокращает срок их службы.

Жесткие пористые элементы могут регенерироваться следующими ме­тодами:

1) продуванием воздуха или газа в направлении, противоположном рабочему потоку;

2) пропусканием жидких растворов в обратном движению газа направ­лении, иногда при одновременном воздействии на жидкость ультразвуком;

3) пропусканием горячего пара (при забивании фильтров парафином) или струй горячих газов для выжигания смолистых примесей;

4) простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами, устанавливаемой в эластичном уплотнении, или самих элементов, закреп­ленных на перегородке с помощью резиновых патрубков.

Трудность регенерации жестких перегородок вызвана глубоким проникновением высокодисперсных частиц в поры при полном удалении слоя пыли

с поверхности.

Жесткие пористые фильтры редко применяются в системах очистки воздуха или газов большой производительности, так как сопротивление их велико и необходимо работать при низкой скорости фильтрации.

Керамические фильтры. Керамические патроны, пластины и диски получают спеканием отсортированных зерен шамота, кварцевого песка, асбеста И других природных минералов до стекловидного состояния. Керамические пористые изделия хрупки; для увеличения их прочности стенки патронов и изготавливаются значительной толщины (6—10 мм и более), но при этом увеличивается их гидравлическое сопротивление. Длина патронов обычно составляет 0,5—1,2 м, диаметр — 50—80 мм; общая пористость — 35-55%.

Патроны могут быть открытыми с обоих концов или с закрытым дном, сверху обычно предусматривают бурты для их крепления. Патроны закрепляются в трубной решетке с помощью стяжных шпилек (рис. 5.56, а), или поджатием сверху (рис. 5.56, б).

Скорость фильтрации, в зависимости от вида керамики, концентраций и свойств пыли, а также от располагаемого давления в системе, составляет 0,01—0,5 м/с.

Керамические фильтры применяют для очистки технологических газов внутри аппаратов (газов крекинга, аммиака в производстве азотной кис лоты и других газокаталитических процессов); в системах газоснабжения (для очистки природных и синтетических газов); для очистки сжатого воз духа, применяемого при окраске методом распыления; для обеспыливания сжатых газов (хлора, диоксида углерода). Размеры и форма фильтрующих керамических элементов представлены в табл. 5.27.

Рис. 5.56. Крепление керамического цилиндрического патрона в съемной трубной решетке:

а — стяжной шпилькой; б— поджатием пружиной

Металлокерамические фильтры. Исходным материалом для изготовления служат металлические порошки шарообразной формы с гладкой поверхностью или порошки несферической формы с шероховатой поверх­ностью. Порошки изготавливаются из нержавеющих сталей (Х18Н9, XI7H2, Х18Н12М2Т и т. п.), из бронзы, меди, никеля, титана, монеля, нихрома, алюминия, вольфрама и других металлов.

Металлокерамические фильтрующие материалы получают методом прессования и прокаткой, с последующим спеканием при высокой температуре (800—1300 °С) в виде цилиндрических элементов высотой 80—100 м, толщиной стенок 2-5 мм; трубок разного диаметра; лент шириной 300— I 400 мм; листов больших размеров толщиной 0,35—2,5 мм и других форм (рис. 5.57). На рис. 5.58 представлены схемы патронного и тарельчатого

I фильтров.

Металлокерамические цилиндрические элементы более прочны и пластичны, чем керамические фильтры, и лучше сопротивляются ударным на-Фузкам. Однако стоимость их в 10 и более раз выше, чем керамических. Фильтрующие свойства металлокерамических элементов также лучше; кроме того, их можно сварить, склеивать и подвергать механической об­работке на станках. Изделия, получаемые прессованием, характеризуются и более высокой эффективностью очистки газов, чем изделия, получаемые спеканием, при одинаковой пористости.

Размеры пор в фильтровальных перегородках из пористых металлов 1 75 мкм, пористость до 50%. Нагрузки по газу в металлокерамических филь трах могут изменяться от 0,2 до 10 м³/(м²мин) при аэродинамическом со противлении от 0,1 до 6 кПа. Поэтому эти фильтры громоздки: например, при производительности 0,1 м³/с фильтр имеет диаметр 1,2 м и высоту 1,8 м. Так как на жесткой поверхности образуется очень однородный слой, то эффективность улавливания в этих фильтрах, даже по субмикронным частицам, очень высокая. Металлокерамические элементы из порошка, раз

ром частиц от 75 до 150 мкм, практически полностью задерживают частицы более 1 мкм. Остаточная концентрация обычно составляет примерно менее 1 мг/м³.

Рис. 5.58. Схемы фильтров из пористых металлов:

а — патронный фильтр: 1 — корпус фильтра; 2 — крышка; 3 — цилиндрический элемент; 4 — прокладка. 5 — стяжной болт; 6 — откидное дно; б — тарельчатый фильтр: 1-корпус фильтра; 2 — фильтрующие пакет; 3 — заглушка; 4 — крышка

мером частиц от 75 до 150 мкм, практически полностью задерживают час­тицы более 1 мкм. Остаточная концентрация обычно составляет при этом

менее 1 мг/м³.

В настоящее время широкое применение для улавливания твердых арозолей при высоких температурах получили фильтровальные элемен- Ш из многослойных (прессованных) металлических сеток. По гидродина­мическим характеристикам они идентичны зернистым слоям со связан­ном структурой. Степень очистки в таких фильтрах может достигать 99,99% При входной концентрации пыли 20-40 г/м³. Фильтровальные элементы обычно выполняют в виде обечаек, надетых на жесткий каркас.

Металлокерамические фильтры наиболее широко применяются для |ыделения из горячих газовых потоков ценных пылевидных продуктов, например, пылевидных катализаторов.

Зернистые жесткие пористые фильтры находят широкое применение в очистке выхлопных газов автомобилей.

5.4. МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки от пыли счи­тается достаточно простым и в то же время эффективным способом обес­пыливания.

При современном уровне развития техники пылеулавливания наметилась тенденция применения сухих пылеуловителей, однако в ряде слу­чаев мокрые пылеуловители конкурируют с такими высокоэффективны­ми аппаратами, как рукавные фильтры и электрофильтры.

Преимущества мокрых пылеуловителей перед аппаратами других типов:

— сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства) и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

— применение для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

— охлаждение и увлажнение (кондиционирование) газов;

— возможность применения для очистки высокотемпературных газо­вых потоков;

— возможность одновременной очистки от пыли и от газообразных вред­ных веществ, т. е. использование в качестве абсорберов.

К недостаткам пылеуловителей относятся:

— улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод;

- потери жидкости вследствие брызгоуноса;

— необходимость антикоррозионной защиты оборудования при филь трации агрессивных газов и смесей.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще все го применяется вода. При решении вопросов пылеулавливания и хими ческой очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обуслон ливается процессом абсорбции.

Общепринятой классификации мокрых пылеуловителей в настоящее время не существует. Обычно они классифицируются на группы в зависи мости от поверхности контакта или по способу действия:

— полые газопромыватели;

— насадочные скрубберы;

— тарельчатые газопромыватели;

— газопромыватели с подвижной насадкой;

— мокрые аппараты ударно-инерционного действия;

— мокрые аппараты центробежного действия;

— механические газопромыватели;

— скоростные газопромыватели.

Помимо перечисленных групп к мокрым пылеуловителям в какой-то степени могут быть отнесены мокрые электрофильтры, орошаемые волок нистые фильтры и аппараты конденсационного действия.

Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным an паратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят полые скрубберы, барботеры, мок­рые центробежные аппараты и др. К средненапорным мокрым пылеуловите­лям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некото­рые динамические скрубберы — газопромыватели ударно-инерционного действия. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим со противлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури.

Подвод орошающей жидкости в мокрые газоочистные аппараты. Надеж­ная и эффективная работа мокрых пылеуловителей в немалой степени за­висит от правильного выбора устройств подвода жидкости. Способ пода­чи жидкости в значительной мере влияет на распределение энергии, затрачиваемой на проведение процесса. В аппаратах, где главная роль и энергетических затратах принадлежит орошающей жидкости (полые), при­меняются энергоемкие средства подвода орошения — форсунки, работа­ющие под высоким давлением. В аппаратах, где затраты энергии, подво димой к жидкости, играют второстепенную роль (скрубберы Вентури), используются низконапорные форсунки. В тех же аппаратах, где практи­чески вся энергия подводится к газовому потоку (насадочные, тарельча­тые) и требуется равномерное орошение всего сечения аппарата, приме­няют оросители различных конструкций.

Форсунки. Форсунки подразделяются на три основные группы: меха­нического, пневматического и электрического действия. Механические форсунки, наиболее распространенные в газоочистных тратах, бывают прямого действия, центробежные и ультразвуковые. На I, 5.59 показаны типы механических форсунок: струйные, струйно-ударные, с внешним соударением струй, центробежные, центробежно-струйные. В центробежных форсунках жидкость приобретает вращательное движение за счет тангенциального подвода (рис. 5.59, в) или проходя через завихрительную спираль (рис. 5.59, а, б). Далее струя покидает форсунку в виде полого вращающегося конуса (рис. 5.60, а), который под действием центробежных сил распадается на отдельные капли. Достоинства центробежных форсунок — простота конструкции, возможность широкой регулировки расхода жидкости и угла распыла, высокая эксплуатационная надёжность.

Рис. 5.59. Механические форсунки:

в — цетробежные форсунки (а — Григорьева-Поляка; б — Кертинга; в — эвольвентная форсунка); е—центробежно-струйные форсунки (г — ВТИ; д —с цилиндрическим вкладышем и горизонтальными каналами; е — с цилиндрическим плоским вкладышем и с периферийными винтовыми каналами); ж – плоскофакельная струйная форсунка

Рис. 5.60. Формы факела форсунок:

а — полый факел; 6 — заполнении» факел; в — плоский факел

В центробежно-струйных форсунках, помимо вращающейся струи, создается и осевая струя. При этом образуется сплошной конус распыли (рис. 5.60, б) для равномерного получения которого необходимо соблюдать правильное соотношение между количеством вращающейся жидко сти и жидкостью, подаваемой в центральную струю.

Производительность форсунок определяется в основном их конструкцией и не зависит от физических свойств распыляемой жидкости.

Объемный расход жидкости определяется по формуле

(5.53)

где d_c — диаметр сопла форсунки, м; К_ж — коэффициент расхода жидко сти; р_ж — давление жидкости перед форсункой, Па.

Наибольшие значения коэффициента расхода характерны для струй­ных форсунок (0,75-0,98), наименьшие — для центробежных (0,2-0,3).

В пневматических форсунках поток жидкости дробится, соприкасаясь с высокоскоростным потоком газа или пара (рис. 5.61). Жидкость подается в пневматические форсунки под небольшим давлением либо засасывается инжектирующим действием газового потока. Форма факела зависит от конфигурации выходного отверстия и от расхода газа.

Энергозатраты пневматических форсунок выше, чем механических, поэтому они не получили широкого распространения в мокрых пылеуловителях. Однако они позволяют получить более тонкий распыл, вследствие чего их можно использовать при увлажнении газов.

Оросители. По режиму истечения жидкости оросительные устройства делятся на струйные разбрызгивающие и на струйные неразбрызгивающие.

Рис. 5.61. Пневмофорсунка:

1 - патрубок для подвода воды; 2— элемент плоскофакельной форсунки;

3 — горловина

Орошение сечения аппарата может быть точечным, зональным и сплошым (рис. 5.62). Точечное орошение целесообразно при ограниченном рас­ходе жидкости и при недопустимости брызгоуноса. Обеспечивается струй­ными неразбрызгивающими оросителями. Примером таких оросителей является желобчатые оросители (рис. 5.62, а).

Зональное и сплошное орошение обеспечивается различными видами брызгалок. При зональном и сплошном орошении обеспечивается лучшая смачиваемость, однако этот способ связан с большим расходом орошаю­щей жидкости. Кроме того, за счет перекрытия смежных зон орошения на­блюдается значительная неравномерность плотности орошения по сечению

аппарата.

Каплеулавливающие устройства. Во всех мокрых пылеуловителях в той Или иной степени происходит брызгоунос, интенсивность которого опре­деляется скоростью газового потока в свободном сечении аппарата и способом подвода орошающей жидкости.

Максимально возможный размер уносимых капель может быть рас­считан по скорости витания капель (номограмма), которая принимается равной скорости газов в свободном сечении аппарата.

Для сепарации капель из газов используются следующие механизмы осаждения: гравитационный, инерционный, центробежный, диффузион­ный и электростатический. Последние два используются в основном для улавливания туманов. Наибольшее применение нашли инерционные, цен­тробежные и диффузионные.

Каплеулавливающие устройства могут монтироваться в одном корпу­се с мокрым пылеуловителем, а могут в виде отдельного аппарата устанавливаться за ним.

Инерционные каплеуловители. В качестве инерционных каплеуловителей используют различные насадки, гальку, кольца Рашига, вязаную сет­ку и т. д. (рис. 5.63). Эффективность инерционных каплеуловителей уве­личивается с ростом скорости газов, однако этот рост не может быть

Рис. 5.62. Основные типы оросителей:

а — точечное орошение; б — зональное орошение; в — сплошное орошение; 1 — распределительная плита; 2 — желоб с боковыми прорезями; 3 — желоб с длинными патрубками; 4 — многотрубчатый ороситель; 5 — перфорированный стакан; 6 — щ елевая брызгалка; 7 — розетка; 8 — многокопусный ороситель; 9 - разбрызгивающая звёздочка

беспредельным, поскольку при достижении определенной скорости газа возникает вторичный унос, наступает захлебывание каплеуловителя. Обыч-оптимальная скорость газа лежит в диапазоне 3—5 м/с, максимальная —6 м/с. Критическая скорость определяется конструкцией, направлени­ем набегающего газового потока и др.

Кроме представленных на рис. 5.63 инерционных каплеуловителей на практикешироко применяются сеточные брызгоуловители, представляющиесобой пакет вязаных сеток (металлическая проволока, фторопластин и полипропиленовое волокно).

Для некоторых каплеуловителей при расчетах оптимальной скорости

можно использовать формулу

(5.54)

где К_с – коэффициент, изменяющийся от 0,09 до 0,305.

Рис. 5.63. Элементы инерционных каплеуловителей:

а, б — горизонтальные жалюзийные; в — прямоточный сепаратор Карбейта;

г — гофрированные вязаные сетки; д — уголковые; е — вертикальные жалюзийные;

ж — швеллерковые

Рис. 5.64. Малогабарит­ный Рис. 5.65. Каплеуловитель коленного типа:

циклон каплеуловитель КЦТ 1 — корпус; 2 — лопатка; 3 — сливные карманы;

4 — труба для сбора уловленной жидкости;

5 — устройство для вывода жидкости

Рис. 5.66. Цилиндрический каплеуловитель

1 — диск; 2 — кольцо; 3 — лопатки; 4 —карман; 5—канал

Основным недостатком инерционных каплеуловителей является возможность образований отложений.

Центробежные каплеуловители. Центробежные пылеуловители получили наибольшее распространение в газоочистной технике.

В качестве каплеуловителей могут быть использованы обычные циклоны, например циклоны НИИОгаза. Однако более эффективными являют­ся специально разработанные устройства, например, циклон-каплеуловитель (рис. 5.64), устанавли­ваемый обычно за трубами Вентури. Скорость газа в плане аппарата составляет 4,5—5,5 м/с. Разработан типоразмерный ряд каплеуловителей КЦТ на производительность по газу — 3100—84 000 м³/ч.

Кроме того, в качестве каплеуловителей могут применяться устройства коленного типа (рис. 5.65). Эффективность подобного каплеуловителя после трубы Вентури составляет 90%.

Более перспективными считаются встроенные каплеуловители, один из которых представлен на рис. 5.66.

Оптимальная скорость равна 5 м/с. Отвод жидкости осуществляется через сливные патрубки, расположенные в нижней части.

Диффузионные каплеуловители. Применяются при улавливании капель размером меньше 3 мкм. Представляют собой волокнистые фильтры диаметром волокон 5-20 мкм и толщиной слоя 50 мм. Гидравлическое сопротивление колеблется от 1 до 5 кПа. Капли диаметром 3 мкм улавливаются на 100%.

Полые газопромыватели. В полых газопромывателях газопылевой поток пропускают через завесу распыляемой жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями промывной жидкости и осаждаются в промывателе, а очищенные газы удаляются из аппарата. Наиболее распространенные аппараты этого класса представлены на рис. 5.67.

Рис. 5.67. Конструкции полых скрубберов: а - с тарельчатыми форсунками; б — конденсационная башня; в- д —колонны улавливания фтористых газов и аммиака; е — скруббер типа СП; 1—ярусы орошения; 2 — система гидросмыва каплеуловителя; 3 — капле-

уловитель; 4— завихритель; 5—форсунки газохода

очистки газов от достаточно крупных частиц пыли, так и для охлаждения выполняя в различных системах пылеулавливания роль аппарата, обеспечивающего подготовку (кондиционирование) газов.

По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Гидравлическое сопротивление полого скруббера весьма незначительно но: при отсутствии каплеуловителя и газораспределителя оно обычно не превышает 250 Па. Полые форсуночные скрубберы обеспечивают высокую степень очистки только при улавливании частиц размером больше 5 мкм.

Максимальная эффективность при инерционном осаждении улавливаемых частиц на каплях, падающих под действием силы тяжести в неподвижном воздухе (независимо от размера частиц), достигается при d_K = 0,6 - 1,0 мм. Поэтому в полых газопромывателях обычно устанавливают центробежные форсунки грубого распыла (работающие под давлением от 3-10⁵ до 4-10⁵ Па), которые и создают капли требуемого размера. Такие форсунки позволяют работать на оборотной воде, содержащей взвеси, просты в изготовлении и мало подвержены износу. Для расчета полого газопромывателя необходимо знать расход пылегазового потока Q, плотность газов р_г, плотность частиц пыли р_ч и ее дисперсный состав. Расчет выполняют в следующем порядке.

1. Определяют площадь сечения скруббера S, м²:

(5.55)

2. По найденному значению S рассчитывают диаметр скруббера D и е высоту H по формулам

(5.56)

(5.57)

3. Удельный расход жидкости т принимают от 0,5 до 10 л/м³ и определяют общий расход жидкости на орошение аппарата Q_ж:

Q_ж = mQ_r (5.58)

4. Коэффициент очистки в полом противоточном скруббере н а х о див по формуле

(5.59)

где η_з — эффективность захвата каплями частиц определенного диаметра; v_K — скорость осаждения капли, м/с; d_K — диаметр капли, м.

Значения η_з приведены в таблице 5.28. Скорость осаждения капель v_t определяют по номограмме, представленной на рис. 5.68.

Насадочные газопромыватели. Насадочные газопромыватели представляют собой колонны, заполненные телами различной формы (рис. 5.69).

Дата добавления: 2014-12-16