Очистка газов от взвешенных в частиц

В начале рассмотрим методы очистки газовых выбросов в атмосферу от пыли (твердых и жидких частиц). Работа аппаратов для очистки газов от взвешенных в них частиц основана на использовании различных механизмов осаждения. Это могут быть:

– гравитационное осаждение (седиментация в результате вертикального осаждения под действием сил тяжести);

– инерционное осаждение, происходящее в случае, если масса частиц или скорость их движения настолько велики, что они не могут следовать за потоком газа, огибающего препятствие и по инерции, продолжают двигаться, сталкиваться с препятствием и осаждаться на нем;

– центробежное осаждение, которое происходит при криволинейном движении газового потока, когда возникают центробежные силы, под действием которых частицы отбрасываются на поверхность осаждения;

– зацепление (касание), происходящее, когда расстояние между частицей, находящейся в газовом потоке, и обтекаемым телом меньше или равно ее радиусу;

– диффузионное осаждение, которое происходит, когда размеры частиц настолько малы, что под действием ударов молекул газа, находящихся в броуновском движении, могут изменить свою траекторию и осесть на поверхности обтекаемых тел или корпусе аппарата;

– электрическое осаждение. В процессе ионизации электрическим разрядом молекул газа происходит заряд частиц, находящихся в газах, и они под действием электрического поля осаждаются на электродах.

Основные типы аппаратов для очистки газов представлены в табл. 8. Стоимость оборудования увеличивается, как и степень очистки сверху вниз.

Таблица 8

Основные типы аппаратов для очистки газов

Рассмотрим принципы некоторых из аппаратов. К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых очистка газа происходит под действием гравитационных сил, сил инерции и центробежных сил.

1. Пылеуловительная камера.

В пылеуловительной камере происходит грубая очистка газа от твердых частиц размером более 40 мкм. Это пустотелый прямоугольный короб, с бункером внизу для пыли. Запыленный газ движется со скоростью около 1,5 м/с. Используется для очистки от крупных частиц, в основном для предварительной очистки воздуха.

Рис. 1. Пылеосадительная камера

Эффективность очистки определяется по соотношению:

h = (C_вх. – С_вых.)/С_вх.

2. Инерционный пылеуловитель.

В инерционных пылеуловителях наряду с гравитационными силами на частицу действуют и силы инерции (газ изменяет направление своего движения, а частицы – нет). Скорость газа в аппарате – до 15 м/с. Недостаток – степень очистки от 65% до 80% при размерах частиц 25…30 мкм.

Рис. 2. Инерционные пылеуловители (а – камера с перегородкой, б – камера с расширяющимся корпусом)

3. Циклоны.

Циклоны применяют в промышленности наиболее часто. Существуют различные конструкции циклонов: цилиндрические, конические, групповые, батарейные со спиральным, тагенциальным, винтообразным и осевым подводом газа. Принцип работы всех типов циклонов основан на том, что газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем снизу вверх (иногда только сверху вниз).

Рис. 3. Циклон

Под действием центробежной силы частицы отбрасываются к стенкам аппарата, а затем собираются в бункере. Скорость газа в циклонах – от 1,7 до 4,7 м/с. Устанавливать циклоны диаметром более 3000 мм нецелесообразно, т.к. степень очистки уменьшается пропорционально квадрату диаметра. Поэтому и применяют компоновку нескольких циклонов (батарейные циклоны с диаметром 100…250 мм). Эффективность улавливания пыли в батарейном циклоне колеблется в пределах 0,92…0,97.

4. Скрубберы – это мокрые пылеуловители.

К их достоинствам можно отнести то, что одновременно с частицами могут поглощаться и паро- и газообразные компоненты (1), улавливание частиц размером менее 20 мкм (до 0,1 мкм) с достаточно высокой степенью очистки. Недостаток – образование загрязненных сточных вод, которые в свою очередь требуют очистки, возможность уноса капель жидкости газом, необходимость антикоррозийной защиты коммуникаций. Существует целый ряд скрубберов, наиболее простые – полые (рис. 4) и насадочные (рис. 5).

Рис. 4. Полый скруббер

Скорость движения газового потока в полом скруббере равна 0,6-1,5 м/с. Орошающая жидкость подается под давлением около 400 кПа. При взвешенных частицах более 10 мкм степень очистки – 90%. Достоинство – простота конструкции. Недостаток – затраты на распыление, небольшие скорости из-за большого брызгоуноса.

Рис. 5. Насадочный скруббер

Насадочные скрубберы – это колонны, внутри которых насадка из керамики или металла (в случае если насадка неподвижна). Насадки могут быть подвижными, тогда они выполнены в виде полых шаров, колец и т.д. Скрубберы с неподвижным слоем насадки работают при скоростях потока газа до 1 м/с, а с подвижной – до 5-6 м/с.

Существуют также пенные скрубберы, скоростные газопромыватели (скруббер Вентури), в котором вращается труба-распылитель (он двухоболочный с каплеуловителем). Скорость потока жидкости может доходить до 150 м/с. В этом случае эффективность очистки газов составляет 0,98, а размеры улавливаемых частиц – 1-2 мкм.

5. Фильтры.

Фильтры бывают разные: а) пористые, б) волокнистые, в) электрофильтры.

5.а. В пористых фильтрах запыленный газ фильтруется через пористую перегородку, задерживающую взвешенные частицы в своих порах или на поверхности.

Рис. 6. Рукавный фильтр с обратной продувкой

Наиболее часто в промышленности используют тканевые рукавные фильтры. В аппарате расположен целый ряд тканевых рукавов. Газ подается в нижнюю часть аппарата и выходит в верхней. В результате отложения в порах и на поверхности ткани пыли гидравлическое сопротивление аппарата увеличивается. При достижении определенного уровня сопротивления осуществляется обратная продувка рукавов чистым газом, при этом пыль собирается в бункере под рукавами. В качестве фильтров применяют хлопчатобумажные и шерстяные ткани (до 80…100º), ткани из синтетических волокон (до 140º), стекловолокна (с большой термостойкостью до 300º) и даже ветр и войлок.

Механизмы очистки в таких фильтрах: инерционное улавливание, эффект зацепления, диффузионный эффект.

5.б. Волокнистые фильтры – это фильтры из слоев волокон. Слои могут быть различной толщины, в которых волокна распределены равномерно. Толщина волокон может колебаться в пределах от 0,01 мкм до 100 мкм. Ультратонкие волокна используют для очистки газовых потоков от высокодисперсных радиоактивных и высокотоксичных аэрозолей (0,05…0,50 мкм). Эффективность составляет от 99%. В большей своей части это синтетические волокна (полипропилен, полиэфиры, фторопласты). Регенерация таких фильтров в большей части нерентабельна и даже невозможна. Обычно они работают достаточно долго (0,5-3,0 года), а затем заменяются на новые.

Грубоволокнистые фильтры с периодической промывкой в последние годы применяются для очистки газов от брызг растворов кислот, токсичных солей и щелочей.

5.в. Электрофильтры – это устройства, в которых очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц происходит под действием электрических сил (рис. 7). Газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным промежутком) от коронирующих электродов, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения.

Рис. 7. Электрофильтры

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку у поверхности коронирующего электрода, происходит интенсивная ударная ионизация газа, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (короны).

Ионы газов различной полярности, образующиеся в зоне короны под действием сил электрического поля, движутся к разноименным электродам, вследствие чего в межэлектродном промежутке возникает электрический ток, называемый током короны. Улавливаемые частицы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают заряд и под влиянием электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество осаждается на заземленных электродах. По мере накопления на электродах осажденных частиц они промываются. Степень очистки от субмикронных частиц может достигать 99,9%. Но это очень дорогое и сложное в изготовлении и эксплуатации оборудование.

Кроме того, в последнее время активно применяют для очистки газов абсорберы и адсорберы (это тоже фильтры). Абсорбция – это процесс избирательного поглощения газов или паров массой жидкого поглотителя – абсорбента. При физической абсорбции растворение газа не ведет к химической реакции. Обычно в качестве абсорбента воду, органические растворители.

Но применяется и хемосорбция, когда абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с газом. В этом случае используют обычно растворы солей, водные суспензии.

Сложность здесь одна, как регенерировать жидкость? Хорошо, если хемосорбция не дает токсичных соединений. В противном случае абсорбент подлежит или очистке, или захоронению. Эффективность абсорбционного метода по хлористому водороду составляет 85-92%, по оксидам азота – 65%.

Адсорбция – это процесс избирательного поглощения газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем – адсорбентом. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь (хорошо очищает выбросы от диоксида серы), силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты (оксиды щелочных и щелочноземельных металлов), активированные углеродные волокна. Например, цеолиты – алюмосиликаты применяют для абсорбции полиароматических углеводородов.

Дата добавления: 2015-08-13