Лекции по экологии
Подождите немного. Документ загружается.
них устанавливается высоковольтный ионизатор (зарядное
устройство), на который подается отрицательный заряд от 15 - 20 до
50 - 70кВ. Под действием электрических зарядов происходит
осаждение взвешенных частиц на каплях жидкости.
Подогрев очищенных газов перед выводом в атмосферу.
Температура газов после аппаратов мокрой газоочистки обычно
находится в пределах от 50 до 80 °С. Чаще всего газы насыщены
влагой и содержат некоторое остаточное количество пыли и даже
газовых примесей (например SО
2
). В результате конденсации
водяных паров это может привести к образованию отложений на
лопастях дымососов, установленных за аппаратами мокрой очистки,
и коррозии. Высота подъема влажных газов с низкой температурой
невелика. Ухудшается рассеивание вредных веществ. Для
предотвращения этих явлении рекомендуется подогревать
очищенные газы на 15 - 30 °С.
Наибольшее распространение получил способ подогрева очищенных
газов по следующей схеме.
Рис. 1.18 Схема подогрева очищенных газов
1- горячий неочищенный газ; 2- теплообменник; 3- атмосферный
воздух; 4- мокрый
пылеуловитель; 5- очищенный газ
1.8 Система водоснабжения для мокрой очистки газов
Система водоснабжения оказывает не только существенное влияние
на работу мокрых пылеуловителей, но и определяет экономичность
применения мокрого метода очистки газов. Очистка вод увеличивает
стоимость газоочистки, делая ее соизмеримой со стоимостью других
методов пылеулавливания, например, с очисткой газов в рукавных
фильтрах. Поэтому целесообразно применять мокрые пылеуловители
на предприятиях, где имеется хорошо налаженная система оборотного
водоснабжения.
При мокрой газоочистке вода может претерпевать следующие
физические и химические изменения: загрязнение нерастворимыми
взвешенными веществами, нагревание, насыщение газами, изменение
концентрации солевого состава из-за растворения некоторых
компонентов или всей уловленной пыли. В результате этого возможно
существенное изменение качества сточных вод по сравнению с
качеством исходной воды. Состав сточных вод и требования к воде,
подаваемой на орошение газоочистных аппаратов, определяют методы
обработки сточных вод в оборотном цикле водоснабжения.
Наличие взвеси в орошающей аппарат воде до определенной
концентрации не оказывает существенного влияния на эффективность
захвата частиц пыли. Но с ростом взвеси, в воде может наступить
момент, когда частицы пыли, располагаясь на поверхности капель, пленок
жидкости, будут препятствовать проникновению вновь подводимых
частиц пыли, отталкивая их.
Поэтому система водоснабжения включает в себя осветлитель, в
котором помимо очистки воды от взвеси может осуществляться и
химическая обработка воды. Если в схеме газоочистки предусмотрено
охлаждение газов и необходимо подавать на орошение аппаратов
относительно холодную воду, осветленная оборотная вода может
охлаждаться в вентиляторной градирне, брызгальном бассейне или
поверхностном теплообменнике.
Основным показателем, определяющим характеристику сточных вод и
выбор типа и размеров сооружений для их осветления, является
дисперсный состав частиц, содержащихся во взвеси.
Если частицы достаточно крупные или легко укрупняются при
добавке коагулянтов, осветление воды осуществляется в радиальных
отстойниках или специальных прудах.
Осаждение частиц без добавки коагулянтов обычно применимо к
частицам, размер которых превышает 1мкм. В качестве коагулянтов
могут быть использованы растворы хлорного железа, сернокислого
железа, сернокислого алюминия, полиакриламида.
Очистка оборотной воды в отстойниках является наиболее
экономичным способом осветления, к тому же их применение
исключает абразивное воздействие частиц. Отстой из нижней части
осветлителя откачивается шламовыми насосами в специальные
шламовые отвалы. К недостаткам рассмотренного способа осветления
следует отнести большие площади отстойников, необходимые при
осаждении мелких частиц, частичную утечку воды в грунт и ее потери за
счет естественного испарения в атмосферу.
Если частицы, взвешенные в оборотной воде, представляют
определенную ценность и должны быть утилизированы, обработка
воды может быть осуществлена в непрерывно действующих фильтрах. В
этом случае можно добиться почти полного обезвоживания отходов,
значительно сократить производственные площади, но это влечет за
собой возрастание стоимости обработки оборотной воды.
В последнее время для концентрирования твердых частиц в
жидкости применяют гидроциклоны. Установка их обходится дешевле, чем
фильтрующих аппаратов. Недостаток гидроциклонов заключается в
больших расходах энергии на обработку жидкости, а также в
относительно высоком остаточном содержании частиц в осветленной
жидкости.
Для осветления жидкости, содержащей особо мелкие частицы,
иногда применяются центрифуги. Их применение связано с большими
капитальными и эксплуатационными расходами. Они чувствительны к
абразивному износу и коррозионному воздействию среды. Поэтому
использование центрифуг ограничивается специальными случаями.
1.9 Аппараты фильтрующей очистки газов
Процесс очистки газов от твердых или жидких частиц с помощью
пористых сред называется фильтрацией.
Частицы, взвешенные в газовом потоке, осаждаются на поверхности
или в объеме пористых сред за счет броуновской диффузии, эффекта
касания (зацепления), инерционных, электростатических и
гравитационных сил.
Броуновская диффузия, или тепловое движение частиц, вызванное их
столкновениями с газовыми молекулами, является преобладающим
механизмом осаждения частиц диаметром менее 0,5мкм.
Эффективность диффузионного осаждения частиц может быть
представлена в виде зависимости
(1.10)
где d
в
-диаметр волокна, зерна или другого элемента, образующего
пористую перегородку, м
w - скорость газа, м/с;
d
ч
- диаметр частиц, м;
А - коэффициент пропорциональности.
Эффект касания (зацепления) проявляется, если траектории
движения частиц проходят над поверхностью волокон, зерен или
других элементов, образующих пористую перегородку, на расстоянии
равном радиусу частицы или меньшем его. Если размеры пор фильтра
меньше диаметра частиц, то происходит обычное отсеивание. Ситовой
эффект является частным случаем эффекта касания.
Параметром, определяющим процесс осаждения частиц за счет
эффекта касания, является отношение размеров частиц и элементов,
образующих пористую перегородку: d
ч ¤
d
в
- для волокон и d
ч
2
¤
d
з
2
-для
зерен. Эффективность осаждения частиц не зависит от скорости потока.
Ицнерционное осаждение имеет место, если масса частицы и
скорость ее движения настолько велики, что частица не может
полностью следовать по линии тока газа, огибающего препятствие.
Электрическое осаждение происходит при наличии либо зарядов
любого знака на фильтрующих материалах или частицах, либо
разноименных зарядов одновременно на тех и других.
Наибольшей проникающей способностью обладают частицы
размерами от 0,05 до 0,5мкм.
Твердые частицы, уловленные в объеме фильтрующего материала,
становятся элементом фильтрующей среды и повышают эффективность
очистки газов.
По мере накопления частиц газопроницаемость фильтрующего
материала уменьшается. Со временем возникает необходимость
разрушения и удаления пылевого осадка.
Процесс фильтрации в большинстве случаев предусматривает
периодическую регенерацию фильтра. При улавливании жидких частиц
накапливающаяся жидкость может удаляться из пористой перегородки
самопроизвольно. Этот процесс называется саморегенерацией фильтра.
Тканевые фильтры
В тканевых-фильтрах применяются материалы двух типов:
обычные ткани, изготавливаемые на ткацких станках, и войлоки
(фетры). Осаждение частиц пыли в начальный период работы
фильтра за счет механизмов касания, инерции, диффузии и
электростатического взаимодействия происходит на волокнах,
расположенных на поверхности нитей, а также в ворсе. Волокна,
находящиеся внутри крученых нитей, в осаждении частиц
практически не участвуют, т.к. поток газа проходит в основном
через отверстия между ними. Потом происходит процесс
осаждения частиц и образование «мостов» над порами и в них. В
результате чего образуется сплошной слой пыли, который сам
становится вторичной фильтрующей средой. Эффективность
очистки резко возрастает.
В тканевых фильтрах ткань выполняет роль несущей
поверхности, т.е. служит основой для формирования и удержания
фильтрующего слоя.
В тканевых фильтрах целесообразно использовать небольшие
скорости фильтрации 0,5 - 2см/с. При повышении скорости
фильтрации наблюдается нарушение первоначального слоя пыли,
которое сопровождается вторичным уносом пыли.
При использовании в качестве фильтрующего материала
войлоков эффективность улавливания частиц выше. Равномерное
распределение волокон по всей поверхности и в толщине фильтра,
а так же отсутствие сквозных отверстий обеспечивают равномерное
участие волокон в процессе осаждения частиц. Процесс
фильтрации протекает в объеме материала.
К тканям, используемым в качестве фильтровальных
материалов, предъявляются следующие требования:
- высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать
после регенерации количество пыли, достаточное для обеспечения
высокой эффективности очистки;
- высокая механическая прочность, стойкость к истиранию,
способность к легкому удалению накопленной пыли, по
возможности низкая стоимость.
Применяемые материалы удовлетворяют не всем
перечисленным требованиям, поэтому каждый материал
используется в определенных наиболее благоприятных условиях.
Используются следующие материалы: хлопчатобумажная ткань,
нитроновая ткань, лавсановая ткань, ткани из новых синтетических
материалов, стеклоткани, фетры, стекловолокно (до 300 °С),
металлоткани (от 500 до 1000 °С).
Существуют два основных способа регенерации запыленных
тканей: встряхивание фильтрующих элементов (механическое,
аэродинамическое); обратная продувка очищенными газами или
воздухом.
Рис 1.19 Каркасный рукавный фильтр с импульсной продувкой
1- электромагнитный клапан; 2- труба для ввода сжатого воздуха; 3-
сопло; 4- струи сжатого воздуха; 5- прибор автоматического
управления регенерацией; б- рукав, 7-каркас, 8- бункер
Зернистые фильтры
Для очистки газов фильтрующие слои, состоящие из зерен
сферической или другой формы, применяются реже, чем
волокнистые материалы. Преимуществами зернистых фильтров
являются возможность их работы при температурах 500 - 800 °С и в
условиях агрессивной среды, способность выдерживать большие
механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие
изменения температуры.
Различают следующие типы зернистых фильтров: зернистые
насадочные (насыпные), в которых улавливающие элементы не
связаны жестко друг с другом. К этим фильтрам относятся
статические (неподвижные) слоевые фильтры, динамические
(подвижные) слоевые фильтры с гравитационными перемещениями
сыпучей среды, фильтры с псевдосжиженным слоем. Размер зерен
28
0,2 - 2мм, высота слоя 0,2 - 0,25м. В качестве насадки в насыпных
фильтрах используют песок, гальку, шлак, дробленые горные
породы, древесные опилки, кокс, крошку резины, пластмасс и
графита и другие материалы. Выбор материалов для насадок
обусловлен требуемой термической и химической стойкостью,
механической прочностью, доступностью.
В жестких пористых фильтрах зерна прочно связаны друг с другом
в результате спекания, прессования или склеивания и образуют
прочную неподвижную систему. В этих фильтрах используется
пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы.
Недостатками таких фильтров являются: высокая стоимость, большое
гидравлическое сопротивление, трудность регенерации.
Электрофильтры
Широкое применение электрофильтров для улавливания
твердых частиц обусловлено их универсальностью и высокой
степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах.
Установки электрической очистки газов работают с
эффективностью до 99%. Они улавливают частицы любых
размеров, включая и субмикронные, при концентрация частиц в
газе до 50 г/м
л
и выше.
Промышленные электрофильтры применяются в диапазоне
температур до 400 - 450 °С и даже при более высоких
температурах, а также в условиях воздействия различных
коррозионных сред.
Электрофильтры отличаются относительно низкими
эксплуатационными затратами. Аэродинамическое сопротивление
электрофильтра не превышает 100 - 150Па. Оно является
минимальным по сравнению с другими газоочистными аппаратами.
Затраты электроэнергии составляют 0,1- 0,5 кВт×ч на 1000м
3
газа.
Капитальные затраты на установку электрофильтров высоки, т.к.
аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также
снабжаются специальными повысительно-выпрямительными
агрегатами для электропитания.
Преимущественной областью применения электрофильтров
является очистка больших объемов газов, отходящих от
современных агрегатов большой мощности. Так, для мощных
котельных агрегатов разработаны электрофильтры единичной
производительности по газу свыше 1000000 м
3
/ч.
К недостаткам электрофильтров следует отнести высокую
чувствительность процесса электрической очистки газов к
отклонениям от заданного технологического режима, к
незначительным механическим дефектам внутреннего
оборудования.
В ряде случаев электрофильтры не могут быть применены.
Например, в случаях, когда удельное электрическое сопротивление
пыли чрезмерно велико.
Электрофильтры не применяются, если очищаемый газ
представляет собой взрывоопасную смесь.
Рис. 1.20 Принципиальная схема работы электрофильтра
а) процесс электрического осаждения частиц; б) электрофильтр с
трубчатым электродом; в) электрофильтр с пластинчатыми
электродами; 1- коронирующий электрод, 2- осадительный,
электрод; 3- агрегат электропитания; 4- электрон; 5- молекула
газа; 6- осаждаемая частица.
Сущность процесса электрической очистки газа заключается в
следующем. Газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через
систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и
размещенных на некотором расстоянии (называемом
межэлектродным промежутком) коронирующих электродов, к
которым подводится выпрямленный электрический ток высокого
напряжения (до 100000 вольт).
При достаточно большом напряжении, приложенном к
межэлектродному промежутку, у поверхности коронирующего
