Sb97947

Смешиваясь с воздухом, они образуют аэрозоли – дисперсные системы,

вкоторых неограниченно долгое время могут находиться во взвешенном состоянии пыль и капельки жидкости. В атмосфере аэрозольные загрязнения могут находиться в виде тумана, дыма, смога.

Дым – аэрозоль, содержащий твердые частицы размером менее 5,0 мкм; аэрозоль с более крупным размером частиц (до 0,1 мм) называется пылью (грубодисперсная аэрозоль).

Туман – аэрозоль, содержащий мельчайшие частицы жидкости.

Смог – разновидность тумана, представляющего собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц; возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: содержание газообразных загрязняющих веществ, интенсивнойсолнечнойрадиациииотсутствиеветра.

Время пребывания частиц в атмосфере зависит от их размеров и плотности, так и от состояния атмосферы (скорости ветра, состава, температуры). Крупные частицы обычно не переносятся в верхние слои атмосферы и оседают в течение нескольких часов вблизи источников их образования с рассеиванием у земной поверхности в подветренную сторону. Мелкие частицы (меньше 1 мкм) имеют время пребывания в нижних слоях атмосферы 10–20 сут., что достаточно для их распространения на большие расстояния от источников образования. При этом за счет перемещений воздушных потоков мелкие частицы могут проникать в верхние слои тропосферы и из них –

встратосферу.

Выбросы твердых частиц могут иметь естественное и искусственное происхождение. Естественные источники (возникают в природных условиях без участия человека): пыльные бури, извержения вулканов, лесные пожары, выветривание. Среди искусственных источников значимое место занимает сжигание твердого и в меньшей степени жидкого топлива. В твердом топливе всегда содержатся негорючие минеральные соединения. Кроме того, сгорание твердого и жидкого топлив никогда не бывает полным, что является причиной выброса сажевых частиц. Источником пыли является любой технологический процесс, связанный механическим воздействием – дроблением, измельчением или пересыпкой как исходного сырья, так и товарного продукта.

Основные источники твердых частиц в атмосфере приведены в табл. 3.1. Задание: приведите примеры естественных и антропогенных источни-

ков твердых частиц применительно к своему родному городу / региону.

11

Таблица 3.1

Примеры естественных и антропогенных источников твердых частиц в атмосфере

Лесные пожары (как природного, так и техногенного происхождения)

Контрольные вопросы:

1.Что такое смог? При каких условиях он формируется?

2.Почему смог устойчив в атмосфере?

3.Какова основная причина выделения твердых частиц в атмосферу? Можно ли ее устранить?

4.ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

4.1. Характеристика пылей. Классификация и выбор пылеулавливающих устройств

Пыль – дисперсная система, состоящая из твердых частичек, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии.

Пыль характеризуется дисперсностью (крупностью) частиц, их плотностью, формой, гигроскопичностью и растворимостью, силой сцепления между частицами, электрическим зарядом, величиной рН (кислотностью), радиоактивностью и способностью коагулировать. Некоторые свойства пылей в зависимости от размера представлены в табл. 4.1.

Дисперсность пыли – совокупность размеров всех частиц, составляющих данную аэродисперсную систему.

12

В вероятностно-логарифмических координатах дисперсный состав большинства пылей аппроксимируется прямой линией и характеризуется двумя параметрами – среднемедианным размером dm и среднеквадратическим отклонением lg σп функции распределения. Среднемедианный размер dm представляет собой размер частиц, при котором суммарная масса всех частиц размером более dm равна суммарной массе всех частиц размером менее dm. Среднеквадратическое отклонение lg σп находят из соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:

lg σп = lg(d84,1/dm) = lg(dm/d15,9),

где d84,1 и d15,9 – абсциссы точек, ординаты которых имеют значения соответственно 84,1 и15,9 % иопределяютсяпозаданному распределению пыли по размерам. Пример определения представлен на рис. 4.1.

Основной характеристикой фильтра является его эффективность (коэффициент эффективности улавливания пыли), которая определяется по формуле:

Kэ СнСнСк 100 %

где Сн – начальная запыленность воздуха (до фильтра), мг/м3; Ск – конечная

запыленность воздуха (после фильтра), мг/м3.

При высокой начальной запыленности воздуха следует применять многоступенчатые фильтры. В качестве первой ступени используются гравитационные или инерционные фильтры. В качестве фильтров тонкой очистки применяются мокрые струйные фильтры (трубы Вентури), фильтрующие и электростатические.

13

В зависимости от способа выделения (осаждения) пыли пылеулавливающие устройства классифицируются в соответствии с табл. 4.3.

4.2. Пылеосадительная камера

Пылеосадительная камера является простейшим пылеуловителем и предназначена для выделения из воздушных потоков с весьма высокой запыленностью (3…5 г/м3) более крупных фракций пыли до фильтров с более полной очисткой воздуха. Принцип пылеулавливания основан на гравитационном осаждении пыли в камере на полочки, которые выполняются наклонными для самоудаления пыли или при опрокидывании механическим способом. Устройство пылеосадительной камеры представлено на рис. 4.2.

Достоинства пылеосадительной камеры:

простота конструкции;

отсутствие механических и электрических устройств для осаждения пыли;

долговечность эксплуатации, так как отсутствует износ деталей;

незначительный расход электроэнергии из-за малого аэродинамического сопротивления.

15

Рис. 4.2. Устройство пылеосадительной камеры. 1 – корпус; 2 – воздухоподающий трубопровод; 3 – воздуховыдающий трубопровод; 4 – воздухораспределительная решетка; 5 – пылеосадительные полочки; 6 – бункеры для пыли

Недостатки:

большие размеры камеры;

низкая эффективность при мелкодисперсной пыли (с размерами менее 20 мкм).

В пылеосадочных камерах пылевые частицы отделяются от воздуха под действием силы тяжести. Так как масса пылевых частиц очень мала, скорость их осаждения также невелика. Поэтому скорость движения воздушного потокаvп подлинекамерывгоризонтальномнаправлениивыбираютизусло-

вия обеспечения ламинарного режима течения. Для этого необходимо выполнение условия:

где l – длина пылеосадительной камеры, м; h – высота пылеосадительной камеры, м; vч – скорость витания частиц пыли, м/с.

Как правило, скорость движения воздуха в камере должна находиться в пределах 0,2…0,5 м/с.

Расcчитываются пылеосадительные камеры в следующей последовательности:

1. Задается минимальный размер пылевых частиц dч, которые необхо-

димо уловить в пылеосадительной камере.

2. По номограмме (рис. 4.3) определяют скорость витания частиц минимального размера vч. Штриховыми линиями на диаграмме показан пример

определения скорости витания частиц пыли размером 10 мкм с плотностью 6000 кг/м3 при температуре отходящих газов 100°С.

16

0,1

Рис. 4.3. Номограмма для определения скорости витания частиц пыли:

ρ– плотность частиц пыли, кг/м3; t – температура газа, °С

3.Рассчитывают необходимую площадь поперечного сечения камеры S по формуле:

S = b · h = Q / vч

где b – ширина пылеосадительной камеры, м; Q – объемный расход загрязненного воздуха, проходящего через камеру, м3/с.

17

4. Задают произвольно высоту камеры и рассчитываю ее ширину по формуле:

B = S / h

5. Минимальная длина пылеосадительной камеры определяется по (4.1). Полученное значение округляют до десятых долей метра в большую сторону.

Задание: рассчитайте параметры пылеосадительной камеры по исходным данным, представленным в табл. 4.4.

4.3. Расчет характеристик циклона

Цель работы – ознакомится с основными принципами расчета циклона. Из сухих инерционных пылеуловителей чаще всего применяются циклоны. Это дешевые и простые в эксплуатации аппараты, в которых используется действие поля центробежных сил. Принцип действия циклонов: пылегазовая смесь подается в цилиндрическую часть циклона 1 (рис. 4.4) по касательному к внутренней поверхности трубопровода 2 и получает вращательные движения, спускаясь вниз (см. сплошную линию). При вращении потока возникают центробежные силы. Твердые частицы при винтообразном движении газового потока прижимаются к внутренней поверхности циклона, перемещаются по спирали, теряют скорость, оседают в центре конической части 3 и выводятся через разгрузочный патрубок 4 в бункер. Освобожденный от пыли газ уходит в центральную часть циклона и по трубе 5 выбрасы-

ваются в атмосферу.

В разных отраслях промышленности применяют циклонные аппараты конструкции НИИОГАЗа (научно-исследовательский институт очистки газов), ЛИОТ (Ленинградский институт охраны труда) и СИОТ (Свердловский институт охраны труда). В настоящее время наибольшее распространение получили циклоны НИИОГАЗ, которые могут быть цилиндрическими и коническими.

Кцилиндрическим циклонам НИИОГАЗ относятся аппараты типа ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24. Их отличительной особенностью является удлиненная цилиндрическая часть корпуса, расположение крышки входного патрубка соответственно под углами 11, 15 и 24° к горизонтали. Циклоны ЦН15У имеют несколько меньшую высоту и более низкие технико-экономиче- ские показатели по сравнению с другими аппаратами типа ЦН.

Кконическим циклонам относится циклон СИОТ и циклоны НИИОгаз типа СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и СК-ЦН-34М. Они отличаются от циклонов типа

18

ЦН длиной конической части, наличием спирального входного патрубка и малым отношением диаметров выхлопной трубы и корпуса циклона (соответ-

ственно 0,334, 0,340 и 0,22).

Выход очищенного воздуха

Рис. 4.4. Схема движения пылевоздушного потока в циклоне

Цилиндрические циклоны относятся к высокопроизводительным, а конические – к высокоэффективным аппаратам. Диаметр цилиндрических циклонов обычно не превышает 2000 мм, а диаметр цилиндрической части конических – 3000 мм. Циклоны изготовляют правого и левого вращения газового потока. Для циклонов принят следующий ряд диаметров: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400 и 3000 мм.

Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 98 % при размере частицы 30…40 мкм, 80 % – при 10 мкм и 60 % – при 4–5 мкм. Значительно большей эффективностью обладают циклоны малого диаметра. Так, циклоны диаметром 2,3…3 м имеют КПД пылеулавливания 60–70 %, а циклоны диаметром 0,3–0,4 – 92–95 %. Это объясняется тем, что в циклонах малого диаметра развивается большая центробежная сила. Но с увеличением скорости возрастает аэродинамическое сопротивление. Поэтому выпускаемые промышленностью одиночные циклоны рассчитаны на оптимальную скорость входящего истока 18…20 м/c.

Достоинства циклонов – простота конструкции, высокая степень очистки (при крупности пыли более 10 мкм), надёжность в работе, небольшая стоимость изготовления и малые эксплутационные расходы.

Недостатки: низкая эффективность при мелкодисперсной пыли (с размерами менее 5 мкм), повышенный расход электроэнергии на преодоление гидравлического сопротивления, небольшой срок службы из-за износа наружного металлического цилиндра.

19

Рассчитывают циклоны в следующей последовательности: 1. Определяют требуемый диаметр циклона по формуле:

где Q – объемный расход загрязненного воздуха при рабочих условиях, м3/с; vопт – оптимальная скорость газа в аппарате, м/с, определяется по табл. 4.5.

Таблица 4.5

Параметры, определяющие эффективность различных типов циклонов

Если объемный расход загрязненного воздуха Q задан при нормальных условиях, то его необходимо пересчитать для рабочих условий по формуле:

где tг – температура газов на входе в циклон, °С; Pбар – барометрическое давление, Па; Pг – избыточное давление (разрежение) газа при входе в цик-

лон, Па.

2. Полученное значение D округляют до ближайшего из стандартного ряда. Если значение D превышает максимальное значение их стандартного ряда, то предусматривают несколько одинаковых циклонов. Затем на основе принятого значения диаметра циклона Dц рассчитывают действительную скорость движения запыленного воздуха в циклоне vд, м/с по формуле:

Действительная скорость газа в циклоне не должна отклоняться от оптимального значения более чем на ± 15 %. При скоростях, выходящих за указанные пределы в большую сторону, возрастает расход энергии, в меньшую сторону – снижается эффективность. Если рассчитанная скорость газов отличается более чем на 15 %, необходимо выбрать циклон другого диаметра.

3. Гидравлическоесопротивление циклона ∆P, Па, можно определить по формуле:

20