2.9. Подготовка выбросов перед очисткой в пылеулавливающих устройствах

Подготовка выбросов перед очисткой  один из перспективных мето­дов повышения эффективности очистки газов, так как благодаря ей ста­новится возможным применение аппаратов с меньшей удельной стоимо­стью очистки. Обычно подготовка газов к очистке от взвешенных частиц производится в следующих направлениях:

 охлаждение запыленных газов. В некоторых случаях отходящие газы имеют высокую температуру. А так как наиболее эффективные пы­леулавливающие аппараты нормально функционируют при темпе­ратуре газов до 200  300 °С, подлежащие очистки газы приходится подвергать охлаждению;

 укрупнение частиц пыли с помощью различных механизмов коагуляции;

 снижение концентрации взвешенных частиц посредством предвари­тельной очистки газов в простых неэнергоемких аппаратах;

 увлажнение запыленных газов. При этом снижается значение УЭС пыли и улучшаются свойства промежутка между коронирующим и осадительным электродами;

 подогрев газов для исключения конденсации паров воды и кислот;

 введение в газовый поток специальных добавок (аммиак, сернис­тый ангидрид), интенсифицирующих процесс пылеулавливания в электрофильтрах.

Коагуляция. Аэрозоль подвержена постоянным изменениям. При воз­действии различных сил на взвешенные частицы, движущиеся с газовым потоком, можно при определенных условиях добиться сближения частиц до их соприкосновения друг с другом, в результате чего происходит про­цесс укрупнения частиц, называемый коагуляцией (агрегатированием, аг­ломерацией) взвешенных частиц. Увеличение среднего размера частиц за счет слипания мелких частиц с образованием крупных агрегатов значи­тельно облегчает последующее их осаждение в газоочистных аппаратах.

Коагуляция (от лат. coagulatio  свертывание, сгущение)  сцепление частиц дисперсной фазы при их столкновениях в процессе броуновского движения, перемешивании или направленном перемещении в силовом (напр., электрическом) поле, введение коагулянтов. Коагуляция играет важную роль при очистке природных и сточных вод, извлечении ценных продуктов из отходов производства, выделении каучука из латекса, получении пищевых продуктов.

Коагуляция взвешенных частиц может происходить за счет броуновс­кого движения (тепловая коагуляция), а также под действием гидродина­мических, гравитационных, акустических, электрических и других сил. Параллельно с процессом образования агломератов происходит процесс разрушения образовавшихся укрупненных частиц.

Коагуляция происходит тем интенсивнее, чем больше вероятность столкновения аэрозольных частиц. Мелкие частицы больше повержены коагуляции, чем крупные. Ускоряется также процесс коагуляции при по­вышении концентрации пылевых частиц в газовой среде.

Тепловая (броуновская) коагуляция. В основе броуновской коагуляции лежит хаотическое, беспорядочное движение весьма малых частиц  до 0,1 мкм. Процесс тепловой коагуляции мало зависит от природы пыле­вых частиц.

Броуновская диффузия играет существенную роль в начальный момент образования мелких частик, так как способствует практически мгновенно­му укрупнению частиц. Именно благодаря броуновской коагуляции дис­персный состав пыли в технологических газах, поступающих на газоочис­тку, практически всегда характеризуется большей крупностью частиц, чем в момент их образования в реакторе (источнике пылеобразования).

Градиентная коагуляция. При наличии поперечного градиента скорос­ти газов в потоке происходит градиентная коагуляция. В качестве приме­ра можно привести течение газов у твердой стенки, В соответствии с зако­нами гидродинамики, частица, находящаяся ближе к стенке, движется с меньшей скоростью, чем частица, расположенная дальше от нее. Если при этом расстояние между ними меньше суммы их размеров, то частицы дол­жны встретиться.

Действие градиентной коагуляции ограничивается в основном при­стенным слоем при турбулентном движении газового потока. Поэтому она играет существенную роль при движении потока по длинным трубам или при развитой поверхности контакта.

Турбулентная коагуляция. Скорость коагуляции частиц в дисперсной среде может быть искусственно повышена путем турбулизации аэрозоля. Вихревое движение среды, возникающее вследствие турбулизации, уве­личивает вероятность столкновения частиц, и следовательно, укрупнения частиц.

При турбулентном движении решающую роль в столкновении частиц играют турбулентные пульсации. В турбулентном потоке возможны два механизма коагуляции. Первый из них имеет место при полном увеличе­нии частиц турбулентными пульсациями. Этот механизм преимуществен­но наблюдается при плотности частиц, мало отличающейся от плотности потока. В случае аэрозольных частиц, плотность которых примерно в 10³ раз больше плотности газов, полного увеличения частиц не происходит. Поэтому для аэрозольных частиц этот механизм имеет второстепенное зна­чение. Наибольший коагуляционный эффект в турбулентном газопылевом потоке осуществляется благодаря второму механизму, получившем название «механизм ускорения».

Коагуляция за счет механизма ускорения осуществляется благодаря различию в плотности газового потока и частиц аэрозоля. Скорости, при­обретаемые частицами, зависят от их массы и имеют существенное разли­чие в полидисперсных системах. Благодаря различию в скоростях движе­ния частиц и происходят встречи этих частиц, которые сопровождаются их коагуляцией.

Механизм ускорений преобладает у крупных частиц.

Турбулентное движение сильнее искажает линии тока мелких частиц аэрозоля, движущихся мимо более крупной частицы, чем инерционные силы. Поэтому в случае турбулентной коагуляции каждое столкновение, рассчитанное на основе прямолинейных траекторий, приводит к коагуля­ции.

Кинематическая коагуляция. Процесс кинематической коагуляции про­исходит при относительном движении частиц различного размера под дей­ствием внешних сил  сил гравитации, центробежных сил и т. д. Частицы различного размера двигаются с различными скоростям и. Вследствие этого происходит их столкновение и укрупнение. Наиболее распространенный пример кинематической коагуляции  осаждение частиц на каплях, па­дающих под действием силы тяжести (гравитационная коагуляция). Ки­нематическая коагуляция происходит также при встречном движении рас­пыленной золы и аэрозоля в мокрых пылеуловителях.

Акустическая коагуляция. При воздействии звуковых и ультразвуковых волн на промышленные газы, содержащие взвешенные частицы, можно при определенных условиях добиться такого колебательного движения частиц, при котором значительно увеличивается столкновение частиц друг с другом, в результате чего частицы слипаются, образуя крупные агрегаты (коагулируют), что значительно облегчает последующую очистку газов в газоочистных аппаратах.

На взвешенные в газах частицы при воздействии акустических колеба­ний действуют три основных фактора: совместное колебание частиц и газо­вой среды, динамические силы между соседними частицами и давление акустической радиации.

Обычно в загрязненном потоке имеются взвешенные частицы различ­ного диаметра, поэтому в акустическом поле частицы колеблются с раз­ными фазами и разными амплитудами.

Воздействие акустических волн на промышленные газы приводит к уве­личению числа столкновений между взвешенными частицами, в резуль­тате чего происходит коагуляция частиц.

Электрическая коагуляции (электрокоагуляция). Во многих случаях взве­шенные в газах частицы, в зависимости от происхождения и химического со­става, несут на себе положительный или отрицательный электрический за­ряд.

Пыли заряжаются в процессах дробления или распыления материала, при трении или контакте с поверхностью оборудования и коммуникаций, движении через раскаленную среду (зарядка ионами и в результате термо­ионной или фотоэлектрической эмиссии электронов).

Дымы заряжаются при движении через раскаленные среды в результате ионизации в пламени, термоэлектронной и фотоэлектрической эмиссии электронов.

Туманы заряжаются в результате распыления, при барботировании га­зов через жидкости. Кроме того, взвешенные частицы могут заряжаться в результате химических реакций, под действием рентгеновского излучения, электрической индукции.

Этот естественный электрический заряд взвешенных частиц называ­ется трибозарядом.

Охлаждение газов. При подготовке газов к очистке применяются оба основных метода охлаждения газов: поверхностное и охлаждение путем непосредственного ввода охлаждающей среды в газовый поток (охлажде­ние смешением). Выбор метода охлаждения определяется условиями тех­нологического процесса, применяемым способом очистки и количеством газов.

Поверхностное охлаждение обычно осуществляется в тепло­обменниках рекуперативного типа: котлах-утилизаторах и по­верхностных теплообменниках (кулерах). Регенеративные тепло­обменники почти не нашли при­менения в газоочистной технике.

Котлы-утилизаторы исполь­зуются, когда имеется возмож­ность использовать тепло охлаждаемых газов. Это наиболее оптимальный вариант.

В поверхностных теплообменниках тепло переходит в более холодную среду через стенку газопроводов, которая должна иметь развитую поверх­ность.

В аппаратах смешения два тепловых агента непосредственно контакти­руют друг с другом. Существуют два вида таких устройств:

 аппараты, в которых в качестве тепловоспринимающего агента ис­пользуется атмосферный воздух;

 аппараты, в которых технологические газы контактируют с жидко­стью. К аппаратам этого вида относится большинство мокрых пы­леуловителей: полые скрубберы; насадочные скрубберы; барботажные и тарельчатые скрубберы; скрубберы с подвижной насадкой; трубы Вентури.