Защита воздушного бассейна, промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов промышленных предприятий
Способы борьбы с загрязнением атмосферы основаны на применении конкретных приемов: – усовершенствовании технологических процессов (работа по замкнутому циклу, безотходные технологии); – снижении до минимума количества отходов комплексным использованием сырья (на нефтехимических и металлургических предприятиях сооружают сернокислотные цеха, используя выбрасываемый сернистый ангидрид); – внедрении прогрессивных методов горения (бездымное тушение кокса); – использовании для газообразных выбросов высоких дымовых труб, чтобы снизить концентрацию вредных веществ у поверхности земли. Но использование высоких труб приводит к загрязнению удаленных районов. Коренное решение этого вопроса заключается в эффективной очистке от вредных газов и пыли до их выброса в атмосферу. В зависимости от дисперсного состава пыли, влажности и других факторов применяют соответствующий тип пылеуловителя. При этом основным критерием является степень очистки и экономические затраты (стоимость оборудования, монтажа, потребной электроэнергии, эксплуатационных и амортизационных расходов). Промышленная очистка – это очистка газов с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного газа или превращенного в безвредное состояние продукта (ГОСТ 17.2.1.04 – 77). Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса при этом технологическое оборудование связано друг с другом материальными потоками в соответствии с обвязкой аппаратов. При организации любого производства, и в особенности мало- и безотходного промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов – необходимая стадия технологической схемы. Санитарная очистка – это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющих веществ, при котором обеспечивается соблюдение установленных для последнего ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений. Эта очистка осуществляется перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух и именно на этой стадии необходимо предусматривать возможность отбора проб газов с целью контроля их на содержание вредных примесей и оценки эффективности работы очистных сооружений. Выбор способа очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов: объемом и температурой отходящих газов, агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей, концентрацией и составом примесей, необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс; капитальными и эксплуатационными затратами, экологической обстановкой в регионе. Прежде чем выбрать оборудование для очистки промвыбросов необходимо провести комплекс организационно-технических мероприятий для снижения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу. Рекуперация – от лат. получение вновь, техническое улавливание и использование отходов производства, обратное получение веществ, расходуемых при технологических процессах (растворителей, смазочных масел). Установки очистки газа по ГОСТ 17.2. 1.04 – 77 – это комплекс сооружений, оборудования и аппаратуры, предназначенный для отделения от поступающих из промышленного источника газа или превращение в безвредное состояние веществ загрязняющих атмосферу. В зависимости от агарегатного состояния улавливаемого или обезвреживаемого вещества установки подразделяются на газоочистные и пылеулавливающие. Аппарат очистки газа – элемент установки, в котором непосредственно осуществляет избирательный процесс улавливания или обезвреживания веществ, загрязняющих атмосферу. В зависимости от метода очистки газоочистные аппараты подразделяют на 7 групп: 1 группа (С) – сухие механические пылеуловители (гравитационные, сухие инерционные и ротационные); 2 группа (М) – мокрые пылеуловители (инерционные, конденсационные), скрубберы (механические, ударно-инерционные, полые, насадочные, центробежные), скрубберы Вентури; 3 группа (Ф) – промышленные фильтры (рукавные, волокнистые, карманные, зернистые), с регенерацией (импульсной обратной промывкой ультразвуком), с механическим и вибровстряхиванием; 4 группа (Э) – электрические пылеуловители (сухие и мокрые электрофильтры); 5 группа (Х) – аппараты сорбционные (химической) очистки газа от газообразных примесей (адсорберы, абсорберы); 6 группа (Т) – аппараты термической и термокаталитической очистки газов от газообразных примесей (печи сжигания, каталитические реакторы); 7 группа (Д) – аппараты других методов очистки. Работа газоочистных установок в промышленных условиях характеризуются степенью очистки, которая определяется по одному из следующих соотношений: η = М2 / М1 = (М1 – М3) / М1 = М2 / (М2 + М3) = (Свх Q1 – Свых Q2) / Свх Q1, где М1, М2, М3 – масса примесей, содержащихся в газе до поступления в аппарат; уловленных в аппарате и содержащихся в очищенном потоке, соответственно, кг; Свх, Свых – средние концентрации примесей в отходящих газах до и после очистки, соответственно, г/м3; Q1 , Q2 – объемные расходы отходящих газов до и после очистки, приведенные к нормальным условиям. Иногда эффективность работы газоочистного оборудования вычисляют по упрощенной формуле η = 1 – (Свых/ Свх), но только в случае одинаковых газовых потоков до и после очистки. Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура. Влажность газового потока, дисперсность и плотность пыли. Способность ее к коагуляции и гидратации, заряд частиц пыли, физико-химические свойства примесей, пожаро- и взрывоопасность. Объемный расход очищаемого газа, метало- и энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м3 газа). Основные требования к эксплуатации газоочистного оборудования состоят в следующем: – надежная и бесперебойная работа на проектных показателях; – все установки очистки газа должны быть зарегистрированы в органах Минприроды РБ, иметь паспорт, журнал учета работы и неисправностей; – установки должны подвергаться проверке на эффективность периодически (не реже одного раза в год) с оформлением соответствующего акта. Установки, предназначенные для очистки выбросов с токсичными примесями, проверяют на эффективность не реже 2-х раз в год. При переходе установки на новый режим работы (постоянный), при работе на измененном режиме более 3-х месяцев, после капремонта или реконструкции установки, после строительства. Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура, влажность газового потока, дисперсность и плотность пыли, способность ее к коагуляции и гидратации, заряд.частиц пыли, физико-химические свойства примесей, пожаро- и взрывоопасность, объемный расход очищаемого газа и т. д.), металле- и энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м3 газа и др. Основные требования к эксплуатации газоочистного оборудования заключаются в следующем: – надежная, бесперебойная работа с показателями, соответствующими проектным; – все установки очистки газа должны быть зарегистрированы в органах Минприроды Беларуси, должны иметь паспорт, журнал учета работы и неисправностей; – установки должны подвергаться проверке на эффективность периодически (не реже одного раза в год) с оформлением акта, а также при работе технологического оборудования на измененном режиме более трех месяцев, при переходе его на новый постоянный режим работы и после строительства, капитального ремонта или реконструкции установки. Установки, предназначенные для очистки выбросов с токсичными примесями, проверяют на эффективность не реже 2 раз в год; – эксплуатация технологического оборудования при отключенных установках очистки газа запрещается; – увеличение производительности технологического оборудования без соответствующего наращивания мощности существующих установок очистки газа не разрешается; – при эксплуатации установок очистки газа, предназначенных для очистки газов с высоким содержанием горючих, взрывоопасных, агрессивных, абразивных веществ, следует строго соблюдать правила эксплуатации и следить за герметичностью оборудования и исправностью всех его систем и устройств. Пылеулавливающее оборудование. В соответствии с ГОСТ 12.2.043-80 пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаждаются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей. Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделяется на группы, а по конструктивным особенностям на виды, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Классификация пылеулавливающего оборудования
Методы и средствазащиты атмосферы. Основные методы защиты атмосферы от химических примесей Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы. В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом. Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют: – замену менее экологичных видов топлива более экологичными; – сжигание топлива по специальной технологии; – создание замкнутых производственных циклов. В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека. Так, для сланцев он равен 3, 16, подмосковного угля – 2, 02, экибастузского угля – 1, 85, березовского угля – 0, 50, природного газа – 0, 04. Сжигание топлива по особой технологии осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо с предварительной их газификацией. Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ: инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.
Рисунок 2 – Схема тепловой электростанции с использованием дожигания топочных газов и впрыскиванием сорбента Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными. Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты. Классификация систем очистки воздуха и их параметры.По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости. Системы очистки воздуха от пыли (рисунок 3) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры. Рисунок 3 – Системы и методы очистки вредных выбросов Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции — образование элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение его влажности. При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м3. Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями. Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации. Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту связана с преодолением ряда технических трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки или применимость того или иного метода. Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции — образование элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение его влажности. Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц. Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу: - инерционного осаждения путем резкого изменения направления вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под действием инерционных сил будут стремиться двигаться в прежнем направлении и попадать в приемный бункер; - осаждения под действием гравитационных сил из-за различной кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости движения которого направлен горизонтально; - осаждения под действием центробежных сил путем придания выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются центробежной силой к сетке, так как центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ускорения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы; - механической фильтрации - фильтрации выброса через пористую перегородку (с волокнистым, гранулированным или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полностью проходит через нее. Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, производительностью. Общая эффективность очистки показывает степень снижения вредных примесей в применяемом средстве и характеризуется коэффициентом
где Свх и Свых - концентрации вредных примесей до и после средства очистки. Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Рвх и выходе Р, ых из системы очистки:
где Е, - коэффициент гидравлического сопротивления; р и v — плотность (кг/м3) и скорость воздуха (м/с) в системе очистки соответственно. Производительность систем очистки показывает, какое количество воздуха проходит через нее в единицу времени (м3/ч). Системы и аппараты пылеулавливания. Сухие пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся такие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными, так как 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. Для сухой очистки газов наиболее употребительны центробежные обеспыливающие системы (циклоны) (рисунок 4).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 бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу.
Рисунок 4 – Циклон На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха и пылеосаждения (рисунок 5). В зависимости от конструктивного исполнения различают циклоны: - осевые, в корпусе которых входящие и выходящие потоки газа движутся вдоль его оси, при этом они могут двигаться в одном направлении (прямоточные) или в противоположных (противоточные); - с тангенциальным входом, при этом входящий газ движется по касательной к окружности поперечного сечения корпуса аппарата и перпендикулярно к оси корпуса; - с винтовым входом, при этом движение входящего потока газа приобретает винтовой характер с помощью тангенциального входного патрубка и верхней крышки с винтовой поверхностью; - со спиральным входом, когда соединение выпускного патрубка с корпусом аппарата выполнено спиральным.
Рисунок 5 – Пылеотделители В общем случае частицы пыли выделяются в циклоне под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с. Эффективность их зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 0, 98 при размере частиц пыли 30...40 мкм, 0, 8 - при 10 мкм, 0, 6 - при 4...5 мкм. 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. Кроме циклонов, применяются и другие типы сухих пылеуловителей, например ротационные, вихревые, радиальные. При общих принципах действия они различаются системами пылеулавливания и способами подачи воздуха. К наиболее эффективным следует отнести ротационный пылеуловитель (рисунок 6). Основной частью здесь является вентиляционное колесо 1, при работе которого частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и, оседая на стенках, попадают в пылеприемник 3, а чистый воздух выходит через патрубок 4. Благодаря активному действию такие системы имеют эффективность 0, 95...0, 97.
Рисунок 6 – Пылеуловитель ротационного типа
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. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов (рисунок 7).
Рисунок 7 – Классификация мокрых пылеуловителей Наибольшее практическое применение находят скрубберы Вентури (рисунок 8), (аппарат для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов) 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).
Рисунок 8 – Скруббер Вентури 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. Эффективность скрубберов Вентури 0, 97...0, 98. Расход воды составляет 0, 4...0, 6 л/м3. Полый скруббер представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсунок, число которых может достигать 14...16 по сечению колонны. В насадочном скруббере используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0, 9. Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия (рисунок 9). Рисунок 9 – Скруббер ударно-инерционного действия 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 пыли – 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 1 и осадительным 2 электродами (рисунок 10). Рисунок 10 – Схема расположения электродов в электрофильтре Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Силовые линии 3 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. Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0, 9...0, 99, производительность их— до 1 млн м3/ч. Фильтры. Широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3 (рисунок 11).
Рисунок 11 – Схема процесса фильтрации
В фильтрах применяются перегородки различных типов: 1) в виде зернистых слоев, например гравия (неподвижные свободно насыпанные материалы); 2) гибкие пористые (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан); 3) полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка); 4) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы). Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей механического происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0, 99. Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки - малая термостойкость, низкая прочность. Фильтры 3-го типа, изготавливаемые из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широком диапазоне частот до 1000 К, в агрессивных г.пр.пях Фильтры 4-го типа, изготавливаемые из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью; они технологичны, находят широкое применение для очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел. В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры (рисунок 12). В корпусе фильтра устанавливается необходимое число рукавов, на которые подается загрязненный воздух, при этом очищенный воздух выходит через патрубок. Частицы загрязнений оседают на фильтре. Насыщенные загрязненными частицами рукава продувают и встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффективность таких фильтров достигает 0, 99 для частиц размером более 0, 5 мкм.
Рисунок 12 – Схема рукавного фильтра Для тонкой очистки запыленных газов и улавливания ценных аэрозолей из отходящих газов применяется металлокерамическип фильтр ФМК. Фильтрующие элементы, собранные из металлокерамических трубок, закреплены в трубной решетке и заключены в корпус фильтра. На наружной поверхности фильтрующего элемента образуется слой уловленной пыли. Для разрушения и частичного удаления этого слоя предусмотрена обратная продувка сжатым воздухом. Степень очистки газов от пыли составляет 99, 99 %. В промышленности для тонкой очистки газов от пыли и токсичных примесей широко используется большое количество конструкций фильтров из пористых материалов. К ним относятся фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками из ультратонких полимерных материалов (фильтры Петрянова), обладающих термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью. Среди множества конструкций фильтров этого типа наиболее широкое распространение получили рамочные фильтры (рис. 4.19). Фильтр собирается из трехсторонних рамок таким образом, чтобы торцевая сторона оказывалась попеременно то справа, то слева. Фильтровальная перегородка 2 укладывается так, как показано на схеме (рис. 4.19, д). Воздух проходит в щели между рамками, фильтруется через фильтровальную перегородку и выходит очищенным с другой стороны. Пакет из рамок помещается в корпус 4. Чтобы полотна не соединялись друг с другом под напором воздушного потока, между ними ставят гофрированные сепараторы 3 (рис. 4.19, а, б, в, г, д). Со стороны входа запыленного потока на корпусе имеется фланец 5 с наклеенной резиновой прокладкой 6. Корпус фильтра изготавливается из фанеры, пластмасс, металла. Известно много конструкций посадочного фильтра коробчатого типа с насадкой из стекловолокна, шлаковаты и других волокнистых материалов. Коробчатые, или кассетные, фильтры используются обычно для очистки вентиляционных газов при низких температурах (30–40 °С) и небольшой начальной запыленности порядка 0, 1 г/м3. Для санитарной очистки вентиляционного воздуха, содержащего туман и брызги кислот, щелочей и других аэрозолей, широко используются волокнистые фильтры типа ФВГ-Т (рис. 4.20). Внутри корпуса фильтра размещены кассеты с фильтрующим материалом, наложенным на каркас и прижатым решеткой из пруткового материала. Кассеты изготавливаются в виде вертикально расположенных складок. Установка и смена их осуществляется через монтажный люк. Фильтр работает в режиме накопления уловленного продукта на поверхности фильтрующего материала с частичным стоком жидкости. По достижении перепада давления 500 Па фильтр подвергается периодической промывке (обычно один раз в 15–30 сут) с помощью переносной форсунки, вводимой через люк. Разработаны и выпускаются фильтры пяти типоразмеров производительностью от 3, 5 до 80, 0 м3/ч. Фильтр ФВГ-1, 6 изготавливается в правом и левом исполнении в зависимости от стороны обслуживания, остальные – с двусторонним обслуживанием. Фильтрующим материалом служит войлок (диаметр волокон около – 70 мкм) с толщиной слоя 4–5 мм. Одним из энергоэкономичных, эффективных и надежных в эксплуатации пылеуловителей является волокнистый орошаемый кассетный фильтр (рис. 4.21), состоящий из корпуса 1, волокнистых перегородок 2, опорной решетки 3 и каплеотделителя 5. Запыленный поток газа поступает в корпус фильтра и фильтруется через иглопробивной материал, который постоянно или периодически орошается с помощью распылительных форсунок 4, При этом одновременно происходит улавливание пыли, а также токсичных газов и паров и самоочищение волокнистого слоя. Улавливание примесей на волокнистом слое, орошаемом жидкостью, состоит из нескольких взаимосвязанных процессов: • дробление капель жидкости при попадании их на волокнистый слой; • передвижение капель жидкости внутри волокнистого слоя и образование дисперсионно-пенного слоя (ДП-слоя), в котором происходит столкновение капель жидкости с волокнами, захват аэрозолей и сорбция газов; • коагуляция капель жидкости и удаление ее из слоя. Кроме этих основных процессов одновременно протекает ряд других явлений, влияющих на процесс массообмена: • движение жидкости в нижнюю часть слоя; • теплообмен между газом и жидкостью и, как следствие, испарение жидкости и конденсация пара; • ионный обмен при использовании ионообменных волокнистых материалов; • адсорбция частиц на поверхности волокна; • адгезия. Все перечисленные процессы протекают одновременно, четкой границы между ними не существует, но они отличаются по степени участия в процессе массообмена. Дробление капель жидкости и перемешивание их в ДП-слое являются наиболее существенными факторами в интенсификации массообмена, другие факторы менее значимы и мало влияют на эффективность массопередачи или даже препятствуют ей, например движение жидкости вниз волокнистого слоя и абсорбция частиц на волокне. Наиболее стабильным является такой режим улавливания, при котором жидкая фаза свободно проходит через слой волокна и в слое отсутствуют такие процессы, как коагуляция капель и стекание жидкости в нижнюю часть волокнистого слоя. В этом случае во всем волокнистом слое происходит интенсивный процесс массообмена и ДП-слой образуется по всей толщине волокнистого материала. Такой режим улавливания возможен только при высоких скоростях газового потока и зависит от плотности набивки волокнистого материала, степени его гидрофобности и дисперсности жидкой фазы. В качестве волокнистого материала в этих фильтрах используются полипропиленовые, лавсановые или ионообменные волокна типа ВИОН АС-1 или ВИОНАН-1. Интересной конструкцией фильтра с использованием ионообменных волокон является рамный ионообменный фильтр, разработанный в Минске Институтом физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси и НПО «Экофил-Деко». Общий вид фильтра представлен на рис. 4.22. Рам
|