Механическая очистка газов

Основной параметр, характеризующий взвешенные частицы, — это их размер, который колеблется в широких пределах —от 0,1 до 850мкм. Из этой гаммы наиболее опасны для человека частицы от 0,5 до 5 мкм.

Аппараты обеспыливания газов можно разбить на 4 группы: 1) сухие пылеуловители — механические устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы; 2) мокрые аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью; 3) пористые фильтры, на которых оседают мельчайшие частицы пыли; 4) электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет электрической ионизации газа и содержащихся в них пылинок.

Сухие пылеуловители. К этим устройствам относятся осадительные камеры, инерционные пылеуловители, циклоны.

Весьма простыми устройствами являются пылеосадительные камеры, в которых за счет увеличения сечения воздуховода скорость пылевого потока резко падает, вследствие чего частицы пыли выпадают под действием сил тяжести. Пылеосадительные камеры (рис. 6.2) используют для очистки от крупных частиц пыли и применяют в основном для предварительной очистки воздуха. Эффективность улавливания в них зависит от времени пребывания газов в камере и расстояния, проходимого частицами под действием гравитационных сил. В свою очередь время пребывания газов зависит от объема камеры и скорости потока.

Инерционные пылеуловители представлены камерой с перегородкой. В этих аппаратах наряду с действием силы тяжести используются инерционные силы благодаря которым частицы стремятся сохранить направление движения после поворота потока газов уловленная пыль падает в бункер. Достоинства инерционных пылеуловителей: дешевизна и простота в эксплуатации, недостаток: низкая степень очистки

Широко распространенными инерционными пылеуловителями являются циклоны. В них частицы пыли движутся вместе с вращающимся газовым потоком и под воздействием центробежных сил оседают на стенках. Циклоны широко применяются для улавливания частиц размерами около 10 мкм при скоростях газового потока от 5 до 20 м/с. По конструкции циклоны подразделяются на циклические, конические и прямоточные. Циклический циклон (рис. 6.3) состоит из двух цилиндров: наружного 1, к которому в верхней части по касательной подсоединен патрубок 2, а в нижней части — конус и пылесборник (бункер) 5, и внутреннего 3, к которому в верхней части подсоединяется труба, отводящая очищенный воздух. Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса, где совершается нисходящее спиралеобразное движение вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы частицы пыли прижимаются к внутренним стенкам наружного цилиндра и скатываются в пылесборник. В бункере поток воздуха меняет направление на 180°, теряет скорость, вследствие чего происходит выпадение частиц пыли из потока. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь, выходит из бункера и выбрасывается через выхлопную трубу.

Достоинство циклонов: простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки — затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

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

Мокрые пылеуловители. Указанные устройства имеют одну весьма важную особенность: они обладают высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной (менее 1 мкм) пыли. Имеются и другие достоинства, среди которых: I) относительно небольшая стоимость и высокая эффективность улавливания взвешенных частиц; 2) возможность очистки газов при относительно высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгорания и взрывов очищенных газов или уловленной пыли. В качестве существенного недостатка можно указать на то, что уловленная пыль представлена в виде шлама, а это вызывает необходимость обработки сточных вод, т. е. удорожает процесс.

К недостаткам процесса мокрого пылеулавливания относят: а) возмож­ность щелочной или кислотной коррозии при очистке некоторых газов; б) ухудшение условий последующего рассеивания через заводские трубы очищенного, но увлажненного газа, тем более охлажденного (снижается подъемная сила); в) происходит загряз­нение отводимой из аппарата воды вредными для водоемов ПАВ.

Работают указанные системы по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инер­ции и броуновского движения.

Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и других типов (рис. 6.8).

Большое распространение (в основном из-за простоты конструкции) получили полые форсуночные скрубберы (рис. 6.9). Они представляют собой колонну круглого сечения, в которой осуществляется контакт между запыленным газом и каплями жидкости (обычно водой). Высота скруббера составляет =2,5 ее диаметра. Удельный расход орошающей жидкости выбирают в пределах 0,5—8 л/м³ газа.

Более эффективными мокрыми пылеуловителями являются скрубберы Вентури (рис. 6.10).

Очищенный газ через патрубок 4 подается в устройство 2, называемым соплом Вентури. Последнее имеет сужение (конфузор), в который через форсунки 1 подается вода на орошение. В этой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума в самом узком сечении (с 10—20 до 100—150 м/с). Благодаря этому происходит осаждение частиц пыли на каплях воды. Напротив, в диффузорной части сопла Вентури скорость потока мокрых газов снижается до 10—20 м/с. Далее поток поступает в корпус 3, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. Очищенный газ выходит в верхнюю часть корпуса, шлам попадает в нижнюю часть.

У скрубберов Вентури эффективность очистки достигает 0,97— 0,98, расход воды 0,4—0,6 л/м³ газа. Полый скруббер (рис. 6.9а) представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсунок, число которых может достигать 14—16 по сечению колонны. В насадочном скруббере (рис. 6.9, б) используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9. Достоинства насадочного скруббера: высокая степень очистки, недостаток – невозможность использовать при низких температурах.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия. В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность жидкости с последующим про­пусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепара­тор жидкой фазы. Один из вариантов такого скруббера состоит из цилиндрического кожуха 3, сливного конического бункера 9,корпуса 4 и выхлопной трубы 5 для вывода очищенного газа (рис.6.11).

Запыленный (газ) воздух поступает через воздуховод 6 в вертикальный стояк 7. Перед поворотом на 180° газ ударяется о поверхность воды А^А, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее газ проходит через решетку 1 с отверстиями. На нее же через трубу 2 подается вода, излишки которой сливаются через трубу 8 и частично через отверстия решетки 1. Между решеткой и уровнем В—В образуется водяная пена, которая затем распространяется в объеме К, заполненном короткими фарфоровыми ци­линдрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме К.

Надежной и простой конструкцией мокрого пылеуловителя явля­ется промывная башня (скруббер), заполненная кольцами Рашига, стекловолокном или другими насадками (рис. 6.12).

Запыленный газ подается снизу вверх через распыляющее устройство. Одновременно сверху вниз поступает вода. В том случае, когда пыль являет­ся плохо смачиваемым веществом, в воду добавляют поверхностно-актив­ные вещества (ПАВ). Расход энергии составляет 2 кВгч/1000 м³ газа.

Весьма эффективны комбиниро­ванные методы очистки от пыли. Так, хорошие результаты дает очистка агломерационных газов в батарейных циклонах с последующей доочисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах.

В основе работы пористых фильтров, предназначенных для тонкой очистки, лежит процесс фильтрации газов через пористую перегородку, в результате чего твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее. На рис. 6.5 представлена схема процесса фильтрования: в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой оседают улавливаемые частицы 3.

Перегородки, применяемые в фильтрах, могут быть различных типов:

1) в виде неподвижных зернистых слоев, например гравия. Такие фильтры дешевы, просты в эксплуатации, их эффективность 0,99. Они используются для очистки от пылей механического происхождения (мельниц, дробилок, грохота);

2) гибкие пористые (различные ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан). Указанные фильтры широко используются для тонкой очистки газов от примесей, но имеют и недостатки: относительно низкая термостойкость, малая прочность;

3) полужесткие пористые (прессованные спирали и стружка, вязанные сетки). Такие фильтры изготавливаются из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов. Они могут работать при повышенных температурах и в агрессивных средах;

4) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы). Фильтры указанного типа технологичны и находят широкое применение для очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел, так как материалы (керамика, металлы) обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью (выдерживают 500°С).

Из пористых фильтров наибольшее распространение получили рукавные фильтры, что обусловлено и созданием в последнее время новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей, например, стекловолокно выдерживает температуру 250°С.

Корпус фильтра (рис. 6.6) представляет 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 со шнеком для выгрузки пыли.

В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями составляет 100—200 мкм. Остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10—50 мг/м³. Эффективность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером более 0,5 мкм. Удельный расход энергии — 0,3—0,6 кВтч на 1000 м³ газа.

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц (коронирующий электрод). Ионы адсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля пылинки перемещаются к осадительным электродам.

Установки состоят из двух частей: агрегатов питания и собственно электрофильтра (рис. 6.7). Агрегаты питания включают повышающий трансформатор 2 с регулятором напряжения 1 и высоковольтный выпрямитель 3. Собственно электрофильтр состоит из корпуса 7 с входным 13 и выходным 8 патрубком, бункером 11 для сбора уловленной пыли, пылевыпускным патрубком 12. В корпусе расположены осадительные 9 и коронирующие 10 электроды.

Осадительные электроды в виде труб или пластин подключаются к заземлению и положительному полюсу выпрямителя 3. Коронирующие электроды, выполняемые чаще всего в виде проволоки, изолированы от земли с помощью изо­ляторов 6, и к ним подводится по кабелю 5 выпрямленный электри­ческий ток высокого напряжения (до 50—80 кВ) отрицательной полярности.

По способу удаления осажденной на электродах пыли электрофильтры делятся на сухие и мокрые. В сухих электрофильтрах пыль удаляется с электродов путем встряхивания. Нормальная работа сухих аппаратов обеспечивается при температуре очищаемых газов выше температуры точки росы, что необходимо для предотвращения конденсации влаги и увлажнения осажденной пыли. Появление влаги в сухих аппаратах может вызвать осложнение при удалении пыли с электродов и их коррозию.

В мокрых электрофильтрах удаление пыли производится путем смыва ее с поверхности электродов орошающей жидкостью. Температура очищаемого газа при этом должна быть выше или близкой к температуре точки росы. Мокрые электрофильтры могут также применяться для улавливания из газовых потоков жидких частиц в виде тумана или капель. В этом случае применяются аппараты без устройства для промывки электродов, так как осажденная влага самостоятельно стекает с них.

Электрофильтры способны очищать большие объемы газов от пыли с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при температуре газов до 400— 450°С. Затраты электроэнергии составляют 0,36—1,8 МДж на 1000 м³ газа. Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли и газа, скорости запыленного потока в сечении аппарата и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Эксплуатационные затраты на содержание и обслуживание электрофильтров, установленных на электростанциях, составляют около 3% общих расходов.

Достоинства электрофильтров: высокая степень очистки, улавиваются частицы любого размера, недостатки: высокая стоимость, наличие устройства для очистки осадительных электродов, зависимость эффективности работы электрофильтра от физико-химических свойств улавливаемой пыли.

Дата добавления: 2014-01-07