Подготовка проектирования системы очистки от выбросов

Построив по результатам дисперсного  анализа интегральную функцию распределения  частиц по размерам в вероятностно – логарифмической системе координат  находят значение медианного диаметра, путем пересечения графика с  осью абсцисс dm = 1,7мкм, lg σч находится  из соотношения, которое является свойством  интеграла вероятности:

lg σч = lg d15,9 – lg dm =2 ,75 – 0,23 = 2,52.

Медианный диаметр dm = 1,7 мкм, среднеквадратическое отклонение

lg σч = 2,52. Поскольку при построении  в вероятностно –логарифмической  системе координат интегральное  распределение получило вид прямой  линии, то можно говорить о  том, что распределение частиц  по размерам соответствует нормальному  закону распределения. [11]

3. Выбор методов и средств очистки выбросов

Промышленные газовые выбросы  представляют собой дисперсные системы (аэрозоли) в которых сплошная среда  является смесью различных газов, а  взвешенные твердые частицы имеют  различные размеры и сложный  химический состав. Выбор вида оборудования для улавливания взвешенных частиц и его расчет производиться на основе физико-химических характеристик  твердых частиц и газового потока. Основными характеристиками взвешенных частиц являются : плотность, абразивность, гигроскопичность, растворимость, электрическая  заряженность частиц, способность аэрозолей  к самовозгоранию и образованию  взрывоопасных соединений с воздухом. К основным характеристикам газового потока относиться: объемный или массовый расход, запыленность, температура, давление, плотность. [12]

Для очистки выбросов от пыли с  целью их обезвреживания  могут  применяются следующее очистное оборудование и соответствующие  технологические приемы:

1. Сухая механическая газоочистка – разделение газовых взвесей воздействием внешней механической силы на частицу, взвешенную в газе;
2. Фильтрация газа через пористые перегородки, задерживающие взвешенные в газе частицы;

Оборудование первой группы можно  квалифицировать:

• Пылеосадительные камеры - принцип которых основан на действии силы тяжести;

Скорость газа в данных камерах от 2 до 1.5 м/с. Камеры пригодны для улавливания частиц не менее 50 мкм. Степень очистки не превышает 40 - 50 %. При работе с химически агрессивными газами внутренняя поверхность камеры обрабатывают специальным покрытием.

При резком изменении направления  движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. Эффективность этих аппаратов небольшая.

• Инерционные пылеуловители - принцип которых основан на использовании силы инерции;

В данных аппаратах пылеулавливающие частицы стремясь сохранить направление  движения потока газа осаждаются в  бункере. Газ в аппараты подаётся со скоростью от 5 до 15м/с. По сравнению с обычными пылеосадительными камерами, данная камера отличается высокой степенью очистки газа. Одним из наиболее распространённых пылеулавливающими аппаратами являются циклоны.

• Циклоны - вращающиеся пылеуловители, принцип которых основан на действии центробежных сил;

Они эффективно работают при размере  частиц 15¸ 20мкм. Частицы пыли в циклоне выделяются под действием центробежных сил при вращении газового потока. Циклоны часто объединяют в батареи. Батарейные циклоны состоят из циклонных элементов малого диаметра, имеющие общий подвод и отвод газа, а так же общий бункер.

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности. Они имеют следующие  достоинства:

1) отсутствие движущихся частей  в аппарате;

2) надежность работы при температурах  газов вплоть до 500 °С (для работы  при более высоких температурах  циклоны изготовляют из специальных  материалов);

3) возможность улавливания абразивных  материалов при защите внутренних  поверхностей циклонов специальными  покрытиями;

4) улавливание пыли в сухом  виде;

5) почти постоянное гидравлическое  сопротивление аппарата;

6) успешная работа при высоких  давлениях газов;

7) простота изготовления;

8) сохранение высокой фракционной  эффективности очистки при увеличении  запыленности газов.

Недостатки:

1) высокое гидравлическое сопротивление: 1250—1500 Па;

2) плохое улавливание частиц  размером <5 мкм;

3) невозможность использования  для очистки газов от липких  загрязнений.

По способу подвода газов  в аппарат их подразделяют на циклоны  со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. Циклоны  с осевым (розеточным) подводом газов  работают как с возвратом газов  в верхнюю часть аппарата, так  и без него. Последний является прямоточным и отличается низким гидравлическим сопротивлением и меньшей  по сравнению с другими циклонами  эффективностью. Наиболее предпочтительным по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по спирали. Однако на практике все способы подвода  газа могут использоваться в равной степени.

Принцип работы циклона. Газ вращается  внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы  пыли отбрасываются центробежной силой  к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а  то и тысячу раз больше ускорения  силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие  частицы пыли не в состоянии следовать  за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке. [13]

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне Ц прямо пропорциональна  скорости газов в степени 1/2 и  обратно пропорциональна диаметру аппарата также в степени 1/2.

В промышленности принято разделять  циклоны на высокоэффективные и  высокопроизводительные. Первые эффективны, но требуют больших затрат на осуществление  процесса очистки; циклоны второго  типа имеют небольшое гидравлическое сопротивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны  НИИогаза — цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью). Цилиндрические относятся к высокопроизводительным аппаратам, а конические — к высокоэффективным. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а конических — не более 3000 мм. 

Групповые циклоны. При больших  расходах очищаемых газов применяют  групповую компоновку аппаратов. Это  позволяет не увеличивать диаметр  циклона, что положительно сказывается  на эффективности очистки. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между  циклонными элементами.  [13]

Батарейные циклоны — объединение  большого числа малых циклонов (мультициклонов) в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки. Элементы батарейных циклонов имеют диаметр 100, 150 или 250 мм. Оптимальная скорость газов в  элементе лежит в пределах от 3,5 до 4,75 м/с, а для прямоточных циклонных  элементов от 11 до 13 м/с.

Рукавные фильтры - широко распространенные и эффективные аппараты пылеулавливания. Их применяют для отделения пыли от газов и воздуха.

Рукавные фильтры представляют собой аппараты с корпусами прямоугольной  или круглой формы. Внутри корпусов подвешены рукава диаметром от 100 до 300 мм, высотой от 0,5 до 10 м. Фильтрация воздуха или газа осуществляется пропусканием запыленной среды через  ткань рукава. Допустимая запыленность газа в технических характеристиках  приведена при нормальных условиях. В рукавных фильтрах разной конструкции  газ может перемещаться в направлении  изнутри рукава наружу или наоборот. После того как на фильтрующей  поверхности накопится слой пыли, гидравлическое сопротивление которого составляет предельно допустимую величину, производят регенерацию рукавов (сбрасывание  в бункер накопившегося слоя пыли). Для регенерации используют обратную, импульсную и струйную продувку или механическое встряхивание, которое может применяться в сочетании с обратной продувкой. [14]

Помимо способа регенерации, рукавные фильтры различаются площадью фильтрующей  поверхности, допустимой величиной  рабочего давления (разрежения), количеством  секций, формой, диаметром, высотой  и конструктивными особенностями  рукавов (наличием каркаса, колец по высоте рукава и т. п.).

Рукавные фильтры обеспечивают очистку воздуха и газов от пыли (в том числе высокодисперсной) эффективностью 99% и выше.

Степень очистки газа в рукавном фильтре определяется дисперсностью  и другими свойствами улавливаемой пыли, качеством фильтровального  материала, способом и режимом регенерации, величиной удельной газовой нагрузки, гидравлического сопротивления  и др.

В фильтрах уловленные частицы накапливаются  в порах или образуют пылевой  слой на поверхности перегородки, и  таким образом сами становятся для  вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. По мере накопления пыли пористость перегородки уменьшается, а сопротивление возрастает. Поэтому возникает необходимость удаления пыли и регенерации фильтра [14].

В фильтрационных сепараторах очистка  воздуха (газа) от аэрозольных загрязнений (пыли, сажи, капельной влаги) происходит при прохождении загрязненного  потока через слой пористого материала. В качестве фильтрующего слоя используют ткани, кокс, гравий и др.

Фильтрация диспергационных и  конденсационных аэрозолей в  пористой среде обеспечивает высокую  степень осаждения взвешенных частиц с любыми размерами, вплоть до близких  к молекулярным. Дисперсная примесь  улавливается при огибании потоком  аэрозоля препятствий, образованных на его пути структурными элементами пористого  слоя.

Процесс фильтрации основан на многих физических явлениях (эффект зацепления, в том числе ситовый эффект - аэрозольные частицы задерживаются в порах и каналах, имеющих сечение меньше, чем размеры частиц; действие сил инерции - при изменении направления движения запыленного потока частицы отклоняются от этого направления и осаждаются; броуновское движение - в значительной мере определяет перемещение высокодисперсных субмикронных частиц; действие гравитационных сил, электростатических сил - аэрозольные частицы и материал фильтра могут иметь электрические заряды или быть нейтральными). [15]

Существенными для фильтрации считаются  следующие механизмы осаждения  частиц на препятствиях: касание (зацепление), отсеивание (отсев, ситовой эффект), инерционный захват, гравитационное и диффузионное осаждение, электростатическое взаимодействие. Доля вклада каждого  из них может изменяться от 0 до 1 в зависимости от условий, в которых происходит осаждение.

Большинство фильтров обладает высокой  эффективностью очистки. Фильтры применяют  как при высокой, так и при  низкой температуре очищаемой среды, при различной концентрации в  воздухе взвешенных частиц. Соответствующим  подбором фильтровальных материалов и  режима очистки можно достичь  требуемой эффективности очистки  в фильтре практически во всех необходимых случаях.

Обладая многими положительными качествами, фильтрующие устройства в то же время  не лишены недостатков: стоимость очистки  в фильтрах выше, чем в большинстве  других пылеуловителей, в частности, в циклонах. Это объясняется большей  конструктивной сложностью фильтров по сравнению с другими аппаратами, большим расходом электроэнергии. Многие конструкции фильтрационных пылеуловителей более сложны в эксплуатации и  требуют квалифицированного обслуживания.

По типу структурных элементов  пористого слоя различают волокнистые, тканевые и зернистые фильтры  [16].

Широко распространены тканевые фильтры.

Фильтрация запыленных промышленных газов и аспирационного воздуха  в тканевых фильтрах является радикальным  техническим решением для достижения эффективного пылеулавливания при  относительно умеренных капитальных  и эксплуатационных затратах. Возросшие  требования очистки газов выявили  тенденцию к увеличению доли применяемых  тканевых фильтров перед аппаратами мокрой очистки газов электрофильтрами.

Тканевые фильтры различаются  по следующим признакам:

1. по форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);
2. по виду используемой ткани;
3. по способу регенерации ткани;
4. по наличию и форме корпуса для размещения ткани – прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);
5. по числу секций в установке (однокамерные и многосекционные);
6. по месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением).

Чаще всего тканевые фильтры  содержат гибкую фильтровальную перегородку, имеющую форму гибких цилиндрических рукавов, закрепленных на трубных перегородках в корпусе, оборудованном устройствами для удаления уловленного материала  с рукавов и выгрузки его из бункеров. 

Рукавные тканевые фильтры применяются  для очистки больших объемов  воздуха (газов) со значительной концентрацией  пыли. Фильтрующими элементами в этих аппаратах являются рукава из специальной фильтровальной ткани. Тканевые фильтры способны улавливать частицы размером от нескольких сотен микрон до субмикронных, что обеспечивается главным образом осажденным пылевым слоем на поверхности фильтра [17].