Очистка газов от пыли

        При этом частицы пыли оседают в конической части камеры. Для снижения гидравлического сопротивления аппарата поворот потока часто делают плавным. На 
рис.2 показаны осадители, в которых запыленный газовый поток направляется 
сначала вниз, а затем поворачивает на 180° и выводится сверху. Аппараты подобного типа имеют гидравлическое сопротивление от 150 до 400 Па и эффективность пылеулавливания до 80 % при размере частиц пыли крупнее 20...30 
мкм [2]. 
 
 

     Принцип внезапного изменения направления  газового потока использован также в аппарате жалюзийного типа, приведенном па рис.3. В нем газовый поток сталкивается с наклонной жалюзийной решеткой, огибая которую струи газа резко изменяют направление и обеспыливаются. 

  

 

  Рис.3 Жалюзийный пылеуловитель с частичным отводом  запыленного потока:

  1-жалюзийная  решетка, 2-очищенные газы, 3-обогащенный  пылью газ. 

     Этот  аппарат широко применяется для предварительной очистки газов. В нем около 90 % газов частично очищается, а остальной газовый поток, обогащенный пылью, отводится на дальнейшую очистку. Гидравлическое сопротивление решетки обычно составляет 100...500 Па. Размер частиц улавливаемой пыли более 20 мкм. Недостатками жалюзийного пылеуловителя являются: износ пластин решетки при высоких концентрациях крупной пыли и возможность образовании отложений с последующим забиванием решетки. Температура газов, очищаемых в аппаратах этого чипа, регламентируется материалом решетки и обычно не превышает 450... 600 ^о С [3].  
 

  Центробежные  методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата [27]. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению ко дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе[46]. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м³/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5¸30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d = 2¸5 мкм она составляет менее 40%.

     Циклонные аппараты являются наиболее распространенным типом сухого механического пылеулавливателя благодаря высокой производительности, простоте устройства и обслуживания, дешевизне, сравнительно небольшому гидравлическому сопротивлению. Улавливание пыли в циклонах происходит под действием центробежной силы. Схема работы циклона приводится на рис.4. [22], [48]. 

     

 
 
 

Рис. 4  1- патрубок отвода очищенного газа, 2 - корпус циклопа: 3 - внешний вихрь: 4 - внутренний вихрь; 5 - пылеотводящий патрубок: 6 - входной патрубок. 

     Запыленный  газовый поток, как правило, вводится в верхнюю часть корпуса циклона, представляющего в большинстве случаев цилиндр, заканчивающийся в нижней части конусом. Патрубок входа газа в циклон, обычно прямоугольной формы, располагают обязательно по касательной к окружности цилиндрической части циклона. Очищенный газ выводится через круглую трубу, расположенную по оси циклона.

     Поступившие в циклон газы совершают движение по спирали, двигаясь вниз и образуя внешний вращающийся вихрь. При этом частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса циклона. Приблизившись к корпусу циклона, газовый поток начинает поворачиваться и двигаться вверх, образуя внутренний вращающийся вихрь. Частицы пыли, достигшие стенок, перемещаются вниз, откуда выносятся из циклона через пылеотводящий патрубок Движение частиц пыли вниз к отводящему патрубку обусловлено влиянием не только силы тяжести. В первую очередь оно вызвано тем, что пристеночный газовый поток движется вдоль оси циклона к вершине его конуса. Поэтому циклон можно располагать не только вертикально конусом вниз, но и наклонно, горизонтально и даже конусом вверх.[1], [19]. 
 
 

     Кроме того, разработана конструкция многоступенчатого  циклона [7], который состоит из двух циклонов - внешнего и внутреннего (рис. 6). 
 

    Рис.6 Двухступенчатый циклон

        1- входной патрубок наружного циклона, 2- наружный циклон,   
3 - выхлопной патрубок наружного циклона, 4 - разгрузочный 
патрубок наружного циклона, 5 - входной патрубок внутреннего циклона, 
6 - выхлопной патрубок внутреннего циклона; 7 – корпус внутреннего циклона,

        8-разгрузочный патрубок внутреннего циклона, 9 - центральный трубопровод подачи сжатого воздуха, 10 – осевая труба, 11-завихритель.

  Аппарат снабжен осевой трубой, соединяющей  полость разгрузочного патрубка с полостью входного патрубка внутреннего циклона через тангенциальный ввод. Через трубопровод, расположенный в осевой трубе, осуществляется подача сжатого воздуха внутрь циклонов. Аппарат работает следующим образом. Смесь поступает во внешний циклон и осаждается в нем. Мелкая фракция поступает во внутренний циклон, осаждается на его стенках, сползая вниз, где захватывается потоком воздуха, выходящим из завихрителя. Далее мелкая фракция выбрасывается в наружный циклон. Обработанный воздух засасывается в осевую трубу и возвращается в общий воздушный поток входного патрубка внутреннего циклона. Количество отсасываемого через осевую трубу воздуха должно равняться количеству воздуха, подаваемому в завихритель по центральному трубопроводу. Это достигается установкой на тангенциальном вводе и входном патрубке регулируемых дроссельных клапанов [4], [6], [30].

  Поток воздуха, выходящий из завихрителя, образует воздушную пробку, которая препятствует подсосу газов из внешнего циклона во внутренний. Регулировка оптимального режима достигается путем изменения расхода воздуха и вертикальным перемещением осевой трубы.

     Следует отметить, что эффективность пылеулавливания  в циклонах возрастает с увеличением скорости газов через аппарат и убывает с увеличением диаметра аппарата. Однако чрезмерное увеличение скорости газов может принести к уносу пыли из циклона и резкому увеличению гидравлического сопротивления. Поэтому целесообразнее увеличить эффективность циклона за счет уменьшения диаметра аппарата, а не за счет роста скорости газов.

В целом циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества:

• простота изготовления и эксплуатации;

•  практически  постоянное гидравлическое сопротивление;

•  независимость эффективности очистки от изменения запыленности газа;

• отсутствие движущихся частей в аппарате;

• достаточно надежная работа при высоких давлениях газов;

• достаточно надежная работа при высоких температурах газов.

     Недостатками  циклонов являются большое гидравлическое сопротивление высокоэффективных аппаратов и низкая эффективность улавливания мелких (менее 5 мкм) частиц [41]. 

  Другим  типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли [24], [45].

  Фильтрация  основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60-65°С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Гидравлическое сопротивление фильтра DР около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м³ очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами – соплами, расположенными против каждого рукава, движущимися наружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха.

  Волокнистые фильтры, имеющие поры, равномерно распределенные между тонкими волокнами, работают с высокой эффективностью; степень очистки h = 99,5¸99,9 % при скорости фильтруемого газа 0,15-1,0 м/с и DР=500¸1000 Па.

  На фильтрах из стекловолокнистых материалов возможна очистка агрессивных газов при температуре до 275°С. Для тонкой очистки газов при повышенных температурах применяют фильтры из керамики, тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к переменным нагрузкам; однако их гидравлическое сопротивление велико – 1000 Па.

  Фильтрация  – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества – сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

  Мокрая  очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью [7],[32]. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

     Процесс мокрого пылеулавливания, основанный на контакте запыленного газового потока с жидкостью, осуществляется следующими основными способами:

      1. Запыленный газовый поток поступает в аппарат и промывается вводимой в него жидкостью; частицы пыли удаляются из газового потока вследствие их столкновения с каплями воды.

     К данной группе мокрых пылеуловителей относятся, например, скрубберы, скоростные пылеуловители.

     2. Жидкость орошает рабочие поверхности  аппарата, с которыми соприкасается запыленный газовый поток. Частицы пыли захватываются пленкой жидкости и выводятся из газового потока.

     По  такому принципу работают аппараты с  подвижной насадкой и центробежные аппараты.

     3. Запыленный газовый поток вводится  в жидкость, дробится на пузырьки. Частицы пыли смачиваются и вымываются из газа.

К этой группе относятся пенные и ударно-инерционные  пылеуловители

     Данная  классификация мокрых пылеуловителей весьма условна, поскольку аппараты могут работать при комбинировании нескольких способов в одном аппарате.

     Мокрые  пылеуловители имеют ряд преимуществ  перед аппаратами других типов:

•   более  высокая  эффективность  улавливания  взвешенных  частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;

•   возможность применения некоторых  типов мокрых пылеуловителей для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;

•   возможность использования при  высокой температуре и повышенной влажности газов;

•   минимальная  пожаро- и взрывобезопасность;

•   возможность  использования мокрых пылеуловителей в качестве  АБсорберов и теплообменников смешения. В то же время метод мокрого пылеулавливания имеет и ряд недостатков:

•   в случае очистки агрессивных  газов аппаратуру и коммуникации необходимо надежно защищать от коррозии;

•   улавливаемый продукт выделяется в  виде шлама, что связано с необходимостью очистки сточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса;

•   при охлаждении газов до температуры, близкой к точке росы, а также  вследствие брызгоуноса, пыль может осаждаться в газопроводах и прочих коммуникациях.