Аппараты очистки («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 3

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диа­метром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под дей­ствием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.

В зависимости от расположения и организации выбросов источни­ки загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники исполь­зуют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники. Выделяющиеся из них вредные вещества при рас­сеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания (с заветренной стороны). Линейные источники имеют значи­тельную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру. Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы.

Незатененные, или высокие источники свободно расположены в недеформированном потоке ветра. К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превы­шающую 2,5 Н_зд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним (в результате обдувания его ветром) на высоте h ≤ 2,5 Н_зд.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентрации выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосфер­ном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД—86». Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необхо­димо учитывать ее концентрацию c_ф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу

где Н — высота трубы; Q — объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу; ΔT—разность между температурой вы­брасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего ат­мосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч; А — коэффициент, зависящий от температурного гра­диента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизон­тального рассеивания вредностей; k_F — коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере; m и n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоз­душной смеси из устья трубы.

Оборудование для очистки выбросов.

В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использо­вать аппараты для очистки газов от примесей.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорб-ционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступен- чатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризу­ется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Эффективность очистки

где с_вх и с_вых — массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки

где с_вхi и с_выхi —массовые концентрации i-й фракции пыли до и после пылеуловителя.

Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:

Как следует из формул (6.4) и (6.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К = 1—h.

Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Δр определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата р_вх и выходе р_вых из него. Значение Δр находят экспериментально или рассчитывают по формуле

где z — коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; r и W — плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентиро­вать его начальное Δр_нач и конечное значение Δр_кон . При достижении Δр = Δр_кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров Δр_кон = (2...5)Δр_нач.

Мощность N побудителя движения газов определяется гидравли­ческим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа

где k — коэффициент запаса мощности, обычно k = 1,1...1,15; h_м — КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно h_м = 0,92...0,95; h_в — КПД вентилятора; обычно h_в = 0,65...0,8.

Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители — циклоны (рис. 6.4) различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное дви­жение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пы­ли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки га­зов и устанавливать перед фильтрами или элек­трофильтрами.

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК, предназначенные для очистки газа от сажи, об­ладают повышенной эффективностью по срав­нению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивле­ния циклонов серии СК.

Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов пока­зал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за пере­тока газов между циклонными элементами. Методика расчета цикло­нов приведена в работе [6.11].

Электрическая очистка (электрофильтры) — один из наиболее со­вершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рис. 6.5), адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом про­тивоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, элект­рофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодей­ствия электрического поля и заряда частицы.

Большое значение для процесса осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопро­тивление слоев пыли. По величине электрическо­го сопротивления различают:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (< 10⁴ Ом*см), которые при со­прикосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствую­щий знаку электрода, после чего между электро­дом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток; противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротив­лением от 10⁴ до 10¹⁰ Ом*см; они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10¹⁰ Ом*см; они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на элект­родах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопро­тивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.

Определение эффективности очистки запыленного газа в электро­фильтрах обычно проводят по формуле Дейча:

где W_э — скорость движения частицы в электрическом поле, м/с; F_уд — удельная поверхность осадительных электродов, равная отноше­нию поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м²*с/м³. Из формулы (6.7) следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени W_эF_уд.

Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очи­щаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, парамет­ры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д. В промышленности используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров [6.11], применяемых для очистки техноло­гических выбросов (рис. 6.6).

Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувст­вительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эф­фективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод га­за к электрофильтру путем правиль­ной организации подводящего газового тракта и применения рас­пределительных решеток во входной части электрофильтра.

Для тонкой очистки газов от ча­стиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержа­нии частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3. Для вновь посту­пающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтро­элемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегород­ки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.

По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая ре­зина, пенополиуретан и др.); с полуже­сткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с жест­кими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые метал­лы и др.).