Экология промышленного производства

Основные условия эксплуатации циклонов:

–уровень пыли в накопительных бункерах находится в допустимых пределах;

–механизмы удаления пыли из пылеуловителей и средства транспортировки ее исправны и подготовлены к работе;

–ремонтные работы закончены, пылеулавливающий аппарат исправен и готов к эксплуатации (люки закрыты, леса демонтированы, посторонние предметы убраны).

В период эксплуатации необходимо:

–следить за герметичностью аппаратов и коммуникаций, не допуская утечек газа (при работе под давлением) или недопустимых подсосов воздуха (при разрежении);

–обеспечивать своевременное удаление из бункеров уловленной пыли и ее транспортировку в предназначенные места;

–не допускать слеживания и цементации пыли в системах пыленакопления и пылеуборки, применяя для этого предусмотренные методы, в том числе поддерживая температуру всех узлов установки выше точки росы газа.

Во избежание выхода из строя циклонных аппаратов разница между температурой очищаемых газов и точкой росы не должна

быть менее 20 – 25 С, а запыленность очищаемых газов не должна превышать допустимую величину.

Допускаемая запыленность газов зависит от диаметра циклона и для слабослипаемых пылей может иметь следующие значения:

При выборе допустимой запыленности очищаемых газов следует учитывается степень слипаемости пылей:

–неслипающиеся пыли: сухая шлаковая пыль; кварцевая пыль, некоторые сухие глины;

–слабослипающиеся пыли: коксовая пыль; магнезитовая пыль; колошниковая пыль; доменная пыль.

Циклон должен работать с постоянной газовой нагрузкой. При значительных колебаниях расхода устанавливаются группы циклонов с возможностью отключения отдельных элементов.

151

Рекомендуется установка циклонов перед вентиляторами, чтобы последние работали на очищенном газе и не подвергались абразивному износу.

Интенсивность абразивного износа зависит от запыленности газа, скорости газового потока в циклоне и абразивных свойств пыли. Одной из мер повышения износостойкости циклона является нанесение на изнашиваемую поверхность стойких к износу покрытий, например футеровка циклона плитками из плавленого диабаза, базальта, камнелитых материалов или броневых плит. Другим способом защиты от износа является изготовление циклонов из износостойких материалов – высокопрочного чугуна или неметаллических износостойких материалов. Важное значение имеет и совершенствование конструкций циклонов в направлении подбора оптимального угла атаки газа на стенку, снижения скорости газа в циклоне, выбора оптимальной высоты циклона и угла раскрытия конуса, уменьшения вторичных течений в циклоне и т. п.

5.1.4. Расчет циклонов

Степень очистки газа в циклоне тем больше, чем больше коэффициент разделения сред f:

f 2r , gr

где ωr – окружная скорость вращения частицы вместе с потоком на радиусе r, м/с;

r – радиус вращения частицы, м.

Для циклонов значение f достигает ста и более единиц. Из выражения (5.2) видно, что коэффициент разделения сред можно увеличить уменьшением радиуса вращения газового потока и увеличением его скорости. При этом увеличение скорости вызывает возрастание гидравлического сопротивления и турбулентности газового потока, которая ухудшает процесс осаждения, а уменьшение радиуса циклона ведет к снижению его производительности. Поэтому при больших объемах запыленного газа вместо одного циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов меньшего

152

размера, объединенных в одном корпусе, – батарейные циклоны (мультициклоны).

Основными параметрами, влияющими на степень очистки от пыли, воздействующие являются скорость движения газа в циклоне, диаметр пылевых частиц, коэффициент гидравлического сопротивления. В табл. 5.2 приведены основные параметры, влияющие на степень очистки в циклонах различных типов.

Таблица 5.2

Параметры, определяющие эффективность циклонов

Тип циклона

ПараметрыЦН-24 ЦН-15 ЦН-11 СКЦН-34ОЭКДМГипродревпром

(тип «Ц»)

Примечание: ωоп – оптимальная скорость движения газа в циклоне, м/с; d150 – диаметр частиц улавливаемых с эффективностью 50 %, мкм; lgσ1n – стандартное отклонение функции распределения фракцион-

ных степеней очистки; – коэффициент гидравлического сопротивления, отнесенный к условной скорости газа в цилиндрической части циклона.

Теоретический расчет циклонов весьма сложен, поэтому на практике расчеты ведут по упрощенной методике. Порядок расчета:

1.Выбираюттипциклонасучетомразмеровулавливаемыхчастиц.

2.Определяют диаметр циклона:

где Q – расход очищаемого газа; м3/с;

оп – оптимальная скорость газа в циклоне, м/с.

153

3. Округляют полученное значение диаметра D до ближайшего типового значения внутреннего диаметра циклона Dц (табл. 5.3).

Таблица 5.3 Типовые значения внутреннего диаметра циклона

4. Находят по выбранному диаметру циклона действительную скорость движения газа в циклоне:

p 4Q2 , м/с.Dц

Действительная скорость в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %:

100 p оп оп 15 %.

При отклонении более чем 15 % выбирают другой тип или размер циклона.

5. Производят расчет гидравлического сопротивления циклона ∆P по формуле:

P ц 2p 2t , Па,

где ωр– истинная скорость газа в циклоне, м/с;

ρt – плотность газа при соответствующей температуре, кг/м3;ц ц– коэффициент сопротивления циклона (табл. 5.2).

154

6. Рассчитывают диаметр отсекания d50 (диаметр частиц улавливаемых с эффективностью 50 % при рабочих условиях) для определения эффективности работы циклона по формуле

где dM – медианный диаметр частиц (такой размер, при котором ко-

личество (масса) частиц крупнее, равно количеству (массе) частиц мельче dM ), мкм.

Полученное значение d должно быть меньше (заданного). Если это не выполняется, то необходимо выбрать другой циклон с меньшим значением.

Далее рассчитывается параметр X:

где ч – стандартное отклонение функции распределения дисперс-

ного состава пыли.

По величине параметра X определяют значение нормальной функции распределения Ф(X). Ф(X) – это полный коэффициент

очистки газа , выраженный в долях (П2).

155

Полученное значение сопоставляют с требуемым. Если окажется меньше требуемого, то необходимо выбрать другой тип цик-

лона с меньшим значением и d50T .

5.2. Мокрые способы улавливания пыли

Мокрые пылеуловители обладают рядом важных преимуществ перед другими типами пылеуловителей. Так, мокрые аппараты являются высокоэффективными пылеуловителями способными конкурировать с фильтрационными пылеуловителями и электрофильтрами; они успешно применяются для обеспыливания высокотемпературных газов, взрыво- и пожароопасных сред, когда применение эффективных пылеуловителей другого типа невозможно или нецелесообразно. С помощью аппаратов мокрого действия можно одновременно решать задачи пылеулавливания и очистки газов от газообразных компонентов, охлаждения и увлажнения газов. Многие типы мокрых пылеуловителей (иногда их называют скрубберами) работают при высоких скоростях газа в проточной части аппарата, что делает их малогабаритными, и менее металлоемкими, чем аппараты других типов. В ряде случаев мокрые аппараты улавливания тонкодисперсных увлажненных пылей с высокими адгезионными свойствами являются единственным типом пылеуловителей.

Вместе с тем, мокрые аппараты имеют ряд недостатков, которые ограничивают области их применения. Использование мокрых аппаратов требует наличия систем шламоудаления и оборотного водоснабжения, что удорожает процесс пылеулавливания. Работа этих аппаратов сопряжена с неизбежными потерями дефицитной воды. Процессы утилизации уловленной пыли в виде шлама в большинстве случаев значительно дороже в случае процессов вторичного использования пыли, уловленной в сухом виде.

Мокрые аппараты и отводящие газоходы в большей степени подвержены коррозии, особенно при очистке агрессивных газов, требуют дополнительных мероприятий по антикоррозийной защите.

Сочетание важнейших перечисленных достоинств и недостатков мокрых аппаратов требует глубокого изучения при выборе типа пылеуловителя, условий его будущей эксплуатации, свойств пылей, параметров газов и других факторов, определяющих работоспособ-

156

ность, эффективность и экономические показатели пылеулавливающей установки.

Можно считать, что экономическая целесообразность применения ограничивается условиями их применимости:

1.Применение мокрых пылеуловителей необходимо в тех случаях, когда сухие аппараты оказываются неработоспособными или когда требуемая эффективность пылеулавливания может быть достигнута только с применением мокрого аппарата;

2.Применение мокрых пылеуловителей целесообразно в том случае, когда наряду с пылеулавливанием ставятся задачи улавливания газообразных компонентов и охлаждения газов;

3.Применение мокрых аппаратов на том или ином промышленном объекте может быть экономически обоснованным, если на данном объекте имеются системы оборотного водоснабжения и шламопереработки.

Эффективность пылеулавливания в мокрых пылеуловителях зависит от поверхности контакта газообразной и жидкой фаз, которая,

всвою очередь, зависит от вида поверхности контакта, способа ввода одной фазы в другую, способа диспергирования жидкости и т. д. По виду контактной поверхности фаз различают поверхности капель, пленки и пузырьков. В ряде аппаратов могут иметь место одновременно два вида поверхности фаз, например, в центробежных скрубберах жидкость в полости аппарата контактирует с газом в виде капель, диспергируемых форсунками и в виде пленки, стекающей по стенкам аппарата.

Гидродинамика капель, пленки и пузырьков, а также механизмы захвата частиц пыли этими видами поверхностей фаз носят достаточно сложный, разнообразный характер. Захват частиц пыли жидкой фазой осуществляется инерционным механизмом, диффузией, механизмом касания, электростатическими силами; важную роль

вэтих процессах играют термофорез, Стефановское течение молекул водяного пара, обусловленное разностью парциальных давлений

вгазе и у поверхности жидкой фазы. Наконец, важную роль играет смачиваемость пыли, поверхностное натяжение и другие факторы.

По упрощенным схемам процессов пылеулавливания считается, что в большинстве типов мокрых пылеуловителей преобладает инерционный механизм осаждения независимо от вида поверхности контакта фаз.

157

По способу действия мокрые аппараты можно разделить на следующие группы:

–полые газопромыватели;

–насадочные газопромыватели;

–барботажные и пенные аппараты;

–мокрые аппараты ударно-инерционного действия;

–мокрые аппараты центробежного действия;

–динамические газопромыватели (механические скрубберы, дезинтеграторы);

–скоростные газопромыватели.

Основные достоинства этих устройств – простота изготовления, небольшие габаритные размеры, компактность, незначительные капитальные затраты на изготовление и монтаж, высокие показатели очистки.

Преобладающее влияние инерционного механизма осаждения в мокрых пылеуловителях лежит в основе и другого метода расчета, получившего название «энергетического». Согласно этому методу при улавливании определенного вида пыли эффективность аппарата пропорциональна удельному расходу энергии и не зависит от размера и конструкции пылеуловителя. Необходимо только, чтобы конструкция мокрого пылеуловителя и условия его эксплуатации были оптимальны с точки зрения аэродинамики потока и подачи орошающей жидкости.

С учетом зависимости эффективности пылеулавливания от энергозатрат мокрые пылеуловители подразделяются на низконапорные (до 1 500 Па), средненапорные (от 1 500 до 3 000 Па) и высоконапорные (свыше 3 000 Па).

5.2.1.Полые газопромыватели

Вполых газопромывателях запыленные газы пропускаются через завесу распыленной жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями жидкости и осаждаются вместе с ними, а очищенные газы удаляютсяизаппарата.

Наиболее простым полым газопромывателем является орошаемый газоход, когда ряд форсунок или брызгал встраиваются в газоход или дымовую трубу для создания водяных завес на пути запылённого газового потока (рис. 5.10). Во избежание значительного брызгоуноса,

158

скорость газов в орошаемом газоходе принимают не более 3 м/с. Расход воды принимают в пределах от 0,1 до 0,3 л/м3. В большинстве случаев после орошаемых газоходов устанавливаются каплеуловители и снабжаются газопроводы дренажными устройствами для отвода оседающейжидкости.

Рис. 5.10. Оросительноеустройство: 1 – газоход; 2 – форсунки;

3 – дымоваятруба;

4 – шламоваятруба

Промывные камеры (рис. 5.11) сооружаются из металла, железобетона или кирпича. Внутри камеры в несколько рядов, чаще всего в шахматном порядке, размещают форсунки.

Рис. 5.11. Промывнаякамера: 1 – корпус; 2 – форсунки; 3 – перфорированныеперегородки; 4 – брызгоуловитель; 5 – вентилятор;

6 – электродвигатель; 7 –шламовая труба

159

Для повышения эффективности очистки иногда на пути движения газов в промывной камере устанавливают отбойные пластины, перфорированные листы или сетки. В конце промывной камеры устанавливают брызгоуловитель.

Размеры промывных камер выбираются так, чтобы скорость движения газов в них составляла от 1,5 до 2,5 м/с, а время пребывания газов в камере не менее 3 с. Расход воды на промывку газов составляет от 0,2 до 1,0 л/м3. Промывные камеры чаще всего применяются для очистки от пыли и увлажнения воздуха в вентиляционных установках и установках кондиционирования воздуха. Гидравлическое сопротивление промывных камер вместе с брызгоуловителям не превышает 300 – 500 Па.

5.2.2. Форсуночные скрубберы

Полые форсуночные скрубберы представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляетсяконтакт между очищаемыми газами и каплями жидкости, распыливаемой форсунками (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Полый скруббер: 1 – корпус; 2 – форсунки

160