Введение в специальность

ОЧИСТКА ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ

Улавливание пылевых частиц и поглощение различных газовых компонентов, содержащихся в промышленных выбросах, осу­ществляется различными способами в пылеулавливающих аппа­ратах: сухих, мокрых и электростатических.

К сухим пылеулавливающим аппаратам относят пылевые камеры, циклоны, жалюзийные аппараты, тканевые и волокни­стые фильтры. К мокрым — скрубберы (полые, пасадочные, цент­робежные и мокропрутковые), мокрые циклоны, барботажные и ценные аппараты, аппараты Вентури, струйные газопромыватели и др. Электростатическую очистку производят электрофиль­трами.

Механизм улавливания пылевых частиц зависит от способа пылеулавливания и типа применяемого аппарата. В пылеулавли­вающих аппаратах механизм улавливания частиц проявляется в виде действия различных сил: тяжести, инерции, центробежных сил, броуновской и турбулентной диффузии, электрического поля.

Аппараты, применяемые для очистки выбросов от газовых компонентов, в зависимости от способа очистки подразделяются на абсорбционные и аппараты каталитического окисления, в кото­рых газовые компоненты переходят в другие, чаще всего нетоксич­ные соединения.

Абсорбционные аппараты, имеющие наибольшее применение в промышленности, обычно классифицируют по характеру поверх­
ности, образующейся на границе раздела фаз газ — жидкость. К ним относят следующие аппараты: пленочные (скрубберы с различного рода насадкой), барботажные и распыливающие (аппараты Вентури, струйные газопромыватели, полые скруб­беры и др.).

Движущая сила абсорбционных процессов определяется раз­ностью концентраций компонента в жидкой и газовой фазах. Полнота поглощения компонентов из газовой фазы в значительной мере зависит от условий равновесия для конкретной системы газ — жидкость.

На современных предприятиях применяют следующие газо­очистные аппараты: пылевые камеры, циклоны одиночные и бата­рейные, насадочные и полые скрубберы, аппараты Вентури, струйные и пенные газопромыватели, электрофильтры.

Пылевые камеры. Принцип работы пылевых камер, в ко­торых запыленный газовый поток обычно движется со скоростью 1—2 м/с, основан на осаждении пылевых частиц размером более 30—40 мкм из газового потока под действием силы тяжести. Изготавливаются они из кирпича, бетона или металла. Предна­значены для предварительной очистки газов. Пылевые камеры горизонтального типа служат в качестве первой ступени очистки дымовых газов известерегенерационных печей. Особенно целе­сообразно их применение при работе печей на дробленом известня­ке, когда запыленность дымовых газов в холодной головке печи увеличивается и составляет 35—45 г/м3 сухого газа.

Циклоны. Принцип действия циклонов заключается в отде­лении пылевых частиц размером более 8 мкм под действием центро-

Рис. 13. Циклон конструкции НИИОГАЗ:

1 — входной патрубок; 2 — винто­образная крышка; 3 — выхлопная труба; 4 — цилиндрическая часть корпуса; 5 — коническая часть кор­пуса; 6 — пылевыпускное отверстие; 7 — бункер-сбориик уловленной пы­ли; 8 — пылевой затвор

Рис. 14. Секция батарейного циклона с обычными элементами:

/ — входной патрубок; 2 — камера за­пыленных газов; 3 — литой корпус циклонного элемента; 4 — выхлопная труба; 5 — направляющий аппарат (типа «винт» нлн «розетка»); 6— пылевынускное отверстие; 7 — общий бункер-сборник уловленной пыли; 8 — камера очищенных газов; 9 — инжняя и верхняя трубные доски; 10 — шлак для уплотненно; // корпус секции

Бежной силы, которая возникает вследствие поступательно-вра­щательного движения газового потока в кольцевом пространстве между корпусом циклона и выхлопной трубой. На рис. 13 пред­ставлен циклон конструкции Научно-исследовательского инсти­тута по санитарной и промышленной очистке газов (НИИОГАЗ). Частицы пыли, перемещаясь в пристенную область корпуса 1 циклона, участвуют в нисходящем вращательном движении газо­вого потока и вместе с частью газов попадают через пылевы­пускное отверстие 6 в бункер циклона 7. В последнем частицы пыли отделяются от газов под действием сил инерции, возникающих из-за изменения направления движения газов на 180°. Затем часть газов, попавшая в бункер циклона, возвращается в корпус циклона через центральную часть пылевыпускного отверстия, образуя восходящий вращательный вихрь. Очищенные газы уда­ляются из корпуса циклона через выхлопную трубу 3. К нижней части бункера присоединяется пылевой затвор 8, при помощи которого частицы пыли удаляются из аппарата. Скорость газов во входном патрубке составляет 20—25 м/с, а скорость газов, отнесенная к полному сечению корпуса циклона, 4—5 м/с.

Одиночные циклоны устанавливают на складах сульфата, из­вестняка, соды и т. д., особенно при использовании пневмотранс­порта. Для улавливания пыли из газов при больших нагрузках по запыленному газу применяют батарейные циклоны (рис. 14).

В этих циклонах вращательное движение газов создается не в результате установки входного патрубка по касательной к корпусу, а при помощи специальных закручивающих устройств — направ­ляющих аппаратов, выполненных в виде «винта» или «розетки».

Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого числа циклонных элементов малого диаметра, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов, а также общий бункер-сборник улов­ленной пыли.

Очищаемые газы поступают в распределительную камеру пере­менного сечения 2, что обеспечивает равномерное распределение газов по циклонным элементам. На входе в каждый из них в кольцевом зазоре между корпусом элемента 3 и выхлопной тру­бой 4 установлен направляющий аппарат 5, закручивающий газы, содержащие пыль, и создающий таким образом условия, необходи­мые для процесса циклонной очистки. Через пылевыпускные отвер­стия 6 циклонных элементов уловленная пыль поступает в бункер 7, а очищенные газы через выхлопные трубы циклонных элементов — в камеру очищенных газов 8, а затем направляются на следующую ступень очистки газов или к дымососу. Корпусы циклонных эле­ментов и их выхлопные трубы крепятся в опорных решетках 9.

Высокие требования к степени очистки газов обусловили необ­ходимость применения батарейных циклонов в качестве предва­рительный ступени очистки газов для снижения входной запы­ленности перед электрофильтрами и другими высокоэффективными пылеулавливающими установками. В этих условиях оказалось целесообразным применение более простых в компоновке батарей­ных циклонов с прямоточными циклонными элементами.

Насадочный скруббер представляет собой цилиндри­ческий корпус, заполненный насадкой (хордовой, керамическими кольцами, кусковой и др.). Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер. Газы и орошающая жидкость в насадочных скрубберах движутся противотоком. Скорость газов в расчете на полное сечение скруббера составляет 0,5—1,5 м/с. Для равномерного распределения жидкости по сечению скруббера на­садку укладывают несколькими слоями (высота слоя 1 —1,2 м), устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки.

Насадочные скрубберы успешно применяют для поглощения серусодержащих и других компонентов из газовых выбросов.

Наибольшее применение из полых газопромывателей имеют полые форсуночные скрубберы. В них запыленные газы подверга­ются очистке при движении через водяную завесу, образующуюся при распыливании жидкости из форсунок. Частицы пыли захва­тываются каплями, брызгами и струями жидкости за счет действия инерционных сил, обусловленных относительными скоростями между частицами пыли и каплями жидкости. На рис. 15 показан полый скруббер с противоточным движением фаз газ — жидкость.

Для равномерного распределения газов по сечению аппарата в нижней части корпуса помещена газораспределительная решетка /. В корпусе скруббера в один или несколько рядов (яру­сов) по высоте установлены форсунки грубого распыла 4, допу­скающие наличие взвешенных частиц пыли в жидкости, что позволяет работать на оборотной жидкости и сократить расход свежей воды. Очищаемые газы движутся противотоком к распы - ливаемой жидкости, проходят через каплеуловнтель 2 и выбрасы­ваются в атмосферу. Отработанная жидкость (пульпа) удаляется через патрубок в нижней части скруббера.

Полые форсуночные скрубберы могут обеспечивать высокую степень очистки — 90—92 %. Наряду с пылеулавливанием их применяют также для охлаждения газов.

Обычно полые форсуночные скрубберы устанавливают в ка­честве ступени предварительной очистки газов и подготовки их к очистке в последующих аппаратах — в скоростных абсорбцион­ных газопромывателях и в электрофильтрах.

К скоростным газопромывателям относятся аппараты Вентури. В зависимости от скорости газов, давления и направления подачи орошающей жидкости, от соотношения между скоростями движе­ния газов и жидкости они могут быть подразделены на аппараты Вентури классические, с предварительным дроблением оро­шающей жидкости, и эжекторные (струйные газопромыватели).

Аппарат Вентури состоит из трубы Вентури круглого или пря­моугольного сечения и циклона-каплеуловителя (рис. 16). Принцип очистки основан на взаимодействии газов с каплями, которые образуются в горловине трубы Вентури в процессе дро­бления орошающей жидкости потоком газа. Скорость газов в

/ — входной патрубок; 2 - кол­лекторная труба; 3 — форсунка; 4 — конфузор; 5 -- диффузор; 6 — переходный патрубок; 7 — каплеуловитель; 8 — система орошения канлеулоимтеля

Горловине 50—120 м/с. Орошающая жидкость подастся в конфу­зор непосредственно в горловину через различные спрысковые или форсуночные устройства. Циклон-каплеуловитель (обычно с тангенциальным подводом) предназначен для выделения капель жидкости из газового потока.

Аппарат Вентури можно эффективно применять для очистки как от пылевых частиц, так и от газов.

При улавливании пылевого уноса две ступени аппарата Вентури могут обеспечить эффективность пылеулавливания до 98 %. Этот аппарат можно также применять для абсорбции (хемосорбции) различных компонентов из дымовых газов.

Струйные газопромыватели. Принцип действия струйного газопромывателя (рис. 17), состоящего из трубы - смесителя и каплеуловителя, основан на взаимодействии газов с каплями, которые образуются в процессе дробления орошающей жидкости, подаваемой под давлением 0,6—1 МПа через форсунки. В струйном газопромывателе труба-смеситель по конфигурации представляет собой трубу Вентури. Камера смешения в трубе - смесителе в ряде случаев отсутствует.

Процесс пылеулавливания в струйном газопромывателе, как и в аппарате Вентури, происходит в два этапа: осаждение пыле­вых частиц (главным образом, под действием инерционных сил) на каплях орошающей жидкости, а затем выделение капель из газового потока в каплеуловителе.

Орошающая жидкость поступает в объем трубы-смесителя через форсунку 3, установленную по оси трубы в ее конфузорной части. Если используется несколько форсунок, их равномерно раз­мещают также перед конфузорной частью трубы-смесителя 4 и устанавливают параллельно ее оси.

Орошение трубы-смесителя обычно осуществляется цельно­факельными механическими форсунками, состоящими из корпуса и вкладыша. Принцип работы такой форсунки основан на взаимо­действии в смесительной камере корпуса осевого и вращающегося потоков, которые образуются из общего потока орошающей жид­кости за счет конструкции вкладыша.

Эффективность улавливания пылевого уноса известерегенера - циопных печей в струйном газопромывателе составляет 94—96 %.

Как абсорбер струйный газопромыватель применяется для поглощения серусодержащих и других компонентов. Эффектив­ность очистки газов в этом случае достигает 95—98 %.

Электрофильтр состоит из двух основных частей: соб­ственно электрофильтра (рис. 18), т. е. осадительной камеры, через которую пропускаются очищаемые газы, и преобразовательной подстанции с оборудованием для преобразования напряжения и тока. Питание электрофильтров производится выпрямленным током высокого напряжения (до 90 кВ). Внутри осадительной камеры смонтированы коронирующие и осадительные электроды. При прохождении запыленного газа между электродами содержа­щиеся в нем частицы заряжаются и осаждаются на осадительных электродах. Для удаления осажденных частиц осадительные электроды встряхиваются. Эффективность улавливания пылевого уноса в электрофильтрах достигает 96 %.

В зависимости от типа осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые и трубчатые, а по способу удаления с электродов осажденных частиц пыли — сухие и мокрые. В сухих электрофильтрах улавливаются твердые частицы, которые через определенные интервалы времени удаляются с электродов встря­хиванием. В мокрых электрофильтрах можно улавливать твердые и жидкие частицы (капельки тумана). Твердые частицы, оса­ждаемые на электродах мокрых электрофильтров, удаляются с электродов промывкой водой, а жидкие по мере накопления сами стекают с электродов (явление саморегенерации).

Для лучшей очистки газов применяют многопольные (труб­чатые и пластинчатые) электрофильтры, состоящие из нескольких последовательно соединенных секций осадительных электродов, т. е. нескольких электрических полей.

Для очистки дымовых газов ТЭС применяют электрофильтры, мокрые золоуловители, а также батарейные циклоны.

Золоуловитель МП-ВТИ представляет собой центробежный скруббер, во входном патрубке которого установлен ряд решеток так, что они образуют шахматный пучок из горизонтально рас­положенных прутков диаметром 20 мм. Прутковые решетки оро­шаются водой, распыливаемой механическими форсунками, уста­новленными по ходу очищаемых газов перед решетками. Улавли­вание золы при этом происходит в две ступени: на орошаемых решетках за счет инерционного осаждения частиц золы из потока дымовых газов, обтекающих решетки, и на внутренней орошаемой поверхности скруббера за счет центробежной силы.

Наибольшее, однако, распространение для очистки дымовых газов ТЭС получили мокрые золоуловители с трубами (коагу­ляторами) Вентури, основными достоинствами которых являются сравнительно высокая и стабильная степень очистки газов от золы, составляющая 95—96 % при умеренных гидравлических сопротивлениях (1100—1300 Па), относительно небольшие капи­тальные и эксплуатационные затраты, возможность надежной работы на оборотной воде.

Батарейные циклоны являются весьма надежными в эксплуата­ции золоуловителями, не требующими никакого обслуживания. Их положительным качеством по сравнению, например, с электро­фильтрами является увеличение степени очистки при росте ско­рости движения газов. Электрофильтры обычно снижают степень очистки газов с увеличением скорости их движения в активной зоне.

При эксплуатации газоочистных и пылеулавливающих устано­вок пользуются «Пр авилами эксплуатации установок очистки газа».

При проектировании промышленных предприятий необходимо рассчитывать рассеивание выбросов в атмосфере но нормативным

Материалам. В зависимости от поставленной задачи в результате расчетов определяют наибольшую возможную концентрацию примеси в приземном слое атмосферы См (в мг/м3) или предельно допустимый выброс примесей в атмосферу ПДВ (в г/с).

В общем случае степень опасности загрязнения атмосферного воздуха определяется по концентрации См па некотором рас­стоянии от источника выброса при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях. Рассчитанная величина не должна превышать значения максимальной разовой ПДКМ р данного вред­ного вещества в атмосферном воздухе, т. е. СМ^ПДКМ. Р.

В настоящее время расчет ПДВ и временно согласованных выбросов (ВСВ) осуществляется с помощью ЭВМ.