15
Конические циклоны применяют в тех случаях, когда для очистки воздуха
необходимо применять повышенное сопротивление [23, c.27].
Скрубберы входят в состав пылеуловителей мокрого типа. Увлажнение
пыли и поверхностей позволяет увеличить эффективность очистки, упростить
удаление пыли из пылеуловителя и исключить взрывы и пожары. Схема
скруббера приведена на рис.5.
Рисунок 5 – Схема скруббера
Следует отметить, что метод мокрого пылеулавливания не применяется
для удаления волокнистой и цементной пыли. Мокрая очистка в сравнении
сухой является более выгодной и эффективной. Мокрые пылеуловители
позволяют улавливать частицы размером менее 1 мкм.
В основе работы скруббера находится принцип применения
центробежных сил. В этом случае происходит отделение пыли от запыленного
потока. Пыль прижимается к внутренним поверхностям скруббера и за счет
воды направляется в коническую часть, а затем - в шламоотстойник [17, c.45].
Загрязненный воздух по тангенциальным каналам направляется в
нижнюю часть скруббера, входит во вращательное движение, а затем
поднимается вверх. В верхней части скруббера размещены форсунки, из
16
которых вода разбрызгивается по внутренней поверхности и, стекая вниз,
образует водяную пленку. При соприкосновении пыли и воды происходит
отделение запыленного воздуха [8, c.150].
Для повышения эффективности очистки в скруббере и его верхних частях
размещена насадка, выполненная из керамических и металлических колец.
Насадка увлажняется водой, что позволяет дополнительно очищать
воздушный поток.
Эффективность очистки пыли в скруббере в зависимости от ее
фракционного состава составляет от 90 до 98%.
В настоящее время свое применение получили скрубберы, выполненные
из полистирола, полиэтилена и стекла. Шары под влиянием потоков газа
постоянно пульсируют, что позволяет более интенсивно осаждать частицы
пыли.
Среди недостатков скруббера можно выделить [2, c.27]:
- забивание насадок;
- необходимость использования дополнительных фильтров,
позволяющих удалять шлам.
Среди аппаратов мокрой очистки пыли следует отметить скруббер
Вентури. Основной частью скруббера является труба Вентури, в конфузорную
часть которой направляется пыль, смешанная с водой.
Процесс осаждения пылевых частиц на каплях жидкости характеризуется
высокой скоростью перемещения в конфузорной части сопла. Следует
отметить, что эффективность очистки определяется равномерностью
распределения воды по сечению конфузорной части сопла.
Кроме перечисленных видов обеспыливающего оборудования в
практической деятельности производственных предприятий применяются
ультразвуковые пылеуловители и электрофильтры [7, c.33].
17
Эта группа фильтров отличается умеренным сопротивлением и
относительно небольшим объемом. Их не используют для очистки воздуха в
системах вытяжной вентиляции из-за ограничения пылеемкости.
В сравнении с пылеуловителями и фильтрами электрофильтры имеют
большую пылеемкость, поэтому для очистки приточного воздуха их не
применяют. Причиной этого выступают большие размеры, увеличенное
аэродинамическое сопротивление, низкий уровень эффективности
пылеулавливания.
1.2 Характеристика методов очистки пылевоздушных выбросов
Среди наиболее распространенных способов очистки промышленных
пылегазовоздушных выбросов следует отметить сорбционные способы,
включающие адсорбции и абсорбции [10, c.41].
В этом случае осуществляется процесс физической сорбции, то есть
сорбент поступает в химическое взаимодействие с сорбируемым
компонентом.
В основе способа адсорбции находится физическое свойство твердых тел
или адсорбентов, имеющих ультрамикроскопическую структуру,
позволяющую селективно концентрировать и извлекать на своей поверхности
отдельные компоненты пылегазовоздушных выбросов.
В свою очередь, абсорбция является процессом, при котором выбросы
разделяются на составные части за счет поглощения нескольких или одного
компонента жидким поглотителем абсорбента с образованием раствора.
Преимуществами абсорбционного и адсорбционного способов очистки от
пылегазовоздушных выбросов является то, что в этом случае [14, c.107]:
- происходит глубокая очистка при выборе адсорбентов и абсорбентов;
- достигается селективность извлечения примесей, что позволяет их
вторично использовать.
18
Слой сорбента наносится на фильтрующие перегородки, а насыпной слой
выполнен из материалов, позволяющих поглощать вредные компоненты [19,
c.170].
Для применения методов адсорбции и абсорбции применяются фильтры
пылеулавливатели, в которых пылегазовоздушный поток поступает на фильтр
фиксирующую распределенную решетку, а затем по фильтрующим рукавам
собирается в складки и очищается.
В гравитационных пылеуловителях осаждение пылевых частиц
производится под влиянием сил тяжести. В случае вертикального
перемещения частиц пыли на них влияет сила гравитации и сила
гидравлического сопротивления среды. Для определения сопротивления
среды используется значение аэродинамического коэффициента
сопротивления частиц, поперечное сечение частиц в плоскости, скорость
движения частиц и плотность среды. Коэффициент аэродинамического
сопротивления зависит от числа Рейнольдса, представленного в виде
отношения инерционных сил к силам вязкостного трения [24, c.52].
Для определения коэффициента аэродинамического сопротивления
используется коэффициент динамической вязкости и диаметр частиц.
Частицы пыли небольших размеров находятся не только под влиянием
гравитационных сил, но и участвуют в броуновском движении. При этом, чем
меньше размер частиц пыли тем большую роль они вовлекаются в
броуновское движение.
С уменьшением размера частиц величина броуновского смешения
превышает величину свободного падения. Поэтому высокодисперсные
аэрозольные частицы не осаждаются, а постоянно находятся в газообразной
среде [28, c.126].
Если скорость воздуха равна скорости осаждения частиц, то частицы
пыли не осаждаются.
19
Для очистки воздуха от пыли также применяется метод осаждения под
воздействием центробежных сил. Поскольку центробежные силы по своей
величине превышают гравитационные, то эффективность отделения пылевых
частиц от воздушного потока выше. Поэтому очистка методом осаждения под
воздействием центробежных сил применяется в отношении мелких частиц.
Для определения скорости осаждения под влиянием центробежных сил
учитывается равенство влияющих на частицы пыли центробежных и
аэродинамических сил [32, c.59].
Этот принцип осаждения наиболее часто применяют в циклонах, где
наблюдается вращение потока запыленного газа через неподвижный корпус, а
также в ротационных пылеуловителях, где поток движется во вращающемся
роторе.
Среди методов очистки частиц следует отметить принцип инерционного
осаждения, основанный на том, что в результате большой инерции пыль
стремится сохранить свое первоначальное направление движения. В этом
случае она попадает на перегородки или стенки пылеулавливающего аппарата
и удаляется из потока. При этом эффективность инерционного
пылеулавливания зависит от сопротивления среды и сил инерции. Для
определения эффективности инерционного пылеулавливания применяется
критерий Стокса [37, c.63].
Для отделения частиц пыли сила инерции должна иметь определенную
минимальную величину, которая определяется по критическому значению
критерия Стокса.
Для осаждения частиц пыли применяют электрическое поле. Этот
принцип очистки воздуха предусматривает создание электрического заряда на
частицы пыли с последующим ее отделением из потока под влиянием
электрического поля. Если в потоке запыленного воздуха разместить
электроды и создать определенное напряжение, то осуществляется ионизация
молекул. В этом случае молекулы сталкиваются с частицами пыли и передают
20
им электрический заряд. Большая часть взвешенных частиц получает заряд,
противоположный по знаку напряжению, возникающему на электродах.
Взаимодействие электрических зарядов выражается через Закон Кулона, в
котором применяются взаимодействующие точечные заряды [39, c.80].
Наиболее часто для очистки пыли применяется технология фильтрации,
которое заключается в том, что при прохождении запыленного потока через
фильтр аэрозольные частицы задерживаются, а чистый воздух проходит через
пористый материал.
Как правило, пористые фильтры изготавливают из металлических или
керамических микро-шариков с использованием метода
высокотемпературного спекания. Наиболее часто фильтровальные
перегородки изготавливают из натуральных или синтетических волокон.
В настоящее время существуют фильтры из керамических и
металлических материалов, основанные на нанотехнологиях. При
соприкосновении частиц цилиндрическими волокнами они задерживаются на
поверхности силами дисперсного ионного взаимодействия. При движении
потока через фильтр газ огибает волокна, а более крупные частицы пыли под
влиянием инерционных сил сохраняют свое прежнее направление, прилипают
или сталкиваются с волокнами [27, c.23].
Мелкие частицы могут с газом огибать волокна или пропускаться через
фильтр. Их часто задерживают в волокнах за счет создания траектории
броуновского движения. Определённое влияние на процесс очистки имеют
электрические силы, особенно при использовании диэлектрических
фильтровальных материалов выполненных из синтетических материалов,
смеси шерсти или из диэлектрических насыпных материалов. В тоже время
возрастает гидравлическое сопротивление при прохождении потока через
слой.
На практике при увеличении сопротивления вдвое фильтр
регенерируется с продувкой с обратным потоком воздуха [18, c.70].
21
Недостатком волокнистых и пористых фильтров является невозможность
восстановления их начального сопротивление из-за того, что часть
пылевидных частиц застревает в паровом пространстве. После каждой
продувки потоком воздуха или регенерации сопротивление фильтра
увеличивается.
Нанофильтры при эксплуатации не изменяют своего сопротивления за
счет того что поры в материалах, полученные с использованием нано
технологий не имеют устье на выходе поры. Поэтому эффект возрастания
сопротивления в таких материалах фактически не наблюдается.
Принцип мокрой очистки воздуха основан на том, что при перемещении
пыли и капель жидкости по определенной траектории движения возникают
различные силы инерции [9, c.35].
Крупные частицы пыли фактически не меняют своего направления и
осаждаются на капле. Мелкие частицы пыли вместе с воздушным потоком или
газом огибают жидкие капли и затем удаляются из пылеуловителя.
Этот же эффект достигается и при выполнении пленочного осаждения
пыли на поверхности воды. Для определения эффективности инерционного
осаждения на водяной пленке определяется критерий Стокса.
В случае осаждения частиц пыли, имеющих диаметр менее 0,2 мкм,
необходимо учитывать броуновское движение и влияние электростатических
сил. Их роль в сравнении с силами инерции несущественна, а в отдельных
случаях ею пренебрегают [3, c.21].
В пылеуловителях пленочного типа запыленный поток пропускается
через слой воды и пены. В этом случае частицы пыли осаждаются на воде или
ее поверхности, а очищенный воздух удаляется.
Следует отметить, что аэрозоль относится к неустойчивым системам,
поскольку под влиянием сил электрического притяжения и молекулярных сил
она подвергается постоянному изменению. С течением времени наблюдается
укрупнение взвешенных частиц, то есть происходит процесс коагуляции.
22
При очистке воздуха процесс коагуляции имеет определенную важность,
поскольку позволяет повысить эффективность работы пылеуловителя. Чем
больше вероятность столкновения аэрозолей, тем интенсивнее протекает
процесс коагуляции [13, c.36].
Как правило, процесс коагуляции осуществляется за счёт
гравитационных сил и броуновского движения и может быть
интенсифицирован через турбулизацию воздушного потока, его акустическую
обработку или искусственную ионизацию.
Для определения тепловой коагуляции или броуновской коагуляции
используется хаотическое движение мелких частиц с размером до 1 мкм. Этот
процесс зависит от характера пылевых частиц. Увеличение температуры
коагуляции наблюдается, когда повышается активность молекул в среде.
Повышение давления среды позволяет ускорить коагуляцию из-за снижения
величины пробега молекул и пылевых частиц.
Процесс градиентной коагуляции зависит от скорости в потоке
запыленных газов, а турбулентная коагуляция возникает за счет вихревых
движений в запыленной среде. При этом наблюдается увеличение вероятности
столкновения пылевых частиц между собой [16, c.39].
Процесс турбулизации достигается за счет применения специальных
устройств, размещенных перед пылеуловителем.
Кинематическая коагуляция осуществляется при относительном
движении частиц в потоке под влиянием инерционных, гравитационных и
других сил. Мелкие и крупные частицы перемещаются с различной скоростью,
что приводит к их столкновению и укрупнению. Этот же процесс протекает
при движении пылевых частиц в дождевом пространстве.
Процесс электрической коагуляции возникает за счет взаимодействия
частиц пыли, несущих различные разряды или между незаряженными и
заряженными частицами. В процессе влияния сил отталкивания или
23
притяжения, процесс столкновения частиц пыли ускоряется и это усиливает
процесс коагуляции [20, c.35].
Также существует акустическая коагуляция. Она возникает при
прохождении запыленных потоков через акустическое поле. В результате
звуковых колебаний в запыленном потоке создается дополнительное
столкновение частиц пыли.
1.3 Обзор систем очистки пылевоздушных выбросов
Рассмотрим работу установки для силовой центробежной очистки потока
пылегазовоздушных выбросов от вредных жидких примесей, приведенную на
рис.6.
Рисунок 6 – Схема установка для силовой центробежной очистки потока
пылегазовоздушных выбросов от вредных жидких примесей
В основе работы этой установки находится технология силовой очистки
потоков выбросов от вредных жидких примесей на основе использования
центробежных сил, которые возникают при закручивании пылегазожидкого
24
потока. Это установка отличается высоким уровнем производительности
процесса сепарации.
Принцип работы установки для силовой центробежной очистки потоков
пылегазовоздушных выбросов заключается в следующем: на первоначальном
этапе, пылегазовоздушный поток выбросов поступает в патрубок (3), а затем
перемещается в корпус (8) устройства и на завихритель (1) центробежного
элемента (2) камеры (4), в котором производится его очистка [25, c.23].
При этом формируются центральная и периферийная зоны, позволяющие
разделять пылегазожидкостный поток. Под влиянием центробежной силы,
жидкая фаза потока перемещается в периферийную зону «Б». При этом вода
осаждается на гидрофильной поверхности обечайки (15) и центробежного
элемента (2).
После этого водой обволакивается гидрофильная поверхность обечайки
(15) и тем самым создается пленка. Образованная пленка по пленкосъемнику
(13) поступает в каплеотбойник (14), а затем в нижнюю часть камеры (4) и
выходит через дренажный патрубок (16) из устройства.
В зазоре между обечайкой (15) и плёнкосъемником (13) образуется
воздух, который выводится из устройства через центробежный элемент (7).
Попав в зону действия центробежного поля, пылевоздушная смесь
направляется в периферийную зону «Б», где происходит ее осаждение на
внутренней поверхности обечайки (11) и центробежного элемента (7).
После этого очищенная смесь направляется в обечайку (11), где по
каплеотбойнику стекает на горизонтальное полотно (5).
Очищенный воздух выводится через центральное отверстие
пленкосъемника (6) и затем выводится из очистительного устройства через
патрубок (9) [29, c.48].
Для очистки пылевоздушных масс свое распространение получили
фильтр-циклоны ФЦ-12000, которые позволяют очищать воздух от сухой
пыли. Их применяют совместно с пылевым вентилятором, аналогичным по