Процесс очистки газов от твёрдых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется несколькими параметрами, в частности общей эффективностью очистки:
n = (Свх - Свых)/Свх,
где Свх и Свых — массовые концентрации примесей в газе соответственно до и после пылеуловителя, п — эффективность очистки.
Если очистка ведётся в системе последовательно соединённых аппаратов, то общая эффективность очистки:
n = 1 - (1 –n1) • (1 – n2) • • • • • (1 - nп),
где n1, n2, nп — эффективность очистки 1, 2 и n-аппаратов.
Газы, подвергаемые очистке, вводятся через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса. За счёт тангенциального подвода происходит закрутка газопылевого потока. Частицы пыли отбрасываются к стенке корпуса и по ней ссыпаются в бункер. Газ, освободившись от пыли, поворачивает на 180° и выходит из циклона через трубу. Циклон такой конструкции разработан НИИОГАЗом и предназначен для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами. Для очистки газа от пыли используются цилиндрические (ЦП-11, ЦП-1Г), ЦП 24, ЦП-2) и конические (СК-ЦП-34, СК-ЦП-34М и (. ДК-ЦП-3.1) циклоны.
Для очистки больших масс газов используются батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов, расположенных в одном корпусе и имеющих общий подвод и отвод газов. Эффективность работы батарейных циклонов на 20-25% ниже, чем у одиночных, что объясняется пере током газов между циклонными элементами.
Для разделения газового потока на очищенный и обогащённый пылью газ используются жалюзийные пылеотделители.
На жалюзийной решётке поток газа, подаваемого на очистку, с расходом Qразделяется на два потока: очищенный с расходом Q1=(0,8-0,9) Qи обогащённый пылью Q2=(0,1-0,2) Q. Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решётке происходит под действием инерционных сил, которые заставляют частицы пыли двигаться вдоль жалюзийной решётки, а также за счет отражения частиц от поверхности решетки при соударении. Очищенный от пыли поток воздуха проходит через отверстия жалюзийной решётки. Обогащённый пылью газовый поток направляется в циклон, где очищается от пыли, и подводится в очищенный поток газа за жалюзийной решёткой. Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой конструкции, хорошо компонуются в газоходах и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,8 для частиц размером более 20 мкм. Они применяются для очистки дымовых газов от крупнодисперсной пыли при температуре до 450—600 градусов по Цельсию.
Ротационные пылеуловители предназначены для очистки воздуха от частиц размером более 5 мкм и относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от пыли. Вентиляторное колесо обеспечивает подачу содержащего пыль воздуха или газа, причём частицы пыли, обладающие большей массой, под действием центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся вдоль неё в направлении пыле приёмного отверстия, через которое они отводятся в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в отводящий патрубок. На этом же принципе действия основаны и более сложные противопоточные ротационные пылеотделители. Аппараты ротационного типа отличаются компактной конструкцией, так как вентилятор и пылеуловитель совмещены в одном корпусе, и обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха или газа, содержащих сравнительно крупные частицы пыли размером более 20-40 мкм.
Аппараты мокрой очистки газов или скрубберы имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от частиц мелкодисперсной пыли с размером более 0,3-1,0 мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Принцип их действия основан на осаждении частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов). Такая комплексная очистка газов является важным достоинством аппаратов мокрой очистки — полых форсуночных скрубберов.
Наиболее простыми по конструкции являются полые или форсуночные скрубберы, в которых запылённый газовый поток по патрубку направляется на зеркало жидкости, на котором: Осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем запылённый газ, равномерно распределённый по сечению корпуса, поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой в скруббер через форсуночные пояса, которые образуют несколько завес из распыленной на капли орошающей жидкости. Аппараты типа работают по принципу противотока.
Очищаемый газ движется навстречу распыляемой жидкости. Эффективность очистки, достигаемая в форсуночных скрубберах, невысока и составляет 0,6-0,7 для частиц с размером более 10 мкм. Одновременно с очисткой газ, проходящий через полый
форсуночный скруббер, охлаждается и увлажняется до состояния насыщения.
Наряду С полыми скрубберами широко используются дачные скрубберы, представляющие собой колонны, заполненные специальными насадками, в виде колец или шариков, изготовленных из пластмассовых или керамических элементов или крупный шлак и щебень. Насадка может распределяться в виде отдельных регулярных слоёв или беспорядочно.
За счёт насадки скруббер обладает хорошо развитой поверхностью контакта между газом и орошающей жидкостью, плёнка которой образуется на элементах насадки и постоянно разрушается, перетекая с одного элемента насадки на другой.
Элементы, используемые в качестве насадки, обладают большой удельной поверхностью, т. е. поверхностью, приходящейся на единицу объёма насадки. Такими элементами часто являются кольца Рашига, представляющие собой керамические или пластмассовые полые цилиндры, или свободно перемещающиеся полые или сплошные шары из пластмассы или резины диаметром 20-40 мм. Насадочные скрубберы используются в основном для предварительного охлаждения таза, улавливания тумана или хорошо растворимой пыли, например, сульфата натрия, присутствующего в дымовых газах содогенерационныхкотло агрегатов.
Для мокрой очистки нетоксичных или невзрывоопасных газов от пыли применяют центробежные скрубберы (рис. 20), в которых частицы пыли отбрасываются на плёнку жидкости центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счёт тангенциального расположения входного патрубка в корпусе. Плёнка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создаётся подачей воды через распределительное устройство и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата, скорости газа во входном патрубке и дисперсности пыли.
Наиболее распространёнными аппаратами мокрой очистки газов являются скрубберы Вентери, которые состоят из орошающей форсунки, трубы Вентери и капле уловителя. Труба Вентери состоит из сужающегося участка (конфузора), в который подаётся очищаемый газ, из расширяющегося участка (диффузора). Орошающая жидкость подаётся при помощи форсунок, распыляющих её на капли, движущиеся со скоростью 30- 40 м/с. Этот поток капель увлекает очищаемые газы. В трубе Вентери происходит осаждение частиц пыли на каплях жидкости, которое зависит от поверхности капель и относительно скорости частиц жидкости и пыли в диффузор ной части. Степень очистки в значительной мере зависит от равномерности распределения капель жидкости по сечению конфузной части трубы Вентери. В диффузорной части поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подаётся в капле уловитель. Капле уловитель обычно представляет собой прямоточный циклон. Скрубберы Вентери обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей до 99%, со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м.
К мокрым пылеуловителям относятся барботажно-пенные пылеуловители с провальной и переливной решётками. В таких аппаратах очищаемый газ подаётся под решётку и проходит через слой жидкости, очищаясь от частиц пыли. При малых скоростях очищаемого воздуха или газа, не превышающих 1м/с, последний пробулькивает через слой орошающей жидкости в виде отдельных пузырьков. Такой режим работы аппарата называется барботажным. Дальнейший рост скорости очищаемого газа в корпусе аппарата до 2-2,5 м/с приводит к возникновению пенного слоя над слоем жидкости, что повышает эффективность очистки газа за счёт более интенсивного перемешивания газовой и жидкой фаз. Современные барботажно-пенные пылеуловители обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли до величин 0,95-0,96.
Недостатком таких аппаратов является засорение решёток, что приводит к снижению эффективности очистки газов при их неравномерной подаче под решётку, приводящей к местному сдуву с неё слоя жидкости.
К недостаткам работы мокрых пылеуловителей следует отнести: образование большого количества шламосодержащих стоков, для обработки которых необходимо специальное оборудование; наличие в очищенных газах капель жидкости с частицами пыли, забивающие газоходы, дымососы и вентиляторы.
Для отделения очищенного воздуха от капель и брызг жидкости все сепараторы снабжены специальными устройствами. Простейшим способом удаления влаги из очищенного воздуха является расширение его потока, в результате чего происходит снижение скорости газа, и капли под действием силы тяжести отделяются. Широко используются также жалюзийные решётки, состоящие из профилированных пластин, установленных в потоке очищенных газов, соударяясь с которыми, капли теряют энергию и оседают. Такие решётки весьма эффективны, но обладают повышенным гидравлическим сопротивлением и склонны к забиванию слипшейся пылью. В качестве капле уловителей используются также циклоны.
Аппараты фильтрационной очистки предназначены для тонкой очистки газов за счёт осаждения частиц пыли на поверхности пористых фильтрующих перегородок. Осаждение частиц в порах фильтрующих элементов происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного процессов. Классификация фильтров основана на типе фильтровальной перегородки,
конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и т. д.
По типу перегородки фильтры делятся: с зернистым слоем (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженпые слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополеуретан и др.); с полужёсткими пористыми перегородками ( вяФзаные и тканные сетки, прессованные спирали и стружка); с жёсткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).
Выбор фильтрующих материалов определяется требованиями к очистке и условиями их работы: степенью очистки, температурой, влажностью, агрессивностью газов, количеством и размером пыли. Все используемые материалы должны обладать высокой пылеёмкостью (количеством пыли, оседающей на единице поверхности фильтрующего материала), стабильностью свойств в условиях действия температуры и влаги, механической и химической стойкостью, способностью легко освобождаться от уловленной пыли в процессе регенерации, невысокой стоимостью.
Большинство промышленных фильтрующих установок работает в двух режимах — фильтрации и регенерации, т. е. очисткиот уловленной пыли. Регенерация повышает степень использования фильтрационных материалов и удешевляет процесс очистки. Она производится путём встряхивания, периодической продувкой или промывкой. В результате поры материалов освобождаются от уловленной пыли и материал может использоваться повторно.
В системах промышленной газоочистки широкое распространение нашли рукавные фильтры непрерывного действия с импульсной продувкой, с цилиндрическими рукавами из шерстяной или синтетической ткани. Скорость прохождения газа через поры тканей, т. е. скорость фильтрации невысока и составляет от 0,02 до 0,2 м/с.
Очистка (регенерация) фильтрационной ткани, из которой изготовлен рукав, производится периодической импульсной продувкой сжатым воздухом каждого рукава по очереди. Такие фильтры могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых может быть от 4-6 до нескольких сотен рукавов. При очистке больших объёмных расходов газов при небольших скоростях фильтрации поверхность фильтрующих рукавов достаточно велика, что приводит к большим габаритам таких фильтров.
Аппараты электрофильтрационной очистки предназначены для очистки больших объёмных расходов газа от пыли и тумана (масляного), в частности дымовых газов содорегенерационных котлоагрегатов. Конструкция таких агрегатов отличается большим разнообразием, но принцип действия одинаков и основан на осаждении частиц пыли в электрическомполе.
Очищаемые газы проходят через систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведён ток высокого (до 60000 В) напряжения, благодаря коронному разряду происходит ионизация частиц пыли, которые
приобретают электрический заряд. Заряженные частицы двигаются в электрическом поле в сторону осадительных электродови оседают на них. Осевшая пыль удаляется из электрофильтров встряхиванием электродов в сухих электрофильтрах или промывкой в мокрых. В однозонных электрофильтрах ионизация и осаждение частиц осуществляется в одной зоне. Для тонкой очистки газов наиболее эффективными являются двузонные электрофильтры, в которых ионизация частиц происходит в специальном ионизаторе. Электрофильтры могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых создаётся своё электрическое поле. Аппараты с последовательным расположением таких секций называются многопольными, а с параллельным — многосекционными или многокамерными.
Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов минеральных масел, пластификаторов и т. п. разработаны электрические туманоуловители типа УУП. Они состоят из корпуса, в котором установлен блок электродов типа ФЭ (двузонный электрофильтр), который питается от источника напряжением 13 кВ. Подвод питания к электродам осуществляется через высоковольтные электроизоляторы с клеммами. Загрязнённый воздух через входной патрубок, распределительную решётку и сетку поступает к блоку электродов, очищается от примесей и, пройдя капле уловитель, подаётся на выход. Примеси загрязнений, отделённые от воздуха, собираются в воронках и сливаются через гидрозатворы. Туманоуловители УУП отличаются высокой эффективностью и низким гидравлическим сопротивлением.
Условием эффективной работы электрофильтров герметичность камер, исключающая подсос воздуха, приводящий к вторичному загрязнений. достоинством электрофильтров является высокая эффективность очистки при соблюдении оптимальных режимов работы, сравнительно низкие затраты энергии, а недостатком большая металлоёмкость и крупные габариты.
Список литературы:
1. Арустамов Э. А., Волощепко А. Е., Гуськов Г. В. и др. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. — М., Часть 1 — 1998, часть 2 — 1999.
2. Арустамов Э. А., Гуськов Г. В, Прокопенко Н. А. Качество окружающей природной среды и ее нормирование. Лекция. — М., 1997.
3. Арустамов Э. А., Волощепко А. Е., Платонов А. П. Основы природопользования. Лекция. — М., 1996.
4. Арустамов Э. А., Волощепко А. Е., Платонов А. П. и др. Организация экологического контроля, надзора и управления в РФ. Лекция. — М., 1997.
5. Арустамов Э. А., Волощепко А. Е., Платонов А. П. Современный мир и его влияние на окружающую среду. Лекция. — М., 1996.
6. Белов С. В. и др. Охрана окружающей среды. Учебник для студентов технических вузов. — М., 1991.
7. Блинов А. О. Предприниматель и оздоровление окружающей среды. — М., 1995.
8. Гирусов Э. В. и др. Экология и экономика природопользования. Учебник для вузов. — М., 1998.
9. Горохов В. А., Вишневская С. С. По национальным паркам мира. — М., 1993.
10. Кормилицын В. И., Цицишвили М. С., Яламов 10. И. Основы экологии. Учебное пособие. — М., 1997.
Лекция:11;12
Тема: Современные биотехнологии охраны окружающей среды
Вопросы:
1. Биотехнология переработки отходов
2. Биотехнология защиты атмосферы
3. Биотехнология охраны земель
4. Биотехнология очистки воды
5. Биотехнология переработки отходов растительности
6. Использование возобновляемых источников энергии важное направление в области защиты окружающей среды