29. Пенные пылеулавливающие аппараты
Р
ис.
4.1. Пенные аппараты:
а - с провальной решеткой;
б - с переливной решеткой;
в – с псевдоожиженной шаровой насадкой;
I – очищенный газ; II – жидкость; III – запыленный газ; IV – шлам.
На рис. 4.1 показаны пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками. В пенных аппаратах очищаемый газ движет пену, которая формируется на решетке, куда поступает при продувке ее снизу воздухом или при ударе тока о поверхность жидкости. Эти аппараты достаточно эффективны. Они представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного, внутри которого расположены перфорированные решетки. Очищаемый газ поступает к решеткам, интенсивно перемешивается с жидкостью в слое пены, после чего он смачивается и пыль выделяется.
В аппаратах с переливными решетками допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости и расходуется примерно в 3 раза меньше жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстия жидкость смывает осадок с решетки. При скорости газа более 1,0 – 1,5 м/с из пенных аппаратов возможен сильный унос капель воды. Поэтому над слоем пены в аппарате должен быть установлен каплеуловитель.
Для интенсификации массо- и теплообменных процессов в последние годы получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластических масс. Схема аппарата приведена на рис. 4.1,в. В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной уложен слой насадки.
При гидравлическом сопротивлении от 1,5 до 2 кПа в аппарате с псевдоожиженной шаровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.
30. Обеспыливание воздуха в промышленности
Общая теория процессов обеспыливания
Источником загрязнения атмосферы называется технологический агрегат (аппарат), выделяющий в атмосферу вредные вещества.
Выбросы вредных веществ в атмосферу подразделяются на организованные и неорганизованные. Организованными выбросами называются выбросы, отводимые от мест их образования системой газоходов или воздуховодов; неорганизованными – выбросы, возникающие в результате негерметичности технологического оборудования, транспортных устройств, резервуаров и т.д., и не имеющие систем газоотводов.
Промышленные газовые выбросы обычно представляют собой сложные дисперсные системы (аэрозоли), в которых сплошная среда является смесью различных газов, а взвешенные твердые или жидкие частицы имеют различные размеры и сложный химический состав.
Частицы механической пыли имеют размер от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров. Частицы аэрозоли имеют размеры десятых и даже сотых долей микрометра.
Очистка газа – отделение от газа или перевод в безвредное состояние загрязняющего вещества, выбрасываемого промышленным источником.
При выборе метода очистки учитывают вид загрязнений, их химические и физико-химические свойства, характер производства, возможность использования имеющихся в производстве веществ в качестве поглотителей для газа, целесообразность утилизации отделенных примесей, затраты на очистку.
Газоочистным аппаратом называется элемент газоочистной установки, в котором осуществляется определенный избирательный процесс улавливания твердых, жидких или газообразных вредных веществ, содержащихся в отходящих газах или вентиляционном воздухе.
Аппараты очистки промышленных газов от взвешенных в них частиц могут быть объединены в основные группы:
1) аппараты сухой инерционной очистки газов от пыли (пылеосадительные камеры, жалюзийные и инерционные пылеуловители, циклоны одиночные, групповые и батарейные, дымососы-пылеуловители и др.);
2) аппараты мокрой очистки газов от пыли, а в отдельных случаях от жидких и газообразных примесей (полые и насадочные скрубберы, барботажные и пенные аппараты, турбулентные газопромыватели, аппараты эжекционного и центробежного действия);
3) аппараты для очистки газов от пыли (в отдельных случаях – от тумана) методом фильтрации (тканевые, зернистые и волокнистые фильтры и др.);
4) аппараты электрической очистки газов от пыли и тумана (электрофильтры мокрые и сухие различных типов);
5) аппараты химических методов очистки газов от газообразных примесей (адсорберы, абсорберы и т.п.);
6) аппараты термической и термокаталитической очистки газов от газообразных примесей (печи сжигания, каталитические реакторы и др.).
На практике для достижения требуемой степени очистки газов применяются двухступенчатые и многоступенчатые установки, включающие аппараты одного и того же или разных типов.
Сооружение, предназначенное для улавливания из отходящих газов или вентиляционного воздуха содержащихся в них вредных примесей с целью предотвращения загрязнения атмосферы и состоящее из одного или нескольких газоочистных аппаратов, вспомогательного оборудования и коммуникаций, называется газоочистной установкой.
Газоочистные установки, как правило, устанавливаются в конце технологического процесса.
Газоочистные установки, предназначенные для очистки газов от примесей, мешающих проведению определенной стадии технологического цикла производственного процесса и размещенные между соответствующими ступенями этого цикла, называются технологическими газоочистными установками.
В процессе пылеулавливания необходимо знание физико-химических характеристик пылей и туманов, а именно: дисперсный состав, плотность, адгезионные свойства, смачиваеммость, электрическая заряженность частиц, удельное сопротивление слоев частиц и др.
Для правильного выбора пылеулавливающего аппарата необходимы сведения о дисперсном составе пылей и туманов.
По дисперсности пыли классифицируются на 5 групп:
I – очень крупнодисперсная пыль, d50 140 мкм;
II – крупнодисперсная пыль d50 = 40 – 140 мкм;
III – среднедисперсная пыль, d50 = 10 – 40 мкм;
IV – мелкодисперсная пыль, d50 = 1…10 мкм;
V – очень мелкодисперсная пыль, d50 1 мкм.
При сравнении пылеуловителей различных типов, кроме общей и фракционной эффективности очистки, используют понятие «медианной d50 тонкости очистки», которая определяется размерами частиц, для которых эффективность осаждения в пылеуловителе составляет 0,50.
Важной характеристикой пылеуловителей является гидравлическое сопротивление (), которое определяется как разность давлений газового потока на входе (Рвх) и на выходе (Рвых) из аппарата.
Величину гидравлического сопротивления находят экспериментально или рассчитывают по формуле
= вх - вых = w2/2,
где и w – плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата, соответственно;
– коэффициент гидравлического сопротивления.
Если в процессе очистки газа, гидравлическое сопротивление изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать (нач) и конечное (кон) значения. При достижении равенства = кон процесс очистки необходимо прекратить и провести очистку пылеулавливающего аппарата. Особенно важное значение это имеет для фильтров.
К общим параметрам пылеуловителей относится производительность по очищаемому газу и энергоемкость, определяемую величиной затрат энергии на очистку 1000 м3 газа.
Смачиваемость частиц жидкостью (водой) влияет на работу мокрых пылеуловителей, а электрическая заряженность частиц – на их поведение в пылеуловителях и газоходах.
Химическая активность частицы пыли может вызывать коррозию газоочистного аппарата.
Плотность. Различают истинную и кажущуюся плотность частиц пыли, а также насыщенную плотность слоя пыли.
Кажущаяся плотность частицы – это отношение ее массы к объему. Для сплошных (непористых) частиц значение кажущейся плотности численно совпадает с истинной плотностью.
Насыпная плотность слоя пыли равна отношению массы слоя к его объему и зависит не только от пористости частиц пыли, но и от процесса формирования пылевого слоя. Насыпная плотность слежавшейся пыли примерно в 1,2 – 1,5 раза больше, чем у свеженасыпанной. Насыпная плотность слоя определяет объем пыли в бункерах.
Склонность частиц к слипаемости определяется ее адгезионными свойствами. Чем выше слипаемость пыли, тем больше вероятность забивания отдельных элементов пылеуловителя и налипания пыли на газоходах. Чем меньше пыль, тем выше ее слипаемость.
Все пыли IV и V групп дисперсности относятся к слипающимся пылям, а пыли I группы – к слабослипающимся.
Слипаемость пыли значительно возрастает при ее увлажнении.
Необходимо знание химического состава пылей для прогноза условий работы и эффективности газоочистного аппарата в связи с химическими реакциями, которые могут в нем происходить (коррозийная способность, смачиваемость и т.д.). В случае электрофильтров необходимо учитывать влияние естественных электрических зарядов пыли.
Ч аще всего эффективность пылеулавливающего аппарата любого типа (к.п.д. аппарата) определяется следующей зависимостью:
где V1 и V2 – объем газа на входе в газоочистительный аппарат и выходе из него (при нормальных условиях), м3;
х1 и х2 - концентрация пыли (тумана) в запыленном и очищенном газе (при нормальных условиях), г/м3.
Э ффективность очистки для частиц пыли различных размеров неодинакова. В большинстве случаев лучше улавливается более крупная пыль и кривая парциальных коэффициентов очистки, построенная для условий, при которых проводилось испытание, имеет вид, показанный на рис. 1. Под фракционным коэффициентом очистки i понимают массовую долю данной фракции, осаждаемую в пылеулавливающем аппарате.
Зная фракционный состав пыли и фракционные коэффициенты очистки пылеулавливающего аппарата (приведенные к условиям его работы), можно определить общий коэффициент очистки аппарата из выражения
К оэффициент очистки в значительной степени зависит от свойств пыли и параметров газового потока.
Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока (Кпр) частиц через пылеуловитель
Кпр = 1 - (3)
При последовательном соединении нескольких пылеулавливающих аппаратов коэффициенты проскока через первый, второй и третий аппараты будут соответственно равны:
Следовательно, общий коэффициент очистки трех последовательно включенных аппаратов будет равен:
В этом случае следует учитывать изменение фракционного состава пыли при переходе от аппарата к аппарату, что можно сделать по формуле
г де Ф1вх и Ф1вых – содержание данной фракции на входе в первый аппарат и на выходе из него, %;
фр- фракционный коэффициент очистки данной фракции в первом аппарате;
1 - общий коэффициент очистки первого аппарата.
О статочную запыленность газа легко найти по начальной запыленности и коэффициенту проскока:
Зная Х2, можно подсчитать количество пыли, выбрасываемой в атмосферу, которое является исходной величиной для расчета приземных концентраций пыли.