АППАРАТУРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ И ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Очистка воздуха от пыли

Для очистки запыленных воздушных потоков перед выбросом их в атмосферу применяют следующие основные способы:

  • • осаждение под действием сил тяжести;
  • • осаждение под действием инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока;
  • • осаждение под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении потока газа;
  • • осаждение под действием электрического поля;
  • • фильтрация;
  • • мокрая очистка.

Аппараты сухой очистки от пыли

Пылеосадительные камеры. Простейшим типом газоочистительных аппаратов являются пылеосадительные камеры (рис. 3.1), в которых улавливаемые частицы удаляются из потока под действием сил тяжести. Как известно, время осаждения тем меньше, чем меньше высота отстойной камеры. С целью уменьшения времени осаждения внутри аппарата на расстоянии 400 мм или несколько больше установлены горизонтальные или наклонные перегородки, которые делят весь объем камеры на систему параллельных каналов относительно небольшой высоты.

Пылеосадительная камера

Рис. 3.1. Пылеосадительная камера:

/ — запыленный газ; II — очищенный газ; 7 — камера; 2 — перегородка

Пылеосадительные камеры имеют сравнительно большие габариты и используются для удаления наиболее крупных частиц при предварительной очистке газа.

Инерционные пылеуловители (рис. 3.2). Поток запыленного воздуха со скоростью 10—15 м/с вводится в аппарат, внутри которого установлены лопатки жалюзи), разделяющие его рабочий объем на две

Жалюзийный пылеуловитель

Рис. 3.2. Жалюзийный пылеуловитель:

/ — очищаемый газ; II — очищенный газ; III — запыленный газ; 1 — корпус; 2 —

лопатки (жалюзи)

камеры: камеру запыленного газа и камеру очищенного газа. При входе в каналы между лопатками газ резко меняет свое направление и одновременно уменьшается его скорость. По инерции частицы движутся вдоль оси аппарата и, ударяясь о жалюзи, отбрасываются в сторону, а очищенный газ проходит сквозь жалюзийную решетку и выводится из аппарата.

Остальная часть газа (около 10%), содержащая основную массу пыли, выводится через другой штуцер и обычно подвергается дополнительной очистке в циклонах. Аппараты этого типа более компактны, чем пылеосадительные камеры, однако также пригодны только для грубой очистки.

Циклоны (рис. 3.3). В циклон запыленный воздух вводится со скоростью 15—25 м/с тангенциально и получает вращательное движение. Частицы пыли под действием центробежной силы перемещаются к периферии и, достигнув стенки, направляются в бункер. Газ, совершив 1,5—3 оборота в циклоне, поворачивает вверх и выводится через центральную выхлопную трубу.

В циклоне центробежная сила зависит от скорости вращения газа, которую в первом приближении можно принять равной скорости газа во входном патрубке w.

Однако с постоянной линейной скоростью газ движется в циклоне лишь в течение первого оборота, а затем профиль скоростей перестраивается и газ приобретает постоянную угловую скорость со. Поскольку линейная и угловая скорости связаны соотношением w = со г, на периферии газ имеет большую линейную скорость.

Циклон

Рис. 3.3. Циклон:

/ — запыленный газ; II — очищенный газ; III — уловленные частицы; 1 — корпус;

2 — выхлопная труба; 3 — успокоитель; 4 — бункер; 5 — затвор

Степень очистки в циклоне сначала быстро возрастает с увеличением скорости, а затем мало изменяется. Сопротивление же при этом увеличивается пропорционально квадрату скорости. Чрезмерно большая скорость движения газа в циклоне приводит к повышению гидравлического сопротивления, уменьшению степени очистки вследствие вихреобразования и выноса уловленных частиц в поток очищенного газа.

Рукавные фильтры. Рассмотренные выше способы очистки не позволяют эффективно улавливать мелкие частицы (диаметром менее 20 мкм). Так, если КПД циклона при улавливании частиц диаметром 20 мкм составляет 90%, то частицы диаметром 10 мкм улавливаются только на 65%. Для очистки потоков от мелких частиц применяют рукавные фильтры (рис. 3.4), которые эффективно улавливают мелкие частицы и обеспечивают содержание пыли в очищенном газе менее 5 мг/м3.

Фильтр представляет собой группу параллельно соединенных цилиндрических тканевых рукавов диаметром 150—200 мм и длиной до 3 м, размещенных в корпусе аппарата. Для сохранения формы рукава имеют вшитые в них проволочные кольца. Верхние концы рукавов закрыты и подвешены к раме, соединенной со встряхивающим механизмом, установленным на крышке фильтра. Нижние концы рукавов закреплены замками на патрубках распределительной

Рукавный фильтр

Рис. 3.4. Рукавный фильтр:

  • 7 — корпус; 2 — рукава; 3 — рама для подвески рукавов; 4 — встряхивающий механизм; 5 — коллектор очищенного газа; 6,7 — клапаны; 8 — бункер; 9 — разгрузочный шнек
  • (трубной) решетки. В верхней части аппарата находятся коллектор очищенного газа и клапаны для вывода очищенного газа 6 и для подачи продувочного воздуха 7. Запыленный воздух поступает в аппарат и распределяется по отдельным рукавам.

Частицы пыли оседают на внутренней поверхности рукавов, а очищенный газ выходит из аппарата. Поверхность фильтра очищается встряхиванием рукавов и обратной продувкой.

На время продувки встряхивавающего механизма происходит автоматическое отключение рукавов от коллектора очищенного газа (клапан 6 закрывается) и открывается клапан 7, через который в аппарат подается для продувки наружный воздух. Бункер 8 для сбора пыли снабжен шнеком для выгрузки пыли и шлюзовым затвором.

Фильтрация происходит при постоянной скорости до получения определенной величины перепада давления, равной 0,015— 0,030 МПа. Скорость фильтрации зависит от плотности ткани и составляет обычно 50—200 м3/(м2 ч).

При очистке потоков, имеющих повышенную температуру (выше 100 °С), используют стеклоткань, углеродную ткань и др. При наличии химически агрессивных примесей применяют стеклоткань и различные синтетические материалы.

Недостатками рукавных фильтров для обработки больших объемов газов являются трудоемкость ухода за тканью рукавов и сравнительно большая металлоемкость. Большим достоинством этих фильтров является высокая степень очистки от тонкодисперсной пыли (до 98—99%). Очень часто для предварительной очистки от грубодисперсной пыли перед рукавным фильтром устанавливают циклон в качестве первой ступени очистки.

Электрофильтры используют для очистки запыленных потоков от наиболее мелких частиц (пыли, туманов) диаметром до 0,01 мкм. Поскольку частицы пыли обычно нейтральны, им необходимо сообщить заряд. При этом мелким частицам можно сообщить большой электрический заряд и создать благоприятные условия для их осаждения, не достижимые в поле силы тяжести или центробежной силы.

Для сообщения взвешенным в газе частицам электрического заряда газ предварительно ионизируют. С этой целью поток пропускают между двумя электродами, создающими неоднородное электрическое поле. Размеры электродов должны существенно различаться, чтобы создать значительную разность напряженностей поля. Обычно для этого один электрод выполняется в виде тонкой проволоки диаметром 1—3 мм, а второй — в виде соосного цилиндра диаметром 250—300 мм или в виде плоских параллельных пластин.

Вследствие значительной разности площадей электродов вблизи электрода малой площади возникает местный пробой газа (корона), приводящий к его ионизации. Коронирующий электрод соединен с отрицательным полюсом источника напряжения. Для воздуха критическое напряжение, при котором образуется корона, составляет около 30 кВ. Рабочее напряжение в 1,5—2,5 раза больше критического и обычно находится в пределах 40—75 кВ.

Электрофильтры работают на постоянном токе, поэтому установка для электроочистки запыленных потоков включает кроме электрофильтров подстанцию для преобразования электрического тока.

Электрофильтры с осадительными электродами из труб называются трубчатыми, а с плоскими электродами — пластинчатыми. Электроды могут быть сплошными или из металлической сетки.

Скорость движения газа в электрофильтре обычно принимают равной 0,75—1,5 м/с для трубчатых фильтров и 0,5—1,0 м/с — для пластинчатых. При таких скоростях можно достичь степени очистки, близкой к 100%. Гидравлическое сопротивление электрофильтров составляет 50—200 Па, т.е. меньше, чем циклонов и тканевых фильтров.

На рис. 3.5 представлена схема трубчатого электрофильтра. В трубчатом электрофильтре в камере 1 расположены осадительные электроды 2 высотой h = 3—6 м, выполненные из труб диаметром 150—300 мм. По осям труб натянуты коронирующие электроды 3 (диаметром 1—3 мм), которые закреплены между рамами 4 (во избежание их раскачивания). Рама 4 соединена с опорно-проходным изолятором 5. Запыленный газ входит в аппарат через распределительную решетку 6 и равномерно распределяется по трубам. Под действием электрического поля частицы пыли осаждаются на электродах 2 и периодически удаляются из аппарата.

Схема трубчатого электрофильтра

Рис. 3.5. Схема трубчатого электрофильтра:

7 — корпус; 2 — осадительный электрод; 3 — коронирующий электрод; 4 — рама; 5 — изолятор; 6 — распределительные решетки; 7 — заземление

В пластинчатом электрофильтре коронирующие электроды натянуты между параллельными поверхностями осадительных электродов, расстояние между которыми составляет 250—350 мм.

В большинстве случаев при удалении пыли с осадительных электродов применяют специальные встряхивающие механизмы (обычно ударного действия). С целью повышения производительности электрофильтра запыленный газ иногда увлажняют, так как при толстом слое пыли на электроде напряжение падает, что приводит к снижению производительности аппарата. Для нормальной работы электрофильтров необходимо следить за чистотой как осадительных, так и коронирующих электродов, ибо пыль, попавшая на корониру- ющий электрод, действует как изолятор и препятствует образованию коронного разряда.

Электрофильтры можно применять для различных рабочих условий (горячий газ, влажный газ, газ с химически активными примесями и т.п.), что делает этот вид газоочистного оборудования весьма эффективным при санитарной очистке.

На практике нашли применение и ультразвуковые газоочистительные установки, в которых для увеличения пылеулавливания используется укрупнение (коагуляция) частиц посредством воздействия на поток упругих акустических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Эти колебания вызывают вибрацию частиц пыли, в результате чего растет число их столкновений и происходит коагуляция (слипание частиц при соприкосновении друг с другом), значительно облегчающая осаждение.

Процесс коагуляции происходит при уровне акустических колебаний не менее 145—150 дБ и частоте 2—50 кГц. Скорость пылегазового потока w при этом не должна превышать величины w , опреде- „ „ „ КР _

ляемои силами сцепления в данной неоднородной системе. При

w > w агрегаты скоагулированных частиц разрушаются. Существуют также пределы концентраций дисперсной фазы С, при которой целесообразно вести коагуляцию в звуковом поле: при С < 0,2 г/м3 коагуляция не наблюдается; тогда как при С > 230 г/м3 коагуляция ухудшается вследствие затухания акустических колебаний и больших потерь звуковой энергии.

Акустическая коагуляция находит промышленное применение для предварительной очистки горячих газовых потоков и при обработке газов в условиях повышенной опасности (в горнодобывающей промышленности, металлургической, газовой, химической и др.). Запыленность производственных газовых потоков, поступающих на очистку, может составлять от 0,5 до 20 г/м3 (при дисперсности 0,5—4 мкм с преобладанием более мелкой фракции), температура газа — от 50 до 350 °С, скорость газа — 0,4—3,5 м/с, время пребывания газа в звуковом поле — от 3 до 20 с. Эффективность пылеулавливания зависит от расхода газа и времени озвучивания и достигает 96%.

На рис. 3.6 показана схема установки ультразвуковых (УЗ) сирен в аппаратах для коагуляции аэрозолей.

Схема акустических пылеуловителей для коагуляции аэрозолей

Рис. 3.6. Схема акустических пылеуловителей для коагуляции аэрозолей: а, б — различное расположение УЗ-сирены в аппарате

 
Посмотреть оригинал