Глава 23. Оборудование для очистки воздуха от пыле- и газовыделений

23.1. Выбор способа очистки

При выборе очистного устройства учитывают физико-химические свойства выделяющихся вредных веществ: состав, размер частиц, их плотность, количество, температуру и интенсивность выделяющихся газов и предельно допустимые концентрации их после очистки, возможности размещения очистного устройства в цехе и др.

При плавке металла выделяются газы и пыль с температурой до 900 °С. Выделяющаяся пыль содержит частицы различных раз­меров (от нескольких микрометров до нескольких миллиметров). По своему составу эта пыль весьма разнообразна, т. е. содержит частицы оксидов различных металлов, частицы графита, флюсов и т. д. Одновременное выделение пыли и газов усложняет выбор

способа очистки. Например, мокрый способ, применяемый для ула­вливания пыли, непригоден для очистки от оксида углерода. Каталитическое дожигание —- эффективный способ освобождения от окиси углерода, но при наличии пыли в газах неэффективен, так как катализаторы в этом случае быстро загрязняются. Понижение температуры газов после очистки их от пыли с помощью воды снижает стойкость катализатора.

При использовании в качестве очистителей матерчатых фильтров и электрофильтров требуется предварительное охлаждение газов до t <С 280 °С. Однако температура газов после охлаждения не должна доходить до температуры точки росы во избежание образования конденсата, залипания фильтрующего материала и снижения эффекта очистки.

При выборе способа очистки от пыли необходимо также учитывать агрессивность и взрывоопасность газовых компонентов. Например, при промывке водой газов, содержащих сернистые соединения, образуются кислоты. Следовательно, в этом случае должны быть применены кислотоупорные материалы. При наличии в очищаемых газах взрывоопасных компонентов нельзя допускать применения очистителей, в которых могут образоваться искры, так как последние могут вызвать взрыв.

Для очистки пыле- и газовыделений используют в основном два способа — сухой или мокрый. В литейных цехах наибольшее распространение получил мокрый способ очистки.

23.2. Сухие пылеуловители

Для улавливания пыли при сухом способе очистки применяют инерционные пылеулавливатели (пылеосадочные камеры и циклоны), матерчатые фильтры, электрофильтры. Принцип действия устройств сухой очистки, основанный на инерционном осаждении частиц пыли в уловителе, заключается в изменении направления движения газов и уменьшении скорости их движения.

Пылеосадочные камеры улавливают лишь частицы пыли размером более 200 мкм, что не удовлетворяет требованиям санитарных норм. Однако благодаря простоте сооружения и надежности в работе на практике их все же применяют в качестве первой ступени очистки. Например, на рис. 23.1 показана схема очистки ваграночных газов от пыли в пылеосадочных камерах. Запыленные газы при выходе из вагранки 1 резко изменяют свое направление движения и проходят через камеру 3, где частицы пыли, потеряв скорость, выпадают в бункер 2. Затем газы направляются по газоходу 5 и, изменив на­правление, попадают в искрогасительную камеру 7, где также происходит осаждение пыли. Из камеры 7 газы направляются в камеру 6, где вследствие снижения скорости движения происходит дополнительное осаждение пыли. Осевшая пыль из бункера 2 и камеры 6 удаляется соответственно через пылепроводы 8 и 4.

Гидравлическое сопротивление пылеосадочных камер незначительно (40—45 Па), поэтому оно преодолевается тягой, имеющейся

Рис. 23 1. Схема движения ваграночных газов в пылеосадочных камерах

Рис. 23.2 Схема циклопа

в вытяжной трубе вагранки. Мелкие частицы пыли этой системой не улавливаются.

Очистка ваграночных газов чаще всего осуществляется мокрым способом, так как степень их очистки удовлетворяет требованиям санитарных норм. К более сложным конструкциям инерционных пылеотделителей относятся циклоны.

Циклон (рис. 23.2) состоит из входного патрубка 1, цилиндрической части 2 сварного листового корпуса, внутреннего цилиндра 3, выхлопного коллектора 5. Запыленный воздух, отсасываемый вентилятором, проходит тангенциально по входному расширяющемуся патрубку в цилиндрическую часть 2 корпуса, при этом скорость воздуха несколько уменьшается. Под действием центробежной силы более тяжелые частицы прижимаются к стенкам корпуса, теряют скорость и осаждаются в конической части 4. Далее поток воздуха делает резкий поворот и снизу входит во внутренний цилиндр. При этом уже более легкие частицы касаются конусной части корпуса и также осаждаются, а относительно чистый воздух через выхлопной коллектор 5 и вентилятор уходит в атмосферу либо проходит вторую ступень очистки, например, матерчатый фильтр.

Непременное условие нормальной работы циклона — исключение подсоса воздуха снизу конической части. Это обеспечивается установкой различных клапанов или затворов в нижней части конуса циклона, которые периодически или непрерывно высыпают осаждаемую в конической части циклона пыль. Коэффициент очистки циклоном при очистке воздуха от сухой кварцевой пыли диаметром частиц 5—20 мкм составляет 70—80 %. Пропускная способность одного такого циклона диаметром 500—600 мм 2500—3500 м³/ч

Рис. 23 3 Схема батарейного циклона

Рис 23 4 Схема устройства и работы рукавного матерчатого фильтра.

а — период очистки; б — период сброса пыли

воздуха. Циклоны диаметром более 1 м делают очень редко, так как они занимают большую площадь.

В целях компактности и повышения эффективности очистки циклоны группируют батареями по 4, 6, 8 шт. Схема батарейного циклона показана на рис. 23.3. Вход запыленного воздуха осуществляется через патрубок 1, выхлоп — через коллектор 2, сбор пыли — в бункере 4. В целях предупреждения конденсации паров при очистке горячих газов циклоны 3 и бункер должны иметь тепловую изоляцию.

Инерционные пылеулавливатели (пылеосадочные камеры, циклоны и т. д.) имеют низкую степень очистки газов. Поэтому их чаще всего используют в качестве первой ступени очистки.

Матерчатые фильтры используют в качестве второй ступени очистки. Коэффициент очистки матерчатыми фильтрами при улавливании даже пыли мелкой фракции доходит до 99 %. Матерчатые фильтры бывают рулонные и рукавные. Наиболее распространены рукавные фильтры.

В качестве фильтрующего материала в матерчатых фильтрах применяют различные тканевые и синтетические нетканые материалы. Наиболее эффективны нетканые синтетические материалы, изготовленные иглопробивным способом. Степень их очистки составляет свыше 98 %. Иглопробивные материалы поддаются регенерации, при этом пылезадерживающие свойства их меняются незначительно.

Рис 23 5. Схема очистки ваграночных газов рукавными фильтрами

Плотные хлопчатобумажные ткани, а также некоторые нетканые материалы не пригодны для очистки воздуха от минеральной пыли, так как быстро забиваются пылью и их сопротивление воздуху резко возрастает.

Рукавный фильтр (рис. 23.4) состоит из сварного листового кожуха, внутри которого помещается система фильтрующих матерчатых рукавов 3, и электрического вибратора 8 для встряхивания фильтра во время его очистки от пыли. Загрязненный воздух подается через входной патрубок 2, а очищенный воздух выходит через камеру 7 в патрубок 6. По мере накопления пыли в фильтрах их очищают. Для этого через отверстие, закрываемое с помощью пневмоцилиндра 4 крышкой с резиновым уплотнением 5, подается воздух в камеру 7, одновременно включается вибратор 8. Находящаяся в фильтрах пыль ссыпается в бункер 1. Пропускная способность таких фильтров в пределах 10—40 тыс. м³/ч. Диаметр рукавов 200— 250 мм, длина до 3 м, а их число от 24 до 120. Коэффициент очистки достигает 99 %. Материал рукавов — синтетическая или стеклянная ткань, выдерживающая температуру горячих газов до 250 °С.

В последнее время начали применять рукавные фильтры для очистки горячих газов от плавильных агрегатов. Схема такого пыле­улавливающего устройства для очистки ваграночных газов показана на рис 23.5. Горячие газы, отходящие от вагранки 1, вместе с воздухом (t = 300 °С) дожигаются в камере сгорания, откуда по трубо­проводу, пройдя грубую очистку в циклоне 2, попадают в рекуператор 3 и охладитель 4. В охладителе температура газов понижается с 1000 до 250 °С. Количество газов, проходящих через рекуператор, регулируется заслонкой в зависимости от их температуры. Газы

Рис. 23.6. Электрофильтр

охлаждаются водой, подаваемой под давлением.

Охлажденный воздух по трубопроводу подается вентилятором 5 по распределительному каналу в трехсекционный матерчатый рукавный фильтр 7 пропускной способностью 20 тыс. м³/ч. Для регулирования потока воздуха перед вен­тилятором установлен автоматический дроссельный клапан. В каждой секции имеется 32 рукавных фильтра диаметром 300 мм, длиной 7000 мм каждый. Общая площадь поверхности фильтров составляет 600 м². Каждая секция имеет свой бункер. Запыленный воздух подается по распределительному каналу через патрубки в верхнюю часть бункеров. Через каждые 5 мин фильтры очищаются. Для этого предусмотрена вибрация опорной рамы, несущей рукава. При включении вибраторов пыль, осевшая на рукавах, ссыпается в бункера. Из бункеров пыль периодически выпускается в короб, установленный на тележке 6, и далее тележкой передается в зону действия грузоподъемных устройств для погрузки и дальнейшего транспортирования. Коэффициент очистки газа 99 %. Материал рукавов — графитизированная стеклянная ткань. Срок службы рукавов фильтра три — четыре года. За рукавными фильтрами требуется тщательный уход.

Электрофильтры. В этих аппаратах запыленный газ проходит через электрическое поле высокого напряжения, под действием которого газ ионизируется. Образующиеся ионы заряжают пылинки, находящиеся в газе. Заряженные пылинки, проходя через электрическое поле, притягиваются к образующим это поле электродам. Электрофильтр (рис. 23.6) состоит из корпуса 1, секций осадительных электродов 3, коронирующего электрода 4, бункера 5 для сбора пыли, патрубка 6 для входа запыленного газа и патрубка 2 для выхода очищенного. Автоматически через каждые 2—4 мин осадительные электроды каждой секции встряхиваются от пыли, которая отводится в бункер 5. Электрофильтр работает на постоянном токе напряжением до 100 кВ. Для получения постоянного тока обычно электрофильтр оборудуют преобразовательной электрической подстанцией, в которой установлены регулятор напряжения 9, трансформатор 8 и выпрямители 7, преобразующие переменный ток напряжением 380 В в постоянный. Коэффициент очистки 98 %.

Для более эффективной очистки отходящих газов иногда в электрофильтр встраивают батарейные циклоны.