 |
Методы очистки загрязненного воздуха от газов и пыли
|
|
|
|
Газовые выбросы по агрегатному составу токсичных примесей можно классифицировать на грубодисперсные, аэрозольные и молекулярные.
Грубодисперсная газовая смесь содержит твердые частицы размером 100 мкм и более. Аэрозоли содержат более мелкие частицы или капельки жидкости. В молекулярных газовых системах токсичные примеси содержатся в виде газа или пара.
При механической очистке воздуха от пыли и аэрозолей в промышленности широко применяют пылеуловители следующих типов: пылеосадительные камеры, циклоны, промыватели, фильтры, электрофильтры.
В пылеосадительной камере осуществляется гравитационноеосаждение тяжелой пыли размером более 50 мкм за счет резкого уменьшения скорости движения загрязненного воздуха при входе в камеру (принимается 0,5 м/с), где пылинки, теряя скорость, осаждаются на дно. Различают пылеосадительной камеры бункерного (рис. 1, б), лабиринтного типа (рис. 1, г ), многоярусные (рис. 1, а) и др. Пылеосадительная камера малоэффективна при улавливании взвешенных твердых частиц и поэтому ее используют на первой или предварительной ступени очистки.
В инерционных пылеуловителях твердые частицы осаждаются под действием центробежной силы, возникающей в результате резкого изменения направления движения потока газа, с одновременным ударом частиц о конструктивные элементы.
Пылеуловители ударного действия представляют собой камеры с внутренними препятствиями (пластинами, цилиндрами и т. д.), расположенными таким образом, что запыленный поток газа при прохождении по камере непрерывно и резко меняет направление движения. По мере обтекания препятствий ударяющиеся о них частицы под действием силы инерции выпадают из струи газа. Они особенно эффективны при осаждении туманов, поскольку уловленные капельки образуют на поверхности препятствий пленку, стекающую вниз.
|
|
|
Эффективность очистки от мелких частиц в таких аппаратах обычно мала и зависит от числа препятствий, скорости столкновения, размера частиц
и их плотности, угла изменения направления движения и многих других факторов. Они применяются для улавливания крупных частиц и некоторых видов туманов. Как и пылеосадительные камеры, они нашли широкое применение в качестве аппаратов предварительной очистки, поскольку стоят недорого, просты по конструкции, потребляют мало энергии и их температурные ограничения зависят только от материала, из которого они изготовлены.
Циклонные пылеуловители (рис. 2) являются наиболее распространенными средствами борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Это самые простые по конструкции и экономичные уловители твердых примесей. Пылеуловители циклонного типа работают по принципу придания центробежной силы частицам, подлежащим удалению из воздушного потока. У них цилиндрический корпус с коническим основанием. Содержащий пыль поток газа тангенциально поступает в верхнюю часть цилиндрического корпуса циклона (девиация снижает эффективность), опускается по спирали вниз вдоль стенок конического корпуса, затем по спиралеобразной траектории поднимается вверх и выходит из циклона через выхлопную трубу. При движении потока по спирали вниз частицы под действием центробежной силы отклоняются к стенкам циклона и падают в бункер. В основном циклоны используют для сбора средних и крупных частиц пыли – более 10 мкм; их
эффективность резко падает при уменьшении размеров частиц менее 10 мкм и поэтому они не пригодны для обеспыливания выбросов, содержащих большую долю микроскопических частиц.
|
|
|
Устройство циклона:
1 – выход очищенного газа; 2 – улитка; 3 – крышка; 4 – выхлопная труба; 5 – входной патрубок; 6 – циклон; 7 – конусная часть корпуса; 8 – отверстие выпуска пыли; 9 – накопительный бункер; 10 – пылевой затвор
Эффективность циклонов возрастает с увеличением скорости потока во входном патрубке, длины корпуса, плотности и размера частиц, а также с уменьшением шероховатости внутренних стенок и диаметра циклона. Высокая вязкость и плотность газа-носителя, во многом зависящая от содержащихся в выбросе других загрязняющих веществ, снижает эффективность очистки циклона. С увеличением температуры выброса эффективность очистки также снижается.
Существуют высокоэффективные циклоны с увеличенной длиной корпуса и уменьшенным диаметром (обычно не более 30 см); центробежная
сила в таких циклонах возрастает благодаря более высокой скорости потока газа и более длинной траектории его движения, что увеличивает степень отделения. Циклон такого типа может улавливать частицы размером 5–10 мкм (но не менее 5 мкм). При этих условиях степень очистки может составить 75–88 %, а при размерах частиц более 20 мкм. – 92–95 %.
Для увеличения эффективности очистки создают батарейный циклон (рис. 3), состоящий из группы циклонов малого диаметра, но в этом случае потребуется вентилятор большей мощности.
К преимуществам циклонов следует отнести низкую себестоимость очистки, малый расход энергии, простоту конструкции, изготовления и технического обслуживания.
Существенным недостатком сухих циклонов является возможность вторичного уноса осевшей пыли из нижней части циклона в результате подсосов воздуха через разгрузочное отверстие.
Для предотвращения вторичного уноса применяются мокрые циклоны,
в которых частицы пыли, попавшие на стенку циклона, удерживаются на ней пленкой жидкости, что повышает их эффективность. Мокрую очистку газов применяют в том случае, когда допустимо увлажнение очищаемого газа.
Принцип улавливания в мокрых пылеуловителях (скрубберах) основан на увлажнении частиц водой или водным раствором с пенообразователем (рис. 4) при осаждении их из потока газа. Для обеспечения взаимодействия между жидкостью и частицами обычно используются следующие способы: контакт частиц с каплями распыленной жидкости или их ударение о смоченную водой поверхность с последующим удалением каким-либо способом.
|
|
|
Разновидностью является способ, при котором происходит ударение увлажненных или сухих частиц о поверхность пылеуловителя, по которой непрерывно течет жидкость для их смыва. Основной принцип работы мокрых пылеуловителей заключается в увлажнении частиц, которые в процессе движения укрупняются и легче отделяются от воздуха, например в инерционных аппаратах. Второй принцип состоит в коагуляции частиц пыли с каплями жидкости, их осаждении и удалении вместе с жидкостью. Как правило, в скрубберах имеется секция, в которой пылевоздушный поток вступает в контакт с распыленной жидкостью. Затем воздушный поток поступает в сепаратор, в котором увлажненные и, следовательно, более крупные и тяжелые частицы оседают под действием силы инерции. Чем большее число частиц взаимодействует с каплями жидкости, тем выше эффективность пылеуловителя. Увлажнения частиц и их коагуляции можно добиться различными способами, включая:
столкновение частиц с каплями жидкости (например соударение); конденсацию жидкости на частицах пыли; диффузию (отложение в процессе броуновского движения – основного
механизма осаждения субмикронных частиц).
Устройство батарейного циклона:
1 – конфузор; 2 – диффузор; 3 – завихритель; 4 – корпус элемента; 5 – просеянный шлак; 6 – бункер; 7 – опорный пояс; 8 – нижняя опорная решетка; 9 – кожух; 10 – корпус элемента; 11 – выхлопная труба; 12 – верхняя опорная решетка; 13 – крышка; А – газораспределительная камера; Б – камера очищенного газа; В – бункер для сбора пыли
Оросительные камеры представляют собой самый простейший скруббер, состоящий из камеры с форсунками, распыливающими жидкость. Мелкие капли, соединившись с частицами пыли, оседают на дне камеры. Преимущество такого пылеуловителя состоит в том, что он одновременно охлаждает выброс. Но при улавливании мелких частиц его эффективность невелика, хотя она может быть повышена с помощью отбойных пластин. Эффективность возрастает при подаче воды под большим давлением (форсунки высокого давления), поскольку в этом случае образуется большее число мелких капель при более высокой скорости их движения.
|
|
|
В механических скрубберах распыливание воды осуществляется барабаном, дисками или другими
аналогичными вращающимися устройствами. Как правило, исполь-зуют оборотную воду. Поскольку факел распыленной воды создают в ограниченном пространстве, трбу-лентность возрастает и поэтому увеличивается вероятность столкно-вения жидких капелек с твердыми частицами.
В скрубберах Вентури скорость воздушного потока резко возрастает при прохождении через узкий участок воздуховода, в
который подается вода, распыливающаяся благодаря высо-кой скорости воздушного потока. В результате коагуляции размеры частиц увеличиваются, а укрупнен-ные частицы осаждаются, например,
1 помощью циклона. В качестве примера на рис. 5 показан пылеуловитель ПКМРГ (пылеулов-итель мокрый коагуляционный с замкнутой циркуляцией орошающей – корпус; 2 – рабочие решетки; 3 – газораспределительная решетка; 4 – диффузор; 5 – бункер; 6 – гидрозатвор; 7 – приемная коробка; 8 – брызгоотбойник; 9 – выходной патрубок
твии шламовой канализации и системы оборотного водоснабжения с очисткой сточных вод. Пылеуловитель ПКМРГ состоит из следующих основных частей: трубы Вентури, сопла, подающего орошенную воду, каплеуловителей и отстойника шлама.
В насадочных колоннах струя загрязненного газа проходит через слой гранулированного или волокнистого фильтрующего материала. Одновременно на фильтрующую поверхность подается жидкость для ее очистки и предотвращения вторичного уноса уловленных частиц. Такие
установки применяют главным образом для очистки от газообразных загрязняющих веществ и туманов.
К числу наиболее распространенных насадочных материалов, которые должны быть химически инертными и экономически приемлемыми, относятся керамика, кокс, щебень, металл, пластмассы и древесина.
Слои из крупных насадочных материалов предназначаются для улавливания крупных частиц пыли и туманов (10 мкм и больше), а из мелких – для частиц от 1 до 5 мкм, но они чаще забиваются пылью, что ограничивает их применение.
устройство пылеуловителя ПКМРГ:
1 – выходной патрубок; 2, 3, 5 – пластины лабиринтного каплеуловителя; 4 – диффузор; 6
– пластины жалюзийного каплеуловителя; 7 – сливная труба; 8 – отстойник шлама; 9 – регулятор расхода воды; 10 – плосколопаточное сопло; 11 – конфузор; 12 – входной патрубок; 13 – воздуховод; 14 – горловина трубы Вентури
|
|
|
В мокрых фильтрах пыль задерживается фильтрующими слоями (из стекловолокна и другого волокнистого материала, плетеной проволочной сетки и т. д.). Накопившуюся пыль смывают водой. Такие фильтры, как правило, не очень эффективно улавливают микрочастицы. Не все виды фильтрующего материала могут быть использованы, так как некоторые из
В электрофильтре (рис. 8)выброс,содержащий твердые примеси,проходит через электрическое поле, в котором частицы приобретают заряд и притягиваются к осадительному электроду, состоящему из трубы или пластины с противоположным зарядом. Электрическое напряжение подают на коронирующий электрод, у которого возникает коронный разряд; в результате этого генерируются отрицательные ионы, адсорбируемые попавшими в электрическое поле частицами. Заряженные частицы движутся
в сторону осадительного электрода (с так называемой скоростью дрейфа), к которому прилипают (здесь их заряд нейтрализуется), и держатся на нем до момента встряхивания, после чего падают в бункер, расположенный под установкой. Удаление пыли с осадительных электродов упрощают путем смыва их водой.
К основным элементам электрофильтра относятся источник тока, разрядный (коронирующий) электрод, имеющий небольшое поперечное сечение (размером с проволоку), заземленный осадительный (пассивный) электрод с развитой поверхностью осаждения (в виде трубы или пластины), корпус и приемный бункер для уловленных частиц.
Как правило, коронирующий электрод имеет отрицательный заряд, а осадительный – положительный с потенциалом земли. Разница в потенциале высоковольтных электрофильтров обычно колеблется в пределах от 60000 до
75000 В.
При выборе электрофильтра следует учитывать расход очищаемого выброса и его состав, характеристики твердых примесей (размер частиц, удельное сопротивление, концентрацию и т. д.) и необходимую эффективность очистки. Если расход выброса превышает проектную величину, расчетная эффективность электрофильтра падает. Эффективность возрастает с увеличением влажности и уменьшается с ростом вязкости выброса. Высокие концентрации пыли снижают эффективность электрофильтра, поэтому применяют пылеуловители предварительной очистки (например, циклоны). Важным фактором является удельное сопротивление улавливаемых частиц, от которого в значительной степени зависит эффективность очистки фильтра. До определенного предела удельное сопротивление возрастает вместе с увеличением температуры выброса (обычно от 120 до 200 °С), после чего оно начинает уменьшаться. Поэтому изменение температуры выброса отражается на эффективности электрофильтра. С увеличением влажности удельное сопротивление падает. Следовательно, водяной пар (наряду с другими увлажняющими веществами) можно использовать для повышения эффективности улавливания частиц с высоким удельным сопротивлением.
Контрольные вопросы к лекции 7
1. Атмосфера и ее роль в жизнедеятельности живых организмов.
2. Состав атмосферного воздуха.
3. Влияние ветра в атмосфере.
4. Кислотные туманы и осадки, причины возникновения и их воздействие.
5. Парниковый эффект и климат Земли.
6. Влияние истощения озонового слоя.
7. Максимально разовая среднесуточная ПДК веществ в атмосфере.
8. Дайте определение предельно допустимого выброса (ПДВ).
9. Мониторинг и система контроля и наблюдения за атмосферным воздухом.
10. Программы наблюдений на стационарных постах.
11. Санитарно-защитныезоны, их роль, классы и минимальные размеры.
12. Сорбционные методы очистки, аппараты абсорбционной очистки.
13 Методы адсорбции. Материалы для адсорбентов.
14 Принципы работы установок каталитического дожигания. Материалы для очистки катализатора.
15 Основные факторы для выбора аппаратов очистки газа.
16 Показатели механической очистки.
17 Факторы, определяющие выбор конкретного аппарата очистки.
18 Приборы для определения дисперсного состава пыли.
19 Основные направления защиты атмосферного воздуха.
20 Методы очистки газов и факторы, влияющие на их выбор.
21 Типы пылеуловителей и условия их использования.
22 Принципы и способы повышения эффективности улавливания пыли.
23 Условия применения тканевых фильтров, виды материалов.
24 Достоинства и недостатки тканевых фильтров.
25 Электрофильтры, его основные элементы, принцип работы.
|
|
|
