Определение запыленности отходящих газов, выбор пылеулавливающего оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Институт Электронного обучения

Курсовая работа

На тему: «Определение запыленности отходящих газов, выбор пылеулавливающего оборудования»

Исполнитель: студент группыЗ-5Б11

Холбутаев З.Р.

Преподаватель: Слюсарский К В .

2015

Содержание

Введение

1. Определение запыленности отходящих газов

2. Критерии, учитываемые при выборе пылеулавливающих установок

3. Виды пылеулавливающих установок

4. Сухие механические сепараторы

5. Очистка отходящих газов в электрофильтрах

6. Очистка отходящих газов в фильтрах

Литература

Введение

В настоящее время основными загрязнителями окружающей среды являются продукты сгорания топлив, образующиеся при работе ТЭЦ, электростанций, металлургических и цементных заводов и др. промышленных предприятий. Основными составляющими продуктов сгорания являются различные вещества, такие как оксиды азота, оксиды углерода, оксиды серы, оксиды серы и твердые частицы (пыль, зола, сажа). Основная доля приходится на оксид углерода (50 %), оксид серы (20 %) и твердые частицы (16 - 20 %) [1]. Более 60 % выбросов твердых частиц во всем мире приходится на сжигание угля [1]. Подробнее остановимся на вредном воздействии твердых частиц на окружающую среду.

Тонкодисперсные частицы пыли, выделяющиеся при сжигании, оказывают воздействие на окружающую среду в глобальном масштабе, так как оседают и остаются в верхних слоях атмосферы. В результате того, что они не удаляются ни с дождем, ни какими либо другими путями, происходит их скопление и образование пылевого облака, которое в свою очередь отражает солнечные лучи, что приводит к понижению средней температуры приземного слоя атмосферы на 0,1 - 1,0 % [1]. Также наличие больших объемов пыли в воздухе может привести к образованию облаков, а далее и к опасному увеличению числа тропических бурь и ураганов. В настоящее время пыль, образующаяся в результате деятельности человека, составляет лишь 10 % [1]. Значительная большая ее часть является результатом природных явлений и вторичного образования.

В данной работе будут рассмотрены способы расчета запыленности отходящих газов и методы улавливания твердых частиц, применяемые в промышленности и их достоинства и недостатки.

1. Определение запыленности отходящих газов

Вначале рассмотрим количественные критерии выброса, которые часто будут применяться при анализе существующих методов расчета количества выбросов и установок для очистки отходящих газов от твердых частиц.

Одним из критериев является массовый поток выброса, характеризующий массу выделяющихся загрязняющих веществ в единицу времени. Выражают его в кг/с, кг/ч или т/год. Массовый критерий, отнесенный к единице времени, дает сведения об общем количестве выбросов и, следовательно, является главным образом гигиеническим и балансовым критерием.

Еще одним из критериев является массовая концентрация выброса, которая является массой выделяющихся загрязняющих веществ, отнесенной к единице объема газа при условиях сухого или влажного газа, стандартизованных по температуре и давлению. Если данные приведены для «нормальных» условий, то имеются в виду температура 0 °С и давление 101,325 кПа [2].

Третьим критерием является коэффициент выброса, являющийся отношением массы выделившегося загрязняющего вещества к массе или другой величине, выражающей количество продукции промышленного источника за данный отрезок времени.

Количество пыли, выделяемого в результате сжигания угля, зависит от множества различных факторов, таких как содержание минеральной части, низшая теплота сгорания, расход топлива, потери тепла от механического недожога, КПД золоуловителя, диаметра частиц топлива и многих других.

Перечисленные критерии являются основными количественными критериями выброса.

Массовый поток выброса рассчитывается с помощью следующей зависимости [2]:

(1)

где c_E - плотность загрязняющего вещества в газовом выбросе от источника, кг/м³; х - линейная скорость потока газа, м/с; c_Eх - плотность потока выброса, кг/м³; - единичный вектор в направлении газового потока; dF - элемент поверхности через который проходит выброс, м².

Массовая концентрация выброса находится следующим образом [2]:

(2)

где V_E - производительность оборудования, кг/с.

Коэффициент выброса определяется как [2]:

(2)

где Р - характеристический параметр производства, обычно количество продукции, произведенное за единицу времени и соответствующее , кг/с.

ВТИ им. Дзержинского рекомендует следующую зависимость для расчета годового выброса частиц [1]:

(3)

где В - расход топлива, т/год; А^р - зольность на рабочую массу, %; а_ун - доля золы в уносе; q₄^ун - потери теплоты от механической неполноты сгорания с уносом; Q_н^р - низшая теплота сгорания, кДж/кг; з_з - КПД золоулавливания.

В таблице 1 приведены данные по содержанию минеральной части и серы в углях [1].

Для сравнения количества, выбрасываемых в атмосферу твердых частиц, образующихся при использовании на электростанциях различных видов топлива, ниже приводится таблица 2 [2].

Для расчета концентрации загрязняющих веществ в большинстве математических моделей, применяемых для определения распространения выбросов, используют формулу Сатона, записываемую в следующем виде [1]:

(4)

Таблица 1. Содержание минеральной части и серы в углях

Таблица 2. Выброс в атмосферу твердых частиц

где M - количество вещества, выбрасываемого из источника в единицу времени, г/с; у_x, у_y, у_z - стандартные отклонения в распределении частиц по размерам соответственно вдоль осей x, y и z (в зависимости от турбулентности среды); -средняя скорость ветра у верхнего среза дымовой трубы.

Ниже приведены схемы установок для определения запыленности отходящих газов методом внешней и внутренней фильтрации.

Рис. 1. Схема установки для определения запыленности отходящих газов методом внешней фильтрации: 1 - отборная трубка; 2 - реометр; 3 - термометр; 4 - напорная трубка; 5 - микроманометр; 6 - подсос воздуха; 7 - сброс конденсата

Рис. 2. Схема установки для определения запыленности отходящих газов методом внутренней фильтрации: 1 - патрон со стекловолокном; 2 - реометр; 3 - термометр; 4 - патронодержатель; 5 - напорная трубка; 6 - подсос воздуха; 7 - сброс конденсата; 8 - микроманометр

Требования, предъявляемые к пылеуловителям, применяемых в данных схемах следующие: 1) Пылеуловитель должен обеспечивать улавливание пыли с эффективностью не менее 99,5%; 2) Пылеуловитель должен обладать достаточной термостойкостью, стойкостью к воздействию кислот и щелочей, минимальной гигроскопичностью. Он должен сохранять механическую прочность в условиях работы под разрежением или давлением. Масса пылеуловителя должна быть минимальной.

Алгоритм расчета запыленности газов следующий:

1) Рассчитывается диаметр входного сечения наконечника (d), мм, (при внешней фильтрации) вычисляют по формуле:

(5)

где щ_i - скорость газа в точке измерения, м/с.

2) Находится расход отбираемого газа по реометру (V_p), м/c, вычисляют по формуле:

(6)

где Б - атмосферное давление воздуха, Па; Р_Г - давление или разрежение газа в месте отбора, Па; t_Г - температура газа в месте отбора, °С; с_Г - плотность газа принятая при калибровке диафрагмы реометра, кг/м³; с₀ - плотность газа при нормальных условиях, кг/м³; t_р - температура газа у реометра, °С; Р_р - разряжение у диафрагмы реометра, Па;

3) Запыленность отходящих газов определяется по формулам:

при отборе пробы в одной точке измерительного сечения вычисляют по формуле

(7)

где m - масса пыли, осевшей на пылеуловителе, кг; m₁ - масса пыли, осевшей в заборной трубке при внешней фильтрации, кг; Дm - поправка на изменение массы контрольных бумажных фильтров, кг; с_Г - плотность газа принятая при калибровке диафрагмы реометра, кг/м³; ф - время отбора пыли, с.

При измерении с использованием трубки нулевого типа запыленность вычисляют по формуле

(8)

где V_pj, t_pj, P_pj - параметры пылегазового потока за промежуток времени ф_j.

2. Критерии, учитываемые при выборе пылеулавливающих установок

Вкратце перечислим основные свойства частиц пыли. Это плотность, дисперсность, адгезионные свойства, абразивность, смачиваемость, гигроскопичность, электрическая проводимость, электрическая заряженность, способность частиц к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом и эффективность улавливания.

Различают три вида плотностей: истинную, насыпную и кажущуюся плотности. Насыпная плотность учитывает воздушную прослойку между частицами пыли, а кажущаяся плотность представляет собой отношение массы частиц к занимаемому ею объему.

Одним из основных параметров при выборе пылеуловителей является дисперсность частиц. В пылеуловителях принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения.

Склонность к слипаемости определяется адгезионными свойствами частиц. При этом, чем меньше размер частиц, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. По свойству слипаемости пыли подразделяются на четыре группы: неслипающиеся (сухая шлаковая, кварцевая, сухая глина), слабослипающиеся (коксовая, магнезитовая сухая, апатитовая сухая и др.), среднеслипающиеся (торфяная, влажная магнезитовая, металлическая) и сильнослипающиеся (цементная, выделенная из влажного воздуха, гипсовая и алебастровая и др.).

Абразивность пыли является мерой износа при одинаковых скоростях газов и одинаковых концентрациях пыли.

Еще одним из значимых параметров является смачиваемость частицы пыли. Данный параметр оказывает влияние на эффективность работы мокрых пылеуловителей. По характеру смачиваемости все материалы делятся на три группы: 1) гидрофильные - хорошо смачиваемые материалы (кальций, кварц, большинство силикатов); 2) гидрофобные материалы - плохо смачиваемые материалы (графит, уголь, сера и др.); 3) абсолютно гидрофобные (парафин, тефлон, битумы). запыленность газ сепаратор электрофильтр

Также на эффективность работы мокрых пылеуловителей влияет способность частиц пыли впитывать влагу или их гигроскопичность.

Эффективность работы электрофильтров зависит от электрической проводимости и электрической заряженности частиц. Электрическая проводимость оценивается по удельному электрическому сопротивлению слоя пыли, а электрическая заряженность от знака заряда частиц, который в свою очередь зависит от способа их образования, свойств веществ с которыми они соприкасаются и от их химического состава.

Способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, от их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и от относительного содержания инертной пыли. Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли -- примерно 20--500 г/м³, максимальные 700-- 800 г/м³ [3]. Чем больше содержание кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв и больше его сила. При содержании кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается [3].

Перечисленные выше критерии являются основными при выборе пылеулавливающих устройств.

Основным показателем хорошей работы пылеуловителя является эффективность улавливания, которая выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за определенный период времени.

Эффективность очистки определяется по формуле [3]:

(9)

где G'_ч, G"_ч - массовый расход частиц, содержащийся в газах, соответственно поступающих и выходящих из аппарата, кг/с.

Если объем газов в процессе очистки изменяется за счет подсосов, то эффективность вычисляется по формуле 6 [3]:

(10)

где K_П - коэффициент подсоса; с', с" - концентрация частиц в газах соответственно поступающих и выходящих из аппарата, кг/с.

Эффективность улавливания частиц пыли с различными размерами (фракционная эффективность) определяется по следующей зависимости [3]:

(11)

где Ф', Ф" - содержание фракций в газах, соответственно на входе и выходе аппарата, %. Зная фракционную степень очистки газов, можно определить общую эффективность аппарата [3]:

(12)

Суммарную степень очистки газов, достигаемую в нескольких последовательно установленных аппаратах, рассчитывают по формуле:

(13)

где - степень очистки газов от пыли, соответственно в первом, во втором и в n-ом аппаратах.

3. Виды пылеулавливающих установок

В зависимости от физического принципа действия промышленные сепараторы классифицируют на сухие механические, мокрые скрубберы, электроосадители и рукавные фильтры. На рисунке 3 представлена классификация сепараторов [2].

Таблица 3. Классификация сепараторов

4. Сухие механические сепараторы

Одними из наиболее широко применяемых пылеуловителей в промышленности являются сухие механические сепараторы. Данный тип аппаратов отличается простотой конструкций и легкостью обслуживания и ремонта. Однако в случае одиночного применения, сухие механические сепараторы имеют низкое конечное КПД. Поэтому наиболее частым является комбинация ряда типов сепараторов или как многоступенчатые сепараторы.

Сухие механические сепараторы классифицируются по виду задействованных аэромеханических сил. Различают гравитационные, инерционные и центробежные пылеосадительные камеры [3].

В гравитационных пылеосадительных камерах осаждение частиц происходит за счет сил гравитации (рис. 1). Достоинствами данного вида аппаратов являются простота в изготовлении и эксплуатации. Но значения КПД таких установок небольшие, а пространство занимаемое ими значительно [2]. Поэтому данный вид пылеуловителей редко применяется, за исключением случаев, в которых они являются предколлекторами для других сепараторов, т.е. выполняют функцию предварительной очистки.

Рис. 3. Пылеосадительная камера: а - простейшая камера; б - камера с перегородками; в - многополочная камера; 1 - корпус; 2 - бункеры; 3 - перегородка; 4 - полка

Скорость осаждения пыли сухих механических пылеуловителях рассчитывается следующим образом [3]:

 (14)

где х_ч - скорость осаждения частиц, м/с; d_ч - диаметр частиц, м; сч- плотность частиц, кг/м³; сг - плотность газа, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; о_ч - коэффициент сопротивления частицы.

Минимальный размер частиц пыли, которые будут полностью осаждены под воздействием силы тяжести, находится с помощью закона Стокса с помощью следующей зависимости [3]:

(15)

где V_г - объемный расход газов, м³/м; м_г - динамический коэффициент вязкости, Па·с; B, L - ширина и длина камеры, м.

Следующим типом сухих пылеуловителей являются инерционные пылеуловители. В данных типах аппаратов частицы пыли под воздействием инерционной силы будут двигаться в прежнем направлении и после резкого поворота выпадать в бункер. К сожалению, эффективность таких аппаратов небольшая. В камерах с плавным поворотом наименьшие гидравлические сопротивления. При размерах частиц 25 - 30 мкм степень улавливания частиц достигает 65 - 80 % [2]. На рис.2 изображены различные виды пылеуловителей.

Рис. 4. Инерционные пылеуловители: а - с перегородкой; б - с плавным поворотом газового потока; в - с расширяющимся конусом; г - с боковым подводом газа

Одними из часто применяемых пылеуловителей являются циклонные пылеуловители. Циклонные пылеуловители реже применяются по отдельности вследствие невысокого КПД. Случаи одиночного применения данного вида фильтров возможны при неудовлетворительной функциональности или надежности других видов сепараторов. К циклонным пылеуловителям предъявляют следующие требования: оптимальное КПД сепарации при непостоянных параметрах производства, с учетом невысоких требований по обслуживанию и ремонту постоянно действующих установок, устойчивость к абразивному износу, высоким температурам, накоплению налипающей пыли, обеспечение предупредительных мер относительно взрыва воспламеняющейся пыли, малое пространство и др.

Основной геометрической характеристикой данного вида аппаратов является их диаметр. При больших диаметрах уменьшается их пропускная способность. Поэтому обычно применяют циклоны небольших диаметров (150 - 630 мм) [2].

При необходимости очистки потока газа с большой пропускной способностью применяют ряд параллельно установленных циклонов с диаметром 475 - 2500 мм [2].

Для определения КПД сепарации в циклонных сепараторах рассчитывают суммарное КПД сепарации, полученные на основании экспериментальных данных. Указанный расчет дает наиболее точный результат. Для получения более высоких КПД, сепараторы с малым диаметром группируют в блоки, состоящие из 2 - 12 отдельных циклонов [2].

Основными достоинствами циклонных аппаратов являются: 1) отсутствие движущихся частей в аппарате; 2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С [3]; 3) возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями; 4) улавливание пыли в сухом виде; 5) почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата; 6) успешная работа при высоких давлениях газов; 7) простота изготовления; 8) сохранение высокой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности газов. Недостатками являются: 1) высокое гидравлическое сопротивление: 1250 - 1500 Па [3]; 2) плохое улавливание частиц размером < 5 мкм [3]; 3) невозможность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Основные типы циклонов изображены на рис. 3:

Рис. 5. Основные типы циклонов (по подводу газа): а - спиральный; б - тангенциальный; в - винтообразный; г, д - осевые (розеточные)

Эффективность улавливания частиц пыли в циклонном сепараторе прямо пропорциональна скорости газов в степени Ѕ и обратно пропорциональна диаметру аппарата также в степени Ѕ.

На практике наиболее часто применяют цилиндрические и конические циклоны. При этом, цилиндрические циклоны являются высокопроизводительными, а конические - высокоэффективными. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а диаметр конических циклонов не превышает 3000 мм [2].

Гидравлическое сопротивление одиночных циклонов определяется по формуле [3]:

(16)

где х_г - скорость газов в произвольном сечении аппарата, относительно которого рассчитана величина о_ц, м/с; о_ц - коэффициент сопротивления, который определяется следующим образом:

(13)

где K₁ - коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов с тангенциальным входом газа и 7,5 - для циклонов с розеточным входом; h₁, b - размеры входного патрубка, м; D_ТР - диаметр выхлопной трубы, м.

Коэффициент сопротивления для групповых циклонов рассчитывается по приводимой ниже зависимости [3]:

(17)

где о_ц - коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона; D_ТР - коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (табличная величина).

Еще одним из видов сухих пылеуловителей являются вихревые пылеуловители. Основным их отличием от предыдущего вида является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. В качестве вторичного газового потока в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух. При использовании в качестве вторичного газа запыленных газов производительность аппарата увеличивается на 40 - 65 % без заметного снижения эффективности очистки. Критический диаметр частиц полностью улавливаемых в пылеуловителе определяется по формуле 15 [3]:

 (18)

где х_г - скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с; H - высота пылеулавливающей камеры, м; D_ап - диаметр аппарата, м; D_тр - диаметр подводящей трубы, м; щ - скорость вращения, м/c.

Достоинствами вихревых пылеуловителей по сравнению с циклонными:

1) более высокая эффективность улавливания высокодисперсной пыли;

2) отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей нагрева;

3) возможность очистки газа при более высоких температурах за счет использования холодного газа;

4) возможность регулирования процесса сепарации за счет изменения количества вторичного газа. Недостатками данного типа пылеуловителей:

1) необходимость использования дополнительного дутьевого устройства;

2) повышение общего объема газов, проходящих через сепаратор, за счет вторичного воздуха;

3) большая сложность аппарата в эксплуатации.

Ниже приведены характерные параметры сухих механических пылеуловителей [3].

Таблица 4. Характерные параметры сухих механических пылеуловителей

5. Очистка отходящих газов в электрофильтрах

В электрофильтрах очистка газа происходит под действием электрических сил. Процесс электроочистки включает три механизма:

1) процесс образования ионов, зарядки пылевых частиц;

2) транспортирование заряженных частиц к осадительным электродам;

3) периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные бункеры.

На рис. 5 представлены схемы горизонтального сухого электроосадителя и простого трубчатого электроосадителя.

Рис. 8. Схема сухого горизонтального и простого трубчатого фильтра: 1 - разрядный электрод; 2 - собирающий электрод; 3 - коллекторы; 4 - встряхивающий механизм; х_V - скорость газопылевой смеси; х_о - скорость сепарации; х_m - скорость частицы; траектория частицы

Величина заряда, приобретаемая проводимой и непроводимой частицей, рассчитывается по формулам:

(24)

где е₀ - диэлектрическая проницаемость (е₀ = 8,85·10^-12 Ф/м); м_ж - динамическая вязкость орошающей жидкости, Па·с; Е - напряженность электрического поля коронного заряда, В/м; е - относительная диэлектрическая проницаемость частицы.

Электрофильтры различаются по следующим конструктивным характеристикам: по направлению хода газов, по форме осадительных электродов, по форме коронирующих электродов, по числу последовательно расположенных электрических полей, по расположению зон зарядки и осаждения.

Наиболее широкое распространение получили электрофильтры с пластинчатыми и трубчатыми электродами.

Размер частиц пыли, выделяющихся при очистке газов в электрофильтрах варьируется в диапазоне от 0,01 до 100 мкм, значения температур газов доходят до 400 - 450 °С, гидравлическое сопротивление достигает до 150 Па [3].

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли и газа, скорости и равномерности распределения запыленного потока в сечении аппаратов и т.д. Чем выше напряженность поля электрического поля и скорость газов в аппарате, тем лучше улавливается пыль. Поэтому основным фактором, определяющим эффективность работы электрофильтра, являются агрегаты электрического питания. Каждый агрегат, обслуживающий одно поле, состоит из повысительно-выпрямительного блока с высоковольтным распределительным устройством, блока магнитных усилителей и дросселей и пункта управления.

На проводимость пыли оказывает влияние состав газа и пыли. С повышением влажности удельное электрическое сопротивление пыли снижается. При высоких температурах снижается электрическая прочность межэлектродного пространства, что приводит к ухудшению улавливания пыли. Отсюда следует, что для нормальной работы электрофильтров необходимо поддерживать определенную влажность пыли, температуру отходящих газов и обеспечивать чистоту коронирующих и осадительных электродов.

Для повышения эффективности улавливания используют несколько способов. Одним из способов является установка электрофильтров до воздухоподогревателей на газах с температурой 350 - 400 °С. Другим способом, при котором возможно достижение значительного эффекта является введение в дымовые газы присадок некоторых химических веществ, уменьшающих электрическое сопротивление пыли. Третьим способом является использование температурно-влажностного кондиционирования. При использовании последнего метода в мокром скруббере при увеличении влажности и уменьшении температуры от 150 до 95 °С степень очистки составляет около 85 % [4]. Затем кондиционированный и частично очищенный газ поступает в электрофильтр, где степень его очистки достигает до 99 - 99,5 % [4].

Также на степень улавливания оказывает равномерность распределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра. Равномерность распределения скорости дымовых газов по сечению оценивается с помощью степени заполнения объема электрофильтра [4]:

(25)

где u_i - скорость газа в элементарной площадке электрофильтра, м/с; n - число равновеликих элементарных площадок в поперечном сечении фильтра.

Теоретическая степень очистки газов в электрофильтрах рассчитывается следующим образом [3]:

для трубчатого электрофильтра

(26)

для пластинчатого электрофильтра

(27)

где щ_ч - скорость движения частицы к осадительным электродам, м/с; щ_г - скорость газов в активном сечении электрофильтра, м/с; L - активная длина электрофильтра, м; R -радиус трубчатого осадительного электрофильтра, м; h - расстояние между коронирующим и пластинчатым осадительным электродами, м.

Скорость осаждения частицы рассчитывается по формуле Стокса [3]:

для частиц размером

(28)

для частиц диаметром

(29)

где c_к - коэффициент, равный Aл/d_ч (A = 0,815 - 1,63) [3]; л -длина среднего свободного пробега молекул газа (л = 10^-7 м) [3].

6. Очистка отходящих газов в фильтрах

Процесс сепарации отходящих газов в фильтрах происходит при их прохождении через пористую перегородку. При этом пыль задерживается на перегородке.

В зависимости от материала перегородки различают следующие виды фильтров: 1) фильтры с гибкими пористыми перегородками (синтетические и минеральные волокна; 2) фильтры с полужесткими пористыми перегородками (слои волокон, стружка, вязаная сетка); 3) фильтры с жесткими пористыми перегородками (зернистые материалы).

Одним из основных характеристик, существенно влияющих на процесс пылесбора и его экономику, является свойства материалов, применяемых при изготовлении перегородок. Сюда входят износостойкость, термостойкость, стойкость к ударам при забивках, - все это долговечность материала. Далее к важным характеристикам относятся собирающая способность, падение рабочего давления, устойчивость к забивкам. Ворсистые материалы по сравнению с гладкими обладают наибольшей емкостью по сбору пыли. А гладкие материалы лучше очищаются, чем ворсистые.

Следующими характеристиками классификации фильтров являются их назначение и величина входной и выходной концентрации. В соответствии с этими характеристиками фильтры делятся на три класса.

Первым видом являются фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры), предназначенные для улавливания с очень высокой эффективностью (> 99 %), в основном субмикронных частиц с низкой входной концентрацией (< 1 мг/м³) и скоростью фильтрования < 10 см/с [3]. Следующий вид - это воздушные фильтры, используемые в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха, работающие при концентрации 50 мг/м³ и при скоростях фильтрации - до 2,5 - 3 м/с [3]. Третий вид - это промышленные фильтры, работающие при концентрациях до 60 мг/м³, применяемые для очистки промышленных газов [3].

В зависимости от укладки материала фильтры подразделяются на рукавные, парусные и косыночные.

Главным достоинством фильтров является очень высокий КПД фильтрации (99,5 %) [2]. Падение давления обычно составляет 1 - 1,5 кПа [2]. Основными недостатками при использовании фильтров являются выбор удовлетворительного текстильного материала, складывание их для экономии места и очистка в производственных условиях.

В процессе фильтрования задействованы следующие движущие силы: комбинированные силы инерции (силы соударения), диффузия, а иногда и электростатические силы.

В промышленности применяют следующие способы очистки фильтров: встряхивание, механическое обстукивание, складывание материала или реверсивный поток.

Вкратце рассмотри основные характеристики тканевых, волокнистых и зернистых фильтров.

Тканевые фильтры нашли наиболее широкое применение в промышленности (рукавные фильтры). Данная тенденция связана с созданием новых видов тканей устойчивых к высоким температурам и к воздействию агрессивных газов.

К тканям предъявляют следующие требования:

1) высокая пылеемкость и способность удерживать такое количество пыли, при котором обеспечивается высокая эффективность очистки;

2) сохранение оптимально высокой воздухопроницаемости;

3) высокая механическая прочность и стойкость к истиранию;

4) способность к легкому удалению от пыли;

5) низкая стоимость.

Скорость фильтрования и воздухопроницаемость тканей равны 0,3 - 2 м/мин и м³/(м²·мин), соответственно, при перепаде давления 49 Па [3]. Сопротивление незапыленных тканей при данной нагрузке составляет 5 - 40 Па [3]. Исходя из практических и экономических соображений, сопротивление фильтров не должно превышать 0,75 - 1,5 кПа и лишь в особых случаях должно быть 2 - 2,5 кПа [3]. По данным практики остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10 - 50 мг/м³ [3].

Фильтрующим элементов в волокнистых фильтрах являются несколько слоев, в которых однородно распределены волокна. Для фильтров используются волокна толщиной 0,01 - 100 мкм [3]. Толщина фильтрующих сред составляет от десятых долей миллиметра до 2 м. такие фильтры используются при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5 - 5 мг/м³ [3]. При таких концентрациях основная доля частиц имеет размер 5 - 10 мкм [3].

Различают сухие (тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки) и мокрые (сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением) промышленные волокнистые фильтры.

В волокнистых фильтрах эффективность очистки может достигать 99 % (тонкие и ультратонкие волокна с диаметром менее 2 мкм) для субмикронных частиц (0,05 - 0,5 мкм) со скоростью фильтрации 0,01 - 0,15 м/с [3]. Сопротивление чистых волокнистых фильтров не превышает 200 - 300 Па, а забитых фильтров 700 - 1500 Па [2]. С увеличением концентрации > 0,5 мг/м³ срок службы сокращается [2].

Зернистые фильтры по сравнению с волокнистыми используются реже при очистке отходящих газов. Достоинствами данного вида фильтров являются доступность материала, возможность работать при высоких температурах и в условиях агрессивных средах, способность выдерживать большие механические нагрузки, перепады давлений, а также изменения температур. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Ниже приведены некоторые виды тканевых, волокнистых и зернистых фильтров.



Рис. 9. Конструкции различных видов фильтров: а - рукавный фильтр (тканевой фильтр); б - фильтр тонкой очистки (волокнистый фильтр); в - фильтр с движущимися слоями зернистого материала; 1(а) - корпус; 2(а) - встряхивающее устройство; 3(а) - рукав; 4(а) - распределительное устройство; 1(б) - П-образная планка; 2(б) - боковая стенка; 3(б) - фильтрующий материал; 1(в) - короб для подачи свежего зернистого материала; 2(в) - питатели; 3(в) - фильтрующие слои; 4(в) - затворы; 5(в) - короб для вывода зернистого материала

Литература

1. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. - 2-ое изд., перераб. и доп. - Л.: Недра, 1988. - 312 с.: ил.

2. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль: Пер. с англ./Под ред. А.Ф. Туболкина. - Л.: Химия, 1989. - 288 с.: ил.

3. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - 2-ое изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1989. - 512 с.: ил.

4. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов ТЭС. - М.: Энергоиздат, 1981. - 296 с.: ил.

5. ГОСТ Р 50820-95. Методы определения запыленности газопылевых потоков. - М.: Издательство стандартов, 1996.

Размещено на Allbest.ru

...