Очистка газов от пыли

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛАН

1. Пылеобразование и пвлеподавление

2. Основные свойства пыли

3. Физические принципы и параметры пылеулавливания

4. Пылеочистительная аппаратура

5. Пылеосадительные устройства

6. Пылеуловители центробежного действия

7. Фильтры

Литература

1. Пылеобразование и пылеподавление

Частицы пыли представлены, как правило, аэрозолями или близкими к ним по ним по размерам системами с твердой и жидкой дисперсионной фазой (дымами, пылями, туманами). В технической литературе обычно не делают различий между дымами и пылями, применяя к процессам очистки газов от взвешенных в них твердых частиц общий термин “пылеулавливание”.

Наличие в промышленных газах взвешенных частиц является результатом механических (дробление, измельчение, перемешивание, погрузочно-разгрузочные операции) и химических процессов. Пыли, образующиеся при конденсации паров, называют возгонами. В большинстве случаев взвеси, появившиеся в механических процессах, состоят из частиц размером 5 мкм и более, а пыли химических процессов представлены частицами диаметром менее 1 мкм.

Борьба с аэрозольными загрязнителями начинается еще до того, как они выбрасываются из технологического агрегата. В этом плане стремятся провести ряд мероприятий по сокращению самого пылевыделения, снизить число и мощность его источников.

Наиболее эффективным способом устранения или резкого снижения пылеобразования является применение малопылящего оборудования. Например, при прочих равных условиях используют дробилки, порода в которых разрушается раздавливанием и раскалыванием (щековые, конусные), а не ударом и истиранием (роторные, молотковые, истиратели). При выборе грохотов учитывают, что вибрационные конструкции энергично встряхивают материал и потому сильно пылят, а валковые пылят меньше, чем барабанные, и т.д. пылеподавление фильтр центробежный

В погрузочно-транспортных операциях необходимо стремиться к сокращению точек перегрузок, уменьшению их высоты и скорости движения материала, к использованию малопылящих разгрузочно-погрузочных устройств (спиральных спусковых желобов, редукторных, а не трансмиссионных, передач и т.п.).

Значительный эффект дает организация местных и общих укрытий (кожухов, зонтов и т.п.) для технологического оборудования, мест перегрузок, дозировок и транспортировок. Так, при наличие укрытий у грохотов запыленность не превышает 29-150 мг/м³ , а при открытых грохотах и сухих породах она достигает 800-1000 мг/м^3. . В целом тщательная герметизация укрытий гарантирует устранение 80-90 % выбросов.

Пыль, осевшую на перекрытиях и оборудовании, необходимо регулярно убирать механическим способом. Уборка на рабочих местах осуществляется ежемесячно.

Эффективным методом пылеподавления является увлажнение. Например, повышение влажности шамотного порошка с 0,2 до 4 % уменьшает пылеобразование в 58 раз, увеличение влажности сухих кварцитов на 1-2 % снижает его в 9-10 раз. Обычная эффективность этой операции составляет 60-80 %. В тех случаях, когда пыль не смачивается водой, используют жидкости с добавлением ПАВ. Смачиватели должны удовлетворять определенным условиям: быть безвредными, хорошо растворяться в воде при жесткости 35 %, не реагировать с кислотами и щелочами, давать эффект при небольшой концентрации (до 0,1 %), не вызывать коррозии металла. Они должны быть также устойчивыми во времени и при изменении температуры от 0 до 45 ⁰С, транспортабельными, не иметь неприятных запахов.

Смачиватель подразделяют на ионогенные и неионогенные. Наиболее эффективны неионогенные смачиватели ДБ, представляющие темно-коричневую жидкость, растворимую в воде любой жидкости. Эффективны также ионогенные смачиватели ОП-7 И ОП-10 - маслообразные вязкие жидкости коричневого цвета, хорошо растворимые в воде, но имеющие гнилостный запах. На практике часто применяют комбинированные смачиватели - 0,05-0,1 %-ную смесь ДБ и ОП-10 с добавлением к раствору в качестве пептизатора 0,25 %-ного раствора сульфит-целлюлозного щелоча или сульфитно-спиртовой барды. Используют также мыло, мылонафт, сульфанол, чекаль и т.п.

Из других мер устранения или снижения запыленности можно отметить повод чистого воздуха к рабочим местам и отвод загрязненного, создание эффективной аспирации, минимально возможную скорость движения воздуха в рабочих помещениях. В частности, на рабочих местах асбестовых фабрик последняя не превышает 0,5 м/с, а в общем случае не должна составлять более 2 м/с.

2. Основные свойства пыли

Для процессов пылеулавливания весьма важны дисперсность (фракционный состав), плотность, смачиваемость, адгезионные, электрические и другие свойства частиц. Для правильного выбора пылеулавливающей аппаратуры необходимо прежде всего знать их дисперсионный состав.

По степени дисперсности пыли обычно разделяют на группы, диапазон линейных размеров которых в различных классификациях не совпадает. В целом можно выделить пять фракций пыли: I - очень грубая (более 200 мкм), II - грубая (70-200 мкм), III - средняя (10-70 мкм), IV - тонкая (1-10 мкм), V - очень тонкая (менее 1 мкм).

Фракцией называют массовую долю частиц, размеры которых находятся в интервале значений, взятых в качестве нижнего и верхнего пределов.

Важная технологическая характеристика частиц пыли - плотность (истинная, кажущаяся, насыпная).

Истинная плотность частицы - это отношение ее массы к объему за вычетом объема открытых пор.

Кажущаяся плотность - отношение массы частицы к объему.

Насыпная плотность - отношение массы пыли в слое к ее объему. Отметим, что в значительной степени она определяется дисперсностью частиц. С увеличением последней насыпная масса пыли уменьшается. Для грубой пыли она составляет обычно 0,4 - 0,6 от истинной плотности. Цинковые и свинцовые возгоны цветной металлургии с размерами частиц 0,3 - 0,5 мкм могут иметь насыпную массу, составляющую только 0,1-0,05 от истинной плотности. Насыпная плотность слежавшихся пылей примерно в 1,2-1,5 раза выше, свежеобразованных. Последние содержат большее количество адсорбированных примесей, сообщающих частицам одномоментный электрический заряд, мешающий их сближению.

Значение величин насыпной плотности необходимо для инженерных расчетов бункеров и других емкостей, в которых улавливают или складируют пыли.

Электрический заряд того или иного знака частицы приобретает в зависимости от способа получения и химической природы. Положительный заряд имеют, например, крахмал, мелкие частицы почвы, песок, туманы крепких кислот, уголь, хлористый натрий, отрицательный - мука, оксиды железа, магния, свинца, цинка. Число элементарных зарядов на одной частице составляет 10⁴ - 10⁵ с общим модулем потенциала напряжения 60-350 В.

Адгезионные свойства пыли определяют ее слипаемость, которая увеличивается с возрастанием степени дисперсности частиц. Практически все пыли IV и V группы дисперсности относятся к слипающимся, II и III групп - к среднеслипающимся, I группы - к малослипающимся. Слипание пылей существенно возрастает при их увлажнение.

Смачиваемость частиц в значительной степени определяет эффективность работы мокрых пылеуловителей, которая возрастает при ее увеличении.

3. Физические принципы и параметры пылеулавливания

Многочисленные конструкции аппаратов пылеулавливания, применяемых в настоящее время, покоится на нескольких основных физических принципах, излагаемых далее.

Осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные пылеуловители. Устройства такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более .

Осаждение под действием центробежной силы. Эта сила может быть значительно больше силы тяжести. В пылеуловителях, основанных на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при тангенциальном вводе его в аппараты круглого сечения (в плане), называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5-10 мкм и более.

Фильтрация запыленного газа через ткань - надежный способ улавливания очень тонких пылей.

Электростатистическое осаждение используют в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенным к нему постоянным током высокого напряжения (50-90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в циклонах, пылей, включая ультратонкие (порядка 0,1 мкм).

Промыватели. Частицы задерживают на каплях и пленках промывающих жидкостей. Как и фильтры, они эффективны при улавливании очень тонких пылей.

Перечисленные принципы позволяют разделить способы пылеулавливания на сухие и мокрые (сухие и мокрые пылеулавливатели).

Процесс очистки газов от аэрозолей, независимо от способа улавливания, характеризуется несколькими основными параметрами: степень очистки, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, стоимость аппарата и стоимость очистки.

Степень очистки з в единичном аппарате:

(1)

где С _вх и С_вых - массовые концентрации примиссей в газе соответственно до и после пылеуловителя.

Если очистку ведут в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая степень очистки

з _В = 1-(1- з₁)(1- з₂)...(1- з_n), (2)

где з₁ ,з₂, ...з_n - степень очистки первого, второго, ... n- го аппаратов.

Различают общую и фракционную степени очистки газов, которые относят соответственно ко всей массе частиц и к каждой фракции отдельно.

Гидравлическое сопротивление аппарата - разность давлений газового потока на входе и выходе из пылеуловителя.

Расход электроэнергии, стоимость аппарата (капитальные затраты) и очистки относят обычно на 1000 м³ очищенного газа.

4. Пылеочистительная аппаратура

Как уже отмечалось, все способы пылеулавливания можно разделить на сухие и мокрые. Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители центробежного действия, фильтры, электрофильтры. К оборудованию для мокрого улавливания пыли относят скрубберы различных типов, барботажные аппараты, скоростные пылеуловители и др. все пылеуловители делят на пять классов в зависимости от крупности пыли, для очистки от которой они предназначены (по нижнему пределу ее крупности):

5. Пылеосадительные устройства

К пылеосадительным устройствам относят аппараты, в которых улавливание твердых частиц происходит под давлением силы тяжести, т.е. пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители. рис 1 - рис.3

Рис. 1 Пылевая камера с горизонтальными полками:

1 - полки; 2 - колокольные затворы;

3 - люки для удаления пыли

Пылеосадительные камеры представляют собой металлическую или железобетонную емкость прямоугольного сечения, площадь которой в несколько раз больше площади газо-подводящего трубопровода. Из-за резкого уменьшения скорости потока в камере взвешенные частицы в значительной степени успевают осесть на ее дно. Степень очистки в камерах в зависимости от дисперсности пыли достигает 40-90 %). Для ее повышения камеры оборудуют специальными приспособлениями (перегородки, подвешенные цепи, проволока и т.п.), разбивающими поток входящего газа, улучшающими распределение его струй и прижимающими их к низу камеры (рис.1)

Применение камер целесообразно при: горизонтальных или наклонных газоотводах большого сечения, когда подсоединение более эффективной аппаратуры пылеулавливания затрудненно: повышенной запыленностью газов (несколько сотен граммов на 1 м³) как предварительной ступени очистки; повышенной температурой отходящих газов (600 - 1300 ⁰С), содержащих размягченные и слипающиеся крупные частицы, которые на пути движения по камере охлаждаю.тся и становятся сыпучими.

Во многих случаях пылевые камеры, устанавливаемые за технологическими агрегатами, например металлургическими, на которых выходят газы с температурой свыше 600 ⁰С, заменяют котлами-утилизаторами или камерами испарительного охлаждения. Те и другие с точки зрения пылеулавливания также являются камерами.

Во многих случаях в качестве камер используют просто расширенные газоходы, степень очистки в которых составляет 10-20 %, иногда до 35 %.

Рис. 2 Радиальный пылеуловитель:

1 - корпус; 2 - водяная труба

Рис. 3 Вертикальный жалюзийный пылеотделитель:

1 - защитная призма; 2 - направление движения запыленных газов; 3 - уголки; 4 - направление движения очищенных газов; 5 - пылесборник; 6 - стенки газохода; 7 - перегородка.

Инерционные пылеуловители, основываясь на принципе пылеосаждения под влиянием силы тяжести, включают дополнительный элемент, увеличивающий степень пылеулавливания - изменение направления газового потока. К этому типу устройств относятся радиальные пылеуловители (пылевые мешки) и жалюзийные пылеуловители различного вида.

Радиальные пылеуловители обычно устанавливают за агрегатами, имеющими вертикальные газоотводы типа “гусиная шея”, например за шахтными печами и печами “КС”, располагая по нисходящей ветви газопровода. Газ поступает в мешок сверху, а отводится сбоку, пыль по инерции в значительной степени продолжает движение в низ мешка, где скапливается и периодически выпускается через разгрузочное устройство. Эффект очистки газа от частиц размером 25-30 мкм обычно составляет 0,65-0,85.

Жалюзийные пылеуловители известны в вертикальном и горизонтальном исполнениях. В первом случае в вертикальном гозоходе устанавливают несколько рядов уголков, которые соединяют призмой. Запыленные газы, проходя через уголковые жалюзи, изменяют направление движения. При этом пыль по инерции попадает в пылесборник, а очищаемые газы уходят далее по газовому тракту. Преимущества ЖУП: малые габариты, возможность установки внутри газоходов, простота конструкции и обслуживания, относительно небольшое сопротивление. ЖУП обеспечивают очистку на уровне 80 % для частиц размером более 20 мкм и применяются для дымовых газов с температурой до 450-600 ⁰С.

6. Пылеуловители центробежного действия

Пылеуловители центробежного действия включают циклоны, аппараты ротационного и вехривого типов. Наиболее известны циклоны, получившие широкое распространение в технике пылеулавливания.

По форме корпуса циклоны разделяют на цилиндрические и конические. Их устройство и принципе одинаково.

Газовых поток вводится в циклон (рис 4) через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли центробежной силой отбрасываются к стенке циклона, теряют скорость, падают в коническую часть аппарата, откуда разгружаются в находящийся внизу бункер. Газы, освободившиеся от пыли, удаляются через центральную отводящую трубу 3. Их обычная скорость на входе составляет 10-25 м/с, на выходе - 4-6 м/с. Для нормальной работы циклона необходимы герметичные бункеры. При нарушении герметичности и подсосе наружного воздуха повышается вынос пыли через отводящую трубу.

Рис. 4 Цилиндрический циклон

Наиболее распространенными типами циклонов является цилиндрически диаметром 200-3600 мм, работающие при избыточном давлении до 2,5 кПа (ЦН-2, ЦН-15, ЦН-24 и др.). Здесь цифры в скобках - величина угла патрубка на входе в циклон по отношению к горизонтальной плоскости. Используют также конические циклоны НИИОГАЗа. Они имеют повышенное гидравлическое сопротивление при более высокой степени очистки. Конические циклоны серии СК (СК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и др.) успешно применяют для очистки газов от сажи. Наряду с циклонами НИИГАЗа в цветной металлургии используют близкие по эффективности циклоны типа СИОТ диаметром до 4350 мм, устанавливая их, в частности, для очистки газов печей КС. В целом циклоны пригодны для разнообразных условий работы, в том числе при сравнительно высоких температурах.

Материалы корпуса циклона подбирают в зависимости от температурного режима его эксплуатации. Для 600 ⁰С корпус изготавляют из углеродистой стали, при температурах до 800 ⁰С - из жаропрочных сталей. Для более высоких рабочих температур аппараты футеруют, выхлопные трубы выполняют цельнокерамическими или водоохлаждаемыми. Созданы также циклоны с футеровкой из каменного литья, обладающие, помимо термостойкости, высокой абразивной устойчивостью.

Циклоны серии ЦН относятся обычно к пылеуловителям V класса, рассчитанными на I, II группы пылей с их входной концентрацией до 1000 г/м³, имеют производительность по газу до 48 тыс. м³/ч при гидравлическом сопротивлении не более 2,5 кПа. Гидравлическое сопротивление конических циклонов СК-ЦН достигает 4 кПа. Коэффициент полезного действия цилиндрических циклонов обычно составляет 70-90 %, конических - до 95 %. Он сильно зависит от крупности частиц пыли. С помощью этих аппаратов успешно улавливают слабо- и среднеслипающиеся грубо- и среднедисперсные пыли.

Циклоны обычно не используют как конечные пылеуловители. В этом качестве они могут применяться только при пылях, незначительное количество частиц размером менее 10 мкм, при условии их выброса в атмосферу на значительной высоте. Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов, устанавливая их перед фильтрами или перед электрофильтрами.

Степень очистки газа в существенной степени зависит от диаметра циклона. При его меньших значениях очистка протекает полнее, но уменьшается производительность. Поэтому для улавливания более мелких частиц применяют групповые и батарейные циклоны (мультициклоны), состоящие из параллельного ряда небольших циклонов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общие подвод, отвод газов и разгрузочный бункер. Групповые циклоны включают 2, 4, 6, 8 циклонов диаметром от 200 до 1100 м. Батарейные циклоны наиболее распространенного типа (БЦ-2) насчитывают до нескольких сотен мультициклонов диаметром 100-400 мм. Степень очистки газов в них можно довести до 80-98 %.

7. Фильтры

Фильтры используют для тонкого пылеулавливания и когда затруднено применение электрофильтров. Имеются в виду случаи малого и слишком высокого электросопротивления частиц пыли или необходимость специальной подготовки газов для электрофильтра, например их дожигание. Однако электрофильтры обладают неоспоримым преимуществом при пылеочистке агрессивных газов, если температура последних близка к точке росы, т.е. реальна опасность выпадения конденсата на материал фильтра.

Фильтры классифицируют по типу и материалу фильтрованной перегородки, конструкции, назначению и другим признакам.

По типу перегородки различают фильтры: с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы или псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками.

Литература

1. В.Е. Лотош “Экология природопользования”

2. В.М.Гарин, М.А.Кленова, В.И.Колесников “Экология”

Размещено на Allbest.ru