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

Подождите немного. Документ загружается.

где w

— скорость газов относительно капли (принимается равной

скорости в горловине трубы).

При больших объемах газа применяют батарейные или группо-

вые компоновки скубберов Вентури.

2.5. Очистка газов в электрофильтрах

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действи-

ем электрических сил. В камере электрофильтра располагаются отри-

цательно (коронирующие) и положительно (осадительные) заряженные

электроды, к которым подводится постоянный ток высокого напряже-

ния. Запыленный газ движется в пространстве между электродами. При

этом происходит ионизация

молекул

газа на отрицательно и положительно

заряженные ионы. Отрицательно заряженные ионы, двигаясь в запы-

ленном газе, сообщают частицам пыли свой заряд и увлекают их к оса-

дительным электродам, где частицы отдают свой заряд и осаждаются.

Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум

механизмам: под воздействием электрического поля (частицы бом-

бордируются ионами, движущимися в направлении силовых линий

поля) и диффузией ионов. Первый механизм преобладает при разме-

рах частиц более 0,5 мкм, второй менее 0,2 мкм. Для частиц диа-

метром 0,2-0,5 мкм эффективны оба механизма. Максимальная ве-

личина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квад-

рату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм — диа-

метру частицы.

Величину заряда q (кА), приобретаемого проводимой частицей

сферической формы под воздействием электрического поля, рассчи-

тывают по формуле:

q = 3Ttd

вЕ, (1-47)

где S

- диэлектрическая проницаемость (г

= 8,85 • IO*

Ф/м); E -

напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.

Величину заряда, приобретаемого непроводимой частицей, оп-

ределяют по формуле:

q = Зе / (е + 2)х e

E, (1.48)

где г - относительная диэлектрическая проницаемость частицы.

Таким образом, электроочистка включает процессы образова-

ния ионов, зарядки пылевых частиц, транспортирования их к осади-

тельным электродам, периодическое разрушение слоя накопившей-

ся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные бункеры.

По конструктивным особенностям электрофильтры различают по

разным признакам: по направлению хода газов — на вертикальные и

горизонтальные; по форме осадительных электродов — с пластин-

чатыми, С-образными, трубчатыми и шестигранными электрода-

ми; по форме коронирующих электродов — с игольчатыми, круглого

или штыкового сечения; по числу последовательно расположенных

электрических полей — на одно- и многопольные: по расположению

зон зарядки

осаждения на одно-

и двухзонные;

по числу параллель-

но работающих секций — на одно- и многосекционные.

Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми и

трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между

осадительными пластинчатыми электродами натянуты проволочные

коронирующие. В трубчатых электрофильтрах осадительные элект-

роды представляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси

расположены коронирующие электроды.

Схема трубчатого электрофильтра представлена на рис. 1-19. За-

пыленный газ движется по вертикальным трубам диаметром 200-

250 мм. Пыль оседает на внутренней поверхности труб. При помо-

щи встряхивающего устройства ее удаляют в бункер.

Электрофильтры очищают большие объемы газов от пыли с ча-

стицами размером от 0.01 до 100 мкм

при

температуре газов до 400-

450 °С. Гидравлическое сопротивление их достигает 150 Па. Затра-

ты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м

газа.

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли

и газа, скорости и равномерности распределения запыленного пото-

ка в сечении аппаратов и т.д. Чем выше напряженность поля и мень-

ше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Напряжение поля на расстоянии х метров от оси коронирующего

электрода определяется по зависимости:

E=U /2,3 Ig(R

), (1.49)

где

— напряжение, приложенное к электродам, В; R

— ради-

усы коронирующего и осадительного электродов, м.

Критическое напряжение электрического поля, при котором воз-

никает корона, для воздуха определяется по формуле (в В/м):

кр

= 3,04(р + 0,031 I^P / R

)

•

, (1.50)

отношение плотностей газа в рабочих и стандартных условиях

Р = 293(Р, +P)/ 101,3 10

(273+t), (1.51)

Рис. 1-19. Трубчатый электрофильтр:

1 — осадительный электрод; 2 — коро-

нирующий электрод; 3 — рама; 4 —

встряхивающее устройство; 5 — изо-

лятор

где P

6ap

— барометрическое дав-

ление, кПа; P — разряжение или

избыточное давление в аппарате,

кПа; t — температура газов,

Пыль с малой электрической

проводимостью вызывает явле-

ние обратной короны, которое

сопровождается образованием

положительно заряженных

ионов, частично нейтрализую-

щих отрицательный заряд пыли-

нок, вследствие чего последние

теряют способность перемещаться к осадительным электродам и

осаждаться. На проводимость пыли оказывает влияние состав газа

и пыли. С повышением влажности газов удельное электрическое со-

противление пыли снижается. Наличие в очищенных газах десятых

и сотых долей процента SO

и NH

значительно улучшает электри-

ческую проводимость пыли.

При высоких температурах газа понижается электрическая про-

водимость межэлектродного пространства, что приводит к ухудше-

нию улавливания пыли. С повышением температуры газов возраста-

ют их вязкость и объем, а следовательно, увеличивается скорость

потока в электрофильтре, что снижает степень обеспыливания. С уве-

личением скорости газа возрастает так называемый вторичный унос.

Для нормальной работы электрофильтров необходимо обеспечить

чистоту осадительных и коронирующих электродов. Отложения заг-

рязнений на коронирующем электроде способствуют повышению на-

чального напряжения коронирования, но это не всегда возможно. Если

пыль имеет большое электрическое сопротивление, то слой на элек-

троде действует как изолятор и коронный разряд прекращается.

Теоретическая степень очистки газов в электрофильтре: для труб-

чатого электрофильтра

Л = 100 [1- exp (-2w

L / w R)], (1.52)

для пластинчатого электрофильтра

r\ = 100

[

1- e\p (- u L /

h)]

(I 53)

где \\— скорость движения частиц к осадительным электродам (ско-

рость дрейфа частиц), м/с. \v

— скорость газов в активном сечении

электрофильтра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с; L —

активная длина электрофильтра, т е протяженность электрического

поля в направлении хода газов (в вертикальных электрофильтрах со-

впадает с высотой электродов), м. R — радиус трубчатого осади-

тельного электрода, м. h — расстояние между коронирующим элек-

тродом и пластинчатым осадительным электродом (межэлектрод-

ный промежуток), м.

В пределах применимости формулы Стоке а скорость (в м/с) рас-

считывают по следующим формулам: для частиц диаметром d

мкм

= 0,118 IO-

ц,

(1.54)

для частиц диаметром d

< 1 мкм

= 0,17 10-» Ес

/ц, (155)

где с

—коэффициент, равный Ал / d

(А=0,815-1,63).

— длина сред-

него свободного пробега молекул газа (>. = 10~

м).

Скорость осаждсния заряженных частиц

V = qEc^/3jc|i_d (1.56)

2.6. Улавливание туманов

Туманы образуются вследствие термической конденсации паров

или в результате химического взаимодействия веществ, находящих-

ся в аэродисперсной системе. Туманы образуются при производстве

серной кислоты, термической фосфорной кислоты, при концентриро-

вании различных кислот и солей, при испарении масел и др.

Для улавливания туманов применяют волокнистые и сеточные

фильтры-тлъганоуловители и мокрые электрофильтры Принцип дей-

ствия волокнистых фильтров-туманоу ловителей основан на захвате

частиц жидкости волокнами при пропускании туманов через волок-

нистый слой. При контакте с поверхностью волокна происходит коа-

лесценция уловленных частиц и образование пленки жидкости, кото-

рая движется внутри слоя волокон и затем распадается на отдель-

ные капли, которые удаляются с фильтра

Достоинство фильтров, высокая эффективность улавливания (в

том числе тонкодисперсных туманов), надежность в работе, просто-

та констру кции, монтажа и обслуживания

Недостатки: возможность быстрого зарастания при значитель-

ном содержании в тумане твердых частиц или при образовании не-

растворимых солей вследствие взаимодействия солей жесткости

воды с газами (CO

, SO

, HF и др.).

Перемещение уловленной жидкости в фильтре происходит

под

дей-

ствием гравитационной, аэродинамических и капиллярных сил, оно

зависит от структуры волокнистого слоя (диаметра волокон, порис-

тости и степени однородности слоя, расположения волокон в слое),

скорости фильтрации, смачиваемости волокон, физических свойств

жидкости и газа. При этом, чем больше плотность упаковки слоя и

меньше диаметр волокон, тем больше жидкости удерживается в нем.

Волокнистые туманоуловители разделяют на низкоскоростные и

высокоскоростные. Те и другие представляют собой набор фильтру-

ющих элементов. Фильтрующие элементы низкоскоростного тума-

ноуловителя включают две соосно расположенные цилиндрические

сетки из проволоки диаметром 3,2 мм, приваренные к дну и вход-

ному патрубку-. Пространство между сетками заполнено тонким

волокном диаметром от 5 до 20 мкм с плотностью упаковки 100—

400 кг/м

и толщиной слоя от 0,03 до 0,10 м. Волокна изготовляют из

специальных стекол или полипропилена, полиэфиров, поливинилхло-

рида, фторопласта и других материалов.

Фильтрующие элементы крепят на трубной решетке в корпусе

колонны (до 50-70 элементов). Туманоуловители работают при ско-

рости газа V

< 0,2 м/с и имеют производительность до 180000 м

/ч.

Высокоскоростные туманоуловители выполняются в виде плос-

ких элементов, заполненных пропиленовыми войлоками. Их можно

использовать для улавливания тумана кислот (H

, HCl

HF, H

)

и концентрированных щелочей. Войлоки выпускают из волокон диа-

метром 20, 30, 50 и 70 мкм.

Наиболее часто применяют двухступенчатые установки (с раз-

личными по конструкции фильтрами), которые могут быть двух ти-

пов. В установках первого типа головной фильтр предназначен для

улавливания крупных частиц и снижения концентрации тумана. Вто-

рой фильтр служит для очистки от высокодисперсных частиц. В ус-

тановках второго типа первый фильтр служит агломератором, в ко-

тором осаждаются частицы всех размеров, а уловленная жидкость

выносится потоком газов в виде крупных капель, поступающих во

второй фильтр-брызгоуловитель. В фильтр ах-брызгоуловителях ис-

пользуются войлоки из волокон диаметром 70 мкм. При скорости

фильтрации 1,5-1.7 м/с сопротивление составляет 0.5 кПа, а эффек-

тивность очистки для частиц более 3 мкм близка к 100%.

Фильтры для очистки аспирационного воздуха от частиц ту-

мана хромовой и серной кислоты имеют производительность от 2

до 60 тыс. м

/ч. При скорости фильтрации 3-3.5 м/с эффективность

очистки составляет 96-99,5%, сопротивление фильтров 150-500 Па.

Для улавливания масла разработаны фильтры с вращающимся

цилиндрическим фильтрующим элементом, что обеспечивает эффек-

тивную и непрерывную регенерацию слоя

от

уловленного масла. Про-

изводительность таких фильтров от 500 до 1500 м

/ч, эффективность

очистки составляет 85-94%.

Для очистки от грубодисперсных примесей брызг используют кап-

леуловители, состоящие из пакетов вязаных металлических сеток,

из легированных сталей, сплавов на основе титана и других коррози-

онностойких материалов. Сетки (с диаметром проволоки 0,2-0,3 мм)

гофрируют и укладывают в пакеты толщиной от 50 до 300 мм и в

качестве сепараторов устанавливают в колонне. Для повышения эф-

фективности улавливания тумана предусматривают две ступени се-

точных сепараторов. Сепараторы эффективно работают при концен-

трации пара в газах не более 100-120 г/м

. Сетки могут быть изго-

товлены также из фторопласта и полипропилена.

Для улавливания тумана кислот применяют мокрые электрофиль-

тры. По принципу действия они не отличаются от сухих электро-

фильтров (см. выше). Например, электрофильтр КТ-7, применяемый

для улавливания тумана серной кислоты, имеет по 144 коронирую-

щих и осадительных электрода. Он работает при давлении 500 Па и

температуре газа 160°С.

2.7. Рекуперация пылей

В зависимости от способа у лавливания (сухие и мокрые), природы,

количества, физико-химических свойств, концентрации потенциально

полезного компонента, его токсичности, стоимости, перспектив после-

дующей переработки и ряда других показателей существуют методы

рекуперации, ликвидации

изоляции промышленных

пылей.

Естествен-

но, наиболее рациональным является рекуперация пылей.

Возможные пути использования промышленных пылей: 1) ис-

пользование в качестве целевых продуктов; 2) возврат в производ-

ство, в технологии которого происходит образование данного вида

пыли; 3) переработка в другом производстве с целью получения

товарных продуктов; 4) утилизация в строительных целях; 5) перера-

ботка с извлечением ценных компонентов; 6) сельскохозяйственное

использование (в отдельных случаях в качестве удобрений); 7) ути-

лизация в процессах, где используются отдельные физико-химичес-

кие свойства (или совокупность таких свойств) пылевидных матери-

алов. Рассмотрим некоторые примеры.

Использование пыли в качестве целевого продукта. Как

правило, это откосится к технологии, направленной на специальное

получение проду кции в виде тонкодисперсного материала. Типичным

примером такой технологии является производство сажи.

Сажу широко используют во многих отраслях промышленности:

в резиновой и шинной (>90% всего производимого количества), ла-

кокрасочной и др. Ее получают в процессе сжигания нефтепродук-

тов или горючих газов при недостатке воздуха (в коптящем пламе-

ни). Особенностью сажи является высокая дисперсность составля-

ющих ее частиц (0,01-5,5 мкм) и их низкое удельное электрическое

сопротивление. Плотность сажи находится в пределах 1750-2000 кг/м

а ее насыпная плотность 40-300 кг/м

.В зависимости от способа про-

изводства сажи и ее сорта применяют различные схемы сажеулав-

ливания из технологических газов сажевых производств.

На рис.

1-20,

а в качестве иллюстрации приведена схема очистки

технологических газов в производстве форсуночной

сажи.

Такую сажу

получают при сжигании жидких нефтепродуктов, распыляемых фор-

сунками в реакторах при недостатке воздуха. Она характеризуется

большой дисперсностью: ее удельная поверхность составляет 25-

35 м

/г. В газах, поступающих на очистку, содержание сажи состав-

ляет 80-100 г/м

. Следует учитывать, что отходящие газы сажевого

производства взрывоопасны и горючи.

Для выделения форсуночной сажи из технологических газов са-

жевого производства используют горизонтальные односекционные

трехполочные электрофильтры типа СГ. Они имеют стальной корпус

и снабжены взрывными клапанами для упразднения пиковых давле-

ний при возникновении в системе "хлопков". Во избежание подсоса

воздуха и образования взрывоопасных смесей электрофильтры СГ

работают под избыточным давлением 50-100 Па. Наиболее устой-

чивый температурный диапазон их работы 180-230°С. Допустимое

содержание кислорода в поступающих на очистку газах состав-

ляет < 1,3% (об.).

В электрофильтрах происходит частичная коагуляция взвешен-

ных частиц, поэтому для улавливания образующихся агломератов

используют вторую ступень очистки, в качестве которой служат пос-

ледовательно установленные циклоны. Степень очистки в первой

сту

пени составляет 97%. во второй — 80% В среднем остаточное со-

держание сажи в газах после электрофильтров находится в пределах

1.5-4.5 г/м

. после циклонов — 0,5-0.7 г/м\ После второй сту пени

очистки газы направляют на сжигание. Выделенную из газовой фазы

сажу пневмотранспортом передают в цех обработки, где ее отвеи-

вают от посторонних включений, пропускают через микроизмельчи-

тели и уплотнители, а затем фану лиру

тот

и в виде готовой продукции

затаривают в мешки или барабаны.

Возврат пыли в производство. Это является одним из наибо-

лее распространенных и рациональных приемов обеспечения безот-

ходности производства с одновременным увеличением его эффек-

тивности и решением природоохранных задач. Технология возврата

улавливаемых пылевых материалов в основное производство обыч-

но определяется используемыми способами газоочистки (сухие,

мокрые, одно- и двухсту пенчатые, комбинированные) и целесооб-

разностью введения этих продуктов в определенный аппарат техно-

логической схемы в том или ином агрегатном состоянии.

При получении декаоксотрифосфата (триполифосфата) натрия с

раздельной сушкой раствора в распылительной сушилке и прокали-

ванием сухих ортофосфатов в турбокальцинаторе газы, поступаю-

щие в систему очистки (рис 1-20. б) отделения

су

шки, состоят из

продуктов сгорания природного газа, избыточного воздуха, влаги и пыли

ортофосфатов натрия (Na

HPO

и NaHJ

) Пыль ортофосфатов на-

трия относится к третьей

гру

ппе пылей и является среднедисперсной.

Количество пыли составляет около 44% от производительности уста-

новки по оргофосфату натрия. Основную ее часть улавливают в бата-

рейном

циклоне.

Дисперсный состав

пыли

ортофосфатов, у ловленной цик-

лоном и проходящей через циклон, представлен ниже:

Фракция, мкм

0-20 20-30 30-50 >50

dso

Содержание пыли, %:

уловленной 2.3

6,7 22,0 70,0

69.0

на выходе

40,0 27,0

23,0 10.0

23,0

Фракционная эффективность очистки характеризуется следчющими показателями.

фракция, мкм

0-10

10-15 15-20

>20

эффективность,

° о

5,4 20,0 50,0

87,0

Общая эффективность очистки для батарейного циклона состав-

ляет 96.4%

Предварительно очищенные газы подают затем в полый скруб-

бер, орошаемый раствором ортофосфата натрия, насыщающимся в

процессе циркуляции до плотности 1300 кг/м

, при достижении кото-

рой раствор выводят из цикла и передают на сушку, а систему запол-

няют свежей водой. Расход раствора, подаваемого на форсунки скруб-

бера, составляет 0,237 л на 1 м

очищаемого газа. Дисперсную смесь

солей из пылесборного бункера батарейного циклона транспортиру-

ют в кальцинатор для получения высококачественного проду кта.

Эффективность очистки газов в полом скруббере по уравнению:

Л = л'0-*/т) (1.57)

составляет 55,69%.

Здесь г|' = 0,58 — эффективность очистки при орошении чистой

водой; а =9,44.10~

л/м

—количество промывной жидкости, выноси-

мой из аппарата в виде брызг; m = 0,237 л/м

— расход промывной

жидкости.

В целом ряде производственных процессов, сопровождающихся

пылеобразованием продуктов на отдельных стадиях, используют еще

более простые рекуперационные схемы. Так, при производстве ам-

миачной селитры и карбамида — многотоннажных продуктов, ис-

пользуемых в основном как удобрения в сельском хозяйстве, на ста-

диях соответственно охлаждения высушенного в аппаратах кипяще-

го слоя после грану ляции продукта и охлаждения и сушки готового

продукта в кристаллизаторах образуются пылевоздушные смеси со

значительным содержанием этих веществ. Для их улавливания и

очистки воздуха перед его выбросом в атмосферу используют раз-

личного вида аппараты мокрого поглощения (пенные, полые и другие

скрубберы), орошаемые водными растворами извлекаемых компо-

нентов, циркулирующими в системе очистки до достижения опреде-

ленной концентрации, после чего образующиеся рассолы возвраща-

ют в тот или иной аппарат технологической нитки.

В качестве иллюстрации на рис. 1-20,в приведена схема рекупе-

рации аммиака и пылевидного карбамида из пылегазовой смеси, вы-

ходящей из кр ист а лл из атор ов карбамидного производства.

Поглотительный раствор циркулирует в системе до достижения

40-50%-й концентрации в нем карбамида, после чего его передают в

основное производство на переработку в товарный

проду кт,

а для

продолжения процесса очистки используют новую порцию конденсата.

Аналогично может быть организована рекуперационная техно-

логия пылеулавливания в производстве аммиачной селитры на ста-

дии очистки газов процесса гранулирования, в производстве адипи-

новой кислоты на стадии ее сушки и в некоторых других процессах.

Подобным же образом — с непосредственным возвратом улавлива-

емой пыли

виде водного раствора

основное производство органи-

зуют рекуперационные циклы при очистке вентиляционных выбро-

сов в производствах хлорида кальция и ряда других продуктов.

Утилизация пыли, уловленной в одном производстве, в ка-

честве сырья для другого производства. Также является весь-

ма распространенным приемом использования пылевидных отходов

в химической и других отраслях промышленности.

Так, огарковую пыль, улавливаемую в батарейных циклонах и

сухих электрофильтрах при очистке содержащего диоксид серы об-

жигового газа в производстве серной кислоты из колчедана и содер-

жащую

среднем 40-63%

железа, 1-2% серы,

0,33-0,47% меди, 0,42-

1,35% цинка, 0,32-0,58% свинца, 10-20 г/т драгоценных металлов и

другие соединения, после соответствующей обработки или без тако-

вой можно использовать в шихте для выплавки чугуна.

Сажа, выделенная при очистке технологических и отходящих га-

зов ряда производств, может быть использована для приготовления

гранул или брикетов, служащих в качестве котельного топлива. На-

пример.

процессах газификации жидких

топлив

при

мокрой

очистке

получаемого синтез-газа, используемого в качестве сырья для раз-

личных химических синтезов, сажевую пыль выводят в виде видно-

го раствора, отстой которого (шлам) может быть переработан в про-

цессе, схема которого приведена на рис. 1-21. По этой схеме синтез-

газ очищают от сажи в несколько ступеней с использованием после-

довательно установленных по ходу газа скруббера, пенного аппара-

та и электрофильтра.

В качестве рабочей жидкости в системе используют воду, цир-

куляция которой обеспечивается центробежными насосами. Во из-

бежание накопления в воде вредных примесей и солей жесткости в

системе водооборота сажеочистки (помимо дегазации и охлажде-

ния воды в градирне) предусмотрены ее подщелачивание и продувка

(обычно воду сбрасывают вместе с сажевой пульпой). Отделяемую

в отстойниках сажевую пульпу (шлам с содержанием сажи около

5%) обезвоживают на вакуум-фильтре. Полученный концентрат сме-

шивают с керосином (или другими подобными продуктами) из рас-

чета 140 кг на 1 м

шлама. Смесь гранулируют. Готовый продукт —