УДК 697.94

ББК 60.550.3

К 52

Рецензенты:

кафедра «Процессы и аппараты химической технологии» Московской государственной академии тонкой химической технологий им. М.В. Ломоносова

профессор Т.Ю. Журавлева, Московский государственный открытый университет

Допущено редакционно-издательским советом МГУИЭ

К 52 Сухая очистка газов от пыли. Примеры расчета аппаратов: Учебное пос. /М.И. Клюшенкова, Л.В. Суркова, Н.А. Кузнецова; под общ. ред. М.Г. Беренгартена. – М.: МГУИЭ, 2010 – 50 с.

ISBN 978-5-9513-0184-0

Учебное пособие содержит примеры расчета трех основных аппаратов, используемых при сухой очистке газов от пыли. Раздел «Сухая очистка газов от пыли» входит в рабочие программы по изучению дисциплин «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» по направлению 280202 – «Инженерная защита окружающей среды» и «Техника защиты окружающей среды» по направлению 280201 – «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Даны рекомендации по выбору аппаратов, широко выпускаемых отечественной промышленностью, использование которых поможет решить экологическую задачу по снижению выбросов твердых веществ в атмосферу Земли.

Предназначено для аудиторной и самостоятельной работы студентов и может использоваться при выполнении курсовых и дипломных проектов.

УДК 697.94

ББК 60.550.3

ISBN 978-5-9513-0184-0

© М.И. Клюшенкова, Л.В. Суркова, Кузнецова Н.А. 2010

© МГУИЭ, 2010

Содержание

Ведение …………………………………………………… 1. Очистка газов от пыли в центробежных циклонных аппаратах ………………………………………………… 1.1. Достоинства циклонных аппаратов и их классификация . 1.2. Условия работы циклонов …………………………….. 1.3. Эффективность улавливания ………………………….. 1.4. Пример расчета и подбора стандартного батарейного циклона …………………………………………………. 1.4.1. Исходные данные для расчета ……………………… 1.4.2. Расчет батарейного циклона ………………………… 2. Очистка газов в рукавных фильтрах ………………... 2.1. Основные механизмы улавливания твердых частиц при фильтрации газа …………………………………… 2.1.1. Броуновская диффузия ……………………………… 2.1.2. Эффект касания или зацепления ……………………. 2.1.3. Инерционное осаждение …………………………… 2.2. Классификация тканевых рукавных фильтров и выбор фильтровальных тканей ………………………… 2.3. Аэродинамическое сопротивление тканевых фильтров ... 2.4. Пример расчета стандартного рукавного фильтра … 2.4.1. Исходные данные для расчета ……………………… 2.4.2. Расчет рукавного фильтра …………………………... 3. Очистка газов в электрофильтре …………………….. 3.1. Принцип действия электрофильтров …………………. 3.2. Классификация электрофильтров …………………….. 3.3. Эффективность очистки газа в электрофильтре ……... 3.4. Пример расчета электрофильтра ……………………… 3.4.1. Исходные данные для расчета ……………………… 3.4.2. Расчет электрофильтра ……………………………… 4. Библиографический список …………………………...

5 7 7 8 9 18 18 18 22 22 23 25 25 26 27 32 32 33 36 36 40 42 43 43 44 47

Основные обозначения

C – концентрация пыли в газовом потоке, г/м³;

D – коэффициент диффузии, м²/с;

d_m – средний размер частиц данной фракции, мкм;

d_вол – диаметр волокна фильтровальной ткани, мкм;

F – площадь поперечного сечения аппарата, м²;

F_ф – площадь фильтрующей поверхности, м²;

G_г – количество пыли в газовом потоке, г/сек;

n – количество фракций пыли;

P – давление газа , Па;

ΔР – гидравлическое сопротивление аппарата, Па;

T – температура газа, К;

V_г – объем отходящих газов, м³/ч;

W_г – скорость газового потока, м/с;

η_ф – фракционная эффективность очистки газового потока от пыли;

Ση – общая эффективность очистки газа от пыли в аппарате;

ρ – плотность, кг/м³;

 – время пребывания газа в аппарате, с;

μ_г – динамическая вязкость газа, Па∙с;

Ф_i – доля i-й фракции пыли (i=1,n).

Введение

В XXI веке человечество подошло к такой «черте», когда почти каждый житель планеты понимает необходимость охраны окружающей среды, где особое место занимает защита атмосферного воздуха от загрязнений, которые выбрасываются на промышленных предприятиях из стационарных источников (выхлопных труб, вентиляционных коробов, факелов и градирен). Загрязнение атмосферы осуществляется твердыми, жидкими и газообразными отходами. В данном учебном пособии рассматриваются выбросы с отходящими газами твердых веществ или пыли. Выбросы могут осуществляться непрерывно, периодически при сжигании отходов или залпом при авариях. Наибольшее количество пыли попадает в атмосферу через выхлопные трубы, перед которыми необходимо устанавливать очистные сооружения. Степень очистки отходящих газов должна соответствовать ПДВ (предельно допустимый выброс), установленному экологическими службами данного региона для конкретного предприятия.

Отходящие газы могут быть холодными, когда их температура близка к температуре окружающей среды, – это вентиляционные газы из промышленных цехов, или нагретыми – это отходящие газы печей или сушильных аппаратов. Холодные газы плохо рассеиваются в атмосфере, поэтому обычно их рекомендуют подогревать.

Твердые частицы, находящиеся в отходящих газах, условно подразделяются на:

– пыль d_m = 5 – 1000 мкм,

– дым d_m = 0,1 – 5 мкм,

– аэрозоли d_m = 0,001 – 0,1 мкм.

Такое условное деление позволяет классифицировать методы и оборудование для улавливания твердых частиц. Улавливание частиц 20–1000 мкм – грубая очистка газа от пыли, улавливание частиц менее 20 мкм до 1 мкм и менее – тонкая очистка газа, для улавливания аэрозольных частиц существуют особые методы очистки.

Сухая грубая очистка газа от пыли проводится механическими методами, где улавливание частицы ведется за счет воздействия на нее гравитационных, инерционных и центробежных сил.

Сухая тонкая очистка газа осуществляется за счет фильтрации газа через пористые перегородки. Тонкая очистка позволяет очищать газ и от аэрозольных частиц, если фильтрация газа идет в фильтрах, выполненных из ультратонких волокон.

Однако наиболее эффективно газ чистится от аэрозольных частиц в электрическом поле – это электрофильтры.

Степень очистки регламентируется предельно допустимыми концентрациями конкретного вещества в атмосфере (ПДК). Для недифференцированной пыли ПДК = 0,15 мг/м³, для пыли определенных веществ ПДК указаны в справочной литературе [9].

Для правильного проектирования аппаратов сухой очистки газов необходимо четко знать свойства твердых частиц, которые улавливаются. В первую очередь дисперсный состав, который обычно представляется в виде интегральных кривых. Большинство промышленных пылей подчиняются нормально логарифмическому закону распределения частиц по размеру. Следует отметить, что это характерно только для пылегазового потока, поступающего на первую ступень очистки газа, и не может быть использовано для расчета последующих аппаратов.

Важным параметром является плотность твердых частиц, чем она выше, тем эффективнее процесс улавливания. Необходимо учитывать адгезионные свойства частиц, т.е. склонность их к слипанию, что может привести к забиванию аппарата, абразивность частиц, их смачиваемость и гигроскопичность. Для электрофильтров важным параметром является удельное электрическое сопротивление слоя пыли, заряженность частиц и способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

В учебном пособии рассмотрены материалы по проектированию и подбору стандартного оборудования трех наиболее широко применяемых в промышленности очистки газовых выбросов аппаратов. Для грубой очистки газа от пыли используют одиночные или батарейные циклоны [3–8]. Для тонкой очистки газа – рукавные тканевые фильтры [3–8]. Для наиболее тонкой очистки газа с возможностью улавливания аэрозольных частиц рекомендованы электрофильтры [1–3, 10].