Борьба с пылью с помощью циклонов, мультициклонов, пылеуловителей и фильтров

Борьба с пылью

Наиболее часто пыль улавливается аппаратами пассивного действия — пылеосадительными камерами и аппаратами активного действия — циклонами и мультициклонами, электрофильтрами, рукавными фильтрами и мокрыми пылеуловителями.

Различают одно-, двух- и трехступенчатые системы очистки газов. Одноступенчатые системы очистки газов практически не применяются из-за значительных выбросов мелкой пыли.

Двухступенчатые системы очистки газов распространены наиболее широко: в качестве первой ступени используются любые аппараты сухой очистки, а в качестве второй — аппараты мокрой очистки для улавливания мелкой пыли, иногда фильтры.

Трехступенчатая система очистки газов встречается крайне редко.

Первая ступень очистки газов

В пылеосадительных камерах газ очищается за счет гравитационного осаждения пыли. Наиболее эффективно их использовать для улавливания частиц пыли крупнее 0,1 мм.

Требования к пылеосадительным камерам: скорость движения газа 0,2…0,8 м/с; движение газа в камере — строго ламинарное с достаточно большими входным и выходным участками.

Несоблюдение этих требований приводит к улавливанию только самой крупной пыли. Примером такой пылеосадительной камеры является система газоочистки АС установки «Тельтомат».

Режимные параметры циклонов поддерживают в определенных диапазонах, независимо от их диаметра. Средняя осевая скорость газа в корпусе циклонов составляет 2,5…4,5 м/с. По этому показателю и диаметру циклона определяют его пропускную способность в м³/ч. Скорость газа во входном тангенциальном патрубке принимается равной 12…22 м/с, в выхлопном патрубке 7…12 м/с.

При скорости газа во входном патрубке 12…22 м/с центробежное ускорение, возникающее в корпусе при вращении газового потока, превышает ускорение силы тяжести земли в 50…300 раз и более. При этом чем меньше диаметр корпуса, тем выше центробежное ускорение и выше эффективность отделения ныли. Циклоны одинаково хорошо работают и при избыточном давлении (нагнетание запыленного газа во входной патрубок), и при разряжении (вытяжка газа из выхлопных патрубков). Сопротивление движению газа в циклонах очень велико и достигает 2300…2700 Па.

Общие рекомендации

• Компоновка агрегатов. Циклоны целесообразно ставить перед дымососом (работа при разряжении). В этом случае вся пыль, особенно крупная, улавливается циклоном и лопасти крыльчатки дымососа изнашиваются в 2…2,5 раза медленнее.

• Повышение эффективности газоочистки. Движение газа на входе в циклон должно быть ламинарным. На газоходах не должно быть резких поворотов, расширений, сужений. Для перевода турбулентного потока в ламинарный перед циклонами в газоходе ставят рассекатели потока (набор патрубков из тонкой жести по всему сечению газохода). Предпочтение следует отдавать циклонам с наклонным входным патрубком и с наклонной верхней крышкой типа ЦН11, ЦН-15, ЦН-24 (цифры указывают угол наклона крышки циклона в градусах). Для предупреждения выноса пыли из пылесборной камеры на нижнее отверстие конуса (снизу) ставят пластинчатый рассекатель (параллельно оси циклона) или (а чаще вместе с рассекателем) конический отражатель с кольцевым зазором в нижней части конуса. В этом случае пыль уходит через кольцевое пространство в пылесборник, а воздушный вихрь по коническому отражателю возвращается вверх. Помимо циклонов с цилиндрическим корпусом выпускаются конические циклоны типов СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34, которые дают более высокие степени очистки газов.

В батарейных циклонах наименьшая степень очистки отмечена при применении закручивающего аппарата типа «винт». Закручивающий аппарат типа «розетка» с плоскими лопатками имеет несколько выше эффективность очистки, чем «винт». Наилучшие результаты по улавливанию пыли и снижению сопротивления движению газа выявлено у закручивающего аппарата типа «розетка» с криволинейными профильными лопастями.

• Снижение сопротивления движению газа в циклоне. Большое сопротивление движению газа связано с тремя причинами: турбулентным режимом течения газа; противоточным режимом работы циклона, когда входящий газ, закручиваясь, движется вниз, потом меняет направление и движется вверх; высокой скоростью движения газа в выхлопной трубе (7…12 м/с).

Существует несколько способов снижения этих сопротивлений. Во-первых, необходимо перевести турбулентное течение газа в ламинарный режим. Во-вторых, добиться снижения трения между нисходящим внешним потоком и сильнозакрученным восходящим потоком газа (применение стабилизаторов и отражателей). Для снижения трения в выхлопном патрубке применяются различного типа раскручиватели, устанавливаемые внутри корпуса на входе в выхлопную трубу или в переходе из выхлопной трубы к газоходу путем установки раскручивающей улитки (подобной входной). Очень существенное снижение сопротивления движению газа создает лопастной аксиальный закручиватель типа «розетка» с криволинейными лопастями.

Для нормальной эксплуатации циклонов необходимо: обеспечить герметичность и исключить подсосы воздуха в шнек удаления пыли, в пылесборную камеру, в циклоны; поддерживать температуру газов в циклонах на 30…50°С выше точки росы, для исключения конденсации паров воды входной газоход и циклоны теплоизолируют; для снижения выноса пыли из сушильного барабана производительность дымососа увязывают с поступлением горячих газов из топки путем поддержания разряжения в барабане на уровне 20…50 Па. Допустимая запыленность газа для циклонов диаметром: 400…600 мм — не более 200 г/м³; 600…800 мм — не более 400 г/м³; 1000…2000 мм — не более 3000 г/м³; 2000…3000 мм — не более 6000 г/м³.

Фильтры из хлопчатобумажных тканей рекомендуется эксплуатировать при температуре не выше 60°С при отсутствии паров кислот, а шерстяные фильтры — при температуре не выше 90°С при отсутствии паров щелочей. Фильтры из лавсановых нитей имеют термостойкость до 140°С. В последнее время разработаны фильтры из синтетических волокон с длительной термостойкостью до 200…220°С в кислой и щелочной среде. Стеклоткань из нитей алюмоборосиликатного стекла может длительно эксплуатироваться при 250…260°С, а в отдельных случаях — до 400°С.

Недопустима конденсация паров воды в фильтрах.

Вторая ступень очистки газов

Принцип действия мокрых пылеуловителей основан на захвате частиц пыли водой или их смачивании и коагуляции. Мокрые пылеуловители классифицируются по направлению движения потоков, методу контакта пыли и газа с жидкостью, скорости газового потока, способу распыливания жидкости.

Наиболее простая и общая классификация основана на характере встречи частиц пыли с водой и их смачивания. По этому признаку все мокрые пылеуловители можно разделить на три типа: простейшие (статические) промыватели (ударные, ударно-инерционные, центробежные); скоростные промыватели (турбулентные); пневматические пылеуловители (барботажные, пенные и барботажно-пенные).

Уловители первого типа просты по конструкции, чаще всего имеют низкое сопротивление движению газа, но большие габариты. Степень улавливания колеблется от 70 до 90 % пыли с размером >5 мкм. Самые совершенные из аппаратов этого типа чаще всего применяются на АС установках фирм США.

Уловители второго типа просты по конструкции, при малом поперечном сечении имеют большую длину и чаще устанавливаются горизонтально. Сопротивление движению газов достаточно большое (5…7 кПа), значительная энергоемкость, но степень очистки газов очень высокая. Применяются на отдельных АС установках западноевропейских фирм.

Уловители третьего типа просты по конструкции, имеют очень высокую удельную производительность и малые габариты, особенно барботажно-пенные. Сопротивление движению газов пенных и барботажно-пенных аппаратов несколько выше, чем в аппаратах первого типа. Степень улавливания частиц крупнее 20 мкм ~ 100 %, размером 5…20 мм ~ 95…98 %, частиц мельче 5 мкм ~ 60…80 %.

Нейтрализация вредных выбросов

При работе мокрых пылеуловителей многие газы растворяются в воде. Это явление используется для нейтрализации сернистого газа, пятиокиси ванадия и других соединений путем добавления в раствор соды, едкого натра, извести, аммиака и других веществ.

Нейтрализацию сернистого газа можно вести и в топочной камере, куда вводят размолотые известь, доломит или окислы различных металлов. При высокой температуре топочной камеры происходит быстрый обжиг этих пород, что ускоряет реакцию нейтрализации сернистого газа.

Мокрая нейтрализация проще в организационном отношении, но может вызывать отложение твердых наростов труднорастворимых солей кальция. При сухом способе наросты не образуются. Натриевые соли легкорастворимы, но стоимость едкого натра (соды каустической) очень велика, и применяется он намного реже. К тому же всегда возникает вопрос об извлечении легкорастворимого сернистого натрия, обладающего высокими отбеливающими свойствами, из промывочной воды.

При работе битумохранилищ и битумонагревательных агрегатов самым надежным способом снижения вредных выбросов является оборудование котлов и хранилищ быстросъемными крышками, а также строгий контроль за нагревом обводненного битума с исключением его вспенивания.

При работе битумоокислительных установок потенциально может быть много вредных выбросов, главные из которых фенол и сероводород, а также различные фракции углеводородов. Их нейтрализация достигается обеспечением герметичности битумоокислительных установок; отдувом газообразных продуктов из реакторных зон с дальнейшим их проходом через холодильники для конденсации жидких углеводородов, которые затем сжигаются; нейтрализацией газообразных продуктов отдува в печах дожига при температуре не ниже 1000°С и времени пребывания газов в печи не менее 1 с.