Очистка воздуха от газопылевых выбросов

Параметры процесса пылеулавливания

Процесс очистки газов от твердых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется несколькими параметрами:

1. Общая эффективность очистки η

η = (с_вх – с_вых)/с_вх,

где с_вх – массовая концентрация примесей в газе до пылеуловителя;

с_вых – массовая концентрация примесей в газе после пылеуловителя.

Общая эффективность очистки η безразмерная величина, либо можно представить в %.

Задача 1

Концентрация пыли на входе в аппарат составляет 2,5 мг/м³. После очистки воздуха от пыли концентрация составляет 0,5 мг/м³. Определить общую эффективность очистки воздуха в аппарате.

Решение

η = (2,5 – 0,5)/2,5 = 0,8 или 80 %.

Задача 2

Концентрация пыли на входе в аппарат составляет 2,0 мг/м³. Общая эффективность очистки воздуха в аппарате составляет 80 %. Определить концентрацию пыли после очистки воздуха.

Решение

η = (с_вх – с_вых)/с_вх

η = 1 – с_вых/с_вх

с_вых/с_вх =1 – η

с_вых = (1 – η)хс_вх

с_вых = (1 – 0,8)х2,0 = 0,4 мг/м³

Если очистка ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки рассчитывается по следующей формуле

η = 1 – (1 – η₁)(1 – η₂)…(1 – η_n),

где η₁, η₂, η_n – эффективность очистки 1-го, 2-го и n-го аппаратов.

Задача 3

В системе последовательно соединенных аппаратов эффективность очистки 1-го аппарата составляет 60 %, 2-го 80 %, 3-го 90 %. Определить общую эффективность очистки воздуха в системе последовательно соединенных аппаратов.

Решение

η = 1 – (1 – 0,6)(1 – 0,8)(1 – 0,9)

η = 1 – 0,4·0,2·0,1 = 1 – 0,008 = 0,992 или 99,2 %

Иногда используют понятие фракционной эффективности очистки

η_i = (с_вхi – с_выхi)/с_вхi,

где с_вхi – массовая концентрация i-той фракции загрязнителя до пылеуловителя;

с_выхi – массовая концентрация i-той фракции загрязнителя после пылеуловителя.

2. Коэффициент проскока частиц через пылеуловитель К

К =с_вых/с_вх.

Коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением

К = 1 – η.

3. Медианная тонкость очистки d50

Используется при сравнительной оценке задерживающей способности пылеуловителей различных типов, кроме общей и фракционной эффективности очистки. Она определяется размерами частиц, для которых эффективность осаждения в пылеуловителе составляет 50 %.

Характеристики пылеуловителей

1. Гидравлическое сопротивление пылеуловителя Δр

Определяют как разность давлений газового потока на входе р_вх и выходе р_вых из аппарата. Величину Δр находят экспериментально или рассчитывают по формуле

Δр = р_вх – р_вых = ζρω²/2,

где ρ – плотность газа в расчетном сечении аппарата;

ω - скорость газа в расчетном сечении аппарата;

ζ – коэффициент гидравлического сопротивления.

Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление пылеуловителя изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное Δр_нач и конечное значение Δр_кон значения. При достижении Δр = Δр_кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) пылеулавливающего устройства. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров.

2. Мощность привода устройства для подачи газа к пылеуловителю N

Величина гидравлического сопротивления Δр и объемный расход Q очищаемого газа определяют мощность N привода устройства для подачи газа к пылеуловителю

N = kΔрQ/(η_мη_в),

где k – коэффициент запаса мощности;

η_м – КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору;

η_в – КПД вентилятора.

3. Производительность по очищаемому газу

Относят к общим параметрам пылеуловителей.

4. Энергоемкость

Относят к общим параметрам пылеуловителей. Определяется величиной затрат энергии на очистку 1000 м³ газа.

5. Удельная пылеёмкость пылеуловителя

Удельная пылеёмкость пылеуловителя зависит от количества пыли, которое им удерживается за период непрерывной работы между двумя очередными регенерациями. Применительно к фильтрам удельную пылеемкость оценивают как массу осадка, приходящуюся на единицу площади рабочей поверхности фильтрующего элемента. Удельную пылеемкость используют в расчетах продолжительности работы фильтра между регенерациями.

6. Скорость фильтрации ωф

При описании процессов фильтрации используют понятие скорости фильтрации ω_ф, равную отношению объемного расхода фильтруемого газа к площади фильтрования.

ω_ф = Q/F_ф.

Скорость фильтрации позволяет оценить удельную массовую пропускную способность фильтрующих материалов

М_у = ρω_ф,

где ρ – плотность фильтруемого газа.

7. Скорость в порах ωп

Для оценки скорости движения непосредственно в порах фильтроэлемента используют понятие скорость в порах.

ωп = ω_ф/П

где П – пористость фильтроматериала.

Физико-химические характеристики пылей и туманов

В процессах пылеулавливания весьма важны физико-химические характеристики пылей и туманов, а именно:

• дисперсный (фракционный) состав

Для правильного выбора пылеулавливающего аппарата необходимы сведения о дисперсном составе пылей и туманов. Под фракцией понимают массовые доли частиц, содержащихся в определенном интервале размеров частиц. Для характеристики пылей используются два параметра d₅₀ – средний размер частиц и lgσ – степень полидисперсности пыли.

Величина σ характеризует полидисперсность улавливаемой пыли

σ = d₅₀/d₁₆,

где d₅₀ – медианный диаметр частиц пыли;

d₁₆ – диаметр частиц пыли, при котором суммарная масса всех частиц, имеющих диаметр менее d₁₆, составляет 16 % от общей массы частиц пыли, поступающих в аппарат (циклон) на очистку.

По дисперсности пыли классифицированы на 5 групп:

I – очень крупнодисперсная пыль, d₅₀ > 140 мкм;

II – крупнодисперсная пыль, d₅₀ = 40-140 мкм;

III – среднедисперсная пыль, d₅₀ = 10-40 мкм;

IV – мелкодисперсная пыль, d₅₀ = 1-10 мкм;

V – очень мелкодисперсная пыль, d₅₀ < 1 мкм.

• плотность

Различают истинную и кажущуюся плотность частиц пыли, а также насыпную плотность слоя пыли. Кажущаяся плотность частицы – это отношение ее массы к объему. Для сплошных (непористых) частиц значение кажущейся плотности численно совпадает с истинной плотностью. Насыпная плотность слоя пыли равна отношению массы слоя к его объему и зависит не только от пористости частиц пыли, но и от процесса формирования пылевого слоя. Насыпная плотность слежавшейся пыли примерно в 1,2-1,5 раза больше, чем у свеженасыпанной. Насыпная плотность необходима для вычисления объема пыли в бункерах.

• адгезионные свойства

Склонность частиц пыли к слипаемости определяется ее адгезионными свойствами. Чем выше слипаемость пыли, тем больше вероятность забивания отдельных элементов пылеуловителя и накапливания пыли на газоходах. Чем мельче пыль, тем выше ее слипаемость. Все пыли IV и V групп дисперсности практически относятся к слипаемым пылям, пыли II и III групп – к среднеслипающимся, а пыли I группы – к слабослипающимся. Слипаемость пыли значительно возрастает при ее увлажнении.

• смачиваемость

Смачиваемость частиц жидкостью (водой) влияет на работу мокрых пылеуловителей.

• электрическая заряженность частиц

Электрическая заряженность частиц влияет на их поведение в пылеуловителях и газоходах.

• удельное сопротивление слоев частиц и т.д.