8.1.3. Электрофильтры («сухие» и «мокрые»)

Метод электроосаждения (улавливания пыли в электрическом поле) заключается в следующем. Частицы пыли (или капельки влаги) сначала получают заряд от ионов газа, которые образуются в электрическом поле высокого напряжения, а затем движутся к заземленному осадительному электрозаряду. Попав на заземленный уловитель, частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает слоем частиц, они стряхиваются под воздействием вибрации и собираются в бункере. Схема электрического осаждения пыли представлена на рис. 8.7 [2].

Рис. 8.7. Схема электрического осаждения пыли:

1 — источник электропитания; 2, З -коронирующий и осадительный электроды; 4 — ион газа; 5 — частица пыли

Эффективность очистки запыленного газа в электрофильтрах определяют по формуле

η = exp1(-w_ЭF_yд), (8.6)

где w_Э — скорость движения частицы в электрическом поле, м/с; F_уд — удельная поверхность осадительных электродов, равная от­ношению поверхности осадительных элементов к расходу очища­емых газов, м²/(м³/с).

Эффективность очистки газов зависит от показателя степени w_ЭF_yд в (8.6):

w_Э F_yuд 3,0 3,7 3,9 4,6

η 0,95 0,975 0,98 0,99

Электрофильтры (рис. 8.8) применяются там, где необходимо очищать очень большие объемы газа и отсутствует опасность взрыва: Для улавливания летучей золы на современных электростанциях, пыли в цементной промышленности, дыма, в системах кондици­онирования воздуха, в металлургии и других отраслях [7].

Рис. 8.8. Электрофильтр типа ЭГВ:

1 — механизм встряхивания осадительных электродов; 2 — люк обслуживания; 3 — газораспределительная решетка; 4 — защитная коробка для подвода тока; 5 — механизм встряхивания коронирующих электродов; 6, 7 — осадительный элект­род; 8 — корпус; 9 — токопровод (стрелками показано движение воздуха)

Существует несколько типовых конструкций сухих (ЭГА, УГМ, УГ, УГТ, ОГП, УВ, ЭВТ и др.) и мокрых (С, ПГ, ДМ, БВК, ШМК и др.) электрофильтров [4, 6, 12], см. прил. 13.

8.1.4. Аппараты «мокрого» пыле- и газоулавливания

При очистке газов от частиц пыли и переработке газообразных отходов успешно применяют мокрое пылеулавливание, сухую и последующую мокрую очистку (последняя может сочетаться с адсорбционной доочисткой).

Развитая поверхность контакта фаз способствует увеличению эффективности пылеулавливания. В промышленности используют мокрые пылеуловители (промыватели) капельного, пленочного и барботажного типов. Конструктивно аппараты могут быть полыми, тарельчатыми, механического и ударно-инерционного действия (ротоклоны), а также скоростного типа (трубки Вентури и другие инжекторы).

Необходимо стремиться к созданию мокрых промывателей с минимальным гидравлическим сопротивлением, работоспособных при низких расходах воды. Эффективность очистки пыли зависит от размеров улавливаемых частиц и от других свойств пыли. Необходимость концентрирования системы жидкость — твердое тело с возвратом очищенной воды на пылеулавливание, накопление в орошаемой жидкости растворимых компонентов пыли, усложняет систему мокрого пылеулавливания.

Процесс улавливания пыли мокрым методом можно представить как перенос твердой фазы из газовой среды в жидкую и удаление последней из аппарата вместе с твердой фазой [2, 3]. В зави­симости от формы контактирования фаз способы мокрой пылеочистки можно разделить на улавливание: в объеме (слое) жид­кости (рис. 8.9, а), пленками жидкости (рис. 8.9, б) и распылен­ной жидкостью в объеме газа (рис. 8.9, в).

Рис. 8.9. Способы мокрого пылеулавливания:

а — в объеме (слое) жидкости; б — пленками жидкости; в — распыленной жидкостью в объеме газа; 1 — капли жидкости; 2 — твердые частицы; 3 — пузырьки газа; Г — газ; Ж — жидкость

Скрубберы (газопромыватели). При объемно-жидкостном спосо­бе поток запыленного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для этой цели используют пенные пылеуловители с провальными тарелками или тарельчатые скрубберы (рис. 8.10), эффективность которых может достигать 90 — 95 %.

Улавливание пыли пленками жидкости характеризуется кон­тактом газа и жидкости на границе двух сред без перемешивания. Захват (собственно улавливание) твердых частиц тонкими плен­ками жидкости происходит на поверхностях конструктивных эле­ментов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротоклоны и т.п. На рис. 8.11 показана схема ПВМ — пылеуловителя вентиляционного мокрого.

Улавливание пыли распыленной жидкостью заключается в том, что орошающая жидкость вводится в запыленный объем (поток) газа в распыленном или дисперсном виде. Орошающая жидкость распыляется из форсунок под давлением или за счет энергии са­мого потока газа. Первый способ распыления используется в по­лых скрубберах (рис. 8.12), второй — в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рис. 8.13).

Рис. 8.12. Полый форсуночный скруббер: 1 — форсунка; 2 — пылеуловитель

Рис. 8.13. Скруббер Вентури: 1 — каплеуловитель; 2 — диффузор; 3 -горловина; 4 — конфузор; 5 — устрой­ство для подачи воды

Скрубберы Вентури (сочетание трубы с каплеуловителем цент­робежного типа) обеспечивают очистку газов от частиц пыли прак­тически любого дисперсного состава. В зависимости от физико-химических свойств улавливаемой пыли, состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Скорость газа в горловине 30 — 200 м/с, удельное орошение 0,1 — 6 л/м³. Эффек­тивность очистки от пыли зависит от гидравлического сопротив­ления. Скрубберы Вентури эффективно работают при допустимой запыленности очищаемых газов 30 г/м³, предельных температуре очищаемого газа 400 °С, удельном орошении 0,5 — 2,5 л/м³ и гид­равлическом сопротивлении 6—12 кПа.

Характеристика ГВПВ (газопромывателей Вентури прямоточных высоконапорных)

ГВПВ 0,006 0,030 0,080 0,140

V_г, 10³ м³/ч, на вы­ходе 1,7-3,5 9,32-18,9 23,46-47,6 41,4-84,0

D горловины, мм, 85 200 320 420

расход орошающей

жидкости, м³/ч, 1,18-3,2 6,5-13 16,8-45 28,8-46

Р_ж, кПа, перед фор­- сункой 180 — 370 60-250 80-570 130 — 320

Конструкция часто дополняется каплеуловителем циклонного типа (КЦТ), который обеспечивает улавливание капель при со­держании жидкости до 1 л/м³, t ≤ 400 ^oС, концентрации капель­ной влаги после сепарации 70 мг/м³. Гидравлическое сопротивле­ние 350 Па и производительность КЦТ (1,7 ÷ 8,25)10³ м³/ч.

Скрубберы Вентури типа СВ-Кк (комплект скруббер-сепара­тор, один или два) имеют следующие характеристики:

Объем очищаемых газов, 10³м³/ч 50—500

Расход орошающей жидкости, м³/ч……………………………..65 — 400

Температура очищаемых газов, °С ≤ 120

Концентрация взвешенных частиц, г/м³ ≤ 10

Удельное орошение, л/м³…………………………….…………..0,5 — 3,5

Гидравлическое сопротивление, кПа 4—12

Созданы скрубберы центробежные вертикальные, батарейные СЦВБ-20, обеспечивающие среднюю производительность по газу (9 ...20) • 10³ м³/ч при t ≤ 60 °С, запыленности ≤ 10 г/м³ и гидравличе­ском сопротивлении скрубберов 1,7 кПа.

Мокрая очистка газов с частицами 2 — 3 мкм возможна в скруб­берах центробежного типа СЦВП, в которых жидкость дробится непосредственно запыленным газом. Шлам, оседающий в нижней части скруббера, выводится эйрлифтом в контейнер, а осветленная жидкость вновь возвращается в скруббер. Производительность та­ких аппаратов (5 — 20) • 10³ м³/ч, допустимая запыленность 2 г/м³, температура газов 80 °С, гидравлическое сопротивление 2,4 кПа, расход воды на очистку 0,05 л/м³.

Разработаны скрубберы ударно-инерционного типа с пылеуло­вителями вентиляционными мокрыми. Производительность таких скрубберов (3...40) • 10³ м³/ч. Запыленность газов 10 г/м³, гидрав­лическое сопротивление аппарата 0,8 — 2 кПа, расход воды 10 — 40 г на 1 м³ очищаемого воздуха.

Для химической очистки газов от соединений фтора с содер­жанием до 1 г/м³ растворами гидроксида или карбоната натрия можно рекомендовать скрубберы с шаровой подвижной насадкой и полые. Эффективность очистки газов от пыли зависит от дис­персности, плотности, склонности к слипанию, сыпучести, абразивности, смачиваемости, гигроскопичности, растворимости и др. Однако основной параметр при выборе пылеуловителя — размер частиц. Необходимо знать дисперсный состав пыли, задавае­мый в виде таблиц или интегральных кривых. Гранулометриче­ский состав большинства видов пыли подчиняется логарифми ческому закону распределения частиц по размерам. Степень очистки газов определяют по формуле

где х = lg(d_m/d₅₀)/√[lg²σ_r + lg²σ_η]; d_m — медианный диаметр частиц пыли, мкм; d₅₀ — диаметр частиц пыли, улавливаемых в аппарате на 50 %; σ_r — среднеквадратичное отклонение распределения ча­стиц по размерам; lgσ_r— среднеквадратичное отклонение распре­деления фракционной эффективности пылеуловителя; lgσ_η — стан­дартное отклонение в функции распределения фракционных ко­эффициентов очистки.

Интеграл Ф(х) табулирова н. В. Н. Ужовым и А. Ю. Вальдбергом составлены таблицы для определения значений Ф(х), соответству­ющих разным значениям х [8].

С достаточной точностью дисперсию (геометрическое стан­дартное отклонение) можно рассчитать по формуле

σ = d₈₄/d_m = d_m/d_l6 , (8.8)

Рис. 8.14. Номограмма для определения эффективности пылеулавливания

где d₁₆, d₈₄ — диаметры частиц с содержанием фракций меньше 16 и 84%.

Для нахождения значений lgσ_η необходимо иметь опытные дан­ные по очистке в пылеуловителях определенной конструкции двух видов разной пыли.

По номограмме (рис. 8.14) определяют эффективность улавли­вания пыли в аппаратах мокрой очистки.

Номограмма построена для значений d_m и d₅₀ пыли стандарт­ной плотности ρ_г = 1 г/см³. Пересчитывают значения d_m и d₅₀ от реальной плотности ρ_г к стандартной по формуле

Установленная А. Ю. Вальдбергом и В. Н. Ужовым зависимость степени очистки от пыли от энергозатрат

η = 1 - ехр(bK_r^k), (8.10)

где К_r — удельная энергия соприкосновения, Дж/м³, газов; b и k — константы, определяемые из дисперсного состава пыли [13, 14], позволяет рассчитать эффективность улавливания пыли. Вероят­ностно-энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей ос­нован на обобщенной зависимости

d₅₀ = 188,32К_r^-0,645, (8.11)

полученной для стандартной плотности пыли ρ_r = 1 г/см³ и вязко­сти газов μ_г =18 мкПа • с.

Эта зависимость может быть использована для выбора спосо­бов очистки и принципиальной конструкции скрубберов.

Приводим d_so к стандартным условиям:

Пример. Дисперсный состав пыли (d_m и lgσ_r), плотность пы­ли ρ_r*, вязкость газов μ_г* и требуемая эффективность пылеулав­ливания η. Принимаем η = Ф(х) по таблицам и рассчитываем зна­чение d₅₀*

Затем обращаемся к значениям К_r и lgσ, по которым выбира­ется тип скруббера (табл. 8.1).

Если же необходимо оценить эффективность действующего скруббера, то, зная дисперсный состав пыли, ее плотность и вяз­кость газов, имея гидравлические характеристики работы скруб­бера (∆Р_р, т и Р_ж), находим значение К_r и рассчитываем значе­ние d₅₀*. Проводим корректировку до значения d_so. Далее с помощью приведенных зависимостей определяем х и Ф(х) по табли­цам, что соответствует значению эффективности пылеулавлива­ния в данном скруббере.

Таблица 8.1