Аппараты для очистки газов

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа.

Различают следующие способы очистки газов: 1) осаждение под Действием сил тяжести (гравитационная очистка); 2) осаждение под действием инерционных (центробежных) сил; 3) фильтрование; 4) мокрая очистка; 5) осаждение под действием электростатических сил (электрическая очистка).

Для реализации этих способов имеются различные конструкции аппаратов, классификация которых приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема классификации аппаратов для очистки газов

Пылеосадительные камеры. Осаждение взвешенных в газовом по­токе частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа явля­ются отстойные газоходы, снабженные иногда вертикальными перего­родками. Для очистки горячих печных газов широко применяются мно­гополочные пылеосадительные камеры, внутри которых установлены горизонтальные перегородки (полки) с расстоянием 0, 1—0, 4 м. При движении газа между полками частицы пыли оседают на полки и периодически удаляются с них вручную специальными скребками. Эти каморы громоздки и малоэффективны. Они используются для предва­рительной грубой очистки газов от частиц размером более 100 мкм, степень очистки составляет 30—40%.

Циклоны. Этот вид аппаратов относится к центробежным осадителям. Частицы твердого материала, содержащиеся в газовом потоке, осаждаются в пате центробежных сил, появляющихся вследствие того, что очищаемый газ поступает в циклон по трубопроводу, направленно­му по касательной к цилиндр и чекой части аппарата. В результате газ вращается внутри циклона, частицы большей массы отбрасываются к периферии, осаждаются на стенках и затем выводятся через нижнюю коническую часть зпларата. Очищенный газ через выхлопную трубу поступает в производство пли выбрасывается в атмосферу.

Конструкции циклонов разнообразны (табл. 2.2). Распростране­ны циклоны конструкции НИИОГАЗа. Эти аппараты отличаются от­носительно небольшим гидравлическим сопротивлением, хорошо очища­ют газы, концентрация пыли в которых может достигать нескольких сотен граммов на 1 м³. Циклоны выпускаются диаметром от 40 до-800 мм.

В табл. 2.2 показана схема конструкции циклона НИИОГАЗа. Циклон состоит из корпуса 1, конического днища 2, крышки 3 и пылесборника 5. В верхней части корпуса касательно к его цилиндричес­кой поверхности располагается входной патрубок, а в крышке смон­тирована выхлопная труба 6, входящая своим нижним концом в кор­пус примерно на две трети его высоты. Степень очистки газа зависит от величины центробежной силы, которая увеличивается с уменьшени­ем радиуса циклона. Это обстоятельство учтено при конструировании батарейных циклонов, более эффективных по сравнению с обычными.

Батарейный циклон (см. табл. 2.2) состоит из параллельно уста­новленных элементов малого диаметра (10-250 мм). Эти циклоны име­ют прямоугольный корпус и состоят из одной или нескольких секций.

Таблица 2. 2

Схемы основных аппаратов для очистки газов

Вид аппарата	Разновидность конструктивных схем
Циклоны	Конструкции НИИОГАЗ: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 -тру­ба выхлопная; 4 - патрубок входной; 5 - днище коничес­кое; 6 - пылесборник	Батарейный: 1 - патрубок для очищенного газа; 2, 5 - решетки; 3 - корпус; 4 - элемент; 6 - днище конусное; 7 - патрубок для ввода запы­ленного газа
Фильтры	Рукавный периодического действия: 1 - входной газо­ход; 2 - рама; 3, 5 - клапа­ны дроссельные; 4 - патрубок для очищенного газа; 6 - ме­ханизм встряхивающий; 7 - рукава; 8, 9 - вентиляторы; 10 - камера; 11 - затвор шлюзовый; 12 - шнек; 13 - решетка распределительная	С движущимся слоем зер­нистого фильтрующего мате­риала: 1 - корпус; 2 - пере­городка фильтровальная; 3 - штуцер входной; 4 - мате­риал фильтрующий; 5 - за­творы; 6 - штуцер выходной; 7 - питатели
Электрофильтры	Трубчатый: 1 - входной газоход; 2 - электрод осадительный; 3 - электрод коронирующий; 4 - камера; 5 - изолятор; 6 - рама; 7 - вы­ходной газоход; 8 - рама; 9 - решетка распределитель­ная	Пластинчатый: 1 - входной газоход; 2 - камера; 3 - осадительный электрод; 4 - короннрующий электрод; 5. 8 - рамы; 6 - изолятор; 7 - выходной газоход; 9 - решетка распределительная
Аппараты для мокрой очистки	Барботажный (пенный) пылеуловитель: 1 - штуцер для воды; 2 - тарелка; 3 - ка­мера; 4 - порог; 5 - штуцер сливной; 6 - штуцер для за­пыленного газа

Они применяются в широком диапазоне температур очищаемого газа (до 400° С) с размерами осаждаемых частиц до 5—20 мим. Сте­пень очистки зависит от размера осаждаемых частиц и для указанно­го выше интервала изменяется от 65 до 95%. При этом содержание пыли в очищаемом газе составляет 0, 05—0, 10 кг/м³.

В циклонных элементах (рис. 2.4) газ поступает не тангенциально,

Рис. 2.4. Элемент батарейного циклона: 1 - труба выхлопная:

2 - лопасти винтовые; 3 - корпус

а сверху через кольцевое пространство между корпусом 3 и выхлоп­ной трубой 1. В кольцевом пространстве установлены две винтообраз­ные лопасти 2, наклоненные под углом 25°. При помощи этих лопастей газовый поток получает вращательное движение, способствующее осаждению твердых частиц на стенках корпуса. Очищенный газ выхо­дит через выхлопную трубу в верхнюю часть циклона.

Общими недостатками центробежных пылеосадителей являются: высокое гидравлическое сопротивление; быстрое истирание стенок час­тицами осаждаемого материала; чувствительность к колебаниям на­грузки; недостаточная очистка газа от тонкодисперсной пыли.

В промышленности применяются циклоны конструкции ВТИ и ЦККБ, отличающиеся несколько иным исполнением выхлопной трубы.

Фильтры. При очистке фильтрованием газы, содержащие взвешен­ные твердые частицы, проходят пористые перегородки, которые пропус­кают газ и задерживают на своей поверхности твердые частицы. В за­висимости от вида перегородки различают следующие фильтры:

1) с гибкими пористыми перегородками из природных, синтетичес­ких и минеральных волокон (тканновые материалы), нетканых волок­нистых, пористых листовых и других материалов;

2) с полужесткими пористыми перегородками (слои из волокон, стружки, сеток);

3) с жесткими пористыми перегородками из зернистых материалов (пористые керамика, пластмассы, спрессованные или спечённые по­рошки металлов и др.);

4) с зернистыми слоями из кокса, гравия, кварцевого песка и т.д.
В первой группе наиболее распространенными стали рукавные

фильтры. В этих фильтрах запыленный газ нагнетается вентилятором через входной газоход в камеру, проходит через рукав и удаляется из аппарата через выхлопную трубу. Пыль осаждается в порах ткани и периодически удаляется путем встряхивания рукавов.

Промышленные фильтры состоят обычно из нескольких секций, каждая из которых периодически отключается для очистки рукавов.

В рукавных фильтрах достигается высекая степень очистки (до 98-99%), улавливаются частицы размером 2-10 мкм.

Высокая степень очистки газов достигается также в фильтрах с полужесткими и жесткими перегородками, которые представляют собой вертикальные аппараты с расположенными внутри фильтрующими пе­регородками плоской или цилиндрической формы (гильзы). Например, гильзы металлокерамических фильтров, изготовленных из гранул и по­рошка или стружки металла путем прессования и спекания, проката или литья, способны задерживать твердые частицы размером до 0, 5 мкм.

Фильтры с зернистым слоем могут быть двух разновидностей: 1) с неподвижным фильтрующим слоем и 2) с непрерывно движущимся фильтрующим слоем. В первом случае фильтрующие слои могут рас­полагаться вертикально или горизонтально, во втором — зернистый фильтрующий материал движется сверху вниз между двумя перфори­рованными перегородками, осаждает и увлекает за собой твердые час­тицы из, пылегазозой смеси, очищается от загрязнений (например, с помощью воды) и снова подается в фильтр питателем.

Фильтры с зернистым слоем фильтрующего материала применяют­ся для тонкой очистки газов.

Электрофильтры. Работа электрофильтров основана на ионизации молекул газа в электрическом поле, создаваемом двумя электродами: отрицательным (коронирующим) и положительным (осадительным). Частицы твердого материала, встречаясь с отрицательно заряженны­ми нонами или электронами, заряжаются также отрицательно и дви­жутся к положительному электроду, на котором и осаждаются. Послед­ний периодически встряхивается для разгрузки от осажденных частиц.

В зависимости от формы электродов электрофильтры могут быть трубчатыми и пластинчатыми ( см. табл. 2.2). Трубчатые электро­фильтры представляют собой камеры, в которых установлены осадительные электроды в виде круглых или шестигранных труб:

Коропирующими электродами служат отрезки проволоки, натяну­тые на оси труб. Сверху электроды прикреплены к раме, подвешен­ной на изоляторах, снизу—связаны общей рамой для предотвращения колебаний. Газ распределяется равномерно по трубам с помощью га­зораспределительной решетки.

В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды пред­ставляют собой параллельно установленные гладкие металлические листы или сетки, натянутые па рамы. Между ними располагаются в виде проволоки коронирующие электроды.

Трубчатые электрофильтры обеспечивают создание более эффек­тивного электрического поля и равномерного распределения газа по элементам, что улучшает.очистку и увеличивает производительность ап­парата. Трубчатые электрофильтры применяются для очистки трудно-улавливаемой пыли, капель жидкости из туманов (не требующих встряхивания электродов) и для наиболее высокой степени очистки сухих газов. Пластинчатые электрофильтры более просты по конструк­ции и облегчают встряхивание осадительных электродов. Они исполь­зуются для очистки сухих газов.

Аппараты для мокрой очистки газов. Эти аппараты применяются для тонкой очистки газов, заключающейся в промывке газов водой или другой жидкостью.

Тесное взаимодействие между жидкостью и запыленным газом осу­ществляется на поверхности капель (полые скрубберы, скрубберы Вентури), на поверхности стекающей по вертикали жидкой пленки (пленочные или насадочные скрубберы) или пузырьков газа (барботажные пылеуловители). В соответствии со способом поглощения взвешенных частиц из пылегазовой смеси аппараты для очистки газов делятся на полые насадочные, струйные; центробежные скрубберы и барботажные аппараты (см. табл. 2. 2).

Мокрая очистка газов наиболее эффективна тогда, когда до пустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые твердые или жидкие частицы имеют незначительную ценность.

Существенным недостатком мокрой очистки газов является обра­зование большого количества сточных вод (шламов), которые вызыва­ют коррозию аппаратуры и должны подвергаться дальнейшему разде­лению или очистке.

Полые или насадочные скрубберы представляют собой вертикаль­ные аппараты прямоугольного или круглого сечения. Запыленный газ движется в них снизу вверх со скоростью не более 0, 8—1, 5 м/с (для снижения брызгоуноса) и орошается водой, подаваемой форсунками или брызгалами, установленными по всей высоте аппарата. Насадкой в насадочных скрубберах являются кольца, хорды, кусковой кокс, кварц и другие материалы. Степень очистки газа составляет 60—85%.

Центробежный скруббер по своей конструкции подобен циклону. Запыленный газ поступает через входной штуцер касательно к стенке аппарата, по которому стекает пленка жидкости. Частицы твердой взвеси отбрасываются к стенке центробежной силой и улавливаются водой, которая уносит их в нижнюю конусную часть аппарата в виде шлама. В центробежных скрубберах степень очистки газа достигает 95% при улавливании частиц размером 5—30 мим.

Барботажные (пенные) пылеуловители применяются для очистки сильно запыленных тазов (например, технологических, выхлопных и дымовых), вентиляционного воздуха содового производства и т. д. В этих аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, 'Приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между жидкостью и газом.

Барботажный пылеуловитель представляет собой аппарат кругло­го или прямоугольного сечения, внутри которого находится перфори­рованная тарелка. Вода или другая жидкость поступает сверху на эту тарелку, а очищаемый газ подается снизу под тарелку, проходит через ее отверстия и барботирует через жидкость, превращая ее в слой подвижной пены. В слое пены пыль поглощается. Большая часть жид­кости и пены (до 80%) удаляется через регулируемый порог над та­релкой, а оставшаяся часть (~20%) сливается через отверстия в та­релке и улавливает в подтарелочном пространстве более крупные час­тицы.

В таких аппаратах устанавливаются тарелки число которых оп­ределяет степень очистки газов. Последняя достигает 95—99% при от­носительно низких капитальных затратах и эксплуатационных расхо­дах.