Пылеулавливающее оборудование

В соответствии с ГОСТ 12.2.043-80 пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пы­ли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаж­даются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей.

Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделя­ется на группы, а по конструктивным особенностям на виды, которые представлены в табл.

Выбор типа пылеуловителя обусловлен степенью запыленности газа дисперсностью частиц и требованиями к степени его очистки.

В гравитационном оборудовании отделение взвешенных частиц от газа осуществляется преимущественно под действием силы тяжести. Устройства для гравитационной очистки просты по конструкции, но пригодны главным образом для грубой предварительной очистки газов.

Сухие механические обеспыливающие аппараты. К таким аппаратам относятся пылеосадительные камеры, циклоны, пористые фильтры. Применение того или иного аппарата обуславливается свойствами и группой дисперсности пыли:

I - очень крупнодисперсная пыль, d50 > 140 мкм,

II- крупнодисперсная пыль, d50 = 40 - 140 мкм,

III- среднедисперсная пыль, d50 = 10 - 40 мкм,

IU- мелкодисперсная пыль, d50 = 1 - 10 мкм,

U- очень мелкодисперсная пыль, d50 < 1 мкм.

d50 - среднее значение эффективного диаметра 50 частиц пыли.

Пылеосадительные камеры и циклоны большой пропускной способности применяют для улавливания пыли первой и второй групп (крупнодисперсной), тканевые фильтры - для улавливания пыли третьей и четвертой групп (средне- и мелкодисперсной), электрофильтры эффективны для улавливания пыли пятой группы (очень мелкодисперсной).

Пылеосадительные камеры. Аппарат этого типа представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости короб, в нижней части которого имеется бункер для сбора пыли (рис.1). Поток запыленного газа вводится в камеру через отверстие сравнительно небольшого диаметра, но при этом газ должен полность заполнять поперечное сечение камеры. Для соблюдения этого условия в конструкции камеры предусматриваются специальные устройства (полки, перегородки). Загрязненный пылью газ (1) пропускается через камеру со скоростью 0,2 – 1,5 м/с, частицы пыли оседают под действием силы тяжести в нижней части аппарата. Степень очистки газа в камерах не превышает 40 – 50%.

Рис.1. Пылеосадительная камера

Обеспыленный газ (2) выводится из камеры и далее либо выбрасывается в атмосферу, либо подается в другие аппараты для более глубокой очистки.

Циклоны различных типов получили широкое применение для сухой очистки газов. Это механические обеспыливающие устройства, в которых очистка газа основана на использовании инерционных свойств частиц пыли. Циклоны являются наиболее характерными представителями сухих инерционных пылеуловителей. Они, как правило, имеют простую конструкцию, обладают большой пропускной способностью и несложны в эксплуатации. Общая схема одной из конструкций циклона представлена на рис.3. Запыленный воздух вводится тангенциально в верхнюю часть циклона. Здесь формируется вращающийся поток, который затем опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона и выхлопной трубой. Продолжая вращаться, воздушный поток выходит из циклона через выхлопную трубу. Отделение загрязнений происходит следующим образом. При входе в циклон частицы дисперсной фазы по инерции движутся прямолинейно. Затем центробежные силы искривляют траекторию их движения. Те из частиц, масса которых достаточно велика, достигают стенок циклона, под действием силы тяжести опускаются в нижнюю часть аппарата, далее через пылевыпускное отверстие проходят в бункер, где и оседают.

Рис.2. Циклон

Для очистки больших объемов воздуха циклоны могут компоноваться в группы, объединенные общим пылесборником и коллектором очищенного воздуха.

Фильтры с пористыми перегородками различных типов широко используют для очистки загрязненных газовых выбросов. Процесс фильтрования состоит в пропускании аэродисперсной системы (газа, загрязненного пылью или частицами аэрозолей) через пористый материал фильтра. Частицы дисперсной фазы, размеры которых превышают диаметр пор фильтровального материала, отделяются от газового потока. В промышленности используются фильтры различных конструкций с различными фильтрующими элементами. По типу фильтрующей перегородки фильтры бывают:

1) с зернистыми неподвижными слоями, состоящими из свободно насыпанных зернистых материалов;

2) с зернистыми псевдоожиженными слоями;

3) с гибкими пористыми перегородками из ткани, войлока, полимерных материалов, губчатой резины и т.п.;

4) с полужесткими пористыми перегородками из вязаной и тканой сетки, стружки;

5) с жесткими пористыми перегородками из пористой керамики, пористых металлов и других подобных материалов.

Фильтрующие зернистые слои используют для очистки газов от крупнодисперсных частиц загрязнений. Для очистки газов от пылей механического происхождения (от дробилок, сушилок, мельниц) часто используют фильтры из гравия.

Для тонкой очистки газов от аэрозолей и мелкодисперсной пыли применяют войлоки из синтетических волокон (лавсана, ПВХ, капрона). Хорошими фильтрующими свойствами обладают хлопчатобумажные и шерстяные ткани, но они менее прочны и химически стойки, чем синтетические. Проволочные сетки, изготовленные из специальных марок сталей, меди, латуни, бронзы, никеля могут работать в широком интервале температур (0ОС – 800ОС), в химически агрессивных средах. Фильтрующие элементы из пористой керамики, пористых металлов обладают высокой прочностью, коррозионной и термостойкостью.

Рис.3. Схема фильтра с пористым фильтрующим элементом.

Конструкционное оформление газовых фильтров может быть различным. Наибольшее распространение получили рукавные фильтры. Поток загрязненного газа проходит через фильтрующие тканевые рукава, пыль задерживается на внутренней поверхности рукавов. Отделение пыли и регенерация фильтров может проводиться одним из следующих методов: механическим встряхиванием, обратной продувкой воздухом, импульсной продувкой сжатым воздухом. Главным достоинством рукавных фильтров является высокая эффективность очистки для всех размеров частиц.

Электрофильтры. В основе работы электрофильтра лежит явление электризации взвешенных в газе частиц дисперсной фазы с последующим осаждением их на электроде с зарядом, противоположным по знаку заряду частиц загрязнений (осадительном электроде). По конструкции электрофильтры подразделяют на трубчатые и пластинчатые. В трубчатых электрофильтрах загрязненный газ пропускается по вертикальным трубам диаметром 20 – 25 см, по центру которых натянута проволока. Скорость движения газа в трубке составляет 0,5 - 2 м/с. Газ находится в трубке 6 – 8 с. Постоянный ток напряжением 50 – 100 кВ подается на электроды. Электродами являются стенки трубки (осадительный электрод) и проволока (каронирующий электрод).

Рис.4. Схема элемента трубчатого электрофильтра.

В пластинчатых электрофильтрах осадительными электродами являются пластинки, между которыми натянута проволока – коронирующий электрод. Для увеличения степени очистки электроды могут смачивать водой. В таком случае электрофильтр будет относиться к мокрым.

Процесс очистки газа от частиц пыли происходит следующим образом. Молекулы газов воздуха, проходящего в пространстве между двумя электродами (рис.5), при определенной напряженности электрического поля между электродами ионизируются. Образующиеся ионы движутся к соответствующему электроду (стенке трубки), сталкиваются при движении с частицами пыли (или жидкими частицами аэрозоля), передают им свой заряд – ионизируют частицы. Далее заряженные частицы пыли движутся к электроду с противоположным по знаку зарядом (к стенке трубки), осаждаются на поверхности этого электрода. Очищенный газ выводится из трубки. Накапливающийся на поверхности осадительного электрода слой пыли периодически удаляют сухим (вибрация) или мокрым (отмывка) способом. Пыль собирается в бункера в виде сухого порошка или в виде пульпы (взвеси) в нижней части аппарата. Электрофильтры применяют для тонкой очистки газов от частиц аэрозолей. Выбор той или иной конструкции электрофильтра определяется условиями работы: составом и свойствами очищаемых газов, требуемой эффективностью очистки.

Мокрые пылеулавливающие аппараты работают по принципу улавливания частиц пыли поверхностью или объемом жидкости (воды). Эти аппараты характеризуются высокой степенью очистки от мелкодисперсной пыли. С их помощью можно очищать от пыли горячие и взрывоопасные газы. Эффективность работы аппаратов мокрой очистки зависит от смачиваемости пыли, площади соприкосновения запыленного потока газа с поверхность жидкости. Если пыль плохо смачивается водой, то в воду добавляют поверхностно активные вещества (ПАВ). Для увеличения поверхности контакта в аппараты мокрой очистки вводят специальные насадки из материалов инертных по отношению к воде и загрязнениям (в промывных башнях) или воду распыляют при помощи форсунок (форсуночные скрубберы). На рис.6 приведены схемы двух аппаратов мокрой очистки – промывной башни (А) и форсуночного скруббера (Б). Промывная башня является простейшим аппаратом мокрой очистки газов от пыли. Она представляет собой колонну, заполненную кольцами Рашига или каким-либо другим инертным материалом.

Рис.5. Схема аппаратов мокрой очистки газов.

Промывную воду и запыленный газовый поток подаются в колонну противотоком. По мере продвижения газового потока снизу вверх колонны пыль захватывается водной поверхностью, вода загрязняется твердыми частицами, растворимыми веществами и в виде шлама выводится из нижней части колонны.

В форсуночных скрубберах запыленный газовый поток подается через патрубок в нижней части скруббера и направляется на зеркало воды, где отделяются наиболее крупные частицы пыли. Далее газовый поток, содержащий мелкодисперсную пыль, распределяется по всему сечению аппарата, поднимается вверх навстречу потоку капель воды, подаваемых через форсуночные пояса. По мере продвижения газового потока снизу вверх аппарата пыль захватывается каплями воды, опускается в нижнюю часть аппарата и выводится в виде шлама.

К недостаткам мокрых пылеулавливающих аппаратов относятся: образование шлама, требующего дополнительных специальных систем для его переработки; вынос в атмосферу водяных паров; повышенная коррозия аппаратов и газоходов; ухудшение условий рассеивания загрязнений через заводские трубы.

Наибо­лее простыми являются пылеосадительные камеры Они применяются в ос­новном для предварительной очистки газов от крупной пыли (с размером час­тиц 100 мкм и более) и одновременно для охлаждения газа. Камера представля­ет собой пустотелый или с полками короб прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Площадь сечения камеры значительно больше пло­щади подводящих газоходов, вследствие чего газовый поток движется в камере замедленно — около 0,5 м/с и пыль оседает (рис. 1).

Достоинствами пылеосадительной камеры является то, что она имеет низкое аэродинамическое сопротивление, проста и выгодна в эксплуата­ции; недостатками - громоздкость, низкая степень очистки. Эффектив­ность камеры можно довести до 80 - 85 %, если сделать внутри камеры перегородки, увеличивающие время нахождения газа в ней. Обычно пылеосадительные камеры встраивают в газоходы, они изготавливаются из металла, кирпича, бетона и т. д.

В промышленности более широко применяются инерционные пылеуло­вители В этих аппаратах за счет резкого изменения направления газового потока частицы пыли по инерции ударяются об отражательную поверх­ность и выпадают на коническое днище пылеуловителя, откуда разгру­зочным устройством непрерывно или периодически выводятся из аппара­та. Наиболее простые из пылеуловителей этого типа - пылевые коллекто­ры (мешки), представленные на рис. 4.5. Они также задерживают только крупные фракции пыли, степень очистки 50 - 70 %.

В более сложных жалюзийных аппаратах улавливаются частицы раз­мером 50 мкм и более. Они предназначены для очистки больших объемов газовоздушных выбросов. Жалюзи состоят из перекрывающих друг друга рядов пластин или колец с зазорами 2-3 мм, причем всей решетке прида­ется некоторая конусность для поддержания постоянства скорости газово­го потока. Газовый поток, проходя сквозь решетку со скоростью 15 м/с, резко меняет направление. Крупные частицы пыли, ударяясь о наклонные плоскости решетки, по инерции отражаются от последней к оси конуса и осаждаются. Освобожденный от крупнодисперсной пыли газ проходит через решетку и удаляется из аппарата. Часть газового потока в объеме 5-10 % от общего расхода отсасываемого из пространства перед жалюзийной решеткой, содержит основное количество пыли и направляется в ци­клон, где освобождается от пыли и затем присоединяется к основному по- ₍току запыленного газа Степень очистки газов от пыли размером более 25 мкм составляет примерно 60 % (рис. 4 6). Основными недостатками жалюзийных пылеуловителей является сложное устройство аппарата и абразивный износ жалюзийных элементов.

Широко распространенными устройствами для пылеулавливания яв­ляются циклоны, действие которых основано на использовании центро­бежной силы. На рис. 4.7 представлены принципиальные схемы различ­ных циклонов

Пылегазовая смесь тангенциально поступает в устройство через штуцер и приобретает направленное движение вниз по спирали. При этом частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке циклона, опускаются вниз и собираются в приемном бункере. Из бункера пыль периодически выгружается через затвор, называемый «мигалкой». Когда нарастающая масса столба пыли над клапаном «мигалки» достигает определенной величины, клапан под тяжестью пыли открывается, сбрасывает пыль и возвращается под действием контргруза в исходное состояние. «Мигалка» должна быть отрегулирована так, чтобы пыль в бункере не накапливалась выше определенного уровня, иначе воздух, движущийся в конусной части циклона, будет захватывать и уносить с собой верхний слой осевшей пыли. Очищенный воздух выбрасывается через центральную трубу из аппарата.

Наиболее эффективным аппаратом является циклон НИИОГаз ЦН-11, который выпускается промышленностью с диаметрами 400, 500, 630 и 800 мм. В тех случаях, когда ограниченны производственные площади, можно устанавливать циклон ЦН-15, который при равных эксплуатаци­онных характеристиках имеет несколько меньшие размеры.

Известно, что эффективность улавливания пыли в циклоне прямо про­порциональна массе частиц и обратно пропорциональна диаметру аппара­та. Поэтому вместо одного циклона большого размера целесообразно ста­вить параллельно несколько циклонов меньших размеров. Такие устрой­ства называются групповыми батарейными циклонами. Так, например, при необходимости обеспыливания потоков газа с расходом более 5500 м³/ч можно скомпоновать группу из четырех циклонов ЦН-11 с об­щим пылесборником. На рис. 4.8 представлены два варианта компоновки циклонов в группы. Здесь же показаны некоторые возможные варианты подсоединения циклонов к общему газоходу.

Для очистки больших объемов газов с неслипающимися твердыми частицами средней дисперсности можно использовать мультициклоны (рис. 4.9, а). В этих аппаратах вращательное движение пылегазового по­тока организуется с помощью специального направляющего устройства (розетка или винт), расположенного в каждом циклонном элементе (рис. 4.9, б). Мультициклоны, состоящие из элементов диаметром 40 -250 мм, обеспечивают высокую (до 85 - 90 %) степень очистки газов от очистки. При скоростях газа в трубчатых электрофильтрах от 0,7 до 1,5 м/с, а в пластинчатых от 0,5 до 1,0 м/с можно достичь степени очистки газа, близкой к 100 %. Эти фильтры обладают высокой пропускной спо­собностью. Недостатками электрофильтров являются их высокая стои­мость и сложность в эксплуатации.

Ультразвуковые аппараты используются для повышения эффективно­сти работы циклонов или рукавных фильтров. Ультразвук со строго опреде­ленной частотой приводит к коагуляции и укрупнению частиц пыли. Наи­более распространенными источниками ультразвука являются разного ти­па сирены. Относительно хороший эффект ультразвуковые пылеуловите­ли дают при высокой концентрации пыли в очищаемом газе. Чтобы уве­личить эффективность работы аппарата, в него подают воду. Ультразву­ковые установки в комплексе с циклоном применяют для улавливания сажи, тумана различных кислот.

Очистка, обезвреживание, обеззараживание и дезодорация газовоздушных выбросов

В настоящее время в целом по промышленности улавливается около 90 % пыли, образующейся на различных стадиях производства, и только 10 % различных аэрозолей выбрасывается в атмосферный воздух. Такого нельзя сказать о газо- и парообразных примесях вредных веществ, содер­жащихся в газовоздушных выбросах промышленного производства. Не­смотря на 1то, что эти примеси представляют собой большую опасность для окружающей среды, их улавливается или обезвреживается только около 10 %, а более 90 % вредных газов и паров поступает в воздушный бассейн.