Відповідно до ГОСТ 12.2.043-80 пилеуловлювальне обладнання в залежності від способу відділення пилу від газовоздушного потоку ділиться на сухе, коли частинки пилу осажен-даються на суху поверхню, і мокре, коли відділення частинок пилу виробляється з використанням рідин.
Пилеуловлювальне обладнання за принципом дії підрозділами-ється на групи, а за конструктивними особливостями на види, які представлені в табл.
Вибір типу пиловловлювача обумовлений ступенем запиленості газу дисперсністю часток і вимогами до ступеня його очищення.
У гравітаційному обладнанні відділення зважених часток від газу здійснюється переважно під дією сили тяжіння. Пристрої для гравітаційної очищення прості за конструкцією, але придатні головним чином для грубої попередньої очистки газів.
Сухі механічні знепилюючі апарати. До таких апаратів відносяться пилеосадітельние камери, циклони, пористі фільтри. Застосування того чи іншого апарату обумовлюється властивостями і групою дисперсності пилу:
I - дуже крупнодисперсная пил, d50> 140 мкм,
II- крупнодисперсная пил, d50 = 40 - 140 мкм,
III- Середньодисперсні пил, d50 = 10 - 40 мкм,
IU- дрібнодисперсний пил, d50 = 1 - 10 мкм,
U- дуже дрібнодисперсний пил, d50 <1 мкм.
d50 - середнє значення ефективного діаметра 50 частинок пилу.
Пилеосадітельние камери і циклони великої пропускної здатності застосовують для уловлювання пилу першої і другої груп (крупнодісперсной), тканинні фільтри - для уловлювання пилу третьої і четвертої груп (середньо- і дрібнодисперсного), електрофільтри ефективні для уловлювання пилу п'ятої групи (дуже дрібнодисперсного).
Пилеосадітельние камери. Апарат цього типу являє собою порожнистий або з горизонтальними полками у внутрішній порожнині короб, в нижній частині якого є бункер для збору пилу (рис.1). Потік запиленого газу вводиться в камеру через отвір порівняно невеликого діаметра, але при цьому газ повинен полность заповнювати поперечний переріз камери. Для дотримання цієї умови в конструкції камери передбачаються спеціальні пристрої (полки, перегородки). Забруднене пилом газ (1) пропускається через камеру зі швидкістю 0,2 - 1,5 м / с, частинки пилу осідають під дією сили тяжіння в нижній частині апарату. Ступінь очищення газу в камерах не перевищує 40 - 50%.
Рис.1. пилеосадітельная камера
Обеспиленним газ (2) виводиться з камери і далі або викидається в атмосферу, або подається в інші апарати для більш глибокого очищення.
Циклони різних типів отримали широке застосування для сухого очищення газів. Це механічні знепилюючі пристрої, в яких очищення газу заснована на використанні інерційних властивостей частинок пилу. Циклони є найбільш характерними представниками сухих інерційних пиловловлювачів. Вони, як правило, мають просту конструкцію, мають великий пропускною спроможністю і нескладні в експлуатації. Загальна схема однієї з конструкцій циклону представлена на рис.3. Запилений повітря вводиться тангенціально в верхню частина циклону. Тут формується обертовий потік, який потім опускається по кільцевому простору, утвореного циліндричною частиною циклону і вихлопною трубою. Продовжуючи обертатися, повітряний потік виходить з циклону через вихлопну трубу. Відділення забруднень відбувається наступним чином. При вході в циклон частки дисперсної фази по інерції рухаються прямолінійно. Потім відцентрові сили викривляють траєкторію їх руху. Ті з частинок, маса яких досить велика, досягають стінок циклону, під дією сили тяжіння опускаються в нижню частину апарата, далі через пилевипускное отвір проходять в бункер. де і осідають.
Для очищення великих обсягів повітря циклони можуть компонуватись в групи. об'єднані загальним пилозбірником і колектором очищеного повітря.
Фільтри з пористими перегородками різних типів широко використовують для очищення забруднених газових викидів. Процес фільтрування полягає в пропущенні аеродісперсние системи (газу, забрудненого пилом або частками аерозолів) через пористий матеріал фільтру. Частинки дисперсної фази, розміри яких перевищують діаметр пір фільтрувального матеріалу, відокремлюються від газового потоку. У промисловості використовуються фільтри різних конструкцій з різними елементами, що фільтрують. За типом фільтрувальної перегородки фільтри бувають:
1) з зернистими нерухомими шарами, що складаються з вільно насипаних зернистих матеріалів;
2) з зернистими псевдозріджених шарами;
3) з гнучкими пористими перегородками з тканини, повсті, полімерних матеріалів, губчастої гуми і т.п .;
4) з напівжорсткими пористими перегородками з в'язаній і тканої сітки, стружки;
5) з жорсткими пористими перегородками з пористої кераміки, пористих металів і інших подібних матеріалів.
Фільтруючі зернисті шари використовують для очищення газів від крупнодисперсних частинок забруднень. Для очищення газів від пилу механічного походження (від дробарок, сушарок, млинів) часто використовують фільтри з гравію.
Для тонкого очищення газів від аерозолів і дрібнодисперсного пилу застосовують повсть з синтетичних волокон (лавсану, ПВХ, капрону). Добрими фільтруючими властивостями володіють бавовняні і вовняні тканини, але вони менш міцні і хімічно стійки, ніж синтетичні. Дротові сітки, виготовлені зі спеціальних марок сталей, міді, латуні, бронзи, нікелю можуть працювати в широкому інтервалі температур (0 ° С - 800оС), в хімічно агресивних середовищах. Фільтруючі елементи з пористої кераміки, пористих металів мають високу міцність, корозійну і термостійкістю.
Рис.3. Схема фільтра з пористим, що фільтрує.
Конструкційне оформлення газових фільтрів може бути різним. Найбільшого поширення набули рукавні фільтри. Потік забрудненого газу проходить через фільтруючі тканини рукава, пил затримується на внутрішній поверхні рукавів. Відділення пилу і регенерація фільтрів може проводитися одним з таких методів: механічним струшуванням, зворотної продувкою повітрям, імпульсної продувкою стисненим повітрям. Головним достоїнством рукавних фільтрів є висока ефективність очищення для всіх розмірів частинок.
Електрофільтри. В основі роботи електрофільтру лежить явище електризації зважених в газі частинок дисперсної фази з наступним осадженням їх на електроді з зарядом, протилежним за знаком заряду частинок забруднень (осадітельного електроді). За конструкцією електрофільтри поділяють на трубчасті і пластинчасті. У трубчастих електрофільтрах забруднене газ пропускається по вертикальних трубах діаметром 20 - 25 см, по центру яких натягнутий дріт. Швидкість руху газу в трубці становить 0,5 - 2 м / с. Газ знаходиться в трубці 6 - 8 с. Постійний струм напругою 50 - 100 кВ подається на електроди. Електродами є стінки трубки (осадітельного електрод) і дріт (каронирующий електрод).
Рис.4. Схема елемента трубчастого електрофільтра.
У пластинчастих електрофільтрах осадітельного електродами є платівки, між якими натягнута дріт - коронирующий електрод. Для збільшення ступеня очищення електроди можуть змочувати водою. В такому випадку електрофільтр буде ставитися до мокрих.
Процес очищення газу від частинок пилу відбувається наступним чином. Молекули газів повітря, що проходить в просторі між двома електродами (рис.5), при певній напруженості електричного поля між електродами ионизируются. Утворені іони рухаються до відповідного електроду (стінці трубки), стикаються при русі з частинками пилу (або рідкими частками аерозолю), передають їм свій заряд - іонізують частки. Далі заряджені частинки пилу рухаються до електрода з протилежним за знаком зарядом (до стінки трубки), осідають на поверхні цього електрода. Очищений газ виводиться з трубки. Накопичення на поверхні осадітельного електрода шар пилу періодично видаляють сухим (вібрація) або мокрим (відмивання) способом. Пил збирається в бункера у вигляді сухого порошку або у вигляді пульпи (суспензії) в нижній частині апарату. Електрофільтри застосовують для тонкого очищення газів від частинок аерозолів. Вибір тієї чи іншої конструкції електрофільтру визначається умовами роботи: складом і властивостями газів, що очищаються, необхідної ефективністю очищення.
Мокрі пилоуловлювальні апарати працюють за принципом уловлювання частинок пилу поверхнею або об'ємом рідини (води). Ці апарати характеризуються високим ступенем очищення від дрібнодисперсного пилу. З їх допомогою можна очищати від пилу гарячі і вибухонебезпечні гази. Ефективність роботи апаратів мокрого очищення залежить від змочуваності пилу, площі дотику запиленого потоку газу з поверхню рідини. Якщо пил погано змочується водою, то в воду додають поверхнево активні речовини (ПАР). Для збільшення поверхні контакту до апаратів мокрого очищення вводять спеціальні насадки з матеріалів інертних по відношенню до води і забруднень (в промивних вежах) або воду розпилюють за допомогою форсунок (форсункові скрубери). На рис.6 наведені схеми двох апаратів мокрого очищення - промивної башти (А) і форсуночного скруббера (Б). Промивна вежа є найпростішим апаратом мокрого очищення газів від пилу. Вона являє собою колону, заповнену кільцями Рашига або будь-яким іншим інертним матеріалом.
Рис.5. Схема апаратів мокрого очищення газів.
Промивну воду і запилений газовий потік подаються в колону противотоком. У міру просування газового потоку від низу до верху колони пил захоплюється водною поверхнею, вода забруднюється твердими частинками, розчинними речовинами і у вигляді шламу виводиться з нижньої частини колони.
У форсункових скрубберах запилений газовий потік подається через патрубок в нижній частині скрубера і направляється на дзеркало води, де відокремлюються найбільші частки пилу. Далі газовий потік, що містить дрібнодисперсний пил, розподіляється по всьому перетину апарату, піднімається вгору назустріч потоку крапель води, що подаються через форсункові пояса. У міру просування газового потоку від низу до верху апарату пил захоплюється краплями води, опускається в нижню частину апарату і виводиться у вигляді шламу.
До недоліків мокрого пилоуловлюючих апаратів відносяться: освіта шламу, що вимагає додаткових спеціальних систем для його переробки; винос в атмосферу водяної пари; підвищена корозія апаратів і газоходів; погіршення умов розсіювання забруднень через заводські труби.
Наибо-леї простими є пилеосадітельние камери Вони застосовуються в ос-новному для попереднього очищення газів від великої пилу (з розміром годину-тиц 100 мкм і більше) і одночасно для охолодження газу. Камера представля-ет собою порожнистий або з полками короб прямокутного перерізу з бункером внизу для збору пилу. Площа перетину камери значно більше пло-щади підвідних газоходів, внаслідок чого газовий потік рухається в камері уповільнено - близько 0,5 м / с і пил осідає (рис. 1).
Перевагами Пилеосадітельние камери є те, що вона має низький аеродинамічний опір, проста і вигідна в експлуата-ції; недоліками - громіздкість, низький ступінь очищення. Ефективна від-ність камери можна довести до 80 - 85%, якщо зробити всередині камери перегородки, що збільшують час перебування газу в ній. Зазвичай пилеосадітельние камери вбудовують в газоходи, вони виготовляються з металу, цегли, бетону і т. Д.
У промисловості більш широко застосовуються інерційні пилеуло-ставники У цих апаратах за рахунок різкої зміни напрямку газового потоку частинки пилу за інерцією вдаряються об відбивну поверх-ність і випадають на конічне днище пиловловлювача, звідки розванта-зочний пристроєм безперервно або періодично виводяться з апарати-та. Найбільш прості з пиловловлювачів цього типу - пилові колектор-ри (мішки), представлені на рис. 4.5. Вони також затримують тільки великі фракції пилу, ступінь очищення 50 - 70%.
У більш складних жалюзійних апаратах уловлюються частинки раз-мером 50 мкм і більше. Вони призначені для очищення великих обсягів газоповітряних викидів. Жалюзі складаються з перекривають один одного рядів пластин або кілець з зазорами 2-3 мм, причому всій решітці прида-ється деяка конусность для підтримання сталості швидкості газово-го потоку. Газовий потік, проходячи крізь ґрати зі швидкістю 15 м / с, різко змінює напрямок. Великі частинки пилу, б'ючись об похилі площини решітки, за інерцією відбиваються від останньої до осі конуса і осідають. Звільнений від крупнодісперсной пилу газ проходить через решітку і видаляється з апарату. Частина газового потоку в об'ємі 5-10% від загальної витрати відсмоктується з простору перед жалюзійних гратами, містить основну кількість пилу і направляється в ци-клон, де звільняється від пилу і потім приєднується до основного по- (току запиленого газу Ступінь очищення газів від пилу розміром більше 25 мкм становить приблизно 60% (рис. 4 6). Основними недоліками жалюзійних пиловловлювачів є складний пристрій апарату і абразивний знос жалюзійних елементів.
Широко розповсюдженими пристроями для пиловловлювання яв-ляють циклони, дія яких заснована на використанні центро-бежной сили. На рис. 4.7 представлені принципові схеми различ-них циклонів
Пилогазового суміш тангенциально надходить в пристрій через штуцер і набуває спрямований рух вниз по спіралі. При цьому частинки пилу відкидаються відцентровою силою до стінки циклону, опускаються вниз і збираються в приймальному бункері. З бункера пил періодично вивантажується через затвор, званий «мигалкою». Коли наростаюча маса стовпа пилу над клапаном «мигалки» досягає певної величини, клапан під вагою пилу відкривається, скидає пил і повертається під дією контрвантаж в початковий стан. «Мигалка» повинна бути відрегульована так, щоб пил в бункері не накопичується вище певного рівня, інакше повітря, що рухається в конусної частини циклону, буде захоплювати і виносити з собою верхній шар осілого пилу. Очищене повітря викидається через центральну трубу з апарату.
Найбільш ефективним апаратом є циклон НІІОГАЗ ЦН-11, який випускається промисловістю з діаметрами 400, 500, 630 і 800 мм. У тих випадках, коли обмежені виробничі площі, можна встановлювати циклон ЦН-15, який при рівних експлуатації-ційних характеристиках має дещо менші розміри.
Відомо, що ефективність уловлювання пилу в циклоні прямо пропорційна масі частинок і обернено пропорційна діаметру апарати-та. Тому замість одного циклону великого розміру доцільно ста-вить паралельно кілька циклонів менших розмірів. Такі устрій-ства називаються груповими батарейним циклонами. Так, наприклад, при необхідності знепилювання потоків газу з витратою понад 5500 м 3 / ч можна скомпонувати групу з чотирьох циклонів ЦН-11 з про-щим пилозбірником. На рис. 4.8 представлені два варіанти компонування циклонів в групи. Тут же показані деякі можливі варіанти приєднання циклонів до загального газоходу.
Для очищення великих обсягів газів з несліпающіеся твердими частинками середньої дисперсності можна використовувати мультициклони (рис. 4.9, а). У цих апаратах обертальний рух пилогазового по-струму організовується за допомогою спеціального направляючого пристрою (розетка або гвинт), розташованого в кожному циклон елементі (рис. 4.9, б). Мультициклони, що складаються з елементів діаметром 40 -250 мм, забезпечують високу (до 85 - 90%) ступінь очищення газів від очищення. При швидкостях газу в трубчастих електрофільтрах від 0,7 до 1,5 м / с, а в пластинчастих від 0,5 до 1,0 м / с можна досягти ступеня очищення газу, близькому до 100%. Ці фільтри володіють високою пропускною спо-можності. Недоліками електрофільтрів є їх висока вар-тість і складність в експлуатації.
Ультразвукові апарати використовуються для підвищення ефективно-сті роботи циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук зі строго визна-ленній частотою призводить до коагуляції і укрупнення частинок пилу. Най-більш поширеними джерелами ультразвуку є різного ти-па сирени. Щодо хороший ефект ультразвукові пилеуловіте-ли дають при високій концентрації пилу в очищаемом газі. Щоб збіль-шити ефективність роботи апарату, в нього подають воду. Ультразвуко-кові установки в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот.
Очищення, знешкодження, знезараження і дезодорація газоповітряних викидів
В даний час в цілому по промисловості вловлюється близько 90% пилу, що утворюється на різних стадіях виробництва, і тільки 10% різних аерозолів викидається в атмосферне повітря. Такого не можна сказати про газо- і пароподібні домішок шкідливих речовин, содер-жащіхся в газоповітряних викидах промислового виробництва. Чи не-зважаючи на 1ТО, що ці домішки являють собою велику небезпеку для навколишнього середовища, їх вловлюється або знешкоджується тільки близько 10%, а більше 90% шкідливих газів і парів надходить в повітряний басейн.