2.8 Аппараты для очистки выбросов от пыли:

Сухие пылеуловители. В сухих пылеуловителях очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными - в них при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о поверхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере. К простейшим пылеуловителям относятся пылеосадочные камеры различной конструкции (см. рис. 2.2). Эффективность их невысока, применяются они, как правило, для осаждения крупных взвешенных частиц.

Рис. 2.2 Пылеотделитeли:

а – пылеосадочная простая камера; б – пылеосадочная лабиринтовая камера; в – центробежный пылеотделитель (циклон): 1, 2 – внутренний и наружный цилиндры; 3 – конус; 4, 5 – разгрузочное и впускное отверстия

Для сухой очистки газов наиболее часто применяют центробежные обеспыливающие системы (циклоны) (рис. 2.3). Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона 1 через патрубок 2, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлении к бункеру 4. Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный газовый поток выходит из бункера через патрубок 3. Особенностью таких систем очистки является обязательная герметичность бункер, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли будут выбрасываться в атмосферу через патрубок 3.

Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубических метров в час

Преимущество циклонов – простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки – затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Мокрые пылеуловители. Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Аппараты для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов называются скрубберами.

Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы, скрубберы Вентури, аппараты ударно-инерционного, барботажного и других типов.

Большое практическое применение находят скрубберы Вентури (рис. 2.4), которые работают следующим образом. Через патрубок 4 газ подается в устройство 2, которое называется соплом Вентури. Сопло Вентури имеет конфузор (сужение), в который через форсунки 1 подается вода на орошение. В этой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума в самом узком сечении (с 10...20 до 100...150 м/с). Увеличение скорости способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла Вентури скорость потока мокрых газов уменьшается до 10...20 м/с. Этот поток подается в корпус 3, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. В верхнюю часть корпуса выходит очищенный газ, а в нижнюю попадает шлам.

Рис. 2.4 Скруббер Вентури

Полый скруббер (рис. 2.5 а) представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсунок, число которых может достигать 14...16 по сечению колонны. В насадочном скруббере (рис. 2.5 б) используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность достигается в скрубберах ударно-инерционного действия (рис. 2.6). В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. Один из вариантов такого скруббера состоит из цилиндрического кожуха 3, сливного конического бункера 9, корпуса 4 и выхлопной трубы 5 для вывода очищенного воздуха (газа).

Запыленный воздух поступает через воздуховод 6 в вертикальный стояк 7. Перед поворотом на 180° воздух ударяется о поверхность воды А – А, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее воздух проходит через решетку 1 с отверстиями. На нее же через трубу 2 подается вода, излишки которой сливаются через трубу 8 и частично через отверстия решетки 1. Между решеткой и уровнем В – В образуется водяная пена, которая затем распространяется в объеме К, заполненном короткими фарфоровыми цилиндрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме К.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от аэрозолей (в т.ч. дымовых газов) – электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана. Основной принцип работы – ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим и осадительным электродами. Напряжение к электродам подается от выпрямителя. Силовые линии направлены от осадительного электрода к коронирующему.

Загрязненные газы, попав между электродами, способны проводить электрический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число ионов растет, пока не наступит предельное насыщение и все ионы не окажутся вовлеченными в движение от одного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрицательный заряд, основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде, с которого пыль легко удаляется.

В промышленной практике используют различные конструкции с прямоугольным или круглым сечением. Осаждение частиц создаётся в поле коронного разряда постоянного тока с напряжением 10 – 15 кВ с плотностью тока в короне 0,1 – 1,0 мкА/м².

Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0,9...0,99, производительность их — до 1 млн. м³/ч. Для конструкций с увеличенным временем пребывания частиц в электростатическом поле эффективность может достигать 0,999 и выше.

Сочетание высокой эффективности, умеренного расхода энергии, высокой производительности и способности работать при высоких температурах и в агрессивных условиях объясняют широкое применение электрофильтров.

Фильтры. Широко используются для тонкой очистки газов, в т.ч. и промышленных выбросов. Фильтры используются также в средствах индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания (респираторы, противогазы).

Работа фильтров основана на фильтровании подлежащего очистке воздуха через проницаемую перегородку, на которой частицы примесей задерживаются (рис. 2.7). В общем случае в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3.

Рис. 2.7 Схема процесса фильтрования

Основные характеристики фильтров – это эффективность улавливания частиц определённого размера при заданной скорости и перепаде давления. При конструировании фильтров постоянно решается задача разработки фильтров с наименьшим сопротивлением потоку из-за необходимости снижать энергетические затраты на прокачку воздуха (загрязненного газа), а в случае СИЗ – не затруднять дыхание. Решается эта задача за счёт максимально возможного увеличения площади фильтрации (например, гофрирования фильтрующего материала). Фильтроэлемент, как правило изготавливается в виде протяжённого цилиндра, а не просто перегородки.

В фильтрах применяются фильтрующие элементы различных типов:

• в виде зернистых слоев, например гравия (неподвижные свободно насыпанные материалы) - используются для очистки от пылей механического происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации;

• гибкие пористые (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан) - широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки – малая термостойкость, низкая прочность;

• полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка) - изготавливаются из различных сталей, меди, бронзы, никеля, других металлов, могут работать в широком диапазоне температур и в агрессивных средах;

• жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы) - изготавливаются из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью.

В промышленности наиболее широко применяют тканевые рукавные фильтры (рис. 2.8). В корпусе фильтра устанавливается необходимое число рукавов, в которые подается загрязненный воздух, при этом очищенный воздух