Газоочистное оборудование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Установки и фильтры для очистки газов. Газоочистное оборудование

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в США, Канаде и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию установки и фильтры для очистки газов, различное газоочистное оборудование.

· Общее описание

· Фильтры и установки для очистки газов

· Рукавный фильтр

· Циклоны

· Батарейные циклоны

· Электрофильтры

· Мокрая очистка газов

· Газоочистное оборудование для мокрой очистки газов

· Полые скрубберы

· Насадочные скрубберы

· Центробежные скрубберы

· Барботажные (пенные) установки. Конструкция и принцип действия

· Скрубберы Вентури

· Механические газопромыватели (дезинтеграторы)

· Масляные газовые фильтры

· Расчет фильтров и установок для очистки газа

· Расчет газоочистного оборудования для мокрой очистки газов

· Выбор фильтров для разделения неоднородных систем

· Методы ускорения и повышения эффективности процессов разделения неоднородных систем

· Аккустические газоочистители

Общее описание

Фильтрование в современной промышленности используют для разделения газовых или жидких гетерогенных систем. Оно позволяет получить более полную, чем в процессах осаждения, очистку газа или жидкости от взвешенных частиц, а, следовательно, и более высокого выхода продукта (если этот продукт твердая фаза суспензии).

Большинство технологических процессов сопровождаются выделением некоторого количества пыли или иных твердых частиц. Чтобы окружающая атмосфера не загрязнялась промышленными выбросами нужно обязательно совершенствовать технологические процессы и сокращать вредные выделения до минимума, а также внедрять в производство замкнутые безотходные технологические процессы. Если же в силу каких-то обстоятельств решить эти задачи не представляется возможным, то следует использовать самые эффективные и экономичные средства очистки газов и воздуха перед их выбросом в окружающую атмосферу.

Для очистки промышленных газов от загрязнений (зола, пыль и другие твердые частицы) были созданы специальные высокоэффективные фильтры и установки. Принцип их работы основан на применении электростатического осаждения - одного из самых эффективных способов удаления твердых частиц из газа, а так же качественной фильтрации посредством пористых слоев и перегородок, промывки газов и отделения частиц за счет воздействия гравитационных сил, то есть инерционной сепарации.

При фильтровании твердые частицы, содержащиеся в газе или жидкости, могут либо задерживаться на поверхности фильтровальной перегородки, образуя тем самым осадок, либо же могут проходить дальше - в глубину материала перегородки, задерживаясь в его порах.

Движущей силой процесса фильтрования является разность значений давления до фильтра и после него. Если это самая разность создается с помощью какого-либо из устройств - компрессора, насоса или вакуум-насоса, то получается фильтрование под действием перепада давления. Если же она создается с помощью центробежных сил, то происходит центробежное фильтрование (по-другому - центрифугирование).

Фильтрация газов. Скорость фильтрации

Для очистки газа от пыли применяется фильтрация. То есть для фильтрации газов их пропускают через пористые перегородки, которые обладают свойством пропускать только частицы газа и задерживать твердые частицы.

При выборе пористой перегородки оцениваются такие факторы, как температура и химические свойства газа, а также размеры твердых частиц, от которых необходимо очистить газ.

Скорость фильтрации определяется, в первую очередь количеством газа, проходящим через фильтрующую перегородку за единицу времени. Помимо этого скорость фильтрации зависит от сопротивления фильтрующей перегородки и давления газа.

Фильтры и установки для очистки газов. Газоочистное оборудование

Аппараты для очистки газов фильтрованием работают по тому же принципу, что устройства для разделения суспензий, однако при очистке газов чаще всего применяют именно фильтрование с закупориванием пор.

Фильтры для очистки запыленных газов, в зависимости от типа фильтровальной перегородки, бывают:

а) с гибкими пористыми перегородками из натуральных, минеральных и синтетических волокон (тканевые), волокнистых нетканых материалов (картон, бумага, войлоки, иглопробивные материалы и т. д.), металлической ткани;

б) с полужесткими пористыми перегородками (стружка, слои волокон, сетки вязаные);

в) с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пластмасса, стекло, углеграфитовые материалы, металлические сетки, спрессованные или спеченные порошки металлов);

г) с зернистыми перегородками (слои песка, кокса, гравия и т. д.).

Тот или иной тип перегородки выбирают исходя из размера дисперсионных частиц, температуры и химических свойств газа, а так же допустимого гидравлического сопротивления. Устройство фильтров для очистки газов и их принцип действия можно рассмотреть на примере того же рукавного фильтра, который относится к аппаратам с гибкими пористыми перегородками.

Рукавный фильтр

Итак, рукавный фильтр (см. рисунок) состоит из корпуса, в верхней части которого расположены тканевые мешки (рукава). Рукава подвешены к общей раме за свои верхние закрытые концы, а их нижние открытые концы надежно закреплены на патрубках трубной решетки. В фильтр посредством штуцера вводится запыленный газ, который далее через нижние открытые концы проникает внутрь тканевых рукавов. Газ, проходя через тканевый материал рукавов, очищается от пыли и посредством другого штуцера, расположенного в самом верху фильтра, выходит из устройства. Частицы пыли осаждаются в порах ткани и на ее внутренней поверхности, при этом наблюдается постоянное возрастание гидравлического сопротивления. Когда сопротивление доходит до максимально допустимой отметки, тканевым рукавам требуется очистка. Очищают их путем встряхивания с помощью специально предназначенного для этого устройства. Осевшая в рукавах пыль падает вниз, попадает в разгрузочный бункер, а затем посредством шнека удаляется из фильтра(установки). Кроме очистки встряхиванием, рукава еще продувают потоком воздуха, который подается с наружной их стороны, то есть в направлении, противоположном направлению движения газа. Все рукава дополнительно оснащены кольцами жесткости во избежание их сплющивания во время продувки.

Чтобы процесс газоочистки проходил непрерывно, рукавные фильтры изготавливают из нескольких секций - пока в одних секциях протекает процесс фильтрования, в других происходит регенерация (очистка) рукавов.

Рукава обычно изготавливают из хлопчатобумажной и шерстяной ткани. При этом температура очищаемого газа и воздуха при продувке рукавов ограничена теплостойкостью ткани. Самый нижний предел этой температуры обязательно должен быть хотя бы на 10-ть градусов выше точки росы, иначе ткань будет быстро увлажняться и загрязняться, а ее гидравлическое сопротивление быстро расти.

Главное достоинство рукавных фильтров - это высокая очистка газов от тонкодисперсной пыли (частицы пыли размером 1 микрон улавливаются на 98 и даже 99%).

Основными недостатками данных фильтров является достаточно высокое гидравлическое сопротивление (доходит до 2500 Па), довольно быстрый износ тканевого материала и закупоривание его пор. К тому же такие фильтры нельзя использовать для очистки влажных и высокотемпературных газов. Для очистки газов с высокой температурой, как правило, используют установки с фильтровальными перегородками, выполненными из керамики, металла или каких-либо иных термостойких материалов.

Циклоны

Принцип действия. Центробежная сила и фактор разделения

Циклоны обеспечивают более быструю и полную очистку газа за счет воздействия на него центробежной силы. Конструктивно циклон является резервуаром цилиндрической формы с коническим дном. Он также оснащен выхлопной трубой, которая расположена внутри цилиндрической части устройства. Газ подается в циклон посредством трубопровода, который направлен по касательной к цилиндру. Благодаря такой форме трубопровода, газ внутри цилиндра вращается вокруг выхлопной трубы, в результате чего развивается центробежная сила. Под ее воздействием твердые частицы с большей массой отбрасываются к периферии и остаются на стенках устройства, после чего высыпаются через его коническую часть. Очищенный газ выходит из циклона по выхлопной трубе, а твердые частицы, скопившиеся в конической части периодически удаляются посредством патрубка.



Устройство циклона

Виды циклонов

Батарейные циклоны

Батарейные циклоны представляют собой параллельно включенные циклоны малого диаметра (от 150 до 350 мм). Такие устройства лучше улавливают пыль, т.к. при малом радиусе циклона значительно возрастает центробежная сила.

На промышленных предприятиях используют две конструкции батарейных циклонов. В одном варианте конструкции для ввода газовзвеси предусмотрена винтовая вставка «винт» (см. рис.), в другом - неподвижное лопастное колесо «розетка» (см. рис.). Эти циклоны способны частично улавливать твердые частицы размером 3 мкм.

Батарейные циклоны способны работать с переменно нагрузкой, т.е. при необходимости можно включать или выключать отдельные элементы батареи. Типичный элемент циклона, состоящий из корпуса и выхлопной трубы, представлен на рисунке.

Батарейный циклон

Труба оснащена наружными винтовыми лопастями, которые передают потоку газа движение по спирали. В корпус газ подается сверху, затем проходит по поверхности винта в кольцевом пространстве (между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью корпуса). Твердые частицы задерживаются на стенках корпуса, после чего осыпаются в нижнюю коническую часть и поступают в бункер батареи.

Элементы конструкции батарейного циклона расположены вертикально, параллельными рядами в корпусе прямоугольного сечения. Камера оснащена двумя решетками, в отверстия которых устанавливаются элементы. Очищаемый газ подается через патрубок в пространство между решетками и распределяется по отдельным элементам. После очищения газ поступает в пространство над верхней решеткой и выводится посредством бокового патрубка. Твердые частицы ссыпаются в коническое дно. Элементы конструкции батареи выполняются из чугуна, а решетки из листовой стали. Такие устройства способны очищать газ при широком диапазоне температур (верхний передел 400°).

Электрофильтры

В последнее время были разработаны и созданы универсальные электрофильтры, производительность которых, в зависимости от их типа и размера, колеблется в пределах от 30 тысяч до 1.4 миллиона кубометров в час (м³/ч). Данные фильтры оснащены ленточно-игольчатыми и осадительными коронирующими электродами С-образной формы. Конструкция электрофильтров создана специальным образом, позволяющим монтировать эти элементы скоростным способом.

Принцип действия электрофильтра заключается в ионизации газа. Другими словами, молекулы газа расщепляются на положительно и отрицательно заряженные ионы. Процесс ионизации можно осуществлять в поле между двумя электродами, к которым подается электрический ток. При увеличении разности потенциалов электродов, кинетическая энергия электронов и ионов растет. Как следствие увеличивается скорость движения частиц и в результате их соударения встречные молекулы расщепляются на ионы. Газ полностью ионизируется в условиях ударной ионизации. При этом, можно наблюдать явление коронирующего электрода (потрескивание и слабое свечение газа вокруг проводника). Ионы и электроны, заряженные также как и коронирующий электрод, движутся к противоположно заряженному (осадительному электроду).

В фильтрах такого типа коронирующие электроды всегда являются отрицательным полюсом. Таким образом, осадительные электроды притягивают только отрицательные ионы и свободные электроны. В процессе движения, электроны присоединяют нейтральные молекулы, тем самым превращая их в отрицательные ионы.

В загрязненном газе отрицательно заряженные ионы передают заряд частицам пыли и увлекают их к осадительным электродам. После того, как частицы пыли приблизились к электроду, они сообщают ему свой заряд и удаляются под действием своего веса или встряхивания.

В электрофильтрах создают неоднородное электрическое поле, для того, чтобы избежать электрических пробоев, искр и замыканий. В таком поле весь слой газа, находящийся между осадительным электродом и короной выполняет функцию изоляции, т.к. предотвращает искровые разряды между электродами. Для создания неоднородного поля в трубчатых фильтрах, электроды-провода располагаются по оси труб. В пластинчатых электрофильтрах, электроды-провода размещаются между параллельными пластинами.

Электрофильтры функционируют на постоянном токе высокого напряжения (от 40 до 75 кв).

Качество отделения частиц пыли в электрофильтре напрямую зависит от показателя ее проводимости. Если способность пыли проводить ток низкая, то образовавшийся на электродах слой пылевых частиц будет отталкивать одноименно заряженные частицы. Если в слое возникает напряжение выше критического уровня, у осадительного электрода возникает свечение в виде «обратной короны». Данное явление значительно снижает качество процесса очистки.

Способность пыли проводить ток можно улучшить посредством увлажнения горячего газа перед подачей в электрофильтр. При этом, температура не должна опускаться ниже точки росы.

В условиях повышенной концентрации пылевых частиц, большая часть ионов сообщает заряд пылинкам, в результате чего падает скорость передвижения ионов. Следовательно, снижается сила тока, т.к. заряженные частицы пыли перемещаются намного медленнее, чем ионы газа. Когда ток падает до нуля, очистка прекращается и происходит запирание короны.

Трубчатый электрофильтр

Конструкция трубчатого электрофильтра представлена вертикальной камерой, где располагаются осадительные электроды, изготовленные в виде шестигранных или круглых труб. В качестве осадительных электродов наиболее активно применяются шестигранные трубы, объединенные в пакеты, что обеспечивает компактность конструкции. Коронирующие электроды представлены проволокой, которая натянута вдоль оси осадительной трубы. Для предотвращения колебания электроды зафиксированы внизу рамой, а вверху изоляторами. Загрязненный газ подается в газоход. Газораспределительная решетка обеспечивает равномерное распределение газа по трубам. Частицы пыли скапливаются внизу электрофильтра и удаляются через отверстие в днище. Очищенный газ выходит по газоходу. Некоторые трубчатые электрофильтры оснащаются специальными молотками, которые встряхивают решетки и осадительные электроды.

Трубчатый электрофильтр

Пластинчатый электрофильтр

Пластинчатые электрофильтры оснащаются осадительными электродами, которые могут быть представлены:

· параллельными гладкими листами из металла;

· натянутыми на рамы сетками;

· волнистыми листами или прутами (для очищения горячих газов).

Между осадительными электродами подвешены коронирующие электроды в виде:

· нихромовых проволок;

· фехралевых проволок.

В вертикальных пластинчатых электрофильтрах газ двигается снизу вверх. В горизонтальных пластинчатых электрофильтрах ход газа горизонтальный.

Пластинчатые электрофильтры



Пластинчатый электрофильтр

Электрофильтры - это универсальные установки для очистки промышленных газов от жидких и твердых частиц. По сравнению с другими пылеулавливающими аппаратами, у электрофильтров есть целый ряд своих преимуществ:

· очень высокая степень очистки газа, которая достигает 99,%;

· небольшие энергетические затраты на улавливание частиц пыли, которые состоят из удельных затрат энергии (как правило, от 0,1 до 0,5 кВт/ч на очистку 1000 кубометров газа) и потерь энергии на преодоление газодинамического сопротивления электрофильтра (обычно не превышает 150-200 Паскалей);

· способность улавливать частицы размером 0,5 микрон и меньше;

· достаточно широкий диапазон концентрации частиц пыли (от 0,01 до 50 грамм на кубический метр);

· способность очищать большие объемы запыленных газов (сотни тысяч и даже миллионы кубических метров в час);

· способность очищать газы с высокой температурой (выше 500 градусов).

К недостаткам электрофильтров можно отнести высокую чувствительность процесса электрической фильтрации газов к отклонениям от тех параметров режима, которые были изначально заданы, а так же несущественные дефекты в активной зоне агрегата.

Очистка газов от взвешенных частиц в электрофильтрах осуществляется под действием электрических сил. Частицам передается электрический заряд и под действием электрического поля они, уже заряженные, начинают двигаться, преодолевая при этом сопротивление газовой среды, к осадительным электродам, где скапливаются на их поверхности в виде слоя пыли.

Мокрая очистка газов

Фильтры и установки мокрой очистки газов

Мокрую очистку применяют в основном для очистки газов от частиц пыли или же тумана. Обычно промывной жидкостью является вода, однако иногда используют водные растворы серной кислоты, соды или иных веществ.

Газ и жидкость могут контактировать между собой поверхностью капель (скрубберы Вентури, полые скрубберы), поверхностью стекающей жидкой пленки (центробежные и насадочные скрубберы) и пузырьков газа (барботажные или по-другому, пенные пылеуловители).

Дисперсионные частицы соприкасаются с поверхностью жидкости под действием сил тяжести, инерции, ударов молекул и турбулентной пульсации, которые движут эти самые частицы.

Газ при мокром улавливании (кроме процесса очистки в скрубберах Вентури) эффективно очищается от частиц, размер которых составляет не менее 3-5 микрон. Более мелкие частицы улавливаются довольно плохо в силу двух основных причин. Во-первых, мельчайшие частицы, двигаясь вместе с потоком газа, огибают поверхность жидкости даже с ней не соприкасаясь. Во-вторых, рядом с мокрой поверхностью есть газовый пограничный слой, который мизерная частица часто попросту не может преодолеть. В таких установках, как скрубберы Вентури, где поток газа движется с большой скоростью, мелкие частицы в состоянии преодолеть этот ламинарный пограничный слой за счет сил инерции, которые возникают при разрушении вихрей. Поэтому такие устройства способны улавливать твердые частицы размером 1 - 2 микрон, а так же капли тумана, диаметр которых составляет 0,2 микрон.

Если частицы обладают таким свойством, как гидрофобность (способность не смачиваться жидкостью), то для эффективного их улавливания, у таких частиц должен быть дополнительный запас кинетической энергии, который позволит преодалеть им силы поверхностного натяжения.

Ранее, когда требовалась очистка от гидрофобных частиц, для того, чтобы несколько улучшить их смачиваемость, в жидкость вводили специальные поверхностно-активные вещества. Однако при применении данного способа сточные воды, образующиеся при мокрой очистке, загрязнялись органическими веществами. Сегодня такой метод не отвечает установленным экологическим требованиям.

Стоит отметить, что мокрая очистка запыленных газов наиболее эффективна только тогда, когда увлажнение и охлаждение очищаемого от пыли газа вполне допустимы, а твердые частицы, которые требуется отделить, не представляют особой ценности. Охлаждение очищаемого газа до температуры, которая ниже темпеатуры конденсации паров жидкости, содержащихся в этом газе, несколько увеличивает массу частиц, служащих всоего рода центрами конденсации, что в значительной степени облегчает их улавливание. Помимо этого, водяные пары способны конденсироваться еще и поверхности холодных капелек. При этом возникает движение молекул пара, которое помогает частицам пыли перемещаться к каплям. Мокрую очистку во многих случаях используют для того, чтобы выделить из газа частицы, которые имеют большую ценность.

При мокрой очистке газов образуется некоторое количество сточных вод, которые содержат дисперсионные частицы, уловленные из газа. Если эти частицы могут привести к загрязнению окружающей среды, то предусматривают их отделение от сточных вод в специальных отстойниках, либо же устройствах циклонного типа. После этого осветленная жидкость может опять использоваться для проведения мокрой очистки. Все это позволяет защищать окружающую среду от загрязнений и одновременно экономно использовать свежую воду, которой требуется для потпитки лишь то количество, что потерялось со шламами. Повторное применение осветленной жидкости делает рациональным отделение от жидкости дисперсионных частиц даже и в тех случаях, когда эти частицы для окружающей среды абсолютно безвредны.

Если при очищении газа допустимо его охлаждение и увлажнение, а твердые частицы, которые взвешены в газе не представляют значительной ценности, то может использоваться мокрая очистка газа. Такая очистка производится путем промывки газа водой или другой жидкостью.

При мокрой очистке газов их приводят в тесный контакт с жидкостью, которую распределяют в виде тонкой пленки, которая стекает, или же разбрызгивают. Фильтры, которые используются для мокрой очистки, работают на основе инертных сил. Это значит, что при ударе газов о стенки, которые смочены жидкостью, она поглощает частицы, которые взвешены в газе.

При воздействии инертных, а также центробежных сил взвешенные частицы, которые взвешены в газе, практически полностью извлекаются из газа, который при этом насыщается парами жидкости и охлаждается. Когда газ охлаждается ниже температуры конденсации паров жидкости, которые в нем находятся, то мельчайшие твердые частицы удаляются из газа максимально полно. Твердые частицы при этом играют роль центров конденсации.



Газоочистное оборудование для мокрой очистки газов

Гидравлические пылеуловители, которые используются для мокрой очистки газов, могут иметь различные конструкции.

Гидравлические пылеуловители можно разделить на такие типы:

· Динамические.

· Статические (как правило, это скрубберы).

· Пенные пылеуловители.

· Установки, которые имеют смоченную поверхность.

Самыми распространенными фильтрами для мокрой очистки газов являются скрубберы. Работа таких установок основана на разбрызгивании жидкостей в пространстве, которое заполнено газом.

Работа такого фильтра основана на прохождении газа через полый скруббер снизу вверх, и при этом орошается жидкостью, которая разбрызгивается через форсунки. Для того чтобы более качественно отмыть пыли, используются насадочные скрубберы, которые, как правило, заполнены хордовой насадкой и орошаются из брызгал или других видов специальных распределительных устройств.

Полые скрубберы позволяют очистить газ до 60-75%. Насадочные скрубберы при этом способны повысить чистоту газа до 75-85%, причем запыленность промывного газа может быть не более 1-2 г/нм³.

Полые скрубберы

Полые скрубберы, представляющие собой вертикальные колонны прямоугольного или круглого сечения, являются самыми простейшими установками/фильтрами для мокрой очистки газов и их одновременного охлаждения. Колонна данной установки орошается водой, которая разбрызгивается посредством форсунок. Запыленный газ может подаваться в устройство и снизу колонны и сверху. Если мокрая очистка применяется только для предварительной обработки запыленных газов для дальнейшей их очистки от частиц пыли в рукавных фильтрах или сухих электрофильтрах, то подача сверху газа предпочтительнее. Это позволяет более равномерно распределить газ по сечению колонны и усилить процесс его охлаждения. Жидкость с уловленными частицами пыли выводится из днища конической формы снизу установки.

Если основной задачей полого скруббера является охлаждение газа, то расход жидкости в установке составляет, как правило, от 0,3 до 0,5 кубометров на одну тысячу кубических метров газа. Если же устройство используют главным образом для очистки газа от пыли, то расход жидкости обычно составляет в пределах от 3 до 10 кубометров на тысячу кубических метров газа.

Чем больше запыленность газа, размер частиц пыли и расход орошаемой жидкости, тем больше степень улавливания пыли (обычно она не превышает 70 - 85 процентов). Гидравлическое сопротивление таких фильтров, как полые скрубберы, относительно невелико и составляет, как правило, от 100 до 280 Па.

газоочистной электрофильтр циклон неоднородный

Насадочные скрубберы

Насадочные скрубберы представляют собой колонны, все сечение которых заполнено специальными насадками, по которым в виде пленки стекает жидкость. Запыленный газ поступает снизу колонны и движется противотоком к жидкости. Поверхностью контакта фаз в этом устройстве является именно смоченная поверхность насадок.

Если насадка скруббера в недостаточной мере орошается жидкостью, то на ее элементах (в виде шариков или колец) может налипать и скапливаться пыль, что неизбежно увеличивает гидравлическое сопротивление и, как следствие, снижает производительность установки. Чтобы очистить насадку от загрязнений, ее требуется вынуть из фильтра, а это довольно трудоемкая работа. Поэтому для очистки запыленных газов используют исключительно регулярную насадку, имеющую крупные элементы или же иную насадку - хордовую.

В таких установках, как насадочные скрубберы, расход жидкости составляет от 1,5 до 8 кубометров на одну тысячу кубических метров газа. Их гидравлическое сопротивление так же, как и в полых скрубберах, невелико, но все же несколько больше - от 200 до 320 Па.

В насадочных скрубберах степень улавливания пыли зависит от точно таких же факторов, что и в полых аппаратах. Насадочный скруббер способен уловить до 75 процентов частиц пыли, размер которых составляет от 2 до 6 микрон и до 80 - 92 процентов частиц более крупных размеров. Мельчайшие частицы пыли (1 микрон и меньше) улавливаются данными установками крайне плохо.

Центробежные скрубберы

В таких установках, как центробежные скрубберы, мокрая очистка осуществляется благодаря вращению газового потока, контактирующего с жидкостью, под действием центробежных сил.

Центробежный скруббер

Пенный пылеуловитель

Наглядная схема данного фильтра представлена на рисунке. Поток запыленного газа, двигаясь со скоростью около 20 метров в секунду, посредством расположенного тангенциально входного патрубка прямоугольного сечения поступает в цилиндрический корпус, приобретая там вращательное движение.

Жидкость, подведенная из кольцевой питающей трубы к соплам, непрерывно орошает внутреннюю поверхность корпуса. Это осуществляется следующим образом. Выходящая из сопла струя жидкости идет в сторону вращения газа тангенциально к внутренней поверхности корпуса и обильно ее смачивает. После чего жидкость начинает стекать тонкой пленкой по всей внутренней поверхности корпуса скруббера.

Взвешенные частички пыли в потоке газа, который поднимается по винтовой пространственной линии, отбрасываются под действием центробежной силы к стенкам установки, где смачиваются и улавливаются пленкой жидкости. У патрубка, где входит газ, мокрой пленки нет, так как она в этом месте разрушается, превращаясь в туман. На поверхности капель этого тумана так же оседает какая-то часть пыли. Далее жидкость с частицами пыли, которая представляет собой суспензию, выводится из скруббера посредством конического днища. Газ, уже очищенный от пыли, удаляется из установки через, расположенный в самом верху, выходной патрубок.

В центробежных скрубберах, по сравнению с вышеописанными устройствами, расход жидкости совсем небольшой и составляет всего 0,1-0,2 кубометров на тысячу кубических метров газа. Гидравлическое сопротивление зависит от двух основных факторов - диаметра скруббера и скорости запыленного газа во входном патрубке. Как правило, при скорости газа 20 метров в секунду на входе в устройство оно составляет в пределах от 500 до 800 Па.

Что касается степени улавливания пыли, то в центробежных скрубберах она несколько больше, чем в тех же насадочных скрубберах. Частицы пыли, размер которых составляет от 2 до 5 микрон, улавливаются фильтром примерно на 90%, более же крупные частицы (от 15 и выше микрон) улавливаются на 95 процентов.

Барботажные (пенные) фильтры и установки. Конструкция и принцип действия

Такие установки, как барботажные уловители, применяют в основном для очистки тех газов, которые очень сильно запылены. В данных фильтрах контактирующая с газом жидкость доводится до такого состояния, что она превращается в подвижную пену, обеспечивая тем самым большую поверхность контакта фаз.

Барботажный (пенный) пылеуловитель состоит из прямоугольного или цилиндрического корпуса, в верхней части которого имеется перфорированная тарелка. Промывная жидкость подается на эту тарелку посредством штуцера. В нижней части установки есть входной патрубок, через который в пенный уловитель подается запыленный газ. Газ, проходя через предусмотренные в тарелке отверстия, барботирует, то есть перемешивает жидкость, превращая ее тем самым в подвижную пену. В слоях этой пены частицы пыли поглощаются промывочной жидкостью, некоторая часть которой удаляется из пылеуловителя посредством переточного порога, а оставшаяся часть жидкости проходит через отверстия в тарелке, тем самым их промывая и заодно улавливая крупные частицы пыли, которые находятся в пространстве под тарелкой. Полученная суспензия далее просто выводится из устройства.

При очень большом загрязнении газа и в тех случаях, когда требуется высокое качество очистки запыленного газа, используют уловители с двумя или тремя (иногда и больше) тарелками.

В барботажных (пенных) уловителях расход жидкости, как правило, составляет 0,2 - 0,3 кубометра на тысячу кубических метров газа. Установки с одной тарелкой имеют гидравлическое сопротивление от 500 до 1000 Па.

Частицы пыли больших размеров (от 20 микрон и более) улавливаются пенными аппаратами почти что полностью. Что касается более мелких частиц (5 микрон), то они улавливаются лишь на 8 - 90 процентов. Самые мельчайшие частички улавливаются устройством довольно плохо, особенно если они гидрофобны.

В процессе работы барботажных установок не допускается значительное колебание расхода газа, так как это может нарушить пенный режим, а так же загрязнить отверстия тарелки.

Современным видом мокрой очистки газов является пенный, который широко применяется в промышленности. В таких аппаратах жидкость взаимодействует с газом и приводится, таким образом, в состояние подвижной пены. Следовательно, образуется достаточно большая поверхность контакта между газом и жидкостью. Такие фильтры обеспечивают наивысшую степень очистки газа от тумана, пыли и дыма.



Однополочный пенный фильтр

Однополочный пенный фильтр представляет собой полую камеру, которая имеет прямоугольное или круглое сечение, в которой находится несколько или одна решетка. Промывная жидкость попадает в установку через штуцер и входную коробку, а газ подается в аппарат под решетку. Когда газ проходит через отверстия решетки, то он вспенивает жидкость, поэтому по решетку уже движется слой пены, и именно в нем и происходит очитка газа от твердых частиц. Самые маленькие взвешенные частицы удаляются благодаря пленке жидкости, которая протекает по решетке. Частицы дисперсной фазы, который имеют больший размер, фильтруются жидкостью, которая протекает в пространстве под решеткой.

Помимо этого используются и трехполочные пенные установки, производительность который еще больше. Эффективной работы таких аппаратов в первую очередь зависит от того, с какой скоростью протекает газ по свободному сечению камеры.



Трехполочный пенный фильтр

В том случае, если известна скорость газа щ, а также задана производительность пенного аппарата, то свободное сечение аппарата вычисляется по формуле:

f_a = V_г/3600·щ, мі

В качестве решетки для таких аппаратов используется перфорированный стальной лист, толщина которого находится в пределах от 4 до 6 мм. При этом по листу располагаются равномерно отверстия, которые могут иметь щелевидную или круглую форму. Диаметр отверстий, имеющих круглую форму, может быть 2-8 в зависимости от того, какие условия работы аппарата. Шаг при этом вычисляется по формуле:

m = v(0.91·d₀І/S), мм

При этом общее количество пыли, которая поглощается аппаратом, можно вычислить по формуле:

G = V_г·(x_н - x_к), кгс/час

Вода, которая поступает на решетку пенного аппарата, распределяется на два потока, то есть часть воды поступает вдоль решетки и вытекает через сливной порог, а другая часть - собирается на дне аппарата в виде суспензии.

В зависимости от веса улавливаемой пыли и определяется количество воды, которая протекает через отверстия, расположенные в решетке. При этом воду, которая протекает через эти отверстия, можно определить как:

W_p = (k·G)/c, кгс/час

При этом с - это заданная концентрация суспензии, а k является коэффициентом распределения пыли по потокам.

Количество жидкости, которая протекает через порог, практически равно жидкости, которая протекает через отверстия в решетки. Поэтому общий расход жидкости вычисляется по формуле:

W = 2·W_п

Скрубберы Вентури

Такие установки, как скрубберы Вентури, применяют для очистки газов, которые содержат в основном мелкие частицы пыли.



Скруббер Вентури

Схема очистки газа, где основным устройством является скруббер Вентури, показана на рисунке. Запыленный газ вводят в трубу Вентури посредством конфузора. В эту же трубу через имеющиеся в стенке конфузора отверстия впрыскивают воду, используя при этом распределительное устройство. Скорость потока газа в горловине трубы Вентури достигает примерно 100 метров в секунду. Вода, сталкиваясь с газом, распыляется на меленькие капельки. Высокая турбулентность потока газа способствует объединению пылинок с каплями жидкости. Относительно большие капли жидкости с частичками пыли движутся через диффузор трубы Вентури, где их скорость значительно падает (до 20-25 метров в секунду), и далее попадают в специальное устройство - циклонный сепаратор (3). В нем, под действием центробежных сил, капли с поглощенными частицами пыли отделяются от газа и удаляются из нижней части конической формы в виде суспензии.

Схема данного рисунка также показывает пример экономии воды при мокрой очистке газов. Так, полученная в циклонном сепараторе суспензия, выходя из него, поступает далее в отстойник. Находящийся в нижней части отстойника шлам выводится, а осветленная вода, находящаяся в верхней его части, поступает в промежуточную емкость, где к ней добавляется немного свежей воды в том количестве, которое требуется для компенсации той воды, которая ушла вместе со шламом. После вода из промежуточной емкости посредством насоса опять направляется в трубу Вентури и попадает в распределительное устройство.

Для эффективной работы скруббера Вентури, очищенный газ нужно предварительно обязательно охладить, а так же насытить, к примеру, в полом скруббере, водяными парами. Если этого не сделать, то мелкие капельки жидкости будут испаряться в трубе Вентури, что недопустимо, так как эти самые капли принимают активное участие во взаимодействии с пылинками.

В скрубберах Вентури расход воды, по сравнению с другими аппаратами мокрой очистки, достаточно высок - от 0,7 до 4 кубометров на тысячу кубических метров газа. Да и гидравлическое сопротивление заметно больше - от 3000 до 7000 Па. Однако такие скрубберы способны эффективно улавливать довольно мелкие частицы. Твердые частички размером 1 - 2 микрон они улавливают на 95 - 99 процентов, и настолько же процентов капельки тумана, диаметром 0,2 - 1 микрон.

Механические газопромыватели (дезинтеграторы)

Если необходима более полная очистка газа, то применяются механические газопромыватели, которые называются дезинтеграторами.



В такой установке в кожухе улиткообразной формы вращается горизонтальный вал, который имеет литой стальной диск, а также распределительный конус, имеющий отверстия. На диске ротора через определенные промежутки закрепляются горизонтальные круглые стержни, которые соединены с другой стороны стальные кольцами. В процессе вращения ротора круглые стержни проходят в промежутки, которые имеются между билами статора, укрепленными неподвижно точно также между литыми кольцами в кожухе аппарата, как и горизонтальные круглые стержни.

На внешней окружности диска находятся лопасти, с помощью которых выполняется отделение газа от воды, а также его промывка. К тому же на внешней окружности диска также находятся лопасти, которые создают напор газа, который необходим для транспортировки газа.

Газ в процессе очистки направляется через приемные коробки в центр установки. Вода при этом подается через сифонные трубки, а после этого выбрасывается в отверстия конуса. К неподвижным и вращающимся стержням направляется смесь воды и газа. При этом вода распыляется в очень тонкий туман и начинает очень тесно контактировать с газом, смачивая при этом всю пыль, которая в нем находится.

Осадок, который образуется в результате очистки газа, удаляется через специальный сливной канал, а после этого уходит по трубам. Очищенный газ нагнетается лопастями и выводится через газоход чере канал.

Такие установки для мокрой очистки имеют очень высокую производительность при том, что расходуют небольшое количество энергии. Чаще всего дизентеграторы применяются в металлургии для очистки доменного газа.

Дезинтеграторы имеют достаточно сложную конструкцию, что является их основным недостатком.

Масляные газовые фильтры

Масляные (висциновые) газовые фильтры применяют для очищения воздуха. Такие установки состоят из отдельных ячеек-кассет, которые имеют стандартный размер 500х500 мм и толщину 75 мм. Ячейка масляного фильтра выполнена в виде металлической коробки, загражденной с двух сторон сетками. Внутри ячейки находятся насадки (на пример металлические кольца), которые смазываются специальным маслом. Такая смазка характеризуется высокой степенью вязкости и является смесью глицерина, машинного масла и каустической соды. Ячейки располагаются плотно рядом друг с другом горизонтально или вертикально. Улавливание пыли происходит путем ее прилипания к поверхностям насадок. Насадки требуют систематической очистки от пыли. В нормальных условиях, степень очистки воздуха в таких фильтрах является сверхвысокой и достигает 99%.

Расчет фильтров и установок для очистки газа

Как производится расчет фильтров для очистки газов можно наглядно рассмотреть на примере все того же рукавного фильтра. Основной характеристикой данного аппарата является общая поверхность его тканевых рукавов (F_об), которая рассчитывается по следующей формуле:

F_об= zрdH,

где z - общее количество всех рукавов фильтра;

d - диаметр тканевого мешка (рукава);

H - высота рукава.

Ввиду того, что при работе фильтра какая-то часть его рукавов не участвует в процессе очистки газа, так как отключается на регенерацию (восстановление), то общую площадь рукавов рассчитывается следующим образом:

F_об = F_фz/(z-z_p),

где F_ф - расчетная поверхность фильтрации;

z_p - количество рукавов, которые проходят регенерацию.

Для фильтров с одной секцией можно принять z_p = (0,15 - 0,20)z.

Расчетную поверхность фильтрации можно определить по формуле:

F_ф = V/w,

w - допустимая скорость фильтрации газа через мешки (рукава). Это скорость, при которой гидравлическое сопротивление фильтра, который заполен газом, достигает самой максимальной допустимой величины. Ее находят экспериментально (как правило, w составляет 1*10^-2 м/с).

В некоторых частных случаях степень очистки газов от взвешенных частиц з рассчитывают, используя эмпирические формулы. Однако в большинстве случаев ее определяют экспериментальным способом. Когда величина з известна, то используя уравнения материального баланса мокрого пылеулавливания, можно рассчитать концентрацию пыли в очищенном газе, а так же расход уловленной пыли:

C_к = С_и·(1-з)

G_п = V_и·C_и - V_к·C_к

где C_к - концентрация пыли (конечная) в очищенном газе;

С_и - концентрация пыли в исходном (запыленном) газе;

G_п - расход уловленной пыли, измеряется в кг/с;

V_и - объемный расход исходного газа (начальный), измеряется в м³/с;

V_к - объемный расход очищенного газа (конечный), измеряется в м³/с.

Расход жидкости в аппаратах мокрой очистки рассчитывают по эмпирическим соотношениям, исходя из значений расхода уловленной пыли (G_п) , концентрации пыли в жидкости, а так же типа используемого аппарата и конкретных условий его работы.

Выбор фильтров для разделения неоднородных систем

При выборе установок для разделения неоднородных систем следует учитывать целый ряд факторов. Прежде всего, следует принять во внимание основные требования, которые предъявляются к качеству разделения этих систем. Они могут быть обусловлены требованиями технологии (к примеру, защитой насосов или вентиляторов от быстрого износа из-за разрушения их лопастей твердыми частицами), экологическими соображениями (в целях обеспечить чистоту водоемам и воздушной атмосфере), а также ценностью взвешенных частиц в газе или жидкости. Помимо этого, важно учитывать еще и концентрацию дисперсных частиц, их распределение по тем или иным размерам, температуру и агрессивность среды и так далее. И, разумеется, следует принимать в расчет технические и экономические показатели работы самих аппаратов.

Анализируя фильтры для очистки газов, можно увидеть одну закономерность: рост эффективности данных аппаратов, как правило, связан с их размером и с увеличением затрат энергии. К примеру, если взять электрофильтры или те же рукавные фильтры, то выяснится, что они наиболее эффективно очищают от пыли именно при меньших скоростях запыленного газа, а это значит, что при использовании оборудования больших размеров. А вот скрубберы Вентури и циклоны тем эффективнее проводят очистку, чем больше их гидравлическое сопротивление, то есть чем выше у них затраты энергии на перекачивание газов. Именно поэтому в каждом конкретно взятом случае нужно выбирать аппарат, учитывая абсолютно все условия.

Наиболее предпочтительными по эксплуатационным и капитальным затратам в плане использования являются такие установки, как циклоны и пылеосадительные камеры. Однако они способны улавливать только лишь довольно крупные частицы. Именно поэтому в качестве самостоятельной аппаратуры их лучше всего применять для очистки газов от крупных пылинок на объектах, имеющих малую мощность. Тем не менее, данные установки чаще всего используют для предварительной очистки запыленных газов перед дальнейшей их очисткой рукавными фильтрами и электрофильтрами, а так же перед вентиляторами в целях защиты их лопастей от возможной эрозии.

Стоит отметить, что такие установки, как электрофильтры, способны обеспечить высокую степень очистки газа, в том числе и от мельчайших частичек. Однако такие устройства довольно часто требуют предварительной подготовки газов. К тому же они совершенно не подходят для отделения частиц, имеющих небольшое удельное электрическое сопротивление.

Рукавные фильтры способны давать высокую степень очистки от любого размера пылинок более 1 микрона, однако они могут эффективно работать лишь при относительно небольшой запыленности исходных газов. Кроме того, эти аппараты требует поддержания температуры газов в определенных рамках. Рукавные фильтры по капитальным затратам несколько дешевле тех же электрофильтров, но у них больше расходы на эксплуатацию.

Установки мокрой очистки эффективны там, где требуется очистка газа от частиц пыли средней дисперсности. Их целесообразно применять в тех случаях, когда желательно и нужно увлажнение газа. Такая аппаратура в изготовлении довольно проста, сравнительно недорога, невелики и расходы на ее эксплуатацию. Однако ее использование требует большого расхода воды, а так же необходима хорошая и надежная защита оборудования от коррозии. Если дисперсионные частицы могут нанести вред окружающей среде, то нужны еще дополнительные аппараты, которые смогут их выделить из жидкой фазы.

Выбор газоочистительного фильтра обусловлен следующими факторами:

· свойствами пылевых частиц;

· размером пылинок;

· уровнем влажности;

· начальным содержанием пыли в газе;

· необходимой степенью очистки газа.

Инерционные пылеуловители и циклоны наиболее пригодны для очищения газа от грубой пыли. Самые эффективные в данной области - батарейные циклоны. Перечисленные пылеуловители способны очищать газы от нелипкой, не содержащей волокна и сухой пыли. Батарейные циклоны следует применять для очищения больших объемов газа.

Более тонкая очистка достигается посредством рукавных фильтров, электрофильтров и мокрых пылеуловителей.

Рукавные фильтры качественно очищают газы от тонкой дисперсной пыли и пыли, которая трудно поддается увлажнению (сажа и окись цинка). Тем не менее, такие фильтры не могут очищать газы от химически агрессивных газов, влажной и липкой пыли.

Мокрые пылеуловители используются в случаях, когда газ можно охлаждать и увлажнять, а пыль не представляет собой ценного материала. Такие аппараты очищают кислые газы и препятствуют их попаданию в сточные воды.

Электрофильтры относятся к высокоэффективным очистительным аппаратам. Сухие газы очищаются посредством пластинчатых электрофильтров, а газы, содержащие трудно улавливаемую пыль подвергаются обработке при помощи трубчатых электрофильтрах. Электрофильтры целесообразно использовать только при условии обработки больших объемов.

Сравнение газоочистителей

Тип аппаратов	Начальная концентрация пыли, мг/мі	Размер отделяемых частиц пыли, мкм	Создаваемое гидравлическое сопротивление, мм. вод. ст.	Степень очистки, %
Пылеосадительные камеры	--	?100	--	40-60
Циклоны:
конические	?1000	?15	40-70	?90
батарейные	--	?15	--	?95
Рукавные фильтры	?200	?2	70-100	?99,5
Висциновые фильтры	?100	?10	--	?99
Мокрые скрубберы	--	?0,1	40-80	90-99
Электрофильтры	--	?0,005	--	?99,5

Методы ускорения и повышения эффективности процессов разделения неоднородных систем

В случаях, когда дисперсные частицы выделяются из дисперсионной среды крайне медленно или требуется предварительное осветление (весьма грубое) неоднородной системы, применяют такие методы как коагуляция, флокуляция, дефлокуляция, флотация, классификация и другие.

Стоит отметить, что в химической технологии чаще всего коагуляцию осуществляют путем добавления в неоднородную разделяемую систему специальных веществ - коагулянтов, которые разрушают сольватированные (состоящие из молекул растворителя) оболочки и уменьшают диффузионную часть электрического двойного слоя у поверхности взвешенных частичек. В результате этого между частицами появляется сила сцепления, и мелкие (первичные) частицы начинают образовывать более крупные частицы - агрегаты, а это, в свою очередь, способствует ускорению их осаждения. Коагуляция, как правило, сопровождается нарастающим укрупнением частиц. Первичные (мелкие) частицы в образовавшихся агрегатах соединяются между собой силами молекулярного взаимодействия или же посредством прослойки окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция - это самопроизвольный процесс, который осуществляется по законам термодинамики, поэтому вполне естественно стремление системы перейти в другое состояние, где свободная энергия более низкая. Минимальную концентрацию вещества, которое вызывает коагуляцию, принято называть порогом коагуляции. В качестве коагулирующих веществ обычно используют соли поливалентных (многовалентных) металлов (железо, алюминий и так далее). Под действием таких коагулянтов образуются достаточно крупные скопления слипшихся между собой частиц, выпадающих в осадок в виде больших хлопьев.

Такой метод как коагуляция играет достаточно важную роль во многих технологических процессах. К примеру, ее можно наблюдать при нагревании нуклеиновых кислот, белков и других биополимеров (природных полимеров) и изменении pH.

Флокуляция - разновидность коагуляции, представляет собой процесс, где мелкие частички, находящиеся во взвешенном состоянии в газовой или жидкой среде, образуют хлопьевидные рыхлые скопления (агрегаты) - флокулы. В качестве флокулянтов используют растворимые полимеры, обычно это полиэлектролиты (белки, нуклеиновые кислоты).

Процесс молекулярного прилипания пузырьков воздуха к плохо смачиваем гидрофобным частицам (обычно воды) и образование пены на поверхности жидкой фазы называют флотацией. Образовавшуюся на поверхности пену с частичками далее удаляют. Флотацию используют, как правило, для удаления частиц дисперсной фазы. Кроме этого, ее так же с успехом применяют для разделения частиц вследствие различия их смачиваемости дисперсионной средой. При этом частички избирательно закрепляются на границе раздела двух фаз - воды и воздуха, и отделяются от оседающих на дно гидрофобных частиц. Самых лучших результатов добиваются при размере частиц от 0,1 до 0,04 миллиметров.

Различают следующие виды флотации: пенную, масляную, пленочную, электрофлотацию и другие. Самое широкое распространение из всех существующих видов получила именно первая флотация, то есть пенная. При ней частицы, которые обработали реагентами, соединяясь с пузырьками воздуха, всплывают на поверхность воды, образуя пенный слой. Устойчивость этого слоя пены регулируют с помощью добавления пенообразователей.

Классификация проводится в установках переменного сечения для отсоединения небольших количеств мелких частиц от основного продукта, который состоит из крупных частиц. Она эффективно осуществляется с помощью таких аппаратов, как центрифуги и циклоны, под действием центробежных сил разделения.

Аккустические газоочистители

Очищение газа можно осуществлять посредством воздействия на загрязненный газ колебаний звуковых или ультразвуковых частот. Ультразвуковые или звуковые волны заставляют частицы пыли интенсивно вибрировать, что способствует увеличению количества столкновений и агломерации пылинок. Укрупненные частицы отделяются в аппарате типа циклона (или другом пылеуловителе), который соединяется с акустическим газоочистителем.

В акустическом газоочистителе газ поступает через нижнюю часть агломерационной башни. В верхней части башни расположен звуковой генератор. После обработки в акустическом поле, газ направляется в циклон. Данная установка позволяет достичь 90-94% степени очистки газа. Такая очистка производится при частоте колебаний от 2 до 50 кгц, уровне интенсивности звука от 0.1 до 0.3 вт/см² и показателе пребывания газа в диапазоне аккустического поля от 1 до 4 сек. Аккустический способ очистки активно применяется при работе с горячими, химически агрессивными и взрывоопасными газами.