Оборудование и аппараты для очистки газов, выбросов и улавливания пыли


Большая часть производственных процессов предполагает дробление, измельчение и транспортировку сыпучих материалов, конденсацию, сгорание, шлифовку или другие технологические операции. При этом некоторое количество сырья превращается в пыль — твердые частицы различных фракций или аэрозоли диаметром менее 0,1 мм. По происхождению выбросы бывают неорганическими, органическими, животного происхождения, искусственными или смешанными.

Виды промышленной пыли

С учетом механизма получения мельчайших частиц различают 4 класса производственных пылей:

  1. Механические — образующиеся при измельчении сухих материалов, шлифовке, дроблении или других технологических операциях. Это может быть, например, металлическая крошка или цементная пыль, древесная стружка, различные виды других выбросов.
  2. Летучая зола — несгораемые остатки, присутствующие в дымовых газах во взвешенном состоянии, образуются при сжигании топлива, в котором имеются минеральные примеси.
  3. Возгоны — частички, образующиеся при обильной конденсации паров либо при охлаждении воздуха, проходящего через технологическое оборудование.
  4. Сажа — производственные выбросы в виде твердого высокодисперсного углерода. Являются результатом высокотемпературного разложения или неполноценного сгорания углеводородов.

Основной характеристикой взвешенных частичек считается их диаметр. В категорию «пыль» входят твердые частицы сечением 0,1–850 мкм. Для людей, животных или среды более опасна крошка 0,5–5,0 мкм.

Оборудование для пылеочистки

С учетом технологии улавливания взвешенных частиц, аппараты для очистки газов от пыли классифицируют на 4 категории:

Сухие пылеуловители фото

  • Сухие. Пылеуловители механического типа, в которых очистка газа от примесей происходит на основе действия центробежных сил, инерции или гравитации.
  • Мокрые. Аппараты, улавливающие пыли с помощью осаждения ее частиц при смешивании с водой. Другое название — скрубберы.
  • Пористые или тканевые. Системы пылеочистки с использованием пористых фильтров (сеток) из различных материалов, ячейки которых задерживают частички пыли.
  • Электрофильтры. Агрегаты для очистки газа путем ионизации молекул твердых частиц, находящихся в газообразной среде.

Сухие пылеуловители

Установки на базе гравитационных или инерционных камер, либо других механизмов для осаждения твердых примесей. Большую часть этой категории составляют различные виды промышленных пылеуловителей — циклонов. Принцип работы аппаратов заключается в том, что поток запыленного воздуха поступает через патрубок в корпус, а внутри емкости создается вихревое движение, направленное вниз к бункеру. Центробежные силы заставляют тяжелые частицы осаждаться на боковых стенках. Потом пыль, захваченная вторичным потоком, направляется в нижнюю часть, а далее в бункер пылесборник. В бункере поток меняет направление на противоположное. В результате крупицы пыли выпадают вниз. Очищенный воздух отводится через выпускной патрубок.


Эффективность аппаратов циклонного типа

Циклоны результативны для очистки загрязненного воздуха от крупных примесей в пределах 10 мкм. Оптимальная скорость вращающегося потока 5–20 м/с. С учетом варианта исполнения различают прямоточные, циклические или конические аппараты. Результативность улавливания пыли в равной степени прямо пропорциональна скорости перемещения воздуха и обратно пропорциональна — сечению корпуса. Поэтому циклонный аппарат меньшим диаметром и с низкой скоростью более эффективен по сравнению с крупными агрегатами большого сечения или высокой динамикой запыленного воздуха. Плюс к этому чрезмерное увеличение скорости приводит к резкому росту гидравлического сопротивления.
С учетом размеров твердых пылевых частиц эффективность обеспыливания агрегатов циклонного типа следующая:

  • 30–40 мкм — до 98%;
  • 8–12 мкм — до 80%;
  • 4–5 мкм — до 60%.

Циклон для очистки газа фото

Подобные промышленные установки обеспечивает очистку от нескольких сотен м3 до десятков тысяч кубометров воздуха. В числе преимуществ циклонов простая компоновка без движущихся деталей и относительно небольшие габариты. Недостатки: большой расход энергии для формирования вращающегося потока, быстрый износ конструктивных элементов под абразивным воздействием твердых частиц.

Когда требуется очистка выбросов от пылей в больших объемах, используются несколько циклонов одновременно. Сначала запыленный поток подается по общему коллектору к аппаратам, скомпонованным в общую группу — батарею. Потом воздух распределяется на каждый агрегат отдельно. Такое решение дает возможность повысить производительность очистного оборудования без увеличения диаметра циклонов или снижения эффективности улавливания твердых примесей.

Пылеосадительные камеры

Простейшими представителями этой категории являются промышленные пылеосадительные камеры. Благодаря увеличению сечения скорость потока на этом участке воздуховода резко снижается. Под действием гравитации твердые крупинки пыли выпадают вниз. Такие камеры чаще используют на производстве для предварительной (грубой) очистки запыленных сред от крупных примесей.

Результативность улавливания частиц осадительными аппаратами такого типа зависит от продолжительности движения потока внутри корпуса, что определяется объемом камеры и скоростью потока. Чем больше времени запыленный воздух находится внутри пылеосадительной камеры и чем большее расстояние проходят пылевые частицы, тем эффективнее пылеочистка.

Другие виды

Наряду с циклонами и инерционными пылеосадительными камерами существуют и другие виды «сухих» агрегатов для очистки газообразных сред от твердых примесей. В их числе пылеуловители радиального, вихревого или ротационного типов. При аналогичном принципе работы у них различные способы подачи запыленного потока и методы пылеулавливания.

Наиболее результативной в категории сухих пылеуловителей является промышленная установка ротационного типа. Основным элементом ее конструкции выступает вентиляционное колесо. Вращаясь, оно создает мощные центробежные силы. В результате твердые крупинки отбрасываются в стороны и оседают на стенках трубы. Затем они попадают в пылесборник. Чистый поток отводится через патрубок наружу. Эффективность ротационных агрегатов 95–97%.

Пылеуловители мокрого типа

Принцип работы установок этой категории основан на осаждении твердых пылевых частиц на поверхность жидкости под действием инерции. С учетом варианта исполнения различают несколько видов мокрых агрегатов:

  • Форсуночные скрубберы,
  • Скрубберы Вентури,
  • Насадочный скруббер,
  • Ударно-инерционные,
  • другие.

Скруббер вентури фото

Форсуночные скрубберы

Наиболее востребованы системы очистки от пыли форсуночного типа, изготовленные в виде колонны с круглым сечением. Внутри камеры круглого сечения запыленная среда контактирует с водой. Высота агрегата более чем в 2,5 раза больше диаметра. Подача воды реализуется с помощью форсунок. Результативное улавливание пылевых примесей обеспечивается при удельном расходе от 0,5 до 8 литров воды на кубометр газа.

Скрубберы Вентури

Аппараты Вентури считаются наиболее эффективными в своей категории. Запыленный поток воздуха поступает со скоростью 10–20 м/с по патрубку в аппарат с конфузором — сужением. Туда также впрыскивается через форсунки чистая вода. Скорость перемещения газа в данной узкой части скруббера вырастает до 150 м/с, благодаря чему пылевые частицы осаждаются на поверхности капель воды. В расширяющейся части скорость потока снова падает менее 20 м/с. Затем воздух подается в камеру, где под действием гравитации капли воды смешанные с пылью осаждаются. Очищенный газ выводится через патрубки, а шлам скапливается внизу конструкции.
Максимальная эффективность пылеулавливания скрубберов этой группы 97–98% достигается при расходе 0,4–0,6 литров влаги на кубометр воздуха.

Другие скрубберы

Высокая результативность мокрых пылеуловителей насадочного типа (90%) достигается благодаря использованию особых насадок, установленных под уклоном. Хорошую эффективность очистки также обеспечивают ударно-инерционные установки. Контакт запыленного газа с жидкостью в них происходит в процессе ударов потоков воздуха о поверхность воды. В последующем смесь пропускается через многочисленные каналы различного сечения и конфигурации или сразу поступает в сепаратор.

Наиболее простыми и надежными считаются мокрые аппараты — промывные башни. Их камеры заполняются различными насадками. Это стекловолоконная ткань, кольца Рашига, другие материалы. Запыленная газовая смесь поступает через нижние распыляющие сопла одновременно с чистой водой. Если в воздухе присутствуют плохо смачиваемые виды пыли, используется жидкость с добавлением ПАВ — поверхностно-активных веществ. Средний расход энергии для очистки запыленного воздуха в пределах 2 кВт/ч на 1 тысячу м3 газа.

Преимущества скрубберов

  • Повышенная эффективность. Малогабаритные агрегаты улавливают частицы пыли до 0,1 мкм.
  • Простота компоновки и небольшая цена.
  • Агрегаты используются для фильтрации влажных сред, среды с повышенной температурой, опасностью воспламенения либо взрыва как загрязненных газов, так и уловленных отходов.

Недостатки

  • Существенным минусом применения жидких пылеуловителей является шлам — илистый осадок, который необходимо утилизировать, очищать.
  • В процессе очистки требуются дополнительные расходы на обработку стоков и другие операции, что влияет на себестоимость очистных работ.
  • При обработке определенных газов есть вероятность кислотной либо щелочной коррозии.
  • Чистый, но влажный воздух необходимо осушить, чтобы избежать трудностей с рассеиванием через воздуховоды заводской вентиляции.
  • При использовании ПАВ вода загрязняется примесями, вредоносными для водоемов.

Пористые (тканевые) фильтры

Принцип работы пористых фильтров состоит в пропускании потоков запыленных газов через материал, имеющий перегородки с небольшими зазорами. Твердые пылинки, диаметром больше сечения отверстий, улавливаются, а очищенный воздух движется дальше.

Рукавный пористый фильтр фото

Виды перегородок

Пористые фильтры комплектуются различными видами перегородок:

  • Слоистые. Наиболее простая и дешевая система из одного или нескольких слоев гальки либо другого зернистого материала. Эффективность улавливания механической пыли до 99%.
  • Гибкие. Текстиль, пенополиуретаны, войлок, другие материалы эффективны для тонкой очистки. Отличаются низкой прочностью и невысокой термостойкостью.
  • Полужесткие. Вязаные сетки или прессованные спирали из стальной, медной, бронзовой или другой проволоки. Характеризуются повышенной стойкостью к агрессивным средам и высокой температуре.
  • Жесткие. Рукавные фильтры на основе керамики, металла, стекловолокна либо иных термостойких нетканых материалов. Используются для пылеочистки кислотных, горючих, абразивных газов и др.

Типовая конструкция пористого фильтра выполнена в виде металлической камеры, внутри которой несколько вертикальных перемычек, образующих отсеки. В данных отсеках смонтированы фильтровальные рукава. В нижней части фильтра находится бункер с механизмом выгрузки отходов.

Размеры пор тканевых перегородок 100–200 мкм. Остатки загрязнений газов после пористых фильтров не превышают 10–50 мг/м3. Эффективность пылеочистки частиц от 0,5 мкм — 99%.

Электрофильтры

Улавливание пыли путем ионизации ее молекул. Воздействуя разрядами, коронирующие электроды заряжают молекулы пыли. В итоге ионы накапливаются на поверхностях пылевых частиц. Под влиянием электрического поля пыль притягивается к поверхностям осадительных электродов.

Заряжаются пылинки коронирующими разрядами двумя способами: в результате диффузии и путем бомбардировок ионами, которые движутся вдоль силовых линий. Первый вариант эффективен для частиц до 0,2 мкм. Второй — подходит для пыли диаметром от 0,5 мкм. Для пылинок 0,2–0,5 мкм результативны оба способы. Заряд частиц до 0,2 мкм пропорционален их сечению. Для жестких частиц от 0,5 мкм величина напряжения пропорциональна квадрату их сечения.

Электростатический фильтр фото

Виды электрофильтров

С учетом технологии отвода пыли, накапливаемой на электродах, фильтрующие агрегаты делятся на два виды:

  1. Сухие. Удаление твердых частиц путем встряхивания и последующего удаления пыли. Для нормальной работы установок поддерживается температура не ниже точки росы, чтобы предотвратить увлажнение и конденсат на корпусе, вызывающие коррозию и налипание.
  2. Мокрые. Пыль смывается орошающей водой. Температура запыленного воздуха не должна быть ниже точки росы. Допускается использование для очистки тумана или других газообразных сред повышенной влажности. Промывка электродов при этом не проводится. Влажные частицы с грязью сами стекают вниз.

Особенности

Производительные электрофильтры рассчитаны на пылеочистку больших объемов воздуха температурой до +450 0С. Агрегаты эффективны для улавливания крошки 0,01–100 мкм. При этом расход электроэнергии на обработку 1 тысячи кубометров газа 0,36–1,8 МДж.

Результативность пылеочистки определяется типом твердых примесей, видом очищаемого газа, скоростью, размерами электрофильтров, другими параметрами. Максимальная эффективность улавливания достигается путем снижения динамики перемещения воздуха при одновременном повышении напряжения поля. Расходы на эксплуатацию и обслуживание аналогичных агрегатов, не превышают 3% общих затрат.

Наиболее эффективными в плане пылеочистки являются комбинированные установки. Лучшие результаты показывают системы трехступенчатой очистки. Сначала выполняется грубая обработка запыленного воздуха с помощью циклонов. Затем тонкая — с использованием скрубберов. В завершение проводится финальная доочистка с применением электрофильтров.