Обзор аппаратов пылеулавливания

На предприятиях цветной металлургии большое внимание уделяется

снижению выбросов твердых веществ, т.к. в состав пылей входит большое

количество ценных компонентов, подлежащих извлечению.

Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо

знать следующие основные свойства пыли, содержащейся в технологических и

вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного

откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, форму и

структуру частиц, дисперсность_______, токсичность, воспламеняемость и

взрываемость, способность коагулировать. Пыли, образующиеся при плавке

металлов состоят из их окислов, флюсов и добавок [14, с. 59]. Формы и размеры

зависят от технологического процесса, встречаются иглоподобные частицы с

острыми гранями и пылинки округлой (правильной) формы. Параметры пыли

влияют на процесс фильтрации.

Развитие науки и техники в стране сопровождается поиском путей

снижения количества выбросов в атмосферу путем совершенствования

технологических процессов и газоочистных аппаратов.

Технологические газы всех основных переделов металлургических

предприятий подлежат очистке в пылеуловителях различной конструкции.

Технология очистки газов состоит из двух стадий: предварительной (грубой) и

тонкой [30]. К аппаратам предварительной очистки относятся

пылеосадительные камеры и циклоны различных конструкций. Для тонкой

очистки в основном используются мокрые пылеуловители (скрубберы,

эмульгаторы), рукавные фильтры и электрофильтры.

В пылеосадительных камерах выпадение частиц пыли из газового потока

происходит под действием сил гравитации [31]. В осадительных камерах

достаточно эффективно улавливаются частицы пыли размером 30-50 мкм. При

размерах частицы менее 5 мкм эффективность практически равна нулю [32].

Циклонные аппараты благодаря дешевизне, простоте устройства и

обслуживания, сравнительно небольшому сопротивлению и высокой

производительности, являются наиболее распространенным типом сухого

механического пылеуловителя. Работа их основана на использовании

центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении

газового потока внутри корпуса. Это вращение достигается за счет

тангенциального подвода газа в циклон или применением специальных

закручивающих устройств [33].

Циклоны различных типов отличаются конфигурацией корпуса, глубиной

ввода выхлопной трубы в корпус, различным соотношением диаметров

выхлопной трубы и цилиндрической части корпуса, способом подвода газа к

аппарату, углом наклона входного патрубка [34]. Их устанавливают на всасе

или на нагнетании. Направление вращения воздушного потока: правое –

вращение потока воздуха по часовой стрелке; левое – вращение потока против

часовой стрелки, если смотреть на циклон сверху [35].

Циклоны нашли широкое применение в промышленности благодаря

простоте в изготовлении и эксплуатации, долговечности, стабильной работе

при температуре до 500 0С и достаточно постоянному гидравлическому

сопротивлению. Однако, циклоны малоэффективны при дисперсном составе

пылей менее 15 мкм.

Электрофильтры предназначены для высокоэффективной очистки газов и

аспирационного воздуха от твердых и туманообразных соединений,

выделяющихся при различных технологических процессах. Они нашли

применение на предприятиях энергетической промышленности, металлургии,

строительных материалов и др. [36].

Аппараты этого типа могут эффективно очищать большие объемы газов

от пыли с частицами в широком диапазоне размеров от 0, 01 до 100 мкм [37].

Зарядка частиц происходит в электростатическом поле коронного

разряда, создаваемом в межэлектродном пространстве электрофильтра [38].

Для промышленной газоочистки применяется в основном отрицательная

корона, так как подвижность отрицательных ионов выше положительных.

Кроме того, при отрицательной короне удается поддержать более высокое

напряжение без искрового пробоя между электродами. При очистке

вентиляционного воздуха используют только положительную корону, так как

она выделяет меньше озона [35, с. 103].

В электрофильтрах частицы подзаряжаются при помощи коронного

разряда, создаваемого, например, между проволокой и окружающим ее

цилиндрическим электродом. Вышедшие за пределы короны электроны

соединяются с молекулами, образуя отрицательные ионы, которые в свою

очередь осаждаются на аэрозольных частицах за счет их дрейфа в

электрическом поле или диффузии. Поглотившая ионы частица приобретает

движение в том же направлении и осаждается на цилиндрическом электроде,

если время дрейфа частицы оказывается меньше времени ее пребывания в

потоке, которое примерно равно отношению длины фильтра к скорости потока.

Полного улавливания, однако, не достичь даже при умеренных скоростях, так

как турбулентные пульсации замедляют перемещение некоторой доли частиц к

электроду, а уже осевшие частицы иногда уносятся потоком [39].

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному

промежутку, у поверхности коронирующего электрода происходит

интенсивная ударная ионизация газов, сопровождающаяся возникновением

коронного разряда (ток короны) [33, с. 225].

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под

действием сил электрического поля движутся со скоростью 60-100 м/с к

разноименным электродам, вследствие чего в электродном промежутке

возникает электрический ток, который и представляет ток короны. Взвешенные

частицы, из-за адсорбции на их поверхности ионов, приобретают в

межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил

электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное

количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных

электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере

накопления на электродах осажденные частицы, в результате встряхивания или

промывки электродов, удаляются в бункер [35, с. 103-104].

Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум

механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются

ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов.

Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0, 5 мкм, второй –

менее 0, 2 мкм. Для частиц диаметром 0, 2-0, 5 мкм эффективны оба механизма.

Максимальная величина заряда частиц размером более 0, 5 мкм

пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0, 2 мкм

– диаметру частицы [40].

Величина заряда зависит от размера частиц пыли. Так частица диаметром

1 мкм несет заряд около 300 элементарных единиц, а 10 мкм – 30000. Этот

заряд частицы приобретают за сотые доли секунды [35, с. 104].

К преимуществам электрофильтров относятся следующие факторы:

- минимальное, по сравнению с другими газоочистными аппаратами,

газодинамическое сопротивление, не превышающее 250 Па и, соответственно,

меньшее разрежение в фильтре. Это позволяет иметь минимальные

неорганизованные подсосы атмосферного воздуха [35, с. 112].

- на зарядку и осаждение частиц требуется 0, 1ч0, 5 кВт·ч на 1000 м3 газа

[18, с. 566], что обуславливает низкие электрические затраты на улавливание

пыли. Концентрация пыли, в поступающих на очистку газах, может колебаться

от 0, 005 до 500 г/м3 и более, а их температура достигает 500 0С.

Высокая эффективность, умеренный расход энергии, способность

очищать большие объемы газов при высокой температуре и работать в

агрессивной среде способствуют широкому применению электрофильтров в

различных отраслях промышленности.

Одним из наиболее совершенных способов выделения из газов

взвешенных твердых и жидких частиц является фильтрация аэродисперсных

систем через пористые перегородки [41].

Этот способ характеризуется следующими особенностями [42]:

- способностью улавливать субмикронные частицы пыли;

- способностью улавливать твердые частицы в сухом виде и жидкие

частицы из туманов;

- возможностью улавливания частиц при любом давлении газов

(атмосферном, а также выше и ниже атмосферного);

- хорошей степенью очистки при малых концентрациях взвешенных

частиц в очищаемых газах (доли миллиграммов на 1 м3 очищаемых газов);

- полной автоматизации процесса очистки газов;

- стабильностью процесса очистки и меньшей зависимостью от

изменения физико-химических свойств улавливаемых частиц и расхода газов,

чем, например, при электроочистке.

Осаждение частиц пылей в фильтре происходит вследствие совместного

действия сил инерции, гравитационных сил и сил теплового движения газовых

молекул.

При проходе газа через пору незапыленного фильтра вначале на волокнах

будут осаждаться наиболее крупные частицы пыли. Постепенно пора

заполнится со стороны входа газа частицами пыли, которые, сцепляясь одна с

другой, образуют в поре сначала мостик, а затем, полностью заполнив пору,

свод. Мостики и своды, представляющие собой пылевую пористую

перегородку на пути движения газа, также участвуют в задержании пыли из

газа, причем у такой перегородки поры значительно меньше, чем у

фильтровального материала, поэтому она способна улавливать из газа более

мелкие частицы пыли и даже возгоны. Таким образом, фильтровальной

пористой средой при очистке газа будет не только пористый материал фильтра,

но и осевшая в порах пыль. При увеличении слоя пыли на фильтровальном

материале эффективность очистки газа возрастает, но при этом увеличивается

гидравлическое сопротивление проходу газа и фильтрация его через пылевой

пористый слой может по этой причине практически прекратиться. Для

уменьшения гидравлического сопротивления пылевого слоя пыль

периодически удаляют с поверхности и из пор фильтровального материала.

Достижение проектных показателей по эффективности и надежности

работы тканевых фильтров возможно при соблюдении проектных параметров

пылегазового потока (температуры, влажности, расхода газопылевого потока и

др.). Превышение температуры газов выше допустимой приводит к

уменьшению срока службы ткани, она становится жесткой и хрупкой. При

снижении температуры газов до точки росы происходит конденсация паров

воды, в результате чего пыль, осевшая на ткани, увлажняется, слипается,

замазывает поры ткани, в результате резко повышается газодинамическое

сопротивление аппарата [43].

При обеспыливании в рукавных фильтрах дымовых газов возникает

необходимость в тонкой регулировке температуры. Здесь наиболее

приемлемым методом охлаждения газов является смешение их с атмосферным

воздухом путем автоматического регулирования необходимого количества

подсасываемого воздуха [43, с.111].

Способы крепления и натяжения рукавов оказывают значительное

влияние на сроки их службы. Чаще всего рукава надеваются на патрубки и

уплотняются на них хомутами с винтовыми зажимами или другими

специальными уплотняющими приспособлениями. На патрубках

предусматривают кольцевые буртики, предотвращающие соскальзывание

рукавов. Так как в этом месте ткань наиболее изнашивается, эту часть рукавов

усиливают двойным слоем [43, с.108].

Основным показателем, характеризующим работу фильтра, является

величина его гидравлического сопротивления. При нормальной работе фильтра,

хорошей регенерации ткани и оптимальной расчетной нагрузке гидравлическое

сопротивление аппарата должно составлять примерно 1200 – 2000 Па.

Цикличность регенерации ткани выбирают опытным путем в зависимости

от степени запыленности газа и скорости фильтрации [33, с. 80].

Установка только одного рукавного фильтра типа ФРИК 235 от зонтов

над летками плавильного цеха № 2 Аксуского завода ферросплавов позволило

уменьшить выбросы пыли на 113 т/год [44].