Системы очистки воздуха

Статьи

Аппараты для очистки газов

29 Август 2012

В практике химических производств нередко приходится подвергать разделению неоднородные газовые системы (пыли и туманы). Газы можно очищать от взвешенных в них твер­дых или жидких частиц под действием сил тяжести, центробеж­ных и электростатических сил, а также промывкой и фильтра­цией газов. Промышленное осуществление каждого из этих способов связано с применением соответствующей аппаратуры: газовых отстойников, центробежных пылеосадителей, электри­ческих фильтров, гидравлических пылеуловителей и газовых фильтров.

Выбор аппарата для очистки газов определяется рядом факторов, главными из которых являются размеры улавливае­мых частиц и заданная степень очистки газов. Исходя из этих параметров, можно ориентировочно выбирать газоочиститель­ные устройства по данным, приведенным в таблице.

Аппарат	Размеры улавливаемых частиц в мкм	Степень очистки в %
Пылеосадительные камеры	5—20000	40—70
Центробежные пылеосадители	3—100	45—85
Электрофильтры	0,005—10	85—99
Гидравлические пылеуловители	0,01—10	85—99
Газовые фильтры	2—10	85—99

Приведенные данные дают представление лишь о порядке соответствующих величин, которые могут изменяться в широ­ких пределах в зависимости от состояния, состава и свойств поступающего на очистку запыленного газа. Как видно из таб­лицы, пылеосадительные камеры и центробежные пылеосадите­ли можно применять только для сравнительно грубой очистки газа. При этом следует отдавать предпочтение циклонам как

более компактным аппаратам, обеспечивающим относительно высокую степень очистки.

Более полная степень очистки газов может быть достигнута при использовании гидравлических пылеуловителей, газовых фильтров и электрофильтров.

Мокрая очистка газов в гидравлических пылеуловителях (скрубберах — насадочных, центробежных  и струйных) и механических газопромывателях обеспечивает высокую степень очистки газов (98—99%). Однако этот способ ограниченно применяют в химической промышленности, так как мокрая очи­стка сопровождается охлаждением, увлажнением, а иногда и окислением газа; кроме того улавливаемые при мокрой очистке частицы не всегда можно использовать в производстве.

Получившие в последнее время некоторое распространение на химических заводах пенные аппараты обеспечивают вы­сокую степень очистки газов от пыли, дыма, туманов (до 90%), но они также не лишены присущих гидравлическим пылеулови­телям недостатков.

Электрофильтры — наиболее эффективные пылеочиститель-ные устройства, но применение их экономически выгодно только при больших объемах очищаемого газа. Использование газовых фильтров возможно в тех случаях, когда температура очищае­мого газа составляет 80—90° С.

Пылеосадительные камеры

Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеоса-дительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными пере­городками для лучшего осаждения твердых частиц.

Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры. Эти камеры громоздки и мало эффективны; их используют преимущественно для предварительной грубой очистки газов и заменяют более совершенными газоочистительными аппаратами.

пылеосадительная камера

Теоретическая скорость осаждения: 

w = Re * v² / d

где:

• Re – критерий Рейнольдса;
• v²  - кинематическая вязкость газа ;
• d- диаметр частицы.

 

Общая высота пылеосадительной камеры: 

H = n(h + h1)

где:

• h – расстояние между полками;
• h1 – толщина одной полки;
• n – число полок.

Время пребывания газа в камере: 

t = L / w

где:

• L – длина камеры;
• w - скорость осаждения

Центробежные пылеосадители

В центробежных пылеосадителях (циклонах) осаждение взвешенных в газовом потоке частиц происходит в поле центро­бежных сил.

Поступающий на очистку газ подводится к центробежному пылеосадителю по трубопроводу, направленному по касатель­ной к цилиндрической части аппарата. В результате газ вра­щается внутри циклона вокруг выхлопной трубы. Под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении газа, твердые частицы большей массой отбрасываются от центра переферии, осаждаются на стенке, а затем через коническую часть удаляются из аппарата. Очищенный газ через выхлопную трубу поступает в производство или выбрасывается в атмосферу.

С уменьшением радиуса циклона значительно увеличивают­ся центробежная сила и скорость осаждения частиц. На основе этой зависимости созданы конструкции батарейных циклонов, более эффективных, чем обычные циклоны. Батарейные циклоны состоят из параллельно включенных элементов  малого диаметра (150— 250 мм). Их применяют в ши­роком диапазоне изменения температур очищаемого газа (до 400° С) при относительно небольшой концентрации взвешенных в нем твердых частиц. Батарейные циклоны имеют прямоуголь­ный корпус и состоят из одной или нескольких секций.

Общие недостатки центробежных пылеосадителей — недо­статочная очистка газа от тонкодисперсной пыли, высокое гидравлическое сопротивление, а следовательно, и большой расход энергии на очистку газа, быстрое истирание стенок пылью, а также чувствительность аппаратов к колебаниям нагрузки.

батарейный циклон

1- корпус; 2,3  -решетки; 4-патрубок для ввода запыленного газа; 5- элементы ; 6 – патрубок для вывода очищенного газа; 7 –конусное днище

Теоретическая скорость осаждения:

w = d²  (r1 - r2)wг² /  9 v r2 D

где:

• d – диаметр частицы;
• r1  -плотность улавливаемых частиц;
• r2  -плотность газовой среды;
• wг – окружная скорость газа в циклон;
• D –диаметр циклона.

 

Высота цилиндрической части циклона:

h = 2Vсек / (D - D1) wг

где:

• Vcек – объем газа, постуающего в циклон в секунду;
• D1 – наружный диаметр выхлопной трубы.

Гидравлические пылеуловители

Мокрую очистку газов производят в гидравлических пыле­уловителях: скрубберах (насадочных, центробежных, струйных) и механических газопромывателях со смоченными поверхностя­ми .

Из новых конструкций представляют интерес шаровые пылеуловители, обладающие рядом преимуществ по сравнению с распространенными типами механических газопромывателей со смоченными поверхностями. Аппараты шаро­видной формы наименее металлоемки. В таких аппаратах обе­спечивается хорошее распределение газа по рабочему сечению и уменьшенные потери давления газа; шаровидная форма позволяет удачно расположить основные рабочие элементы.

Газовый поток, содержащий мелкодисперсные твердые частицы, поступает через штуцер 1 в пылеуловитель и под действием отбойного щитка 2 меняет направление движе­ния при одновременном снижении скорости. В результате наиболее крупные твердые частицы, содержащиеся в газовом потоке, опускаются и попадают в масло, которым заполнена нижняя часть пылеуловителя.

Частично очищенный таким образом газ равномерно распределяется по свободному сечению аппарата и поступает в проволочный лабиринт вращающегося на валу 3 ситчатого диска 4. Последний вращается электродвигателем 5 через ре­дуктор 6. Сильно развитая и смоченная маслом поверхность диска 4 задерживает все содержащиеся в газе мелкодисперсные твердые частицы. Удаление твердых частиц с поверхности сит­чатого диска, а также смачивание ее маслом происходят при вращении диска. Как видно из схемы, часть поверхности диска, проходя через ванну 7, увлекает своей пористой поверхностью масло. Верхняя часть диска орошается маслом из укрепленных по периметру диска ковшей 8, которые при вращении напол­няются маслом в ванне 7. Пройдя диск 4, газ поступает в капле-уловитель 9. Равномерное распределение газа по сечению капле-уловителя обеспечивается отрегулированным отбойником 10.

В каплеуловителе из газа удаляются капельная влага и конденсат, поступившие в пылеуловитель из газопровода, а также капли масла, незначительное количество которых может образовываться при разрыве пузырей масла на выходной стороне диска 4.

Осажденные в каплеуловителе 9 влага, конденсат и масло стекают в ванну 7, а очищенный газ через штуцер 11 выходит из пылеуловителя.

Все твердые частицы, которые поступают в процессе очистки газа в полость ванны 7, попадакп в нижнюю часть грязевика 14, откуда периодически отводятся через штуцер 13 вместе с гряз­ным маслом. Уровень масла в ванне 7 поддерживается постоян­ным подводом чистого масла через штуцер 12.

Шаровой пылеуловитель состоит из сборных и взаимозаме­няемых элементов, позволяющих в процессе его эксплуатации регулировать и заменять отдельные элементы.

Гидравлический пылеуловитель

Секундный объем газа, проходящий через шаровой пылеуловитель:

Vсек = Vсм(tг + 273) / 3600*293 p

где:

• Vст – стандартный объем газа, т.е. объем при tг =20о С и давлении  p =1,03 кгс/см2;
• tг  - температура в оС  ;
• p  - давление в кгс/см2.

Электрофильтры

В электрофильтрах происходит ионизация молекул газового потока, проходящего между двумя электродами, к которым подведен постоянный электрический ток.

Основные элементы электрофильтра—коронирующие и осадительные электроды. Отрицательное напряжение обычно подводят к коронирующему электроду, а положительное — к осадительному. Поэтому к осадительным электродам под дей­ствием разности потенциалов движутся только отрицательные ионы и свободные электроны. Последние на своем пути сталки­ваются со взвешенными в газовом потоке мелкими твердыми или жидкими частицами, передают им отрицательные заряды и увлекают к осадительным электродам. Подойдя к осадитель­ному электроду, частицы пыли или тумана оседают на нем, разряжаются и при встряхивании отрываются от электрода под действием собственной силы тяжести.

Для предотвращения искрового разряда между электродами (короткого замыкания) в электрофильтрах создают неоднород­ное электрическое поле, напряжение которого уменьшается по мере удаления от коронирующего электрода. Неоднородность поля достигается установкой электродов определенной формы.

В зависимости от формы осадительного электрода разли­чают электрофильтры трубчатые и пластинчатые.

Трубчатые электрофильтры представляют собой камеры, в которых установлены осадительные электроды в виде круглых или шестигранных труб. Коронирующими электродами служат отрезки проволоки, натянутые по оси труб. Сверху электроды прикреплены к раме, подвешенной на изоляторах, снизу связаны общей рамой для предотвращения колебаний. Равномерное распределение газа по трубам обеспечивается установкой газораспределительной решетки.

В пластинчатых электрофильтрах осадительными электродами служат параллельные гладкие металлические лис­ты или натянутые на рамы сетки; между ними подвешены коро­нирующие электроды, выполненные из отрезков проволоки.

Преимущества трубчатых электрофильтров по сравне­нию с пластинчатыми — соз­дание более эффективного электрического поля и лучшее распределение газа по элементам. Последнее позво­ляет улучшить очистку или увеличить скорость прохож­дения газа и производитель­ность аппарата.

пластинчатый электрофильтр

1-коронирующие электроды; 2-пластинчатые  осадительные электроды;  a – входной газоход;  б –выходной газоход;  в- камера.

К недостаткам трубчатых электрофильтров следует отне­сти: сложность монтажа, труд­ность встряхивания корояиру-ющих электродов без наруше­ния строгого центрирования, а также большой расход энер­гии на единицу длины электри­ческих проводов.

Преимущества пластинча­тых электрофильтров- простота монтажа и удобство встряхи­вания электродов.

Для очистки сухих газов применяют преимущественно пластинчатые электрофильтры, а для очистки трудноулавливаемой пыли, капель жидкости из туманов (не требующих встряхивания электродов) и для обеспечения наиболее высокой степени очистки используют трубчатые электрофильтры.

Критическая напряженность электрического поля, при которой возникает разряд:

E0 = 3,04 (B + 0,0311* V2B/D1)*106

где:

• B – относительная плотность газового потока;
• D1 –диаметр корондирующего электрода.

---

---