Подготовка выбросов перед очисткой в газоочистных устройствах

Подготовка выбросов перед очисткой в газоочистных  устройствах

Подготовка выбросов перед очисткой — один из перспективных мето­дов повышения эффективности очистки газов, так как благодаря ей ста­новится возможным применение аппаратов с меньшей удельной стоимостью очистки. Обычно подготовка газов к очистке от взвешенных частиц Производится в следующих направлениях:

— охлаждение запыленных газов. В некоторых случаях отходящие газы имеют высокую температуру. А так как наиболее эффективные пы­леулавливающие аппараты нормально функционируют при темпе­ратуре газов до 200-300 °С, подлежащие очистки газы приходится подвергать охлаждению;

— укрупнение частиц пыли с помощью различных механизмов коагу­ляции;

— снижение концентрации взвешенных частиц посредством предварительной очистки газов в простых неэнергоемких аппаратах;

— увлажнение запыленных газов. При этом снижается значение УЭС пыли и улучшаются свойства промежутка между коронирующим и осадительным электродами;

— подогрев газов для исключения конденсации паров воды и кислот;

Коагуляция. Аэрозоль подвержен постоянным изменениям. При воздействии различных сил на взвешенные частицы, движущиеся с газовым потоком, можно при определенных условиях добиться сближения частиц до их соприкосновения друг с другом, в результате чего происходит процесс укрупнения частиц, называемый коагуляцией (агрегатированием, агломерацией) взвешенных частиц. Увеличение среднего размера частиц на счет слипания мелких частиц с образованием крупных агрегатов значительно облегчает последующее их осаждение в газоочистных аппаратах.

Коагуляция взвешенных частиц может происходить за счет броуновского движения (тепловая коагуляция), а также под действием гидродинамических, гравитационных, акустических, электрических и других сил. Параллельно с процессом образования агломератов происходит процесс) разрушения образовавшихся укрупненных частиц.

Рекомендуемые материалы

Коагуляция происходит тем интенсивнее, чем больше вероятности столкновения аэрозольных частиц. Мелкие частицы больше подвержены коагуляции, чем крупные. Ускоряется также процесс коагуляции при повышении концентрации пылевых частиц в газовой среде.

Скорость коагуляции многих аэрозольных частиц подчиняется следующему закону:

где п — концентрация частиц в некоторый момент времени т (в с), 1/м³; я₀ А начальная концентрация частиц, 1/м³; К_к — константа коагуляции, м³/с.

Откуда скорость убывания счетной концентрации частиц в результате процесса коагуляции может быть определена из выражения

где N — скорость коагуляции — величина, соответствующая числу встреч частиц в единице объема в единицу времени, 1/(м³с).

В начальный момент времени, когда счетная концентрация частиц велика, коагуляция протекает с большой скоростью, но затем скорость ее быстро падает.

Тепловая (броуновская) коагуляция. В основе броуновской коагуляции

лежит хаотическое, беспорядочное движение весьма малых частиц —

до 0,1 мкм. Процесс тепловой коагуляции мало зависит от природы пылевых частиц. Броуновская диффузия играет существенную роль в начальный момент образования мелких частиц, так как способствует практически мгновенному укрупнению частиц. Именно благодаря броуновской коагуляции дисперсный состав пыли в технологических газах, поступающих на газоочистку, практически всегда характеризуется большей крупностью частиц, чем в момент их образования в реакторе (источнике пылеобразования).

Градиентная коагуляция. При наличии поперечного градиента скорости газов в потоке происходит градиентная коагуляция. В качестве приме­ра можно привести течение газов у твердой стенки. В соответствии с законами гидродинамики, частица, находящаяся ближе к стенке, движется меньшей скоростью, чем частица, расположенная дальше от нее. Если при этом расстояние между ними меньше суммы их размеров, то частицы должны встретиться.

Турбулентная коагуляция. Скорость коагуляции частиц в дисперсной среде может быть искусственно повышена путем турбулизации аэрозоли, Вихревое движение среды, возникающее вследствие турбулизации, увеличивает вероятность столкновения частиц, и следовательно, укрупнении частиц.

При турбулентном движении решающую роль в столкновении част играют турбулентные пульсации. В турбулентном потоке возможны два механизма коагуляции. Первый из них имеет место при полном увеличении частиц турбулентными пульсациями. Этот механизм преимущественно но наблюдается при плотности частиц, мало отличающейся от плотность потока. В случае аэрозольных частиц, плотность которых примерно в 10 раз больше плотности газов, полного увеличения частиц не происходит. Поэтому для аэрозольных частиц этот механизм имеет второстепенное значение. Наибольший коагуляционный эффект в турбулентном газопылевом потоке осуществляется благодаря второму механизму, получившему название «механизм ускорения».

Кинематическая коагуляция. Процесс кинематической коагуляции про­водит при относительном движении частиц различного размера под действием внешних сил — сил гравитации, центробежных сил и т. д. Частицы различного размера двигаются с различными скоростями. Вследствие этого происходит их столкновение и укрупнение. Наиболее распространенный Пример кинематической коагуляции — осаждение частиц на каплях, падающих под действием силы тяжести (гравитационная коагуляция). Кинематическая коагуляция происходит также при встречном движении распыленной воды и аэрозоля в мокрых пылеуловителях.

Акустическая коагуляция. При воздействии звуковых и ультразвуковых волн на промышленные газы, содержащие взвешенные частицы, можно при определенных условиях добиться такого колебательного движения частиц, при котором значительно увеличивается столкновение частиц друг трутом, в результате чего частицы слипаются, образуя крупные агрегаты (коагулируют), что значительно облегчает последующую очистку газов в газоочистных аппаратах.

На взвешенные в газах частицы при воздействии акустических колебаний действуют три основных фактора: совместное колебание частиц и газовой среды, динамические силы между соседними частицами и давлений акустической радиации.

Обычно в загрязненном потоке имеются взвешенные частицы различного диаметра, поэтому в акустическом поле частицы колеблются с разными фазами и разными амплитудами.

Когда частицы очень малы или когда частота колебаний очень низка частицы в акустическом поле будут колебаться с такой же амплитудой, ч и и среда. С увеличением частоты колебаний увеличивается инерция частиц,вследствие чего уменьшается амплитуда их колебаний, и при некоторой частоте частицы могут оставаться неподвижными, в то время как среда колеблется. При промежуточных частотах частицы в зависимости от размер колеблются в различной степени.

Воздействие акустических волн на промышленные газы приводит к увеличению числа столкновений между взвешенными частицами, в результате чего происходит коагуляция частиц.

Устройство для акустической коагуляции взвешенных частиц обычным состоит из генератора звуковых или ультразвуковых колебаний и агломерационной камеры. В качестве генератора акустических колебаний могут применяться статические и динамические сирены и свистки. Диапазон частот колебаний у сирен составляет 3—5 кГц. Уровень звукового давления колеблется от 100 до 170 дБ.

До недавнего времени метод акустической коагуляции не находил широкого применения ввиду неэкономичности, так как применяемые сирены имели низкий КПД. В настоящее время создаются эффективные экномичные сирены, которые позволят преодолеть этот недостаток. На рис 5.95 показана установка для акустической обработки пыли, которая состоит из акустической колонны,

при прохождении которой поток подвергается воздействию звука сирены, к которой подведен сжатый воздух, а также пылеуловителя и вентилятора.

По данным, акустическая коагуляция во многом определяется слипаемостью пыли. Сильно слипающиеся пыли (мучная и цементная) могут укрупняться в 8 раз.

Электрическая коагуляция (электрокоагуляция). Во многих случаях взвешенные в газах частицы, в зависимости от происхождения и химического состава, несут на себе положительный или отрицательный электрический заряд.

Пыли заряжаются в процессах дробления или распыления материал и, при трении или контакте с поверхностью оборудования и коммуникации, движении через раскаленную среду (зарядка ионами и в результате термоионной или фотоэлектрической эмиссии электронов).

Рис. Схема установки для акустической обработки запыленного воздуха:

акустическая колонна; 2 — циклон; 3 — вентилятор; 4 — электродви­гатель; 5 — сирена

  Дымы заряжаются при движении через раскаленные среды в результате Ионизации в пламени, термоэлектронной и фотоэлектрической эмиссии

электронов.

Туманы заряжаются в результате распыления, при барботировании газов через жидкости. Кроме того, взвешенные частицы могут заряжаться в результате химических реакций, под действием рентгеновского излучения, электрической индукции. Этот естественный электрический заряд взвешенных частиц называется трибозарядом.

Электрические заряды взвешенным частицам можно сообщать и искусственно, например, путем воздействия на газы различных ионизато­ров — электроэфлювиальных люстр (рис.) и проводников антенного типа, ионизаторов, использующих коронный разряд (упрощенные элект­рофильтры), ионизаторов, создающих контакт с заряженными телами. В большинстве случаев неметаллические взвешенные частицы в естественных условиях заряжаются положительно, металлические частицы — отри­цательно; заряд солей зависит от их химического состава. В промышленных газах число положительно заряженных частиц, получивших естественные электрические заряды, может быть равно числу отрицательно заряженных, то, как правило, наблюдается для весьма мелких частиц при однородном химическом их составе. В ряде случаев преобладают частицы, несущие за­ряд одного знака.

Между электрически заряженными взвешенными частицами, а также между заряженными частицами и между частицами, не имеющими элект­рического заряда, развиваются силы взаимодействия, под действием ко­торых при определенных условиях частицы могут двигаться навстречу друг другу, сталкиваться и слипаться, образуя укрупненные агломераты, на чем и основан процесс электрической коагуляции взвешенных частиц.

Рис.  Электроэфлювиальная люстра:

1 — заводская труба; 2 — электролювиальная люстра; 3—дымо- или пылесборник; 4— кабель высокого напряжения; 5— проходной высоковольтный изолятор; 6—высоковольтный опорный изолятор; 7— высоковольтный опорный изолятор на люстре; 8 - водоподающий трубопровод; 9 - сливной трубопровод; 10— стяжные хомуты;  11 — угловые кронштейны 12,   14   —вертикальные   стойки 13—поперечные связи

Лекция "19 Планирование себестоимости продукции" также может быть Вам полезна.

Охлаждение газов. При подготовке газов к очистке применяются оба основных метода охлаждения газов: поверхностное и охлаждение путем непосредственного ввода охлаждающей среды в газовый поток (охлаждение смешением). Выбор метода охлаждения определяется условиями технологического процесса, применяемым способом очистки и количеством газов.

Поверхностное охлаждение осуществляется в теплообменниках рекуперативного типа: котлах-утилизаторах и поверхностных теплообменниках кулерах). Регенеративные теплообменники почти не нашли при­менения в газоочистной технике. Котлы-утилизаторы испольуются, когда имеется возможность использовать тепло охлаждаемых газов. Это наиболее оптимальный вариант.

В поверхностных теплообменниках тепло переходит в более холодную среду через стенку газопроводов, которая должна иметь развитую поверхность.

В аппаратах смешения два тепловых агента непосредственно контактируют друг с другом. Существуют два вида таких устройств:

— аппараты, в которых в качестве тепловоспринимающего агента ис­пользуется атмосферный воздух;

— аппараты, в которых технологические газы контактируют с жидко­стью. К аппаратам этого вида относится большинство мокрых пы­леуловителей: полые скрубберы; насадочные скрубберы; барботажные и тарельчатые скрубберы; скрубберы с подвижной насадкой;трубы Вентури. Процесс охлаждения нужно вести таким образом, чтобы не достигнуть. Так называемой «кислотной точки росы». Ее образование возможно при охлаждении дымовых газов, образующихся, например, при сжигании сернистого топлива в результате конденсации паров серной кислоты, так как эти пары конденсируются при более высокой температуре, чем водяные пары. Опасность конденсации кислых паров следует учитывать при выбо­ре схемы пылеулавливающей установки.