14. Физико-химические методы очистки газов

Цели удаления пыли из газов:

1) очистка газов от вредных примесей и предотвращение загрязнения атмосферы;

2) обеспечение требований техники безопасности и санитарно-технических норм;

3) уменьшение износа оборудования;

4) возврат и использование ценных веществ.

Для санитарной очистки газов от пыли применяются аппараты, различающиеся по конструкции и принципу осаждения частиц. Их подразделяют на четыре группы:

1. Механические устройства, в которых пыль отделяется под действием гравитационных, инерционных или центробежных сил.

2. Электрофильтры, в которых осаждение пыли осуществляется за счет ионизации газа и сообщения электрического заряда пылинкам.

3. Гидравлические аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью (мокрый способ).

4. Пористые фильтры, удерживающие тонкодисперсную пыль.

По способу улавливания пыли аппараты обычно подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки газов.

В основе работы сухих пылеуловителей лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения. Самостоятельную группу аппаратов сухой очистки составляют пылеуловители фильтрационного действия.

В основе работы мокрых пылеуловителей лежит контакт запыленных газов с промывной жидкостью; при этом осаждение частиц происходит на капли, поверхность газовых пузырей или пленку жидкости.

В электрофильтрах осаждение частиц пыли происходит за счет сообщения им электрического заряда.

Одна из классификаций пылеулавливающих аппаратов была предложена Ужовым и Вальдбергом.

Данную классификацию следует рассматривать как условную, т.к. существует значительное число аппаратов, работа которых основана на совмещении различных принципов осаждения.

Однако она позволяет достаточно наглядно охватить абсолютное большинство существующих пылеуловителей.

15. Механические пылеуловители

Гравитационное осаждение (седиментация) пылевых частиц происходит в результате вертикального оседания этих частиц под действием силы тяжести при прохождении их через газоочистной аппарат.

К «сухим» механическим аппаратам, использующие этот принцип улавливания пыли, относятся: осадительные камеры, циклоны, инерционные, жалюзийные, динамические и вихревые пылеуловители.

Они отличаются простотой изготовления и эксплуатации.

Однако эффективность улавливания пыли в них не всегда достаточна, поэтому их используют в основном для предварительной очистки газов.

Пылеосадительные камеры являются простейшими аппаратами механического способа очистки отходящих газов, применяются для освобождения газов от грубодисперсной пыли (размер частиц 500—50 мкм) и обеспечивают степень очистки 40—50% .

Способ очистки в данных аппаратах основан на действии гравитационных сил.

При движении потока воздуха или газа между перегородками его скорость снижается, и частицы пыли оседают.

Циклонные аппараты являются самыми распространенными сухими механическими пылеуловителями благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, высокой производительности.

Циклонные аппараты имеют следующие достоинства:

1) отсутствие движущихся частей в аппарате;

2) надежность работы при температурах газов вплоть до 500 °С (для работы при более высоких температурах циклоны могут быть изготовлены из специальных материалов);

3) возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями.

Циклоны предназначены для очистки воздуха от пылевидных частиц (размером >10 мкм).

Состоят циклоны из двух цилиндров, вставленных один в другой; к нижней части большего цилиндра присоединен конический бункер для сбора пыли.

Принцип работы циклонов основан на использовании центробежных сил.

Запыленный воздух или газ с большой скоростью подается по касательной в верхнюю часть аппарата и движется вниз по винтовой линии (Рис.5.2).

"Мокрые"механические пылеуловители:

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запылённого газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама.

Мокрая очистка, промывка газов, скрубберная очистка — все это синонимы, определяющие мокрый способ удаления аэрозолей из газовых потоков, являющийся одним из самых эффективных методов пылеулавливания.

Аппараты мокрого пылеулавливания проще по конструкции, но при этом обладают эффективностью, присущей наиболее сложным сухим пылеуловителям.

Достоинства мокрых пылеуловителей, по сравнению с аппаратами сухого типа:

- более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц;

- возможность использования для очистки газов от частиц размером крупнее 0,1 мкм;

- допустимость очистки газов при высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгорании и взрывов очищенных газов и уловленной пыли;

- возможность наряду с пылями одновременно улавливать парообразные и газообразные компоненты.

Метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостатков:

- выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод, т. e. с удорожанием процесса;

- возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;

- в случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

Полый форсуночный скруббер: 1-корпус, 2-газораспределительная решётка, 3-форсунки.

Зернистые фильтры

В этих фильтрах пыль улавливается в слое дисперсного твердого материала.

Достоинства зернистых фильтров:

- доступность используемых в них материалов;

- возможность работы при высоких температурах и в условиях агрессивной среды;

- способность выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие перепады температуры.

Различают жёсткие зернистые фильтры и насадочные (насыпные) зернистые фильтры.

Жесткие зернистые фильтры.

В этих фильтрах зёрна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему.

К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы.

Такие фильтры устойчивы к высокой температуре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов.

Насадочные (насыпные) зернистые фильтры.

В таких фильтрах улавливающие элементы (гранулы, куски и т. д.) не связаны друг с другом.

К ним относятся: статические фильтры с неподвижным зернистым слоем, динамические фильтры с движущимся зернистым слоем (с гравитационным перемещением сыпучей среды), фильтры с псевдоожиженным слоем насадки.

В качестве насадки используют гальку, песок, шлак, опилки, дробленые горные породы, кокс, крошку резины, пластмассы, а также отходы различных производств.

Зернистый фильтр с неподвижным фильтрующим слоем: 1 — входной патрубок; 2 — выходной патрубок; 3 — контейнер; 4 — вибратор; 5 — пружины; 6 — фильтрующие слои; 7 — бункер; 8 —устройство для выгрузки пыли; 9 - продувочный патрубок.

Фильтр состоит из трёх неподвижных слоёв высотой 100 мм каждый.

В первом по ходу газа слое размер зёрен составляет 5-10 мм, во-втором 3-5 мм и в третьем — 2,5-3 мм.

Для регенерации слоя применяют вибратор 4, с помощью которого секция совершает колебательные движения.

Одновременно рабочее пространство секции отключается от канала 2 очищенного газа и сообщается патрубком 9 с продувочным вентилятором.

Под действием избыточного давления движущийся в обратном направлении воздух увлекает за собой пыль из насыпного слоя в бункер 7.