19 вопрос – Сиситемы пылеулавливания в агломерационнм производстве

§ 14. Сухие пылеуловители

К сухим пылеуловителям относятся все аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители и др.

§ 15. Мокрые пылеуловители

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d_ч ≥ (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки oт пыли горячих и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, что ограничивает область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоотходах при охлаждении газов до точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

§ 16. Электрофильтры

Электрическая очистка - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.

Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, всегда оказываются частично ионизованными за счет различных внешних воздействий (рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей, нагрева газа и др.), поэтому они способны проводить ток, попадая в пространство между двумя электродами. Величина силы тока зависит от числа ионов и напряжения между электродами. При увеличении напряжения в движение между электродами вовлекается все большее число ионов и величина тока растет до тех пор, пока в движении не окажутся все ионы, имеющиеся в газе. При этом величина силы тока становится постоянной (ток насыщения), несмотря на дальнейший рост напряжения. При некотором достаточно большом напряжении движущиеся ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся новые ионы и электроны ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.

Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис. 20). В зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.

Изменение силы тока между электродами по мере роста напряжения показано на рис. 21. Критическое напряжение U_KP на электродах, при котором возникает коронирующий разряд, определяется соотношением U_KР = E_KРR₁lnR₂/R₁, где R₁ и R₂ - радиусы коронирующего и осадительного электродов соответственно, м; E_КР - критическая напряженность электрического поля, при которой возникает корона, В/м.

Величина Е_КР определяется по эмпирическим формулам Пика. Для коронирующего электрода положительной - полярности

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим и осадительным электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Необходимо отметить, что частицы, поступающие в электрофильтр, обычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Этот заряд (трибозаряд) не превышает 5% заряда, получаемого частицей при коронном разряде.

Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил, силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы, силы тяжести и силы давления электрического ветра.

Под действием аэродинамических сил частица движется по направлению основного потока газа со скоростью ω_г, близкой к скорости газа, которая составляет 0,5-2 м/с.

Основной силой, вызывающей движение частицы к осадительному электроду, является сила взаимодействия между электрическим полем и зарядом частицы. Расчеты скорости этого движения шэ показывают, что ее значение зависит главным образом от размеров частиц и напряженности электрического поля Е. Расчетные значения скорости [26] приведены ниже:

Диаметр частиц, мкм	0,4	1,0	2,0	10,0	30,0
ωэ, м/c, при Е=15•104 В/м	0,012	0,013	0,015	0,075	0,15
ωэ, м/c, при Е=30•104 В/м	0,025	0,030	0,060	0,30	0,60

Силы тяжести не оказывают заметного влияния на траекторию движения частиц пыли. За время пребывания в электрофильтре (10-15 с) частицы размером 10 мкм падают всего на 3-5 см, поэтому в расчетах силы тяжести обычно не учитывают.

Электрический ветер обусловлен механическим воздействием движущихся ионов на молекулы газа и частицы пыли. Электрический ветер возникает в местах генерации ионов, т. е. у коронирующих электродов, и вызывает циркуляцию газа в межэлектродном промежутке со скоростью до 0,5-1,0 м/с. Электрический ветер оказывает влияние на движение частиц к осадительным электродам и на перемешивание ионов и взвешенных частиц в межэлектродном пространстве. Однако из-за отсутствия методики расчета электрического ветра его влиянием на движение частиц пренебрегают.

Таким образом, отрицательно заряженные аэрозольные частицы движутся к осадительному электроду под действием аэродинамических сил и электрических сил, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде. Ввиду того что объем внешней зоны коронного разряда во много раз. больше объема внутренней, большинство частиц пыли получает заряд отрицательного знака. Поэтому основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде и лишь относительно небольшая на отрицательном коронирующем электроде.

Важное значение на процесс осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления пыль делят на:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (<10⁴ Ом•см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток. Противодействует этой силе только сила адгезии и, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10⁴ до 10¹⁰ Ом•см хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с него при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10¹⁰ Ом•см труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

Конструкцию электрофильтров определяют условия работы: состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д.

В промышленности используется несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров [9], применяемых для очистки технологических выбросов.

Сухие электрофильтры типа УГ (унифицированные горизонтальные) рекомендуется применять для тонкой очистки газов от пыли различных видов. В корпусе электрофильтра установлены три группы коронирующих и осадительных электродов. Равномерный подвод газа к электродам достигается установкой на входе в фильтр распределительной решетки. Периодическая очистка коронирующих и осадительных электродов производится встряхивающим механизмом. Технические характеристики электрофильтра типа УГ приведены в табл. 22.

Таблица 22
Техническая характеристика	Тип электрофильтра
	УГ	С
Допустимая входная концентрация пыли (УГ) или смолы (С) в газе, г/м3	50	0,1
Эффективность очистки	До 0,999	До 0,99
Гидравлическое сопротивление, Па	150	200
Наибольшая температура газов, °С	250	50
Удельный расход электроэнергии на очистку 1000 м3/ч газа, кВт•ч	0,3	0,45
Производительность по газу, тыс. м3/ч	36-950	18-36

Электрофильтры используют и для тонкой очистки газа от масляных туманов, смолы и пыли в различных отраслях промышленности. На рис. 22 показана конструктивная схема мокрого электрофильтра типа С, применяемого для очистки генераторных и коксовых газов. В корпусе 3 установлены коронирующие и осадительные электроды 2, к которым подводится газ через распределительные решетки. В верхней части фильтра установлены смолоулавливающие зонты 4. Уловленная на электродах смола стекает в бункер и через гидрозатвор выводится из аппарата. При загустении смолы аппарат разогревают паром. Технические характеристики электрофильтров типа С приведены в табл. 22.

Для очистки вентиляционных выбросов и рециркуляционного воздуха от различных пылей, а также приточного атмосферного с малой концентрацией загрязнений применяются двухзонные электрофильтры типа ФЭ, РИОН и др. Поток воздуха в таком фильтре проходит последовательно ионизационную зону, зону осаждения и противоуносный пористый фильтр. Накопленная пыль периодически смывается водой. Эффективность пылеулавливания до 0,95, гидравлическое сопротивление чистого фильтра 30-50 Па, производительность по воздуху 1000 м³/ч и более, входная концентрация загрязнений не более 10 мг/м³.

20 вопрос – Очистка газов в доменном производстве

По количеству пыли, остающейся в газе после его очистки, последняя классифицируется на: грубую; полутонкую; тонкую. По способу очистки доменного газа газоочистительные средства разделяют на сухие и мокрые. Грубая очистка производится сухим способом. Она основана на изменении скорости и направления движения газа. Назначением грубой очистки является первичное отделение пыли в улавливающей аппаратуре, располагаемой непосредственно около доменных печей. Полутонкую очистку доменного газа осуществляют мокрым способом, т. е. обильным увлажнением газа, после которого смоченные частицы пыли удаляются вместе с водой из газовой среды в виде шлама. Тонкая газоочистка является конечной стадией очистки газа и требует обязательной предварительной подготовки для получения надлежащего эффекта. Тонкая газоочистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электростатических аппаратах или устройствах, работающих по принципу тесного перемешивания газа с водой, а также путем создания больших перепадов давлений газа при прохождении его через соответствующую аппаратуру.

Сухие пылеуловители - грубая очистка доменного газа Для улавливания пыли наиболее крупных фракций (более 3—5 мм), богатых железом и используемых на аглофабриках как составляющая агломерационной шихты, применяются сухие пылеуловители. Они представляют собой металлические цилиндры высотой до 15, диаметром до 10-12 м с коническим днищем для сбора уловленной пыли и куполом, переходящим в газопровод с установкой в его начале тарельчатого клапана. Наиболее ответственные части сухих пылеуловителей (кожух и опорные колонны) изготовляются из низколегированных сталей, например марки 14Г2, остальные части — из стали марки СтЗ. Для предохранения кожуха от истирающего воздействия доменного газа с пылью пылеуловители футеруют шамотным кирпичом (230 мм) класса Б первого сорта или огнеупорным торкрет-бетоном (толщина слоя 60 мм). По высоте кожуха делают лазы и люки для его периодического ремонта и осмотра. Отверстия в нижнем конусе для выпуска пыли оборудуют устройствами для выпуска пыли с увлажнением так называемыми шнеками. Газопроводы от печи до пылеуловителя футеруют так же, как и сам сухой пылеуловитель. По способу подвода газа пылеуловители разделяют на радиальные и центробежные, так называемые ударники и тангенциальные. В зависимости от объема печи число сухих пылеуловителей для грубой очистки доменного газа колеблется от одного (рис. 1, а) до двух (рис. 1, б). Устанавливаются они параллельно или последовательно, различаясь при этом как первичные и вторичные. Первичные делают центробежными (7), а вторичные - радиальными (2). Тангенциальный подвод доменного газа способствует осаждению более мелких фракций пыли, оказывающих более сильное абразивное воздействие на стенки сухого пылеуловителя вследствие ввода газа по касательной. Поэтому тангенциальные пылеуловители всегда вторичные; они имеют внутреннюю трубу для вывода газа, спускающуюся почти до середины высоты цилиндра пылеуловителя. Для предупреждения образования в сухих пылеуловителях для грубой очиски доменного газа гремучей смеси во время остановок печи в них предусмотрен ввод «острого» пара под избыточным давлением до 882 кПа.

Скрубберы - полутонкая очистка доменного газа Полутонкая очистка доменного газа производится мокрым способом в скрубберах. В них завершается подготовка газа для тонкой очистки, эффективность которой значительно повышается в связи с дополнительным удалением пыли и охлаждением газа. Благоприятное влияние на степень очистки доменного газа в скрубберах оказывают увеличение расхода воды, характеристика распыливающего устройства, определяющая степень распыления и скорость газа, принимаемая обычно равной 0,5—1,5 м/с. На степень очистки газа в значительной мере влияют снижение сопротивления в скруббере и повышение давления газа в печи. Скрубберы обеспечивают высокую степень полутонкой газоочистки, удаляя 80-96% пыли из газа, прошедшего сухие пылеуловители. После скрубберов содержание пыли в среднем составляет 0,45—1,60 г/м3 доменного газа. Подвод газа осуществляется через боковую стенку внизу скруббера. Доменный газ, орошаемый сверху водой из форсунок, установленных в 3—4 ряда по высоте на периферии или в центре скруббера, выходит через купол в центре скруббера или в верхней части его боковой поверхности. Шламы удаляются через нижний конус и направляются в отстойники. По внутреннему устройству скрубберы разделяются на насадочные и безнасадочные, а по характеру работы на скрубберы низкого и высокого давления. Скруббер Рисунок 1. Скруббер высокого давления с зональным (а) и центральным (6) расположением распыливающих сопел Насадочные скрубберы имеют хордовую насадку, изготовляемую из деревянных досок толщиной 10—15 и высотой 100—150 мм, поставленных на ребро. Ряды досок последовательно смещаются относительно друг друга на 45—90°. Насадка улучшает контакт газа с водой, существенно влияя на количество удаляемой пыли. Для очистки газа доменных печей, работающих в режиме повышенного давления на колошнике, применяют безнасадочные скрубберы (рис. 5.114, 6) высокого давления с тремя горизонтами орошения и повышенным расходом воды, подаваемой эвольвентными форсунками вверх по ходу газа. Ввод воды может осуществляться в двух вариантах: с зональным и центральным расположением распыливающих сопел. Схема скрубберов Рисунок 1. Схема скрубберов а — с хордовой насадкой; б — безнасадочный При одинаковом давлении и количестве газа расход воды у безнасадочных скрубберов на 20-25% больше, чем у скрубберов с хордовой насадкой, однако сопротивление в 2-4 раза меньше, а конечная запыленность газа в 5—6 раз ниже.

Электрофильтры - тонкая очистка доменного газа Ранее наиболее распространенным способом тонкой очистки доменного газа являлся электростатический. Он осуществляется электрофильтрами - аппаратами, называемыми электростатическими газоочистителями. В основе работы электрофильтра лежит электризация частиц пыли, осуществляемая проводником электричества под высоким напряжением (50—100 кВ), излучающим электроны. При наличии второго проводника, соединенного с другим полюсом источника тока, между ними создается электростатическое поле, в котором электрические заряды передвигаются от одного электрода к другому под влиянием сил, действующих в нем. Электроны, излучаемые проводником, ионизируют молекулы газа, который становится проводником электричества и создает поток положительных и отрицательных потенциалов. Находящиеся в поле частицы пыли получают электрический заряд и двигаются под воздействием электрического поля по закону Кулона. При увеличении разности потенциалов проводимость газа возрастает. Вокруг электрода, находящегося под напряжением, возникает слабое свечение - корона. Разность потенциалов, при которой возникает свечение, называется напряжением коронного разряда, а начало появления искр — напряжением искрового пробоя. При отрицательном потенциале на коронирующем электроде оседает 90-95% пыли, при положительном — 70—75% и при переменном — 45—50%. Полярность может меняться. Ионизация газа является обязательным условием зарядки частиц пыли, достигаемым при повышении градиента напряжения у электрода. Поле должно быть неоднородным во избежание искрового разряда, т. е. электроды не должны быть параллельными. Отсюда необходимость высокого напряжения проводников и формы их в виде нити и трубы. Питание электрофильтра осуществляется постоянным током для того, чтобы образовавшиеся в области «короны» ионы подвергались постоянному действию притягивающих и отталкивающих сил, что не может быть обеспечено при переменном токе и что ухудшает полноту осаждения пыли. Электрофильтры состоят из стального цилиндра с коническими днищем и куполом. Грязный газ поступает в нижнюю часть фильтра, а очищенный выходит сверху. В верхней части электрофильтра располагаются электроды. Анодами являются стальные трубы диаметром до 325 и длиной до 4500 мм, внутри которых помещены на изоляторах стальные проволоки с натянутыми грузами, являющиеся коронирующими электродами-катодами. Заряженные частицы пыли перемещаются от катода к аноду, разряжаются и оседают на нем. Для предупреждения срыва частиц пыли газом скорость последнего ограничивается. Современные электрофильтры рассчитывают на пропускную способность по газу в количестве 320—375 тыс. м3/ч ПРИ избыточном давлении газа 24,5—245 кПа и скорости 2,5—1,4 м/с соответственно. Активное сечение фильтра составляет 25 м2. Содержание пыли в газе после прохождения его через фильтр не более 4 мг/м3. Расход воды на непрерывную промывку 400—600 м3/ч. Температура газа, поступающего в фильтры, 25—35 °С, влажность газа 40—80 г/м3. Диаметр фильтра 12, высота до 40—42 м. Степень оседания пыли зависит от влажности и температуры газа, так как под влиянием адсорбции водяных паров ее частицы укрупняются. Поэтому для повышения эффективности работы аппаратов электростатической тонкой очистки доменного газа применяют мокрые электрофильтры с непрерывной промывкой осадительных электродов. На их поверхности создается движущаяся пленка воды, смывающая пыль с электрода, что предупреждает вынос ее из аппарата. Кроме того, достигаются относительная чистота поверхности движения газа в активной зоне электрофильтра и его производительность. Представителем такого рода аппарата для тонкой очистки доменного газа является скруббер-электрофильтр типа ДМ-9 с периодической промывкой осадительных электродов. Скруббер-электрофильтр типа ДМ-9 для тонкой очистки доменного газа Рисунок 1. Скруббер-электрофильтр типа ДМ-9 для тонкой очистки газа с периодической промывкой осадительных электродов Скрубберная часть установки имеет хордовую насадку с площадью 14 500 м2. Электрофильтр для тонкой очистки доменного газа состоит из двух последовательно расположенных электрических полей, имеющих по две секции для периодической промывки электродов. Производительность его до 80 — 100 тыс. м3/ч.

21 вопрос – Методы и средства для очистки воды