Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

пактны и просты в установке. Однако они имеют большое гидравлическое

сопротивление проходу газа, плохо регенерируются и дорого стоят.

Жесткие керамические пористые фильтрующие материалы делают в

виде цилиндрических труб, плиток или тонких листов, которые состоят из

зерен, прочно связанных между собой путем спекания, прессования, склеи-

вания или применения связующих веществ.

Регенерацию фильтрующего

слоя таких фильтров осуществляют путем

обратной продувки их сжатым воздухом или газом, пропускания через них

растворов, горячего пара, вибрации или простукивания.

В металлокерамических фильтрах, которые по принципу действия на-

поминают рукавные, фильтрующий слой изготавливают в виде труб диамет-

ром 100 мм и длиной до 2 м из порошков различных металлов и сплавов

ме-

тодом прессования или прокатки с последующим спеканием. Эти фильтры

могут полностью очищать газы от частиц пыли размером менее 1 мкм при

температуре 600

С и выше. Скорость фильтрации в них 0,2-10 м/мин, гид-

равлическое сопротивление от 100 до 6000 Па.

Контрольные вопросы

1. Механизмы процесса фильтрования

2. По каким конструктивным признакам классифицируют промышлен-

ные фильтры?

3. Как устроены и работают тканевые фильтры?

4. Какие фильтровальные материалы применяют в тканевых фильтрах?

5. Какие требования предъявляют к фильтровальным тканям?

6. Какие способы регенерации ткани применяют в тканевых фильтрах?

7. Как определяют гидравлическое сопротивление тканевого фильтра?

8. Зернистые фильтры,

их преимущества и недостатки, области приме-

нения

9. Кассетные и рамочные фильтры, их преимущества и недостатки, об-

ласти применения

10. Рулонные фильтры, их преимущества и недостатки, области приме-

нения

11. Масляные фильтры, их преимущества и недостатки, области при-

менения

1.4. АППАРАТЫ МОКРОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ОЧИСТКИ ГАЗОВ

Лекция 8

План лекции

1. Классификация аппаратов мокрой очистки газов

2. Оросительные устройства

3. Полые скрубберы. Классификация полых скрубберов. Принцип ра-

боты и области применения

1.4.1. Аппараты мокрой очистки газов

В мокрых пылеуловителях (ПУ) очистка газа осуществляется при кон-

такте газа с жидкостью. Взвешенные в газе частицы пыли смачиваются, утя-

желяются и выводятся из газового потока под действием гравитационных сил

или сил инерции, либо захватываются жидкостью и удаляются в виде шлама.

Одновременно происходит и охлаждение газа. Так как при смачивании

масса

частиц становится больше, в мокрых ПУ эффективность очистки лучше, чем

в однотипных сухих.

Мокрые ПУ применяют в тех случаях, когда

- уловленная пыль далее не используется;

- пыль может быть использована в мокром виде или после обезвожива-

ния;

- необходимо охладить газ независимо от его очистки.

достоинствам мокрых ПУ можно отнести:

- сравнительно небольшую стоимость изготовления;

- высокую эффективность улавливания частиц пыли;

- возможность их использования при высокой температуре и повышен-

ной влажности газов, а также в случае опасности самовозгорания или взрыва

очищаемых газов или улавливаемой пыли;

- возможность одновременного осуществления очистки газов от взве-

шенных частиц (т.е.

пылеулавливание), извлечения газообразных примесей

(абсорбция) и охлаждения газов (т.е. контактный теплообмен).

Однако мокрые способы улавливания имеют и

недостатки:

1) улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с не-

обходимостью обработки сточных вод, а следовательно, с удорожанием про-

цесса очистки;

2) в случае очистки агрессивных сред аппаратуру и коммуникации не-

обходимо изготавливать из антикоррозионных материалов или применять

антикоррозионные покрытия.

В качестве орошающей жидкости чаще всего применяют воду. Для

уменьшения количества отработанной жидкости используют замкнутую сис-

тему орошения.

Мокрые ПУ классифицируют следующим образом.

По способу действия их делят на

- оросительные устройства;

- полые (форсуночные) скрубберы;

- насадочные скрубберы;

- тарельчатые скрубберы (пенные аппараты);

- скрубберы с подвижной насадкой;

- скрубберы ударно-инерционного действия (ротоклоны);

- центробежные скрубберы;

- механические (динамические) скрубберы;

- скоростные скрубберы (скрубберы Вентури);

- эжекторные скрубберы.

По затратам энергии мокрые ПУ делят на три группы:

1) низконапорные – гидравлическое сопротивление не более 1500 Па (к

ним относятся форсуночные, насадочные и центробежные скрубберы);

2) средненапорные – гидравлическое сопротивление от 1500 до 3000 Па

(динамические, эжекторные скрубберы, скрубберы ударно-инерционного

действия);

3) высоконапорные – гидравлическое сопротивление более 3000 Па

(скрубберы Вентури).

Еще одной особенностью работы мокрых ПУ является вынос

брызг

орошающей жидкости из аппаратов. Чтобы его предотвратить необходимо

соблюдать оптимальный режим работы аппаратов и предусматривать специ-

альные брызго- и каплеуловители.

Мелкие частицы пыли в мокрых ПУ улавливаются плохо, так как на их

поверхности образуется пленка газа, которая препятствует их смачиванию.

Для улучшения смачиваемости частиц необходимо создать условия для раз-

рушения газовой пленки, что достигается либо организацией движения газо-

вого потока в условиях высокой турбулентности, либо вводом в орошающую

жидкость специальных поверхностно-активных веществ.

Рассмотрим основные мокрые пылеуловители.

1.4.1.1. Оросительные устройства. Промывные камеры

К оросительным устройствам относят

брызгала, которые устанавливают

в газоходах (рис. 1.14). В них запыленный газ пропускают через завесу рас-

пыляемой жидкости со скоростью не более 3 м/с, чтобы не было уноса

брызг. Расход воды зависит от температуры очищаемых газов и степени их

охлаждения и составляет 0,1-0,3 л/м

Эти устройства используют для очистки газа от пыли, размер частиц

которой больше 20 мкм, а также в том случае, если к очистке не предъявляют

высоких требований.

После оросительных устройств в большинстве случаев необходимо ус-

танавливать каплеуловители.

Промывная камера

– это усовершенствованное оросительное устройст-

во (рис. 1.15).

Рис. 1.14. Оросительное уст-

ройство: 1 – газоход; 2 – дымовая

труба; 3 – оросители; 4 – шламовая

труба

Рис. 1,15. Промывная камера: 1,

3 – сепараторы; 2 – корпус; 4 – фор-

сунки; 5 – фильтр; 6 – поддон; 7 –

слив; 8 – насос; 9 – трехходовой кла-

пан; 10 – вентилятор

Их устанавливают в кондиционерах и в приточных вентиляционных

установках для обработки воздуха.

В зависимости от количества рядов форсунок камеры бывают двух- и

трехрядные. В

начале и в конце камеры устанавливают сепараторы для отде-

ления капель жидкости.

Скорость движения газа составляет 1,5-2,5 м/с, расход воды – 0,2-1 л/м

газа, давление воды перед форсунками – 0,35-0,5 МПа, гидравлическое со-

противление камер – 300-500 Па.

Воду из поддона камеры отводят насосом, очищают в фильтре и снова

подают в форсунки.

1.4.1.2. Полые скрубберы

Полый скруббер (рис. 1.16) – это пустотелая цилиндрическая или пря-

моугольная башня, выполненная из металла или кирпича, железобетона и

других материалов. В случае необходимости внутреннюю поверхность футе-

руют или покрывают антикоррозионными составами.

Рис. 1.16. Полый скруббер: 1 – патрубок для выхода газа; 2 – конфу-

зор; 3 –форсунка; 4 – коллектор орошения; 5 – корпус скруббера; 6 – проду-

вочный патрубок; 7 – клапан для продувки коллектора орошения; 8 – патру-

бок для входа газа; 9 – бункер; 10 – патрубок для удаления шлама; 11 – гид-

равлический затвор; 12 – поплавковая камера

В верхней части форсунки устанавливают таким образом, чтобы все

поперечное сечение было

перекрыто факелами орошающей жидкости. На-

клонный патрубок внизу аппарата способствует более равномерному вводу

газа и распределению его по сечению скруббера.

Скрубберы, в которых газ и жидкость двигаются навстречу друг другу,

называют

противоточными, если газ и жидкость подаются в аппарат сверху,

то их называют

прямоточными.

Однако лучший тепло- и массообмен между газом и жидкостью на-

блюдается в противоточных скрубберах.

При большом расходе орошающей жидкости форсунки устанавливают

в 2 и более ярусов.

При однорядном расположении форсунок факел распыления обычно

направлен вертикально, сверху вниз или под некоторым углом. При несколь-

ких ярусах форсунок: у верхнего яруса факел направлен

вниз, против движе-

ния газа, а остальные – вверх, по ходу движения газа.

В зависимости от количества воды, подаваемой на орошение, полые

скрубберы делят на охладительные и испарительные.

охладительные скрубберы подают большое количество воды, кото-

рая в процессе охлаждения газа не успевает испариться, а только нагревается.

испарительные скрубберы воду подают в небольшом количестве, ко-

торая частично или полностью испаряется. Температура конечного газа в та-

ких устройствах значительно выше, чем в охладительных скрубберах.

Одновременно с охлаждением газов в аппаратах происходит и очистка

от пыли размером более 10 мкм. Мелкие частицы не смачиваются и выносят-

ся газами из скруббера.

Степень

очистки обычно составляет 60-70 %, однако ее можно увели-

чить, повышая: высоту скруббера; скорость газа в нем; удельный расход во-

ды, а следовательно, и количество капель жидкости.

Полые скрубберы используют в основном для охлаждения и увлажне-

ния газов, а также для грубо их очистки.

Оптимальная скорость газового потока в аппарате составляет 0,7-1,5

м/с

. Если превысить эти значения, происходит унос капель жидкости, что

крайне нежелательно. Чтобы уменьшить данное явление, применяют фор-

сунки грубого распыления воды. В этом случае капли имеют размер около

или более 0,8 мм и при оптимальных скоростях газа не выносятся из скруб-

бера. Однако чем крупнее капли, тем меньшее их количество образуется

тем хуже контакт газа с водой.

Если после полого скруббера установлен каплеуловитель, то скорость

газа можно увеличить до 2-2,3 м/с. В этом случае повышается турбулент-

ность движения газового потока, столкновение капель с пылью наиболее ин-

тенсивно и наблюдается лучший тепло- и массообмен между газом и водой.

Процесс тепло- и массообмена

в скруббере происходит следующим об-

разом. При входе в скруббер газ обычно не насыщен полностью влагой. Если

газ имеет высокую температуру, вода в скруббере испаряется и влагосодер-

жание газа увеличивается. Этот процесс сопровождается охлаждением газа

при постоянной энтальпии, так как образующийся из воды пар возвращает

газу тепло, которое было затрачено

на испарение воды, в виде теплосодержа-

ния, т.е. энтальпии водяного пара. Температура воды в процессе охлаждения

газа в этот период остается постоянной и равной температуре мокрого тер-

мометра, так как тепло, передаваемое газом воде, полностью расходуется на

парообразование воды. При достижении газом состояния полного насыщения

водяным паром парообразование воды прекращается

В этот период газ из нижней части скруббера успевает пройти в его

верхнюю часть. С момента полного насыщения газа водяным паром даль-

нейшее охлаждение газа вызывает конденсацию части водяных паров. Тепло,

выделяющееся при конденсации, идет на нагрев воды. Нагрев вновь продол-

жается до достижения водой температуры мокрого термометра. При этом эн-

тальпия и содержание в газе водяного пара уменьшается.

Таким образом, в нижней части скруббера происходит испарительное

охлаждение газа, а в верхней – процесс конденсационного охлаждения

Расход воды зависит от начальной и конечной температуры газа, на-

чального влагосодержания газа и температуры воды. В

среднем он составля-

ет 0,5-0,7 л/м

газа. Если одновременно с охлаждением газа идет и его очист-

ка расход воды увеличивают до 3-10 л/м

газа.

Гидравлическое сопротивление полого скруббера при отсутствии кап-

леуловителя составляет около 250 Па.

Лекция 9

План лекции

1. Скрубберы с насадкой. Типы насадок

2. Пенные аппараты. Конструкция и области применения

3. Центробежные скрубберы и циклоны

1.4.1.3. Скрубберы с насадкой

Для улучшения контакта газа с жидкостью применяют смачиваемую

насадку, которую вставляют в полый скруббер (рис. 1.17).

Насадку помещают на колосниковую решетку, насыпая ее навалом или

укладывая рядами, а тип насадки выбирают в зависимости от условий работы

скруббера (рис. 1.18).

Рис. 1.17. Скруббер с насад-

кой: 1 – патрубок для выхода газа;

2 – форсунки; 3 – насадка; 4 –

кор-

пус; 5 – лаз; 6 – патрубок для входа

газа; 7 – поплавковая камера; 8 –

бункер; 9 гидравлический затвор

Рис. 1.18. Типы насадок: 1 –

керамические кольца Рашига; 2 –

кольца с перегородкой; 3 – кольца

с крестообразной перегородкой; 4

– кольца Палля; 5, 6 – седла; 7 –

хордовая насадка

Проходя через насадку, газ многократно изменяет направление своего

движения, в результате чего содержащаяся в газе пыль или капельные ком-

поненты по инерции попадают на смоченную поверхность насадки и смыва-

ются стекающей жидкостью. Поэтому в насадочных скрубберах пыль улав-

ливается более эффективно, чем в полых. Однако пыль часто осаждается в

отверстиях насадки и забивает их. При этом возрастает гидравлическое со-

противление скруббера и снижается его производительность. Тогда насадку

извлекают и чистят.

В настоящее время насадочные скрубберы редко используют для улав-

ливания пыли, в основном их применяют как абсорберы для очистки от SO

HCl, H

S, для охлаждения и увлажнения малозапыленного газа.

Насадка должна обладать химической стойкостью, механической

прочностью, небольшой массой и большой поверхностью единицы объема.

Для химически агрессивных сред чаще всего используется насадка из

керамических колец (пустотелых и с перегородками), которые укладывают

правильными рядами, либо просто засыпают на нее.

При щелочных жидкостях применяют керамику и

стальные кольца.

При нейтральных и не агрессивных к дереву жидкостях и газах с невы-

сокой температурой применяют насадку из досок сосны или ели.

Количество жидкости, которое следует подавать на каждый 1 м

сече-

ния насадки скруббера, называют

плотностью орошения, которая зависит от

типа насадки и назначения скруббера.

Для охлаждения и увлажнения газа плотность орошения водой состав-

ляет 5-20 м

/(м

⋅ч). После насадочного скруббера устанавливают каплеулови-

тели. Скорость газа в отверстиях насадки 0,8-1,5 м/с.

1.4.1.4. Пенные аппараты

Пенные аппараты (рис.1.19) применяют в основном при комплексной

очистке газов от пыли и газообразных примесей.

Если газ пропускать через слой жидкости (процесс барботажа) с не-

большой скоростью, то средний размер образующихся пузырьков 3-7 мм.

Скорость свободного всплывания их в жидкости 0,25 м/с.

Рис. 1.19. Принципиальная схема пенного аппарата и конструкция ре-

шеток: а – щелевая; б – дырчатая

С увеличением скорости газов образуются 3 зоны распределения жид-

кости в аппарате. Нижняя зона – зона барботажа – представляет собой

сплошной слой

жидкости, через который проходят пузырьки газов. Над ней –

зона пены, а еще выше – зона брызг.

В слое пены с большой поверхностью контакта между жидкостью и га-

зом поглощение пыли и химических газообразных примесей проходит значи-

тельно интенсивнее, чем в зоне барботажа. Поэтому даже при малой высоте

слоя пены он оказывает

решающее действие на протекание процесса в барбо-

тере.

Пенный режим может быть достигнут при оптимальном количестве от-

верстий в решетке и скорости газа 5-12 м/с.

Пенный аппарат (см. рис. 1.19) – это корпус

1 прямоугольной или круг-

лой формы из нержавеющей или углеродистой стали, внутри которого уста-

новлена решетка

3 (или тарелка). На решетку через приемную коробку 2 или

сверху с помощью оросителя подают воду. В горизонтальном направлении

скорость движения воды ~ 1 м/с. Запыленный газ вводится под решетку через

входной патрубок

При прохождении газа через решетку с жидкостью образуется слой пе-

ны. Если высота слоя воды 20-50 мм, то слой пены составляет 100-200 мм.

Даже при минимальной высоте слоя пены (100 мм) обеспечивается макси-

мальная степень улавливания пыли и охлаждение газов до температуры жид-

кости. При большей толщине слоя пены эффективность улавливания пыли не

изменяется.

Оптимальная скорость движения газа через слой пены 2-2,5 м/с. Если

скорость газа больше, наблюдается брызгоунос.

Если скорость газа в отверстиях решетки

меньше 5-6 м/с, то значитель-

ная часть жидкости проваливается через решетку в бункер

5. А при скорости

газа более 12 м/с жидкость не попадает в бункер вообще, что может привести

к засорению решетки.

Для нормальной работы пенного аппарата необходимо, чтобы через

решетку протекало 50 % от всей подаваемой жидкости.

Остальное ее количество удаляется через сливную коробку

7 и патру-

бок

8. Уловленную пыль удаляют из аппарата через патрубки 6 и 8.

Жидкость подают на решетку и удаляют в виде шлама через порог

Высота порога и скорость подачи жидкости определяют высоту слоя на

решетке и, следовательно, высоту слоя пены. Равномерный слой пены на-

блюдается при площади решетки ~ 8 м

В сепараторе

10 газ освобождается от капель жидкости и выводится

через патрубок

11.

Производительность одного аппарата около 50 тыс. м

/ч газа.

Если запыленность газа больше 5-20 г/м

в аппарате устанавливают 2 и

более полок с интервалом 400-600 мм.

По конструктивным особенностям и режиму работы пенные аппара-

ты делят на 2 группы:

1) с провальной решеткой, через которую жидкость полностью прова-

ливается в бункер;

2) с переливным устройством.

Преимуществом аппаратов первой группы является меньшая забивае-

мость отверстий решетки пылью, так как они лучше промываются жидко-

стью. Однако в них наблюдается больший расход воды, чем в аппаратах вто-

рой группы.

Пенные аппараты эффективно работают по очистке газов с температу-

рой до 100

С и запыленности не более 300 г/м

. Удельный расход воды га

охлаждение и очистку газа в аппаратах второй группы – 0,2-0,3 л/м

газа, а

первой группы – 0,8-0,9 л/м

1.4.1.5. Пылеуловители ударно-инерционного типа

Улавливание пыли в аппаратах инерционного типа происходит за счет

ударов движущихся с большой скоростью в газовом потоке частиц о по-