Физические способы очистки газовых потоков от вредных примесей

Физические способы применяются в тех случаях, когда газовый поток содержит вредные примеси в виде пьши (размеры частиц 5-50 мкм), тумана и дыма (размеры частиц 0,1 -5мкм). Эти методы основаны на осаждении твердых частиц и мелких капель тумана на поверхности пылеуловителей и фильтрующих элементов. С этой целью используют пылеуловители и фильтры различной конструкции.

Физические методы очистки газовых потоков от вредных примесей широко распространены на обогатительных фабриках, металлургических заводах, тепловых электростанциях, сжигающих уголь и мазут, на предприятиях деревообработки, в шинной промышленности и в производстве резиновых технических изделий.

Выбор метода очистки газового потока осуществляется после того, как определяются основные характеристики взвешенных частиц — пыли или тумана. В случае пыли к ним относятся: размеры частиц, слипаемость, способность к абразивному износу поверхности оборудования, смачиваемость водой, электрическая проводимость, способность к самовозгоранию и взрыву.

В соответствии с основными характеристиками пыли и ее концентрацией в газовом потоке осуществляется выбор оборудования и способа пылеулавливания.

1. Пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители.

При размерах частиц пыли 25-50 мкм и высоких их концентрациях в газовом потоке (более 50 г/м3) обычно используют пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители (рис. 6.5).

Пылеосадительные камеры в большинстве случаев применяются для предварительной очистки сильно загрязненных газовых потоков от крупных частиц пыли. Запыленный газ в пылеосадительной камере имеет скорость движения 0,2-1,5 м/с. При этом частицы пыли, имеющие размеры более 50 мкм, осаждаются на полках и стенках камеры, а очищенный газ выбрасывается в атмосферу или подается на следующую стадию очистки — от более мелких частиц.

После образования слоя пыли определенной толщины на стенках и полках аппарата включается вибрационное устройство, и пыль падает вниз.

Степень очистки запыленного газа в пылеосадительных камерах не превышает 40 - 50%.

В инерционных пылеуловителях скорость запыленного газа на входе в аппарат составляет 5-15 м/с. Принцип действия инерционных пылеуловителей заключается в следующем.

При увеличении скорости движения запыленного газа на частицы пыли одновременно действуют силы тяжести и инерционные силы. Если резко изменить направление движения газа, то частицы пыли будут продолжать свое движение по инерции, что приведет к выделению пыли из газового потока.

На рис. 6.56 изменение направления движения газа достигается с помощью перегородки. При этом частицы пыли по инерции направляются вниз, а очищенный газ выводится сверху.

Для запыленного газового потока с размерами частиц 25-30 мкм степень очистки достигает 65 - 80%. Такие аппараты находят применение в металлургической промышленности для первичной очистки газовых потоков от пыли.

2. Циклоны.

Широкое применение для очистки газовых потоков от пыли в различных отраслях промышленности находят циклоны (рис. 6.6).

Циклоны улавливают пыль с размерами частиц более 5 мкм и температурой газового потока до 500 °С.

Очистка газа от пыли осуществляется следующим образом. Запыленный газ движется внутри циклона по спирали сверху вниз, и частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. В конусообразной части корпуса циклона диаметр спирали газа постепенно уменьшается. Такое уменьшение диаметра в определенный момент обусловливает резкое изменение направления газа, который попадает в выхлопную трубу и выбрасывается в

атмосферу. Частицы пыли продолжают движение по стенке вниз и попадают в пылесборник. Степень очистки газовых потоков в циклонах достигает 90%.

Для обеспечения высокой степени очистки газовых потоков от взвешенных частиц применяются механические, электрические и мокрые фильтры различной конструкции.

3. Механические фильтры.

В основе работы механических фильтров лежит процесс фильтрования, в ходе которого твердые частицы или туман жидкого вещества задерживаются на фильтрующем элементе, а газовый поток полностью проходит через элемент. В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентраций пыли фильтры условно разделяют на три класса:

— фильтры тонкой очистки, предназначенные для улавливания более 99% пыли из промышленных газов с низкой входной концентрацией порядка 1 мг/м3 и скоростью фильтрования 10 м/с. Такие фильтры применяются для улавливания особо токсичных частиц, например, радиоактивных, и для ультратонкой очистки воздуха. После однократного использования они заменяются новыми;

— воздушные фильтры, используемые в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях. Они работают при концентрации пыли не более 50 мг/м3 и при скорости газового потока 2,5-3,0 м/с. Воздушные фильтры могут быть регенерируемыми и нерегенерируемыми;

— промышленные тканевые, волокнистые и зернистые фильтры, применяемые для очистки больших объемов промышленных газовых потоков с концентрацией пыли до 60 мг/м3. Все промышленные фильтры периодически подвергаются регенерации.

Среди промышленных фильтров наибольшее применение находят тканевые фильтры, изготовленные в виде трубок или рукавов, так называемые «рукавные фильтры».

На рисунке 6.7 представлена схема рукавного фильтра.

Запыленный газ поступает в корпус 1 фильтра, проходит через тканевые рукава 3 и выбрасывается в атмосферу. Частицы пыли удерживаются на внутренней поверхности рукавов, по мере их накопления включается встряхивающее устройство 2. Пыль с поверхности тканевых рукавов осыпается вниз, и регенерированный фильтр снова включается в работу.

4.Электрофильтры.

Они применяются в тех случаях, когда электрические свойства взвешенных частиц позволяют достичь высокой степени очистки. Электрофильтры обеспечивают выделение из газовых потоков мельчайших частиц пыли и тумана. Действие электрофильтров основано на ионизации газа между двумя электродами с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов (рис. 6.8).

Для этого к электродам подводится постоянный электрический ток высокого напряжения мощностью порядка 40-75 кВт. При высокой разности потенциалов газ между электродами ионизируется полностью, и происходит его слабое свечение наподобие короны вокруг электрода 1, присоединенного к отрицательному полюсу источника тока. Такой электрод обычно называют коронирующим электродом. Отрицательно заряженные ионы движутся к противоположно заряженному электроду 2, который называется осадительным электродом.

Если газовый поток содержит частицы пыли или тумана, то отрицательно заряженные ионы адсорбируются на их поверхности и увлекают эти частицы к осадительному электроду. На поверхности электрода частицы отдают свой заряд и отделяются от электрода или падают при механическом встряхивании.

Мокрые фильтры представляют собой вертикальные полые аппараты (скрубберы). Они используются в тех случаях, когда частицы пыли, содержащиеся в газовом потоке, хорошо смачиваются водой. В мокрых фильтрах газовый поток поступает снизу аппарата и орошается мелкими каплями воды. При этом частицы пыли хорошо смачиваются водой и поглощаются каплями дождя из газового потока. Очищенный газовый поток выбрасывается в атмосферу.

Литература

1. Арустамов Э.А. Природопользование. М.: Дашков и К, 2005.

2. Криксунов Е.А. Экология. М.: Дрофа, 1995.

3. Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Метод, указания. — М.: Минздрав СССР, 1985

4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. М.: АО МДС, Юнисам, 1995.

5. Муравьева С. И., Прохорова Е. К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. — М.: Химия, 1988.

6. Мухутдинова А.А. Основы и менеджмент промышленной экологии. Казань: Магариф, 1998.

7.Снакин В. В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. — М.: Академия, 2000.