Курсовая работа (т): Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

Очистка газовых выбросов предприятий от пыли

Введение

пылеулавливание очистка газ

Промышленные выбросы, загрязняющие атмосферу, могут содержать твердые и жидкие частицы и вредные газообразные компоненты.

Процессы очистки выбросов от твердых или жидких частиц основаны на свойствах аэрозолей (пылей, дымов, туманов), закономерностях их движения и осаждения. Изучение процессов очистки выбросов от газовых компонентов связано с теорией массообмена, которая рассматривает условия равновесия фаз и закономерности поглощения газовых компонентов. Различие в теоретических основах процессов очистки выбросов от частиц и газовых компонентов диктуют различные способы осуществления этих процессов. Исключение составляет только мокрый способ очистки, одинаково пригодный для удаления из выбросов твердых или жидких частиц и газовых компонентов. Электростатический же способ, например, высокоэффективный для очистки выбросов от частиц, совершенно непригоден для очистки от газовых компонентов. В связи с этим вопросы очистки выбросов от частиц и от газовых компонентов рассматриваются раздельно.

1. Характеристика способов пылеулавливания и показатели работы пылеулавливающих аппаратов

1.1    Классификация пылеулавливающих аппаратов

Выбор способа очистки от пылевых частиц (в технике пылеулавливания под пылевыми частицами понимают твердые и жидкие частицы, имеющие размер от 0,1 до 100 мкм и более, независимо от способа их образования) зависит от их физических и химических свойств, требуемой эффективности пылеулавливания, особенностей основного технологического процесса и других причин.

В технике пылеулавливания все аппараты делятся на четыре вида: сухие, фильтрующие, мокрые и электростатические. Аппараты каждого вида отличаются друг от друга, прежде всего способом выделения (сепарации) частиц из запыленного газового потока. Частицы из газового потока могут удаляться либо непосредственно выводом частиц (например, в пылевых камерах), либо вследствие их осаждения на различных поверхностях и телах (капли в мокрых пылеулавливающих аппаратах, волокнах в тканевых и волокнистых фильтрах, на осадительных электродах в электрофильтрах) и последующего вывода из аппарата, что обусловлено действием различных сил (механизмов отделения частиц от газового потока).

Сухие пылеулавливающие аппараты подразделяются на гравитационные и инерционные.

К гравитационным аппаратам относятся вертикальные и горизонтальные пылевые камеры. В этих аппаратах гравитационный эффект достигается резким снижением скорости газового потока.

К инерционным аппаратам относятся различные циклоны и жалюзийные пылеуловители. В циклонах инерционный эффект создается вращательным движением запыленного газового потока. В жалюзийных пылеуловителях инерционный эффект проявляется при обтекании запыленным газовым потоком различных препятствий.

Фильтрующие аппараты в зависимости от материала поверхности осаждения можно подразделить на три типа: тканевые, волокнистые и зернистые.

В тканевых фильтрах (гибкие пористые перегородки) поверхность осаждения состоит из нитей различных шерстяных, хлопчатобумажных и синтетических тканей. Кроме того, в тканевых фильтрах частицы пыли выделяются из газового потока в то время, когда поток проходит через слой пыли, который образуется на внешней стороне ткани в начальный период работы фильтра.

В волокнистых фильтрах (полужестких пористых перегородках) поверхностью осаждения для частиц служат волокна различных волокнистых материалов.

В зернистых фильтрах (жесткие пористые перегородки) газовый поток фильтруется через песок, пористую керамику, металлы и пластмассу.

В фильтрующих аппаратах в осаждении частиц на соответствующих поверхностях, помимо действия инерционных и гравитационных сил, важную роль играют эффекты диффузии и зацепления. Провести четкую классификацию мокрых пылеулавливающих аппаратов в зависимости от того, под действием каких сил пылевые частицы отделяются от газового потока, практически невозможно, так как в этих аппаратах одновременно в том или ином соотношении могут действовать несколько сил.

Применительно к мокрым пылеулавливающим аппаратам на основании физической сущности процесса пылеулавливания более пригодна классификация их в зависимости от состояния поверхности осаждения, которую образует в аппарате орошающая жидкость и на которой осаждаются пылевые частицы из газового потока. По такой классификации мокрые пылеуловители можно разделить на три типа.

К первому типу относятся насадочные скрубберы, мокрые циклоны и др. В этих аппаратах поверхностью осаждения служит пленка жидкости, специально создаваемая на их внутренних стенках, насадке и т. д. Частицы пыли, осаждаемые на пленке жидкости, выводятся из газового потока.

Ко второму типу относятся барботажные и пенные аппараты, в которых осаждение происходит на поверхности пузырьков, образованных при движении газов через слой жидкости.

К третьему типу относятся полые скрубберы, скрубберы Вентури (турбулентные аппараты Вентури), струйные газопромыватели (эжекторные скрубберы или струйные аппараты) и т. д. В аппаратах этого типа поверхностью осаждения служат капли орошающей жидкости, распыленной в объеме аппарата.

Выделение частиц из запыленного газового потока под действием сил электрического поля происходит в электростатических аппаратах. Электростатический способ очистки газов от пыли осуществляется в электрофильтрах.

1.2    Показатели работы пылеулавливающих аппаратов

Работа пылеулавливающих аппаратов характеризуется соответствующими техническими и экономическими показателями.

К техническим относятся показатели:

. Степень очистки газов от пыли (или эффективность пылеулавливания, коэффициент полезного действия пылеулавливающего аппарата, степень пылеулавливания, коэффициент проскока пылевых частиц), измеряемая в относительных единицах или процентах. В некоторых случаях в качестве показателя работы аппарата принимают абсолютную величину концентрации частиц в очищенных газах (г/нмі; или мг/нмі; сухого газа).

. Гидравлическое сопротивление аппарата (нмІ, кгс/мІ или мм вод. ст.).

. Расход электроэнергии на очистку 1000 мі газов в час (Мдж, квт*ч).

К экономическим показателям относятся:

. Стоимость аппарата в пересчете на очистку 1000 мі газов в 1 ч в рублях.

. Стоимость очистки 1000 мі газов в 1 ч в рублях.

Степень очистки газов в аппарате в наиболее распространенном случае выражается как процентное отношение массы уловленных пылевых частиц к массе частиц, поступающих на очистку. Эта величина также называется коэффициентом полезного действия пылеуловителя или степенью пылеулавливания.

Гидравлическое сопротивление определяет энергетические затраты на транспортировку газов через аппарат.

Расход электроэнергии на очистку 1000 мі газов в 1 ч характеризует удельные эксплуатационные расходы. Этот показатель складывается из затрат электроэнергии на преодоление газами гидравлического сопротивления аппарата, на подачу, распределение или распыление орошающей жидкости в аппарате (для мокрых пылеулавливающих аппаратов), на приведение в действие встряхивающих устройств (для электрофильтров и рукавных фильтров), питания электродов (для электрофильтров) и пр.

Этот показатель особенно важен при расчете эксплуатационных расходов для высокоэффективных мокрых пылеулавливающих аппаратов, так как они требуют больших энергозатрат либо для преодоления гидравлических сопротивлений по газовому тракту, либо для интенсивного дробления орошающей жидкости в механических и пневматических форсунках или в других специальных устройствах.

Стоимость аппарата, рассчитанного на очистку 1000 мі газа в 1 ч, слагается из стоимости собственно аппарата, присоединительных газопроводов, зданий газоочистных установок, тягодутьевых устройств, насосов, контрольно-измерительных приборов и автоматики, а также из стоимости монтажных работ. Этот показатель характеризует капитальные вложения, отнесенные на очистку 1000 мі газов в 1 ч.

Стоимость очистки 1000 мі газов в 1 ч складывается из эксплуатационных расходов (затраты электроэнергии, затраты на амортизацию соответствующего оборудования и зданий, на зарплату, на воду, пар и т. д.).

Показателями работы пылеулавливающих аппаратов обусловлен выбор соответствующего типа для того или иного промышленного объекта.

При выборе способа очистки и типа пылеулавливающего аппарата необходимо также учитывать химический состав, плотность, дисперсность и другие свойства улавливаемых частиц, наличие в газах влаги и агрессивных компонентов, количество и температуру газов.

Для сухих и мокрых пылеулавливающих аппаратов повышение эффективности связано с увеличением гидравлического сопротивления аппаратов. Чем выше дисперсность частиц, улавливаемых в аппарате с хорошей эффективностью, тем больше энергозатраты на процесс очистки.

Для тканьевых фильтров и электрофильтров, улавливающих эффективно высокодисперсные частицы, энергозатраты по сравнению с мокрыми пылеулавливающими аппаратами невелики. Однако размеры этих аппаратов значительно больше, так как они эффективно работают только при низких скоростях газов. Это определяет большие капитальные вложения на создание тканьевых фильтров и электрофильтров (высокая стоимость аппарата, рассчитанного на очистку 1000 мі газов в 1 ч).

Таким образом, рекомендации по выбору пылеулавливающих аппаратов не могут быть однозначными; в каждом отдельном случае следует выбирать аппарат в соответствии с имеющимися конкретными условиями.

2.     
Аппараты сухой очистки газов от пылевых частиц

2.1    Пылевые камеры

Такие камеры представляют собой простейший тип пылеулавливающего устройства, основанного на осаждении пылевых частиц из газового потока под действием сил тяжести. Назначение этих камер - очистка газов от крупных частиц.

Наиболее распространены горизонтальные пылевые камеры (рис. 1) - кирпичные, бетонные или металлические.

Рис. 1. Пылевая камера

Скорость газового потока в пылевых камерах 1-2 м/сек; при этом осаждаются пылевые частицы размером более 30 - 40 мкм.

При прочих равных условиях минимальный размер улавливаемых частиц зависит от площади дна камеры S = BL. При увеличении площади S увеличивается продолжительность пребывания частиц в камере, а следовательно, и эффективность их оседания. Однако увеличение площади дна камеры приводит к увеличению ее габаритных размеров, т. е. к увеличению ее стоимости.

Для повышения эффективности пылеулавливания в отдельных случаях в камерах устанавливают горизонтальные полки. При этом эффективность осаждения частиц должна повыситься (без увеличения габарита камеры), так как возрастает произведение BL. На практике оказалось, что полки незначительно увеличивают эффективность осаждения частиц потому, что при удалении пыли с полок часть осевших на них частиц снова уносится газовым потоком.

2.2    Жалюзийные пылеуловители

Такой пылеуловитель (рис. 2) состоит из жалюзийной решетки и отсосного пылеуловителя. Жалюзийная решетка представляет собой набор усеченных пирамид или конусов с постепенно уменьшающимся сечением по ходу газов. Решетки устанавливают в газоходе или специальной камере. В качестве отсосного пылеуловителя может быть использован любой высокоэффективный аппарат. Движущийся в газоходе запыленный газовый поток встречает на пути жалюзийную решетку, разделяющую поток на отдельные струи, которые резко изменяют свое направление при столкновении с пластинами решетки, проходят на другую сторону решетки и движутся в прежнем направлении.

Рис. 2. Жалюзийный пылеуловитель

Когда газовый поток огибает пластины решетки, грубодисперсные пылевые частицы под действием инерционной силы стремятся сохранить свое первоначальное направление. Эти частицы ударяются о пластины и отбрасываются в сторону, противоположную движению газов через решетку (высокодисперсные пылевые частицы движутся вместе с газовым потоком). В результате газы, прошедшие через решетку, очищаются от грубодисперсной пыли. Газы же, оставшиеся внутри решетки и обогащенные грубодисперсной пылью, направляются в отсосный пылеуловитель для окончательной очистки. Ввиду малого объема этих газов (около 10% от общего объема газов, поступающих на жалюзийную решетку) размеры отсосного пылеуловителя невелики.

Эффективность очистки запыленного газового потока в жалюзийном аппарате зависит от скорости движения газового потока при подходе к пластинам решетки, размера и плотности пылевых частиц, вязкости и плотности газов, конструкции решетки.

Жалюзийные аппараты используют для очистки газов от пылевых частиц размером более 20 мкм (для пылевых частиц размером 40 мкм эффективность составляет около 85%, а для частиц размером 30 мкм - 75%). Скорость газа на входе в аппарат обычно поддерживается 12-15 м/сек. Гидравлическое сопротивление жалюзийного аппарата в зависимости от скорости газового потока находится в интервале 30-40 мм вод. ст.

2.3    Циклоны

Для очистки газовых выбросов от пылевых частиц размером более 6 мкм широко применяют циклоны. Это объясняется простотой конструкции аппарата при достаточно высокой эффективности и экономичности.

Рис. 3. Схема движения запыленного газового потока в циклоне: 1 - корпус циклона, 2 - входной патрубок, 3 - выхлопная труба, 4 - коническая часть корпуса циклона

Схема циклона приведена на рис. 3. Как видно на схеме, запыленные газы поступают в верхнюю, цилиндрическую, часть корпуса циклона через патрубок 2, установленный по касательной к окружности цилиндрической части циклона. В кольцевом пространстве, между корпусом циклона и выхлопной трубой 3 и далее, в нижней, конической, части 4 корпуса циклона возникает вращательно-поступательное движение газового потока, образуется внешний вращательный вихрь и получают развитие центробежные силы, под действием которых пылевые частицы стремятся двигаться от оси циклона к периферии, т. е. к его стенкам. Достигнув стенки корпуса циклона, частицы теряют свою скорость и под действием силы тяжести падают в коническую часть корпуса циклона, а затем в бункер для сбора пыли. Очищенный газовый поток поступает в выхлопную трубу, образуя внутренний вращающийся вихрь, и выбрасывается в атмосферу.

Факторы и их влияние на эффективность улавливания в циклоне пылевых частиц могут быть установлены на основании предположения, что движение каждой частицы к стенкам циклона является следствием равновесия центробежной силы и силы сопротивления газового потока.

Качественные характеристики влияния отдельных факторов на эффективность улавливания пылевых частиц в циклоне:

. Эффективность пылеулавливания должна повышаться по мере возрастания скорости газового потока во входном патрубке. Экспериментально установлено, что наиболее эффективно улавливание происходит при скорости газового потока во входном патрубке 20-25 м/сек. При больших скоростях эффективность улавливания снижается из-за возникновения завихрений, срывающих осевшие частицы со стенки циклона и вызывающих «вторичный унос».

. Эффективность пылеулавливания увеличивается с увеличением размера и плотности частиц.

. Эффективность пылеулавливания можно повысить путем уменьшения расстояния (зазора) между стенкой циклона и выхлопной трубой.