Очистка газообразных выбросов от аэрозолей

Существуют пенные пылеуловители с провальной (а) и переливной (б) решетками. В первом из них жидкость как бы «проваливается» сквозь отверстия в решетке, через которые по­ступает очищенный поток. Аппараты с переливными решетками могут работать со свободным сливом пены через сливной порог. Для эффективной работы аппаратов как с провальными, так и переливными решетками важно, чтобы жидкость и газ равномерно распределялись по поверхности решеток.

В пенных аппаратах с переливными решетками расходуется примерно в три раза меньше жидкости и допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстия вода смывает осадок с решеток.

Необходимо отметить, что при скорости газа более 1,0—1,2 м/с в пенных аппаратах возможен сильный унос капель воды. Поэтому в сечении аппарата над слоем пены должен быть установлен каплеуловитель. Последними исследованиями в области совершенствования пенных аппаратов было установлено, что над основной решеткой должен быть расположен специальный выпрямитель высотой 60 мм в виде сот с ячейками (35х35 мм). Соты выравнивают слой пены по всей площади решетки и позволяют увеличить скорость газа в сечении корпуса аппарата до 3 м/с.

В целях интенсификации массо- и теплообменных процессов в последние годы получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластические масс.

В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной решеткой помещается слой полых шаров. Эти аппараты успешно применяли для мокрого обеспыливания газов в процессах, сопровождающихся образованием взвесей и осадков, когда другие аппараты оказывались непригодными.

При гидравлическом сопротивлении от 1500 до 2000 Па в аппарате с псевдоожиженной шаровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.

Пенные пылеуловители ЛТИ используют для тонкой очистки технологических, дымовых и выхлопных газов, а также вентиляционного воздуха от пыли, туманов и других загрязнений, обеспечивая более высокую степень очистки по сравнению с мокрыми пылеуловителями другие типов.

3.8.3. Аппараты ударно-инерционного типа

Мокрые газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.

Мокрый ударно-инерционный пылеуловитель представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 180°) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы натравляются в выходной газопровод. Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла.

Среди мокрых пылеуловителей ударного действия можно выделить еще два наиболее распространенных в промышленности аппарата: статический пылеуловитель ПВМ, типа ротоклон и скруббер ударного действия (скруббер Дойля).

Производительность промышленных ротоклонов составляет от 2500 до 90000 м³ /ч. Эксплуатационным достоинством ротоклонов является возможность изменения производительности (в пределах 25% от номинальной) без заметного снижения эффективности. Институтом Гипротяжмаш был разработан пылеуловитель производительностью до 40000 м³ /ч. Он оборудован устройством для автоматической водоподпитки и поддержания уровня воды в аппарате. Аппарат показал хорошие результаты по эффективности очистки аспирационного воздуха и рекомендован к применению для очистки вентиляционных выбросов от неслипающихся и нецементирующихся пылей.

В скруббер Дойля газ на очистку поступает через трубы, в нижней части которых установлены конусы, увеличивающие скорость газовых потоков (до 35—55 м/с). С этой скоростью газовый поток ударяется о поверхности жидкости, создавая завесу из капель. Уровень жидкости в скруббере на 2—3 мм ниже кромки газоподводящей трубы, а гидравлическое сопротивление составляет 1500 Па. Техническая характеристика скруббера Дойля приведена в табл. 11

Таблица 11.

Техническая характеристика скруббера Дойля

3.8.4. Аппараты центробежного типа.

Принцип использования центробежной силы для улавливания пыли, широко используемый в циклонах, нашел применение и в аппаратах мокрой очистки. Вращение газового потока в аппаратах центробежного типа осуществляется с помощью специальных направляющих лопаток либо путем тангенциального подвода газа. Орошение аппаратов осуществляют форсунками, установленными в центральной части аппарата или вдоль его стенок.

Над форсунками предусматривается свободная от орошения зона, которая служит для сепарации капельной жидкости. Наибольшее применение в промышленности получили центробежные скрубберы с тангенциальным подводом газов.

Пылеуловитель с водяной пленкой (ПВП) рассчитан на очистку запыленного вентиляционного воздуха от любых видов неслеживающейся пыли. Корпус такого циклона представляет собой цилиндр, в нижней части которого тангенциально закреплен патрубок для подвода запыленного газа. Внутренняя стенка циклона орошается водой, стекающей по ней в виде пленки.

Если содержание пыли превышает 2 г/м³ , перед циклоном с водяной пленкой рекомендуется устанавливать первую ступень очистки в виде сухого циклона или другого инерционного пылеотделителя. Циклоны ЦВП не применяют для очистки агрессивных газов.

Центробежный скруббер ВТИ предназначен для очистки дымовых газов от золы. Аппарат можно применять для очистки дымовых газов при сжигании твердого топлива с содержанием серы не более 1% и температуре поступающих на очистку газов не выше 200 °С. Скруббер ВТИ состоит из стального цилиндра с коническим днищем, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора. Входной патрубок аппарата приваривается тангенциально к внутренней поверхности.

Степень очистки газов в скруббере ВТИ достигает 90% и не зависит от смачиваемости пыли, изменения плотности орошения (в пределах от 0,06 до 0,14 кг/м³ ) и концентрации пыли в газах (до 20 г/м³ ). Техническая характеристика центробежных скрубберов приведена в табл. 12.

Таблица 12.

Техническая характеристика центробежных скрубберов ВТИ

3.8.5. Скруббер Вентури

Скруббер Вентури является наиболее распространенным аппаратом этого класса. Его выполняют в виде трубы, имеющей плавное сужение на входе (конфузор) и плавное расширение на выходе (диффузор). Наиболее узкая часть трубы Вентури называется горловиной. В конфузор на некотором расстоянии от горловины с помощью форсунок подводится жидкость. Запыленный поток с большой скоростью проходит через горловину и входит в диффузор. В процессе истечения газа через горловину происходит тесный контакт между газом и жидкостью. Процесс очистки газа в аппарате можно рассматривать как фильтрование газа через объемный фильтр, состоящий из мельчайших капелек; образующихся при дроблении жидкости.

При очистке горячего влажного газа повышению эффективности процесса способствует охлаждение газа ниже точки росы и выделение сконденсированной влаги. При движении газа через диффузорный участок трубы скорость потока снижается, в результате происходит агрегация мелких капель. Для их улавливания за трубой Вентури обычно устанавливают циклоны или другие аппараты подобного типа. |

По конструкции разные типы турбулентных промывателей отличаются конфигурацией поперечного сечения трубы-распылителя (круглое, прямоугольное), местом подачи орошающей жидкости (в конфузор или горловину) и конструкцией каплеуловителя.

Эффективность улавливания пыли в скрубберах Вентури увеличивается с ростом скорости газов в горловине и плотности орошения. Оптимальное соотношение между скоростью газов в горловине трубы и плотностью орошения определяют для каждого вида пыли, оно зависит от ее дисперсного состава. Так, при улавливании частиц пыли, размеры которых меньше 0,1 мкм, большое значение приобретает продолжительность контакта запыленных газов с поверхностью диспергированной жидкости. В этом случае повышение эффективности может быть достигнута при снижении скорости газов до 50 м/с и увеличении плотности орошения до 3,5 л/м³ газа.

В зависимости от способа подвода орошающей жидкости можно различать основные типы аппаратов с центральным подводом жидкости в конфузор, с периферийным орошением (в конфузоре или в горловине), с пленочным орошением, с бесфорсуночным и форсуночным орошением.

3.8.6. Электрические фильтры

Одним из наиболее совершенных способов очистки промышленных газов от пыли и туманов является электрическая очистка в электрофильтрах.

Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность установок электрической очистки газов достигает 99%, а в ряде случаев и 99,9%. Такие фильтры способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м³ и выше.

Промышленные электрофильтры широко применяют в диапазоне температур до 400—450°С и более, а также в условиях воздействия коррозийных сред.

Электрофильтры могут работать при разрежении и под давлением очищаемых газов. Они отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами, однако капитальные затраты на сооружение электрофильтров довольно высоки, так как эти аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также снабжаются специальными агрегатами для электропитания. При этом с уменьшением производительности установок по газу удельные капитальные затраты сильно возрастают.

Преимущественной областью применения электрофильтров с точки зрения экономической целесообразности является очистка больших объемов газа.

К недостаткам электрофильтров наряду с их высокой стоимостью следует отнести высокую чувствительность процесса электрической очистки газов к отклонениям от заданного технологического режима, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования.

Иногда свойства газопылевого потока являются серьезным препятствием для осуществления процесса электрогазоочистки (например, при высоком удельном электрическом сопротивлении пыли или когда очищаемый газ представляет собой взрывоопасную смесь).

Улавливание пыли в электрофильтрах основано на известной способности разноименно заряженных тел притягиваться друг к другу. Пылевидным частицам сначала сообщается электрический заряд, после чего они осаждаются на противоположно заряженном электроде.

Когда в межэлектродном пространстве проходит газ со взвешенными пылевидными частицами, ионы газа адсорбируются на поверхности пылинок, вследствие чего пылинки заряжаются и приобретают способность перемещаться под воздействием электрического поля к осадительным электродам. Осевшую на электродах пыль периодически удаляют. Таким образом, электрогазоочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевидных частиц, транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и уда­ление ее в пылесборные бункеры.

С увеличением напряженности электрического поля и величины заряда, получаемого частицами, скорость движения заряженных частиц к электроду возрастает. Электрофильтр будет тем лучше улавливать пыль, чем больше его длина, выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате.

Различные конструкции электрофильтров отличаются направлением хода газов (вертикальные, горизонтальные), формой осадительных электродов (пластинчатые, С-образные, трубчатые, шестигранные), формой коронирующих электродов (игольчатые, круглого или штыкового сечения), числом параллельно работающих секций (одно- и многосекционные). Электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые.

В сухих электрофильтрах обычно улавливаются твердые частицы, которые удаляются с электродов встряхиванием. Очищаемый в сухом электрофильтре газ должен иметь температуру, превышающую точку росы, во избежание конденсации влаги, появление которой может вызвать коррозию аппарата.

В мокрых электрофильтрах можно улавливать твердые и жидкие частицы, смываемые с поверхности электродов орошающей жидкостью (обычно водой). Температура газа, поступающего в мокрый электрофильтр, должна быть близкой к точке росы или равна ей. Если жидкие частицы самостоятельно стекают с электродов по мере их накопления, то мокрые электрофильтры могут не иметь специальных устройств для промывания.

Существуют два основных типа осадительных электродов - пластинчатые и трубчатые. Пластинчатые электроды используются, как в горизонтальных, так и в вертикальных электрофильтрах, а трубчатые — только в вертикальных. Трубчатые осадительные электроды предпочтительнее пластинчатых вследствие лучших характеристик электрического поля. Однако обеспечить хорошее встряхивание трубчатых электродов сложно, и поэтому их редко применяют в сухих электрофильтрах и довольно широко в мокрых.

Приложение

Расчеты пылеулавливающего оборудования

1. Расчет скоростного пылеуловителя

При расчете скоростного пылеуловителя определяют размеры, гидравлическое сопротивление, эффективность турбулентного промывателя.

Режим работы трубы – коагулятора (скорость газа в сечении горловины и удельный расход воды) выбирают в зависимости от характеристики пыли и ее дисперсного состава, а также от требуемой эффективности очистки газа.

Расчет эффективности работы скруббера Вентури может быть осуществлен на основании данных фракционной степени очистки газов и при помощи энергетической теории мокрого пылеулавливания. Суть энергетической теории мокрого пылеулавливания, основанной на законе сохранения энергии, заключается в следующем.

Эффективность любого мокрого аппарата газоочистки при улавливании определенного вида пыли зависит только от потери давления и не зависит от размера и конструкции пылеуловителя. В общий расход энергии на очистку газа включается как энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления при проходе запыленного газа через аппарат, так и расходуемая на распыление воды.

Затрату энергии на мокрую очистку газа от пыли без учета энергии, расходуемой на создание движения газа, определяют выражением

где К_т - удельная энергия соприкосновения, затрачиваемая на очистку в мокром пылеуловителе 1000м^3 газов, кДж;

Δp_ап - гидравлическое сопротивление аппарата, Н/мІ;

р_ж - давление распыливаемой жидкости, Н/мІ;

V_ж, V_г - расход соответственно жидкости и газа, мі/с.

Первое слагаемое в выражении (1) характеризует степень турбулизации газо-жидкостного потока в аппарате, второе – качество диспергирования жидкости. Их влияние на величину зависит от типа аппаратов. Например, в скруббере Вентури оснсвное влияние оказывает гидравлическое сопротивление аппарата. Зависимость между степенью очистки газа и затратами энергии выражают формулой

где B, ? - константы, определяемые видом и дисперсным составом пыли и не зависящие от типа и размеров мокрого пылеуловителя.

Таблица 1

Параметры B и c для некоторых пылей