Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

Лф=[Ф'-Ф"(1-Л)]/Ф\ (I-б)

где Ф', Ф" — содержание фракций в газах соответственно на входе и

выходе аппарата, %.

Зная фракционную степень очистки газов, можно определить

общую эффективность аппарата:

(L7)

100 100 100 *

Эффективность улавливания пыли может быть выражена в виде

коэффициента проскока частиц (степени неполноты улавливания), ко-

торый представляет собой отношение концентрации частиц за аппа-

ратом к их концентрации перед ним. Его используют, когда надо оце-

нить конечную запыленность или сравнить относительную запылен-

ность газов на выходе из различных аппаратов. Коэффициент про-

скока K

рассчитывают по формуле:

-I-U. (1.8)

Суммарную степень очистки газов rj, достигаемую в несколь-

ких последовательно установленных аппаратах, расчитывают по

формуле:

= I-(I-Ii

)(I-Ti

)...(I-H

)

(1.9)

где H

, Tj

, ..., г|

— степень очистки газов от пыли соответственно в

первом, втором и n-м аппарате. /

2.2. Очистка газов в сухих механических

пылеуловителях

К сухим механическим пылеуловителям относят аппараты, в ко-

торых использованы различные механизмы осаждения: гравитаци-

онный (пылеосадительные камеры), инерционный (камеры, осажде-

ние пыли в которых происходит в результате изменения направления

движения газового потока или установки на его пути препятствия) и

центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вих-

ревые и динамические пылеуловители). Перечисленные аппараты

отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно

широко используют в промышленности. Однако эффективность улав-

ливания в них пыли не всегда оказывается достаточной, в связи с

чем они часто выполняют роль аппаратов предварительной очистки

газов. Типы пылеосадительных камер показаны на рис. 1-2.

В общем виде скорость осаждения шарообразных частиц под

действием силы тяжести может быть определена по формуле:

= д/

4А

Ч(РЧ -РГ)Ё

РДЧ> (I-10)

ще V

— скорость осаждения частиц, м/с; d

—диаметр частиц, м; р

—

плотность частицы, кг/м

; р

— плотность газа, кг/м

; g —ускорение

свободного падения, м/с

; — коэффициент сопротивления частицы.

Для достижения приемлемой эффективности очистки газов не-

обходимо чтобы частицы находились в камере возможно более про-

должительное время.

При применимости закона Стокса минимальный размер частиц

d^ (в м), которые будут полностью осаждены в многополочной ка-

мере, может быть определен по формуле:

dMHH

= V

18v

^r/[(Рч-Pr)gBL], (1.11)

где V

— объемный расход газов, м

/с; ц

— динамический коэффи-

циент вязкости, Па.с; BHL — ширина и длина камеры, м.

Запыленный

газ

Очищенный Запыленный

газ газ 3

Пыль

Очищен-

ный газ

№

Запыленный газ

Рис. 1-2. Пылеосадительные камеры: а — простейшая камера; б — камера с пере-

городками; в — многополочная камера; 1 — корпус; 2 — бункеры; 3 — перегород-

ка; 4 — полка

Маленькие частицы практически мгновенно достигают конеч-

ной скорости, и в этом случае средняя скорость V

может быть при-

нята равной скорости осаждения У

Инерционные пылеуловители. При резком изменении

направления движения газового потока частицы пыли под воздействи-

ем инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем на-

правлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. На

этом принципе работает ряд аппаратов (рис.

1-3).

Эффективность этих

аппаратов небольшая.

Камера с плавным поворотом газового потока имеет меньшее

гидравлическое сопротивление, чем другие аппараты. Скорость газа

в сечении камеры принимают 1,0 м/с. Для частиц пыли размером

25-30 мкм достигается степень улавливания 65-80%. Такие камеры

применяют на заводах черной и цветной металлургии. Гидравличес-

кое сопротивление их равно 150-390 Па. Пылеуловители типа б встра-

иваются в газоходы.

Жалюзийные аппараты. Эти аппараты имеют жалюзийную

решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ,

проходя через решетку, делает резкие повороты. Пылевые частицы

вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направле-

ние, что приводит к отделению крупных частиц из газового потока,

тому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки, от

которых они отражаются и отскакивают в сторону от щелей между

Очищенный

газ

Запыленный

газ

Очищенный

газ

Рис. 1-3. Инерционные пылеуловители: a — с перегородкой; б — с плавным поворо-

том газового потока; в — с расширяющимся конусом, г — с боковым подводом газа

лопастями жалюзи (рис. 1-4). В результате газы делятся на два по-

тока. Пыль в основном содержится в потоке, который отсасывают и

направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с

основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа

перед жалюзийной решеткой должна быть достаточно высокой (до

15 м/с), чтобы достигнуть эффекта инерционного отделения пыли.

На степень очистки влияет также скорость движения газов, отсасы-

ваемых в циклон. Гидравлическое сопротивление решетки составля-

ет 100-500 Па.

Обычно жалюзийные пылеу ловители применяют для улашшвания

пыли с размером частиц >20 мкм. Недостаток решеток — износ

пластин при высокой концентрации пыли.

Эффективность улавливания частиц зависит от эффективности

самой решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасыва-

емого в нем газа. Если j — относительная доля газа, направляемого

с пылевым концентратом, то степень очистки газа в жалюзийном

пылеуловителе

ц = П

[1-(1-ф)(1-Лр)]. а 12)

где г|

— степень очистки газов в отсосном циклоне; г|

— степень

очистки в решетке (формула справедлива при ф не менее 0,1-0,2).

Циклоны. Циклонные аппараты наиболее распространены в

промышленности. Они имеют следующие достоинства: 1) отсутствие

движущихся частей в ап-

парате; 2) надежность

работы при температурах

газов вплоть до 500

(для работы при более

высоких температурах

циклоны изготовляют из

специальных материа-

лов); 3) возможность

улавливаная абразивных

материалов при защите

внутренних поверхностей

циклонов специальными

Рис. 1-4. Жалюзийный пыле-

уловитель (1 — корпус, 2 —

решетка)

покрытиями; 4) улавливание пыли в сухом виде; 5) почти постоянное

гидравлическое сопротивление аппарата; 6) успешная работа при вы-

соких давлениях

газов;

7) простота изготовления; 8) сохранение высо-

кой фракционной эффективности очистки при увеличении запыленности

газов. Недостатки: 1) высокое гидравлическое сопротивление — 1250—

1500 Па; 2) плохое улавливание частиц размером <5 мкм; 3) невозмож-

ность использования для очистки газов от липких загрязнений.

Основные конструкций циклонов (по подводу газов) показаны

на рис. 1-5. По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на

циклоны со спиральным, тангенциальным и винтообразным, а также

осевым подводом. Циклоны с осевым (розеточным) подводом га-

зов работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так

и без него (вид д). Последний является прямоточным и отличается

низким гидравлическим сопротивлением и меньшей по сравнению с

другими циклонами эффективностью. Наиболее предпочтительным

по форме с точки зрения аэродинамики является подвод газов по

спирали. Однако на практике все способы подвода газа могут ис-

пользоваться в равной степени.

Принцип работы циклона показан на рис. 1-6, а. Газ вращается

внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Час-

тицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в

циклонах.ценгробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз

больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие

Очищенный

газ

Очищенный Очищенный

Очищенный

Запыленный

Очищенный

газ д

Рис.

1-5.

Основные виды циклонов (по подводу газов): a — спиральный; б

тангенциальный; в — винтообразный;

г.

д — осевые (розеточные)

частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием

центробежной силы движутся к стенке.

Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне h прямо про-

порциональна скорости газов в степени

и обратно пропорциональна

диаметру аппарата также в степени V

Процесс целесообразно вести при больших скоростях V

и не-

больших D

. Однако увеличение V

может привести к уносу пыли из

циклона и резкому увеличению гидравлического сопротивления. По-

этому целесообразно увеличивать эффективность циклона за счет

уменьшения диаметра аппарата, а не за счет роста скорости газов.

Оптимальное соотношение H / D

=2-3.

В промышленности принято разделять циклоны на высо-

коэффективные и высокопроизводительные. Первые эффектив-

ны, но требуют больших затрат на осуществление процесса очист-

Рис. 1-6. Циклоны: а — одинарный;

— входной патрубок; 2—выхлопная труба;

3 — цилиндрическая

камера;

4 — коническая камера; 5 — пылеосадительная каме-

ра; б — групповой: 1 — входной патрубок; 2 — камера обеспыленных газов; 3 —

кольцевой диффузор; 4 — циклонный элемент; 5 — бункер; 6 — пылевой затвор

ки; циклоны второго типа имеют небольшое гидравлическое сопро-

тивление, но хуже улавливают мелкие частицы.

На практике широко используют циклоны НИИогаза — ци-

линдрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические

(с удлиненной конической частью). Цилиндрические относятся к вы-

сокопроизводительным аппаратам, а конические — к высокоэффек-

тивным. Диаметр цилиндрических циклонов не более 2000 мм, а ко-

нических — не более 3000 мм.

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют

по

формуле:

ЛР

/2, (1.13)

где V

— скорость газов в произвольном сечении аппарата, относи-

тельно которого рассчитана величина м/с.

Коэффициент сопротивления

O,00513

K^b/D

^, (1.14)

где K

—коэффициент, соответственно равный 16 для циклонов

танген-

циальным входом газа и 7,5 — для циклонов

розеточным входом; Ii

b — размеры входного патрубка; D — диаметр выхлопной трубы.

Групповые циклоны. При больших расходах очищаемых га-

зов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не

увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эф-

фективности очистки. Схема групповых циклонов дана на рис 1-6, б.

Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределя-

ется меаду циклонными элементами.

Коэффициент гидравлического сопротивления группы циклонов оп-

ределяют по формуле:

(1Л5

где — коэффициент гидравлического сопротивления одиночного

циклона; K

— коэффициент, учитывающий дополнительные потери

давления, связанные с компоновкой циклонов в группу (табличная

величина).

Батарейные циклоны — объединение большого числа малых

циклонов (мультициклонов) в

группу.

Снижение диаметра циклонного

элемента преследует цель увеличения эффективности очистки. Схе-

ма батарейного циклона приведена на рис. 1-7, а. Элементы бата-

рейных циклонов (рис. 1-7, б, в) имеют диаметр 100, 150 или 250 мм.

Оптимальная скорость газов в элементе лежит в пределах от 3,5 до

4,75 м/с, а для прямоточных циклонных элементов от 11 до 13 м/с.

Очищенный Очищенный

камера; 3 — решетки; 4 — циклонный элемент; б — элемент с направляющим

аппаратом типа "винт"; в — элемент с направляющим аппаратом типа "розетка"

Рис. 1-8. Вихревые

пылеуловители:

а — соплового типа; б —лопаточного типа;

—

камера; 2 — выходной патрубок; 3 — сопла; 4 — лопаточный завихритель типа

"розетка"; 5 — входной патрубок; 6 — подпорная шайба; 7 — пылевой бункер; 8 —

кольцевой лопаточный завихритель

Допускаемая запыленность газов при их очистке от слабослипа-

ющихся пылей в мультициклонах может быь определена по приве-

денным ниже данным:

Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пы-

леуловителей от циклонов является наличие вспомогательного зак-

ручивающего газового потока (рис. 1-8).

В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручи-

вается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при

этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тан-

генциально расположенных

сопел.

Под действием центробежных сил

частицы отбрасываются к периферии, а оттуда

возбуждаемый стру-

ями спиральный поток вторичного

газа,

направляющий их вниз, в коль-

цевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального

обтекания потока очищаемого газа постелено полностью проникает

в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено

подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в

бункер. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем,

что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и пода-

ется кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатка-

ми.

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может

быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного

газа или запыленные газы. Наиболее выгодным в экономическом

отношении является использование в качестве вторичного газа за-

пыленных газов. В этом случае производительность аппарата повы-

шается на 40-65% без заметного снижения эффективности очистки.

Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличе-

нием диаметра падает. Оптимальный расход вторичного газа состав-

ляет 30-35% от первичного. Могут быть батарейные установки, со-

стоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Затраты энергии (в кДж) на очистку 1000 м

газов в вихревых

пылеуловителях К могут быть определены по формуле:

Диаметр элемента, мм

Допускаемая концентрация частицы

при различных типах завихрения, г/м

100 150 250

"розетка"

винт

35 50 100

15 35 75

K=[(V'+V")AP +ДР" V"]l/V\

/ an

(П6)

где V

', V

"'— объемный расход соответственно очищаемых газов и

вторичного воздуха, м

/с; AP

— гидравлическое соротивление ап-

парата, Па; АР" — давление вторичного воздуха (разница мевду

давлением в сопле и на входе в аппарат, Па).

Критический (минимальный) диаметр частиц, полностью улав-

ливаемых в пылеуловителе, определяется по формуле:

lfp

- ^(V

/ Н) [In(D

) /(1 /18ц

) (р

Рг

)

со

]

, (1.17)

где V

— скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с; H —

высота пылеулавливающей камеры, м; D

— диаметр аппарата, м;

— диаметр подводящей трубы, м; о — скорость вращения, с'

Достоинства вихревых пылеуловителей по сравнению с цик-

лонами: 1) более высокая эффективность улавливания высокодис-

персной пыли; 2) отсутствие абразивного износа внутренних поверх-

ностей аппарата; 3) возможность очистки газов с более высокой

температурой за счет использования холодного вторичного воздуха;

4) возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет из-

менения количества вторичного газа. Недостатки: 1) необходимость

дополнительного дутьевого устройства; 2) повышение за счет вто-

ричного газа общего объема газов, проходящих через аппарат (в слу-

чае использования атмосферного воздуха); 3) большая сложность

аппарата в эксплуатации.

Динамические пы-

леуловители. Очистка га-

зов от пыли осуществляется

за счет центробежных сил и

сил Кориолиса, возникающих

при вращении рабочего коле-

са тягодутьевого устройст-

ва. Динамический пылеуло-

витель потребляет больше

энергии, чем обычный вен-

тилятор с идентичными па-

раметрами по произ-

водительности и напору.

Наибольшее распрост-

ранение получил дымосос-

пылеуловитель (рис.

1-9).

Он

предназначен для улавлива-

Запыленный -

газ

Очищенный

газ

Пыль

Рис. 1-9.

Динамический

пылеуловитель

1 —

"улитка"; 2 — циклон; 3 — пылесборный

бункер