Oxorona_atmosfernogo_povitria / Vetoshkun_Puloo4ustka

Таблица 5.11. Допустимые удельные нагрузки для рукавных фильтров.

Примечание: В - встряхивание, И - импульсная продувка, О - обратная продувка.

3. Еслирегенерациюпроизводят сотключениемсекций, токрабочей площади фильтрации F прибавляют величинуплощади фильтрациивнихинаходятобщуюплощадьфильтра:

101

Площадь фильтрации дополнительных секций, отключенных на регенерациюFр, м2, можно найти из соотношения:

м; τ - время отключения секций на регенерацию, с; п - количество регенераций за 1 час. При отсутствии технических данных по фильтру для регенерации обратной продувкой или встряхиванием можно оценочно прини-

мать n =1...10, τ = 2...20 с.

Для фильтров с импульсной и струйной продувкой, в которых отключение секций на регенерацию не требуется, общая площадь поверхности фильтрации Fобщ принимается равной рабочей Fф.

4. Требуемое количество секций или фильтров находят по соотноше-

где f1 - площадьоднойсекциифильтра, м2.

ВычисленноезначениеN округляютдоцелоговсторонуувеличения.

5. Находят сопротивление фильтровальной установки, потери давления в коммуникацияхивыполняютподборвентилятора.

Пример 5.2. Подобрать оборудование для очистки воздуха от пыли. Расход воздуха V = 5620 м3/ч. Начальное содержание пыли с1 = 100 мг/м3. При данной начальной концентрации пыли в воздухе можно применить одноступенчатую очистку в рукавном фильтре типа ФВ. Удельную воз-

душную нагрузку на фильтровальную ткань принимаем согласно данным табл. 5.3: q = 120м3/(м2.ч).

Необходимуюповерхностьфильтраопределяем поформуле:

Fтк = V/q =5620/120 = 46,8 м2.

Принимаем к установке фильтр ФВ-60 (поверхность фильтровальной ткани 60 м2).

Определяем действительную воздушную нагрузку на фильтровальную

ткань

q = V/F = 5620/60 = 93,7 м3/(м2 ч).

Пример 5.3. Подобрать фильтр для очистки выбросов целлюлознобумажногокомбината.

Подборирасчеты фильтравыполняемвследующемпорядке.

1. Основываясь на заданном дисперсном составе пыли (d50 = 1,1 мкм), можно уверенно предполагать, что из всех рассмотренных ранее способов фильтрация в пористой среде должна обеспечить наиболее высокую степень очистки. Большая начальная запыленность не способствует использованию тонковолокнистых фильтров. В то же время не слишком высокая температура обрабатываемых газов, отсутствие в них острых и раскаленных частиц, хими-

102

чески агрессивных веществ позволяет остановиться на тканевых фильтрах. По-видимому, было бы целесообразно рассмотреть и вариант совместной очистки от взвешенных частиц и газовых загрязнителей (H2,S, меркаптаны) посредством сорбции в зернистых фильтрах. Однако можно заранее предполагать, основываясь на характеристиках серийно выпускаемых гравийных фильтров, что степень очистки в них от пылевых загрязнений ниже, чем в тканевых.

По заданной температуре газов Т = 413 К подбираем материал фильтра - стеклоткань, которому соответствуют фильтры типа ФР-518, имеющие посекционную регенерацию обратной продувкой. Характеристики фильтра: площадь фильтровальной поверхности 518 м2, количество секций - 6, количество рукавов в секции - 72, диаметр рукава 127 мм, высота рукава 3 м, габариты фильтра (длина×ширина×высота, м) 14,5×3,7×9,5. Гидравлическое сопротивление в рабочем состоянии 1600 Па, производительность до 3,33 м3/с, удельная газоваянагрузкадо0,005 м3/(м2.с).

2. ОбщийрасходзапыленныхгазовV = 5 м3/с. Расходгазовнарегенерацию обратной продувкой примем в количестве 10% от общего расхода обрабатываемыхгазов.

Для конденсационных аэрозолей и регенерации обратной продувкой значение q = 0,0055 м3/(м2.с), что достаточно близко к справочной удельной нагрузке для фильтра ФР-518. Необходимую величину рабочей площади определим из формулы (5.10):

Fф = (5 + 0,5) / 0,005 =1100 м2.

Принимаем к установке 2 фильтра ФР-650 с общей площадью фильтрации 1300 м2.

3. Определим дополнительную площадь Fр отключаемых при регенерации секций по формуле (5.12), приняв τ = 5 c; n = 10:

Fр = 2.518.5.10 / 3600 =14,4 м2.

Общая площадь поверхности фильтрации обеспечивается двумя фильтрами ФР-650:

Fобщ =1100 +14,4 1115 м2.

4. Для определения площади фильтрации одной секции f1 воспользуемся следующими конструктивными данными: количество рукавов - 90, диаметр рукава 0,127 м, высота 3 м. Определяя площадь фильтрации одного рукава как площадь боковой поверхности цилиндра с одинаковыми диаметром и высотой, получим:

f1 = 3,14.0,127.3.90 =107,67 м2.

Требуемое число секций находим по формуле (5.13):

N =1115/107,67 =10,4 .

103

Число секций в 2 фильтрах ФР-650 составляет 12, что превосходит требуемуювеличину.

5. Принимаеммаксимальнодопустимоесопротивлениеаппарата1800 Па. При потере давления в газоходах до 500 Па дутьевым устройством для установки может служить вентилятор типа ВДН -12,5 с подачей 7 м3/с, давлением

2580 Паипотребляемоймощностью22 кВт.

6. Мокрое пылеулавливание

Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли считается достаточно простым и в то же время весьма эффективным способом обеспыливания.

Скрубберы - мокрые пылеуловители с корпусом в виде вертикальной колонны, полые или с насадкой. Через скруббер проходит запыленный поток, и в аппарат вводится жидкость.

Вмокрых скрубберах реализуется тесный, бурный контакт газа и жидкости, сопровождающийся генерацией жидких капель. Захват капель газом может привести к уносу жидкости из скруббера в перегреватель, канал, вентилятор, дымовую трубу, а затем в атмосферу. Если не принять мер к отделению захваченной потоком жидкости то это может вызвать коррозию, эрозию, забивание повреждение вентиляторов и выбросы загрязнителя.

Загрязнитель, накапливающийся в жидкости, используемой для орошения скрубберов, следует удалять из системы.

Вмокрых скрубберах, предназначенных для пылезолоулавливания, в

качестве орошающей жидкости чаще всего применяют воду. Ее расход для разных типов аппаратов может изменяться от 0,1 до 10 м3 на 1000 м3 обрабатываемых газов. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) определяется условиями процесса абсорбции.

Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ перед аппаратами других типов:

-отличаются сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

-могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм (например, скрубберы Вентури);

-могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры и электрофильтры, но и

104

использоваться в тех случаях, когда эти аппараты обычно не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгорания и взрывов очищенных газов, в качестве теплообменников смешения.

Перечисленные преимущества аппаратов мокрого пылеулавливания позволяют широко их применять в системах пылеочистки сушильных установок, особенно во вторых ступенях очистки.

Однако метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостатков:

-улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки;

-при охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаждаться в газопроводах, системах вентиляции, дымососах. Кроме того, брызгоунос приводит к безвозвратным потерям орошающей жидкости;

-в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.

Сравнение мокрой очистки с сухой показывает, что мокрая очистка имеет меньшую стоимость (без шламового хозяйства) и, как правило, является более эффективной, чем сухая. Большинство мокрых пылеуловителей может применяться для улавливания самых мелких частиц, даже менее 1 мкм.

Мокрые пылеуловители по эффективности и другим показателям не уступают рукавным фильтрам и электрофильтрам, а по ряду показателей их превосходят (возможность очистки газов с высокой температурой и повышенной влажностью, безопасность при улавливании пожаро- и взрывоопасных пылей).

В скрубберах любого типа частицы удаляют по одному или нескольким основным механизмам улавливания: гравитационной седиментации, центробежному осаждению, инерции и касанию, броуновской диффузии, термофорезу, диффузиофорезу, электростатическому осаждению. Скорость осаждения может быть увеличена благодаря укрупнению частиц вследствие агломерации и конденсационного роста.

Распознавание механизмов процессов позволяет создать рациональный метод анализа и предсказать рабочие характеристики скруббера.

Существуют следующие аппаратные механизмы процессов мокрого улавливания аэрозолей:

1)улавливание каплями жидкости, двигающимися через газ;

2)улавливание цилиндрами (обычно твердыми, типа проволок);

105

3)улавливание пленками жидкости (обычно текущими по твердым поверхностям);

4)улавливание в пузырях газа (обычно поднимающихся в жидкости);

5)улавливание при ударе газовых струй о жидкие или твердые поверхности.

В зависимости от способа организации поверхности контакта фаз и принципа действия мокрые пылеуловители можно подразделить на следующие группы:

-полые газопромыватели (полые скрубберы и др.);

-насадочные скрубберы;

-барботажные и пенные аппараты;

-аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны);

-аппараты центробежного действия;

-скоростные аппараты (СПУ Вентури).

Иногда мокрые пылеуловители подразделяются по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па (полые газопромыватели. мокрые аппараты центробежного действия). К средненапорным относятся аппараты с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па (насадочные скрубберы, тарельчатые газопромыватели, газопромыватели с подвижной насадкой). К высоконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых выше 3000 Па (аппараты ударно-инерционного действия, механические и скоростные газопромыватели).

Так как основным недостатком мокрых способов обезвреживания является необходимость обработки загрязненных стоков, образовавшихся в процессе очистки газов, то приемлемыми могут быть лишь способы с минимальным водопотреблением. До принятия решения о применении мокрого способа очистки необходимо тщательно проанализировать свойства обрабатываемых выбросов. Необходимо учитывать растворимость, реакционную способность (возможность образования взрывоопасных, коррозионно-активных веществ и вторичных загрязнителей), коррозионную активность компонентов загрязнителя и газа-носителя. Для твердых загрязнителей важны также смачиваемость, схватываемость, слипаемость, для жидких - смачиваемость, плотность, параметры фазовыхпереходов.

Для общепромышленного применения рекомендованы следующие аппараты: 1) циклоны с водяной пленкой типа ЦВП, скоростные промыватели СИОТ; 2) низконапорные скрубберы Вентури типа КМП; 3) скрубберы Вентури с кольцевым регулируемым сечением; 4) ударно-инерционные пылеуловители; 5) пенные аппараты со стабилизатором пены.

106

Степень очистки газовых выбросов в мокрых скрубберах может быть найдена только на основе эмпирических сведений по конкретным конструкциям аппаратов. Методы расчетов, нашедшие применение в практике проектирования, основаны на допущении о возможности линейной аппроксимации зависимости степени очистки от диаметра частиц в вероятностнологарифмической системе координат. Расчеты по вероятностному методу выполняются по той же схеме, что и для аппаратов сухой очистки газов, но имеют еще меньшую сходимость.

Использование метода диаметра отсекания для предсказания рабочих характеристик скруббера основано на представлении о том, что единственным и наиболее важным параметром, определяющим и трудность удаления частиц из газа и рабочие характеристики скруббера, является диаметр частиц, эффективность улавливания которых составляет 50 %, т. е. диаметр отсекания d50 . При анализе диапазона размеров общая эффектив-

ность улавливания устройства зависит от доли каждой фракции и от эффективности улавливания частиц каждого размера.

Проскок для устройств многих типов, улавливание в которых происходит по инерционному механизму, может быть выражен так:

Иногда расчеты выполняют по так называемому "энергетическому" методу, исходящему из предположения, что количество энергии, необходимое для улавливания частиц загрязнителя, пропорционально степени очистки выбросов независимо от типа очистного устройства.

В энергетических методах расчета предполагается, что зависимость фракционныхкоэффициентовзахватаотэнергозатратАможновыразитьлогарифмически нормальным законом и аппроксимировать график зависимости ε = f (A) в ве- роятностно-логарифмичской системе координат прямой (или близкой к прямой) линией.

Полному коэффициенту осаждения частиц в аппаратах придается вид экспоненциальнойфункцииэнергозатрат:

где А- удельные энергозатратынаосаждениечастицзагрязнителя, Дж/м3; В и k - эмпирические величины.

Степень очистки связывают с числом единиц переноса (параметром, характеризующим процессы в массообменных аппаратах) следующим со-

107

В табл. 6.1 приведены числа единиц переноса для некоторых значений коэффициентовочистки, вычисленныепосоотношению(6.3).

Таблица6.1. ЗависимостьчислаединицпереносаN оттребуемойстепениочисткигазовε %.

С учетом соотношения (6.3) зависимость (6.2) в расчетах обычно ис-

108

Окончание табл. 6.2

Для получения достоверных результатов требуется и очень корректный подход копределению доли энергии, затрачиваемойнепосредственно на улавливание загрязнителя. Точное теоретическое определение этой величины невозможно. В практике проведения расчетов величину А составляют из нескольких позицийэнергозатратиндивидуальнодлякаждоготипагазоочистногоустройства. Для рассмотренных конструкций газопромывателей принимают, что доля энергии, непосредственно обеспечивающая очистку газового потока, складывается изэнергиигазовогопотока, затрачиваемой насоздание газожидкостной смеси и энергии жидкого потока, затрачиваемой на диспергирование жидкости. Потери энергии на трение и местныесопротивления, возникающиепридвижениипотоков кобластиконтактафаз, должныбытьисключеныиззатратнаочистку.

Степень очистки, определенная по энергетическому методу, оказывается близкой к реальности для таких типов аппаратов, в которых осаждение загрязнителей обеспечивается преимущественно за счет одной из энергетических составляющих, а вкладом остальных составляющих допустимо пренебречь в пределах точности инженерных расчетов. Так, например, для газопромывателей с трубами Вентури, центробежныхсепараторовЦВП, скрубберовударно-инерционногодей- ствияможнобеззначительнойпогрешностипринять, чтоосаждениечастицвних происходитзасчетэнергиигазовогопотока. ПоэтомусопротивлениеэтихаппаратовпогазуможетбытьприравненоквеличинеудельныхэнергозатратАвформу-

ле(6.4).

Список перечисленных выше аппаратов может быть дополнен пенным абсорбером при условии, что в качестве удельной энергозатраты на очисткугазов принимается сопротивление не всего аппарата, а только тарелок со слоем пены (и при наличии - каплеуловителей и стабилизирующих решеток). Сопротивление же конструктивных элементов на входе и выходе пенного аппарата (отводов, тройников, расширенияисуженияпотока) учитыватьсянедолжно.

109

В насадочных скрубберах и центробежных аппаратах с форсуночным распылением жидкости следует учитывать потери энергии и газового, и жидкого потоков.

Для полых газопромывателей основные затраты энергии на очистку газов связанысраспыломорошающейжидкости. Удельныезатратыэнергиинараспыливание жидкости, при условии использования совершенных конструкций рас-

где р- давлениежидкостипередфорсункой, Па; Vж, Vг – расходыорошающейжидкостииочищаемогогаза, м3/с.

Расчеты мокрых скрубберов по энергетическому методу выполняют в следующемпорядке.

1.Порасходу, составуисвойствамвыбросов, требуемойстепениихочистки выбираютподходящийтипаппарата.

2.Из уравнения (6.3) или из таблицы 6.1 находят необходимое число единиц переноса.

3.ПринимаютзначенияВиk, используяданныетаблицы6.2, еслизаданного вида пыли нет в таблице, желательно провести поиск сведений подругимисточникам. При полном отсутствии необходимых сведений остается принимать значения В и k для сходных видов пыли, промышленного оборудования, технологическихпроцессовит.д.

4.Находят из уравнения (6.4) долю энергозатрат А, необходимую для обеспечения требуемого числа единиц переноса.

5.Распределяют найденную величину энергозатрат А между элементами аппарата, создающими контакт газов с жидкостью, учитывая их конструктивныеособенности иизбегаяшаблонности.

6.Рассчитывают сопротивления указанных элементов, приводя расходы

идругиехарактеристики потоковкусловиямобработкиваппарате.

7.Оценивают приемлемость полученных значений сопротивлений аппарата для имеющихся в наличии или намеченных к установке тягодутьевых устройств. Решение об использовании аппарата следует принимать с учетом величины материальных и энергетических затрат, количества образующихся стоковит.д.

8.Если принято решение об использовании рассматриваемого типа аппарата, определяют по величине сопротивления скорости газового потока и жидкости в соответствующих элементах, а по ним - требуемые размеры элементов.

9.Уточняют размеры элементов, принимая типовые или стандартные изделия, выписывают их характеристики и подбирают тягодутьевые устройства, насосы, другое вспомогательное оборудование; производят расчет коммуникаций.

110