Механическая очистка дымовых газов.

Сухая механическая очистка газов

В схемах сухой механической очистки газов применяют осадительные камеры, инерционные пылеуловители, центробежные и вихревые аппараты.

Осадительные камеры

Рис. 8.1. Осадительные камеры

 

Осаждение пыли в газоходах и осадительных камерах происходит в основном под действием силы тяжести. Этому препятствует сила сопротивления среды.

В начале осаждения, пока мало сопротивление, частица под действием силы тяжести начинает ускоренное движение. Рост скорости прекращается, когда силы уравновесятся. Далее осаждение идет равномерно с постоянной скоростью. Такой процесс осаждения называется седиментацией.

Несмотря на невысокую эффективность, простейшие аппараты — пылеосадительные камеры применяют довольно широко. В них осаждают крупную (d > 100 мкм) фракцию частиц с высокой плотностью. Например, пыль, состоящая из оксидов железа ( = 4500 кг/м3) крупностью 100 мкм, улавливается таким способом примерно вдвое эффективнее, чем пыль кварцитов ( = 2600 кг/м3) такой же крупности.

К достоинствам пылеосадительных камер следует отнести: простоту конструкции, низкую стоимость сооружения, низкие потери давления по тракту. Основной недостаток — большие размеры,

Эффект седиментации тем больше, чем меньше скорость газа в камере. Обычно расчетную среднюю скорость принимают около 1 м/с. Если в подводящем газоходе рекомендуемая скорость 18—20 м/с, то отсюда поперечное сечение камеры должно примерно в 20 раз превосходить сечение газохода.

Инерционные пылеуловители

 

Рис. 8.2. Схема инерционного пылеуловителя:

1. - перегородки; 2 – траектория газа;

3 – отвод пыли

 

 

Из вышесказанного следует, что наименьшей скоростью осаждения частиц из аэродисперсного потока будет скорость, вызванная действием одной из внешних сил — силы тяжести. Чтобы повысить скорость и эффективность осаждения, необходимо увеличить внешнюю силу. Большей силой может быть сила инерции движущейся частицы или аналогичная ей центробежная сила.

В разнообразных конструкциях инерционных пылеуловителей осуществляется резкий поворот потока на угол от 90 до 180°, что вызывает инерционный эффект. При этом после поворота потока стремятся создать такое изменение вектора скорости, чтобы восходящий поток имел скорость меньше скорости седиментации.

Подобные пылеуловители устанавливают в качестве ступени грубой очистки за доменными печами. Частицы более 30 мкм улавливаются в них на 70—80 %. Гидравлическое сопротивление таких аппаратов до 300 Па. Одним из простейших таких устройств является шлаковик мартеновской печи.

Инерционный принцип осаждения действует в жалюзийных аппаратах, которые широко, применяют на электростанциях для улавливания золы котельных агрегатов и в системах промышленной вентиляции, а также в процессах фильтрации в пористых фильтрах.

Циклоны

 

 

Рис. 8.3. Схема движения и осаждения частиц в циклоне:

1 – подводящий патрубок; 2 – выхлопная туба;

3 – цилиндрический участок корпуса циклона;

4 – конический участок; 5 – бункер пыли

 

 

Инерционный эффект многократно, усиливается при вихревом вращении газового потока, который осуществляется в циклонах. Циклоны — наиболее распространенные в практике пылеулавливания аппараты. С высокой эффективностью в них осаждаются частицы крупностью от 15 мкм и выше.

Благодаря тангенциальному вводу, газ движется по спиральной траектории, причем во внешней спирали вниз, а по внутренней — вверх и удаляется через выхлопную трубу. Частицы пыли отбрасываются к стенке, движутся по ней вниз и собираются в бункере. Если рассмотреть упрощенную схему движения, то первой стадией обеспыливания является процесс выведения частицы из потока на стенку циклона. Конечная радиальная составляющая скорости, которую, может приобрести частица, определится из условия равенства центробежной силы и силы сопротивления.

Затраты энергии на очистку газа в циклоне определяются величиной его гидравлического сопротивления.

Многочисленные исследования различных конструкций циклонов легли в основу нормализованного ряда циклонов, разработанных институтом НИИОгаз, цилиндрического и конического типов. Нормативный метод расчета, разработанный для этих циклонов, дает возможность выбрать тип и размер циклона, удовлетворяющий требуемой степени очистки. Сопоставление результатов экспериментов дает удовлетворительное согласие с расчетными данными.

Циклоны конструкции НИИОгаза цилиндрического типа ЦМ-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦН-154 хуже улавливают мелкие частицы, чем циклоны конические, но обладают меньшим гидравлическим сопротивлением. Они относятся к типу высокопроизводительных. Как показывают расчеты, при условной скорости газа (средняя скорость на сечение аппарата) от 2,2 до 5,0 м/с в них хорошо улавливаются неслипающиеся частицы размером более 5 мкм.

В конических циклонах при больших потерях давления (1,25— 1,5 кПа), достигается высокая эффективность улавливания мелких частиц. Они относятся к типу высокоэффективных, нo малопроизводительных аппаратов. Частицы размером более 5 мкм улавливаются в них при более низких условных скоростях — от 1,5 до 3,5 м/с.

При больших расходах очищаемого газа, чтобы не увеличивать диаметр циклона, применяют групповую параллельную компоновку от 2 до 8 циклонов. Как правило, группы имеют общий коллектор запыленного или грязного газа, общий сборник чистого газа и общий пылевой бункер.

Попытки снизить гидравлическое сопротивление аппарата привели к созданию конструкции прямоточного циклона. Однако по эффективности улавливания мелких частиц он уступает обычному циклону.

Для повышения эффективности очистки от высокодисперсной пыли при больших расходах газа применяют батарейные циклоны. Они состоят из корпуса, в котором объединено в группу большое число циклонных элементов диаметром 100, 160 или 250 мм, и общего пылевого бункера. Циклонные элементы могут быть обычного или прямоточного типа. В большинстве конструкций применяются обычные циклонные элементы с направляющими завихрителями типа «винт» или «розетка». Оптимальная скорость газов для каждого элемента составляет 3,5—4,75 м/с.

В эквивалентном по диаметру циклоне степень улавливания на 20—25 % выше, чем в циклонном элементе. Однако, в целом при сопоставлении высокоэффективного циклона с эквивалентным батарейным циклоном той же производительности, последний имеет существенный выигрыш в габаритах.

При использовании специальных защитных покрытий внутренних поверхностей батарейные циклоны успешно применяют для улавливания неслипающихся абразивных пылей в огнеупорном и агломерационном производствах, а также для улавливания золы ТЭЦ.

Расчет батарейных циклонов сводится к определению числа циклонных элементов. Расчет каждого элемента выполняется аналогично расчету одиночных циклонов.

К недостаткам батарейных циклонов относятся: повышенная металлоемкость, большие по сравнению с одиночными циклонами эксплуатационные расходы и приведенные затраты.