Лекція 5. Очистка промислових газів від твердих включень (сепарація пилу)
Література:
1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы.- М.: Агропромиздат, 1985.- 287 с.
2. Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. Охрана окружающей среды.- М.: Высшая школа, 1991.- 319 с.
3. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Основи екології.- К.: Либідь, 2005.- 408с.
4. Корсак К.В., Плахоткін О.В. Основи сучасної еколгії.- К.: МАУП, 2004.- 340 с.
5. Лаптева А.А. Охрана и оптимизация окружающей среды.- К.: Лыбидь, 1990.- 256 с.
6. Надточій П.П., Мислива Т.М., Морозов В.В. та ін. Охорона та раціональне використання природних ресурсів і рекультивація земель.- Житомир, 2007.- 420 с.
7. Некос В.Ю. Основы общей экологии и неоэкологии.- Харьков: Прапор, 2001.- 256 с.
8. Сафронов Т.А. Екологічні основи природокористування.- Львів: Новий Світ-2000, 2004.- 248 с.
9. Сухарєв С.М., Чундак С.Ю., Сухарєв О.Ю. Технологія та охорона навколишнього середовища.- Львів: «Новий Світ-2000», 2005.- 255 с.
10. Ткачук К.Н. и др. Промышленная экология.- К.: УМКВО, 1992.- 270с.
План
1. Загальні свідчення.
2. Сепарація пилу в механічних знепилюючих пристроях.
2.1. Осаджувальні камери.
2.2. Інерційні пиловловлювачі.
2.3. Відцентрові знепилюючі пристрої.
3. Сепарація пилу в мокрих знешілюючих пристроях.
3.1. Порожнисті газопромнвачі.
3.2. Порожнисті форсуночні скрубери.
3.3. Насадкові газопромивачі.
3.4. Апарати барботажного типу та ударно-інерційної дії.
3.5. Газопромивачі відцентрової дії.
3.6. Швидкісні турбулентні пиловловлювачі.
4. Сепарація пилу за допомогою фільтруючих пристроїв.
4.1. Волокнисті фільтри.
4.2. Фільтри грубої.
4.3. Тканинні фільтри.
4.4. Зернисті фільтри.
5. Сепарація пилу в електрофільтрах.
1. Загальні свідчення.
Пил, у тому числі і нетоксичний, при потраплянні в атмосферне повітря може надавати негативного впливу на навколишнє середовище. Запобігання забруднення атмосфери твердими домішками може бути досягнуто або вдосконаленням технології виробничих процесів, або очисткою промислових викидів. Реалізація першого напрямку на сучасному етапі, в більшості випадків, пов'язана з технічними або економічними труднощами. Імовірнішим є другий напрямок вирішення проблеми забрудненості атмосфери твердими домішками - очистка промислових викидів.
Сучасні апарати знепилення газів можна поділити на чотири групи:
1) механічні знепилюючі пристрої, в яких тіл. відділяють під дією сил тяжіння,інерції та відцентрових сил;
2) гідравлічні (мокрі) апарати, в яких тверді частки вловлюють рідинами;
3) пористі фільтри, на яких осаджуються частки пилу;
4) електрофільтри, в яких пил осаджується за рахунок іонізації газу та зарядження пилинок, які наявні в ньому.
На практиці газоочисні споруди, залежно від дисперсного складу та необхідного ступеня очистки викидів, можуть мати в своєму складі декілька типів пиловловлювачів в різних комбінаціях (ступінчаста очистка газів).
2. Сепарація пилу в механічних знепилюючих пристроях.
До механічних знепилюючих пристроїв відносяться гравітаційні пристрої (осаджувальні камери), інерційні пиловловлювачі, відцентрові пристрої.
2.1. Осаджувальні камери призначені для вловлювання грубодисперсних часток розмірами > 50 мкм. В цих апаратах осадження часток пилу з газового потоку проходить під дією сил гравітації. Швидкість руху газів знижують до рівня, коли пил осідає під виливом сил гравітації. Приклад будови пилеосаджувальної камери наведений на рис. 1.
Ефективність очистки газів в пилеосаджувальнііі камері залежить від швидкості руху осаджувальних часток пилу, швидкості руху газів в камері та її геометричних розмірів. Чим більша швидкість руху часток та часїх перебування в камері, тим вища ефективність очистки газів. Ефективність роботи пплеосаджувальиих камер до частинок різного розмірувизначають за наведеною нижче формулою:
d = (18 v) / (g*L(чг, де
d – діаметр частинок пилу; - кінематична вʼязкість газу;
- висота камери; v – швидкість руху газу;
g – гравітаційне прискорення; L – довжина камери;
ч густина частинок; г – густина газу.
Рис. 1 Пилоосаджувальна камера
Пилеосаджувальні камери - це великі споруди, габаритні розміри яких визначають із співвідношення:
L*ч = *г, де
L та - відповідно довжина та висота камери, м:
ч ,г - швидкість відповідно руху часток діаметром d та руху газів в камері, м/с. Швидкість руху газів в пилеосаджу вальній камері коливається в межах 0,2-0,8 м/с. За рахунок малих швидкостей переміщення газу в камерах, створюється незначний аеродинамічний опір - 50-150 Па.
При зниженні висоти камери процес знепилення покращується, тому в деяких випадках порожнину камери розділяють полицями, які можуть проектуватись під кутом або з можливістю їх регулювання.
Пилеосаджувальні камери за рахунок великих габаритних розмірів, складності їх чистки та малої ефективності (ступінь очистки <50%) до дрібнодисперсних часток не знайшли широкого застосування. Вонн придатні тільки для попереднього знепилення газів.
2.2. Інерційні пиловловлювачі. В пиловловлювачах цього типу сепарація часток із газового потоку забезпечується дією як гравітаційних сил, так і сил інерції часток пилу, які рухаються в аерозольному потоці. Ефект сил інерції пилових часток для їх осадження в апаратах даного типу реалізується при різких змінах напрямку руху (повороті) газового потоку. За рахунок сил інерції, тверді частки вдаряються в поверхню апарату та осаджуються в бункерах. Найпростішими з пиловловлювачів інерційного тину є пилові мішки, рис. 2.
Пиловловлювачі типу пилових мішків використовуються в металургії (очистка газів доменних печей) та при виробництві сульфатної кислоти (очистка газів печей для обпалювання колчедану). При встановленні їх після доменних печей забезпечується ступінь вловлювання часток розміром понад 30 мкм до 60-85%. Швидкість повітряного потоку у вхідного патрубка пилових мішків =10 м/с. Гідравлічний опір пилових мішків складає 150-350 Па. Продуктивність цих установок - 45-580 м3/год.
Знепилений газ
Рис. 2. Інерційний пиловловлювач.
До пиловловлювачів інерційного типу належать жалюзійні пило- та попеловловліовачі, а також пнлонакопичувачі.
Принцип роботи жалюзійного пиловловлювача полягає в наступному: жалюзійна решітка розділяє газовий потік на дві частини - перша, значно знепилена і містить до 80-90% всієї газової фази, та друга, яка містить 10-20% сумарного газу з підвищеною запиленістю. Ефективність роботи жалюзійних пиловловлювачів залежить від ефективності самої решітки. Жалюзійні пиловловлювачі придатні для очистки газів з температурою до 450С, а швидкість газу на підході до решітки повинна бути від 15 до 25 м/с. Гідравлічний опір жалюзійних пиловловлювачів знаходиться в межах 100-400 Па.
2.3. Відцентрові знепилюючі пристрої. До цієї групи пристроїв належать циклони, вихрові та відцентрові ротаційні пиловловлювачі. Сепарація пилу з аерозольного потоку проходить під дією відцентрових сил на маєтки пилу, які виникають при поступово-обертальному русі газового потоку.
Найпоширенішими апаратами цієї групи є циклони, принцип роботи яких показаний на рис. 3. Циклопи складаються з двох частин: циліндричної труби та конуса, який звужується до низу. Тангенціально входячи в циклон, запилений газ рухається по спіралі всередині апарату.
Під дією відцентрових сил завислі частки відкидаються до стінок циклону і, втрачаючи швидкість, опускаються по його конічній частині. Чим вища швидкість газу в циклоні, тим вища його ефективність, і тим менші його габарити. Але із збільшенням швидкості зростає гідравлічний опір. Циклони, які випускаються промисловістю, розраховані па швидкість газового потоку на вході від 5 до 20 .м/с (номінально 15 м/с).
Ефективність відокремлення твердих часток в циклонах під дією відцентрових сил розраховують за формулою:
Рч = ((А* ч*d3*v2*r2n)/(R2n+1))*, де
А - постійний безрозмірний коефіцієнт;
ч- густина часток;
d - діаметр часток;
V - тангенціальна складова швидкості руху частинок;
г - радіус часток;
R - радіус циклону;
n - постійна, яка залежить від радіуса установки і робочої температури;
H - висота циклона.
За рахунок простоти конструкції та експлуатації, відносно невеликої вартості та втрат напору, а також високої продуктивності циклони широко використовуються в промисловості.
Основними перевагами циклонів перед іншими апаратами очистки газів від твердих часток є відсутність рухомих частин, надійна робота в широких межах температур, вловлювання пилу в сухому вигляді, можливість роботи при високих тисках, стабільність гідравлічного опору, простота виготовлення та можливість ремонту.
До недоліків циклонів можна віднести високий гідравлічний опір (1200-1500 Па) та низьку ефективність при вловлюванні часток розміром < 5 мкм.
Циклони недоцільно використовувати в установках з непостійним режимом роботи, оскільки їх ефективність змінюється при коливаннях витрат газу та нерівномірних газових потоках. Цей недолік усувається в батарейних циклонах - мультициклонах, в яких газовий потік розподіляється по підключеними паралельно циклонах, об'єднаних в одну споруду, які мають загальний ввід та відвід газів, а також збірний бункер.
Рис. 3. Циклон.
Батарейні циклони можуть бути складені з прямоточних (менш ефективні) та зворотноточних циклонних елементів. Ефективність циклонів залежить від концентрації пилу та розмірів його часток, різко знижується при зменшенні цих показників. Середня ефективність знепилення газів в циклонах складає 98%. При розмірі часток пилу 30-40 мкм, 80% -при 10 мкм та 60% - при 4-5 мкм. Циклони широко використовуються в цементній, вугільній, хімічній промисловості, металургії та інших галузях.
При проектуванні газоочисних споруд, які оснащені циклонами, передусім необхідно визначити його тип, який вибирають на основі фізико-мехаиічпих властивостей пилу, необхідного коефіцієнту очистки та габаритних розмірів споруди. З довідкової літератури знаходять оптимальну швидкість руху повітря в циклонах вибраного типу. Очікувана ефективність вловлювання пилу в циклоні розраховується за формулою:
= 0,5*[1 +Ф(х)], де
Ф(х) - таблична функція, яка визначається за даними спеціальної довідкової літератури.
Практично використовуються такі тини циклонних сепараторів:
1) горизонтальні пиловловлювачі, які працюють за принципом надання газам вихороподібного кругового руху за допомогою вертушки зі системою невідхилюваних лопат;
2) вертикальні сепаратори, які працюють за принципом подання газу зверху через горизонтально встановлену кільцеву крильчатку, яка надає газові обертового руху; тверді частинки осідають на дні, а очищений газ відводиться через центральну трубу;
3) вертикальні сепаратори з тангенціально розташованим вхідним патрубком (рис. 3). У цьому сепараторі очищувальний газ надходить збоку або знизу і набуває тангенціального руху, який виносить тверді частинки до стінок, а потім в пилезбирач;
4) ротаційні струменеві пиловловлювачі є різновидом відцентрового циклонного сепаратора, в якому вихороподібиість руху газу підсилена тангенціальним повітряним потоком. В них пил накопичується всередині повітряного середовища і під дією гравітаційних сил падає на дно пилезбирача.