Розділення газових систем

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

2

Максимальний розмір частинок, осадження яких здійснюється за законом Стокса, можна знайти, якщо в останній вираз замість швидкості осадження wо ввести її значення, виражене через граничне значення критерію Rе=2

Розрахунки показують, що якщо d 0,1 мкм, пил не осаджується, а спостерігається тільки хаотичний броунівський рух його частинок.

Пилоосаджувальні камери. Камера 1 являє собою споруду звичайно прямокутної форми (рис. 1), всередині якої розміщені горизонтальні перегородки (полички) 2. Частинки пилу осаджуються на перегородках під час руху газу по каналах, утворених перегородками. Відстань між поличками незначна і становить 0,1 – 0, 4 м, тобто цим самим забезпечується невеликий шлях осадження частинок. Крім цього, наявність перегородок дозволяє збільшити ефективну поверхню осадження. Усе це сприяє зменшенню часу осадження та збільшенню ступеня очищення газу і продуктивності камери. Швидкість потоку газу в камері повинна бути такою, щоб частинки за час перебування газу в апараті встигли осісти на поверхню поличок. Звичайно швидкість приймається

1 – 1,5 м/с.

Рис. 1. Пилоосаджувальна камера:

1 – камера; 2 – полички (перегородки);

3 –відбивна перегородка;

4 –дверцята для вивантаження пилу

Після проходження по каналах між перегородками газ огинає вертикальну відбивну перегородку 3 і виводиться з камери. Відбивна перегородка сприяє рівномірному розподіленню газу між поличками камери, оскільки гідравлічний опір каналів однаковий.

Пил з перегородок видаляється вручну спеціальними скребачками через дверцята 4.

Пилоосаджувальні камери прості у виготовленні, мають невеликий гідравлічний опір (50-

100 Па), однак вони громіздкі, ефективність очистки в них низька (40-50%), особливо під час вловлювання дрібнодисперсного пилу (<20 мкм). Тому такі апарати в більшості випадків використовують як перший ступінь очищення.

Розрахунок пилоосаджувальних камер. За заданою продуктивністю пилогазової суміші розрахунок робочої поверхні пиловідстійних камер такий самий, як і розрахунок відстійників для рідини Для того, щоб відбулося осадження частинок на поверхню полички, необхідно щоб час осадження частинки був меншим від часу перебування газу в апараті.

Отже, продуктивність камери дорівнює добутку швидкості осадження та площі осадження

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4

діаметра швидкість обертання потоку збільшується. Під дією відцентрової сили частинки пилу відкидаються до стінок циклону, внаслідок чого основна їх маса зосереджується в потоці газу,

який рухається безпосередньо біля стінок апарата. Газовий потік переміщається в нижню частину конуса, змінює напрямок руху на 1800 і по центральній трубі виходить з апарата. Частинки пилу за інерцією продовжують рухатися вздовж стінок конуса і попадають у пилезбірник.

Рис. 3. Циклон:

1 – пилезбірник;

2 – конічна частина корпуса;

3 –циліндрична частина корпуса;

4– тангенціально розміщений патрубок;

5 – кришка; 6 – патрубок; 7 – центральна труба

У промисловості найпоширеніші циклони Ленінградського науково-дослідного інституту з промислової та санітарної очистки газів. Ці циклони виготовляються діаметром від 100 до 1000 мм

у декількох модифікаціях: із подовженою конічною частиною –СК-ЦН-34, СДК-ЦН-33

(характеризуються більшою ефективністю, але мають підвищений гідравлічний опір); із подовженою циліндричною частиною і нахиленим вхідним патрубком – ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24

(характеризуються значною продуктивністю). Розглянуті циклони придатні для очищення газів із концентрацією пилу ≤ 400 г/м3 за температури газів до 4000С.

Продуктивність циклонів за газом залежно від геометричних розмірів і конструктивного виконання - від 20 до 50000 м3/год. Ступінь очищення газу від пилу залежно від діаметра циклона та розмірів частинок коливається в значних межах. Наприклад, коефіцієнт очищення в циклоні ЦН-24 діаметром 1м під час вловлювання частинок розміром 5 мкм – 30%, а частинок розміром 20

мкм – 96%. Ступінь очищення визначають за номограмами, складеними на підставі дослідних даних, залежно від фракційного складу пилу та його густини, початкової запиленості газу,

допустимого гідравлічного опору тощо.

Розрахунок циклонів. Теоретичний розрахунок циклонів достатньо складний. Тому їх розраховують спрощено за величиною гідравлічного опору апарату Р (Па). Вихідними даними для розрахунку є: витрати запиленого газу Q, м3/с; температура t (0С) і густина газу ρ (кг/м3).

Спочатку вибирають тип циклону, рекомендовану для цього типу величину Р/ρ і за таблицями – коефіцієнт гідравлічного опору циклону ξ. У довідниковій літературі наводяться два значення коефіцієнта гідравлічного опору – віднесеного до середньої швидкості wвх газу у вхідному патрубку (ξвх) і віднесеного до середньої швидкості wо в поперечному перерізі циліндричної

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

6

в циклони тангенціальний. На кінцях центральних труб циклонів 4, з’єднані з колектором закріплені спіралеподібні камери 5 для виведення очищеного газу. Осаджений у циклонах пил збирається в бункері 2. Загальна продуктивність групового циклону приблизно дорівнює добутку продуктивності одного циклону на кількість циклонів. Наприклад, циклон ЦН-15 діаметром 400

мм має продуктивність 1500 м3/год., а груповий циклон, який складається з 16 циклонів ЦН-15,

має продуктивність 28500 м3/год.

Рис.4. Груповий циклон із дворяд-

ним розміщенням циклонів :

1 -циклон;

2 – бункер; 3 – вхідний патрубок;

4 – спіралеподібна камера; 5 – ко-

лектор

Поряд з груповими циклонами для очищення значних об’ємів газів використовують батарейні циклони. Порівняно з груповими, батарейні циклони мають деякі суттєві переваги. За однакової продуктивності - мають менші розміри, менший гідравлічний опір, працюють у широкому діапазоні запиленості газів (до 100 і більше г/м3), температур (до 4000С) і тисків,

забезпечують вищий ступінь очищення. Останнє пояснюється тим, що ступінь очистки газу в циклонах залежить від величини фактору розділення Fr= w2/gr. З цього виразу бачимо, що ступінь очищення може бути збільшений за рахунок зменшення радіусу обертання потоку запиленого газу, або збільшення швидкості газу. Оптимальна швидкість газу в циклонах 3,5-4 м/с. Подальше збільшення швидкості призводить до значного зростання гідравлічного опору, крім цього,

посилюється турбулентність газового потоку, що погіршує очищення газу. Із зменшенням радіусу циклону зменшується його продуктивність. Тому для забезпечення очищення значних об’ємів запилених газів з високим ступенем очищення (до 90-98%) установки батарейних циклонів компонують з окремих циклонних елементів малого діаметра. Батарейний циклон може містити декілька десятків і навіть сотень паралельно підключених елементів. Так, батарейний циклон продуктивністю 650 тисяч м3/год. містить 792 циклонних елементи. Досвід, однак, показує, що апарати з елементами до 100 штук є оптимальними.

На рис. 5 показаний батарейний циклон, який складається з паралельно встановлених у корпусі 9 циклонних елементів 2. Запилений газ через вхідний патрубок 4 попадає в газорозподілюючу камеру 10, обмежену трубними решітками 7, в яких герметично закріплені

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

7

циклонні елементи. Газ рівномірно розподіляється по елементах, дія яких базується на тому ж принципі, що й робота звичайних циклонів. Очищений газ виходить з елементів по трубах 3 у

загальну камеру 5 і видаляється через патрубок 6.

Рис. 5. Батарейний циклон з закручуванням газу за допомогою напрямних пристроїв:

а, в – циклонні елементи (із гвинтовим закручуванням газу і з напрямним пристроями типу„гвинт” і „розетка”); 1 –корпус; 2 – центральна труба; 3 – напрямний пристрій; б – батарейний циклон: 1 – бункер; 2 – циклонний елемент; 3 – центральна труба; 4, 6 –

патрубки; 7 – трубні решітки; 8 – засипка; 9 – корпус; 10 – камера

Пил збирається в конічному бункері 1. Для кращої фіксації елементів і герметизації розподілюючої камери порожнини між корпусами елементів заповнюють дрібнодисперсними

матеріалами (наприклад, просіяним шлаком).

У циклонні елементи газ подається не тангенціально, а через напрямний пристрій, який виготовляється у двох варіантах: типу „гвинт” і „розетка”. Напрямний пристрій виконує функцію завихрювача газового потоку. Під час проходження через завихрювач газ набуває обертового руху, внаслідок чого, як і у звичайному циклоні виникає відцентрова сила, під дією якої і відбувається виділення з потоку частинок. Батарейні циклони комплектують елементами

діаметром 100,150 ,250 мм

Розрахунок батарейних циклонів проводять у такій послідовності:

- задаються діаметром елемента D, м в залежності від концентрації та типу пилу;

- задаються величиною Р/ρ (рекомендовані границі Р/ρ = 540 – 740 м2/с2; - для обраного типу завихрювача знаходять коефіцієнт опору ξ;

- визначають фіктивну швидкість газу в елементі

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

8

-розраховують витрату газу в одному елементі V1=0,785 D2wо, м3/с;

-розраховують необхідну кількість елементів n=V/V1, де V - задана витрата газу, м3/с;

-підбирають стандартизований батарейний циклон із n елементами.

4. Мокре очищення газів

Для тонкого очищення газів від пилу використовують мокрі методи. Принцип дії більшості апаратів мокрого газоочищення полягає в тому, що газ контактує з рідиною, звичайно, з водою,

яку розбризкують у вигляді дрібних частинок або окремих струменів. Зважені в газі частинки змочуються рідиною і стають більш важкими, або повністю поглинаються рідиною і виносяться нею з апарата. Мокре газоочищення використовується також у тих випадках, коли треба охолодити газ.

Мокрі пиловловлювачі порівняно з апаратами інших типів мають деякі переваги й недоліки.

Переваги: невелика вартість та більш висока ефективність вловлювання зважених частинок;

можливість очищення газів, які містять частинки розмірами 0,1 мкм і менше; можливість очищення газів за високої температури та вологості, а також у разі небезпеки займання та вибуху очищених газів та вловленого пилу; можливість поряд з пилом одночасно вловлювати пароподібні та газоподібні компоненти.

Недоліки: у процесі вловлювання пилу утворюється шлам, внаслідок чого виникає необхідність обробки стічних вод, що приводить до зростання вартості процесу; винесення краплинок рідини та осадження їх разом із пилом на стінках газоходів і в димососах; у випадку очистки агресивних газів необхідно захищати апаратуру та комунікації антикорозійними матеріалами.

Залежно від поверхні контакту між газом і рідиною або за способом дії мокрі пиловловлювачі поділяються на:

-порожнисті газопромивачі;

-насадкові скрубери;

-тарілчастого типу (барботажні та пінні);

-з рухомою насадкою;

-механічні газопромивачі;

-швидкісні газопромивачі (скрубери Вентурі та ежекторні).

Тарільчасті газопромивачі (барботажні, пінні). Використовуються для очищення сильно запилених газів..

В цих апаратах рідина, яка взаємодіє з газом, перетворюється в стан рухомої піни, що

забезпечує значну поверхню контакту між газом і рідиною і відповідно високий ступінь очищення

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

9

1 – камера; 2 – перфорована тарілка;

3 – приймальна коробка;

4 – поріг; 5 – зливна коробка;

6 – зрошувач

Найпоширеніші тарілчасті пінні апарати з переливом (рис. 6, а) та з провальними тарілками

(рис. 6, b). Апарат являє собою камеру 1 круглої або прямокутної форми, всередині якої розміщена перфорована тарілка 2. Вода або інша рідина через штуцер поступає у приймальну коробку 3 і далі на тарілку, а забруднений газ подається через патрубок у підтарілковий простір. Газ барботує через воду і спінює її, внаслідок чого утворюється значна поверхня контакту рідини з газом. В

шарі піни пил поглинається рідиною, переважна частина якої (~80%) разом з піною переливається через поріг 4 (рис. 6 а) у зливну коробку 5. Решта рідини (~20%) зливається через отвори в тарілці і вловлює в підтарілковому просторі більш грубі частинки. Утворений шлам (суспензія)

виводиться через штуцер у нижній частині корпуса камери. В газопромивачах з провальними тарілками (рис. 6 b) рідина через зрошувач 6 подається на тарілку, разом з утвореною піною і вловленими частинками через отвори в тарілці перетікає в нижню частину камери і виводиться з апарату. Ступінь вловлювання пилу в розглянутих апаратах може досягати 95-99%.

Відцентрові скрубери. В газопромивачах відцентрової дії реалізується принцип циклонного пиловловлювання, але на відміну від звичайних циклонів у таких апаратах по стінках стікає водяна плівка, що покращує процес очистки.

Рис. 7. Відцентровий скрубер:

1 – корпус; 2 – вхідний патрубок;

3 – сопло; 4 – конічне днище;

5 – вихідний патрубок

На рис.7 показана принципова будова відцентрового скрубера. Запилений газ поступає в циліндричний корпус 1 через вхідний патрубок 2, розміщений тангенціально, і набуває обертового руху. Через сопло 3 стінки корпуса зрошуються водою, яка тонкою плівкою стікає по його внутрішній поверхні. Зважені у гвинтовому газовому потоці тверді частинки відкидаються відцентровою силою до стінок скрубера, змочуються водою і разом із плівкою стікають у нижню збірну частину 4. Очищений і одночасно охолоджений газ видаляється через вихідний патрубок 5.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

10

У відцентрових скруберах досягається вищий ступінь очистки, ніж у порожнистих і насадкових. Для частинок розмірами 5-30 мкм ефективність пиловловлювання перевищує 95 %, а

для частинок 2-5 мкм становить 85-90 %.

5. Очищення газів фільтруванням

Під час очищення фільтруванням гази, що містять зважені тверді частинки, проходять через пористі перегородки, які пропускають газ і затримують на своїй поверхні тверді частинки.

Фільтри для газів використовують для очищення промислових газів з концентрацією твердої фази до 60 і більше г/м3 в системах проточної вентиляції та кондиціювання повітря.

Залежно від виду фільтрувальної перегородки фільтри поділяються на такі типи:

- із гнучкими пористими перегородками (тканинні матеріали з природних, синтетичних або мінеральних волокон; неткані волокнисті матеріали - повсть, клейові та голкопробивні матеріали,

папір, картон, волокнисті мати; комірчасті листи – губчаста гума, пінополіуретан, мембранні фільтри);

-з напівжорсткими пористими перегородками (шари волокон, стружка, в’язані сітки);

-з жорсткими пористими перегородками (зернисті матеріали – пориста кераміка або пластмаса, спечені або спресовані порошки металів, пористе скло, вуглеграфітові матеріали;

волокнисті матеріали – сформовані шари зі скляних і металічних волокон; металеві сітки і перфоровані листи);

- із зернистими шарами з коксу, гравію, кварцевого піску тощо.

Вибір пористої перегородки обумовлений багатьма чинниками, з яких основними є: хімічні властивості газу, який фільтрується, його температура, гідравлічний опір фільтрувальної перегородки та розміри зважених у газі частинок.

Фільтри з гнучкими пористими перегородками. До найпоширеніших фільтрів з гнучкими пористими перегородками відносяться рукавні фільтри (рис. 8). Запилений газ вентилятором 1 через вхідний газохід 2 нагнітається в камеру 3, з якої проходить через рукави 4.

Нижні кінці рукавів закріплені хомутами на патрубках розподілюючої решітки 5, а верхні заглушені та підвішені до рами 11. Пил осаджується в порах тканини та на її поверхні, а очищений газ через дросельний клапан 6 і вихлопну трубу 7 видаляється з апарату. Для вивантаження пилу та регенерації тканини рукавів фільтр складається з декількох секцій. Через певні проміжки часу за допомогою розподілюючого механізму, закріпленого на кришці камери, окремі секції відключаються для очистки від осадженого пилу. На рис.8. показаний момент, коли в режимі очистки запиленого газу працюють три секції фільтра (I, III і IV), а секція II очищується від пилу.

Для очистки секції від пилу закривають клапан 6 і відкривають клапан 8, через який вентилятором 9 по колектору подається чисте повітря або очищений газ для продування рукавів.