Сухая очистка от пыли

Для сухой очистки газов наиболее употребительны циклоны раз­личных типов (рис. 2.1), в которых под действием центробежной силы частицы перемещаются к стенкам корпуса циклона и по ним попадают в бункер. Недостатком этого способа является низкая эффективность улавливания частиц размером менее 5...10мкм.

Коэффициент улав­ливания частиц размером 15...20 мкм составляет 98...99 % и выше, причем практически независимо от конструкции, для частиц 10 мкм — от 80 до 98 % в зависимости от модели аппарата, для частиц 5 мкм — от 50 до 90 %.

Производительность циклона увеличивается с ростом его диаметра. По конст­рукции различаются ци­линдрические (ЦН, рис. 2. 1а) и конические (СДК-ЦН и СК-ЦН, рис. 1.16) циклоны. Цилиндричес­кие циклоны, эффектив­ность которых падает с ростом угла, а входа в циклон, обладают высо­кой производительнос­тью, но несколько пони­женным КПД при улав­ливании мелких частиц; конические лучше улав­ливают мелкие частицы, однако характеризуются повышенными потерями давления.

Рис. 2.1. Схемы циклонов для сухой очистки газов

При больших объемах очищаемых газов применяют групповые или батарейные циклоны. Групповые циклоны име­ют общий подвод и отвод газа, разделенный на параллельные каналы по числу элементов. В батарейном циклоне элементы объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа через направляю­щее устройство, закручивающее поток. Эффективность батарейных циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов.

К аппаратам центробежного действия относятся также ротаци­онные и вихревые пылеуловители. В радиальных пылеуловителях твердые частицы отделяются от газового потока совместным воз­действием гравитационных и инерционных сил, которые обусловле­ны поворотом газового потока. Эффективность очистки газа от час­тиц размером 25...30 мкм обычно составляет 65...85 %.

Простота конструкции и эффективность на уровне 80 % и более для частиц размером не менее 20 мкм отличает жалюзийные пылеотделители, в которых частицы пыли выделяются под действием инер­ционных сил.

В пылеосадительных или пылевых камерах пылъ выпадает под действием силы тяжести. Основными недостатками их являются зна­чительные размеры, сложность очистки и низкая эффективность, особенно для тонких фракций. Поэтому в настоящее время они ис­пользуются только для предварительной очистки, особенно при вы­сокой начальной концентрации пыли.

Высокую степень улавливания тончайшей пыли (до 99, 9 % и бо­лее) обеспечивают рукавные (тканевые) фильтры, в которых очистка газов при фильтровании через пористую перегородку основана на осаждении пыли под действием нескольких сил: инерции, адгезии, броуновской диффузии, электростатических и других. В реальных фильтрах гравитационный механизм осаждения частиц не играет за­метной роли вследствие малых скоростей витания частиц по сравне­нию со скоростью фильтрации. Этот эффект становится заметным лишь при фильтрации аэрозоля с частицами диаметром 1 мкм со ско­ростью менее 0, 05 м/с.

Инерционный эффект осаждения частиц практически отсутствует при движении частиц размером менее 1 мкм со скоростью менее 1 м/с. Броуновское движение вызывается столкновением твердых частиц размерами менее 0, 5 мкм с молекулами газа. С уменьшением размера частиц усиливается влияние электрической силы по сравнению с си­лой инерции.

Важную роль в общей улавливающей способности играет адгезия пылевых частиц на волокна. Эффективность адгезии зависит от свойств фильтрующего материала, соотношения характерных разме­ров пор и частиц и уменьшается с ростом скорости частиц.

Кроме этих механизмов оседания частиц пыли весьма значимы такие процессы, как фильтрование частиц слоем осадка, образующе­гося на входной поверхности, а также процесс постепенного закупо­ривания пор слоем осадка и т.п.

По типу перегородки различают фильтры с зернистыми слоями (неподвижные свободнонасыпные материалы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, губча­тая резина и др.); с полужесткими, пористыми перегородками (вяза­ные и тканые сетки, прессованные спирали и др.); с жесткими пори­стыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

По конструкции тканевые фильтры делят на рукавные и пакетные, по системе регенерации ткани — на механические (встряхивание) и пневматические (обратная, сопловая, пульсирующая продувки и т.п).

Одним из условий нормальной работы фильтров является поддер­жание температуры очищаемых газов в определенных пределах: с од­ной стороны, она не должна превышать максимально допустимую для материала фильтра, а с другой — на 15...30°С быть выше температуры точки росы. Фильтры используют для тонкой очистки воздуха с кон­центрацией примесей не более 50 мг/м³, если начальная концентра­ция примесей больше, то очистку ведут системой последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.

К недостаткам тканевых фильтров относятся их значительная ме­таллоемкость и большие размеры, так как, фильтрование газов проис­ходит при малых скоростях — 15...20 мм/с, для фильтров с импульсной продувкой — 50...75 мм/с. Это на 1...2 порядка меньше скоростей газа в рабочей зоне электрофильтра и на 2...3 порядка меньше, чем в цик­лоне.

Одним из наиболее совершенных видов сухой тонкой очистки га­зов от пыли является электрическая очистка. Принцип действия электрофильтров основан на прохождении газового потока через электрическое поле высокого напряжения, в котором частицы пыли заряжаются и осаждаются на электродах.

Процесс электростатического осаждения твердой частицы состо­ит из четырех основных стадий:

- ионизации газа,

- зарядки частицы пыли,

- перемещения частицы в электрическом поле

- осаждения ее на электроде.

Ионизация газа происходит за счет высокого напряжения, подводимого от источника электропитания к коронирующему элек­троду. В промышленных установках критическое напряжение, соот­ветствующее началу процесса, составляет 20...40 кВ. Этот процесс устойчив лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора.

В воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, поэтому обычно используют электро­фильтры с короной отрицательной полярности. Конструкцию элек­трофильтров определяют состав и свойства очищаемых газов, кон­центрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового пото­ка, требуемая эффективность очистки и т.д.

К преимуществам электрофильтров относятся: возможность по­лучения высокой степени очистки (до 99, 9 %); небольшое аэродина­мическое сопротивление; незначительный расход электроэнергии (0, 1...0, 8 кВт-ч на 100 м³ газа); возможность очистки газов при высо­кой температуре и с химически агрессивными компонентами; полная автоматизация работы. Недостатки: высокая стоимость, большие раз­меры (особенно по высоте), требование высококвалифицированного обслуживания, взрывоопасность при улавливании взрывчатых пылей, снижение эффективности улавливания пыли с малым электрическим сопротивлением.

Широко распространенные аппараты мокрой очистки газов ха­рактеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперс­ных пылей (0, 3... 1, 0 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. В зависимости от формы контакти­рования газовой и жидкой сред способы мокрой очистки можно ус­ловно сгруппировать на: улавливающие в объеме жидкости (рис. 1.2а), пленками жидкости (рис. 1.26), жидкостью, распыленной в объеме газа (рис. 1.2в). При этом важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью.

Конструктивно мокрые пылеуловители разделяются на скрубберы, аппараты Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппара­ты ударно-инерционного типа, барботажно-пенные аппараты и др.

В барботерах и пенных аппаратах используется первый способ мокрой очистки. В скрубберах с насадкой, мокрых циклонах, ротоклонах и т.п. реализуется второй способ.

Наиболее употребительный третий способ очистки выполняется с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого по­тока газа.

Первый способ распыления применяется в полых скруббе­рах (рис. 1.За), второй — в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рис. 1.36).

Последние широко используются и для очистки газов от туманов. Эффективность скрубберов изменяется в широких пределах. Так, эффективность улавливания частиц мелкой фракции (З...5 мкм) изменяется от менее 10 % в полых скрубберах до более 90 % в скрубберах Вентури.

Аппараты мокрой очистки обычно просты в изготовлении, надеж­ны в эксплуатации, достаточно эффективны, позволяют одновременно утилизировать тепло нагретых газов и очищать от многих газооб­разных, вредных компонентов. К недостаткам мокрой очистки отно­сятся повышенные энергозатраты, брызгоунос и необходимость орга­низации шламового хозяйства.

Большое влияние на выбор способов и средств пылеулавливания и пылеподавления оказывают свойства пыли, такие как плотность частиц, их дисперсность; адгезионность, сыпучесть, смачиваемость, абразивность и гигроскопичность пыли, а также растворимость час­тиц, их электрические и электромагнитные свойства, способность к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

Выбор способа пылеулавливания и пылеподавления определяет­ся и видом технологического процесса.

При подготовительных работах на карьерах в процессе механи­ческого бурения наиболее распространены пылеподавление воздуш­но-водяной и воздушно-эмульсионными смесями, а также сухое пылеулавливание.

При взрывных работах пылегазовыделения снижаются путем осу­ществления технологических и инженерно-технических мероприятий. К первым относят такие способы управления взрывом, как взрывание высоких уступов; взрывание в зажатой среде; рассредоточение заряда.

Из инженерно-технических мероприятий следует выделить:

• орошение участка взрыва, прилегающих зон и зоны выпадения пыли;

• применение водяной забойки;

• предварительное увлажнение массива;

• применение ВВ с положительным кислородным балансом;

• добавка в забоечный материал нейтрализаторов;

• интенсификация рассеивания пылегазового облака;

• предотвращение интенсивного взметывания пыли, оседающей из пылегазового облака;

• подавление вредных примесей в пылегазовом облаке и многие другие.

При выемке и погрузке горных пород пылеобразование и пылевыделение снижаются предварительным увлажнением массива; увлаж­нением разрыхленной горной массы; пылеулавливанием.

Способы и средства борьбы с запыленностью и загазованностью атмосферы при транспортировании во многом определяются видом транспорта. При использовании автомобильного транспорта основны­ми источниками пылевыделения являются автодороги, а загазованность атмосферы связана с выделением вредных примесей с выхлопными газами. При эксплуатации железнодорожного транспорта, пыление в ос­новном связано со сдуванием мелких частиц при перевозке горной мас­сы в открытых транспортных сосудах — думпкарах, полувагонах.

При конвейерном транспорте образование пыли обусловлено сду­ванием ее при движении и перемещении горной массы с одного конвей­ера на другой. При комбинированном транспорте причины запыленно­сти и загазованности связаны с каждым видом транспорта, входящем в комбинацию и, кроме того, с большим количеством выделяемой пыли в пунктах перегрузки с одного вида транспорта на другой.

Для предупреждения пылевыделения на автодорогах применяют их орошение водой или растворами гигроскопичных солей, а также обработку эмульсиям и с различными связывающими веществам и.

На железнодорожном транспорте поверхность транспортируемой горной массы закрепляют пылесвязуюшими материалами, укрывают пленкой либо увлажняют водой. При конвейерном транспорте исполъзуют различные укрытия конвейеров, а конвейерную ленту очи­щают от налипшего материала. Пункты перегрузки оборудуют укры­тиями с аспирационными системами.

Для отвалов, откосов карьеров, шламохранилищ характерны боль­шие объемы пылевыделения.

Для снижения их используют:

• орошение водой с добавками химически активных веществ, обес­печивающих закрепление поверхности;

• закрепление битумной эмульсией;

• закрепление пылящей поверхности латексами;

• озеленение нерабочих площадей;

• гидропосев.

Различают технологические; механические; физико-химические; биологические; рекультивационные способы борьбы с пылением гид­роотвалов и хвостохранилищ.

Технологические способы предусматривают изменения способов складирования; изменение состава и состояния продуктов складиро­вания; безотходную или малоотходную технологию обогащения; ути­лизацию отходов.

Из механических способов распространены создание загражде­ний, предотвращающих распространение пыли, и сплошное покры­тие пылящей поверхности материалом.

Среди физико-химических следует отметить гидрообеспыливание; стабилизацию пылящей поверхности полимерами, органическими и неорганическими веществами; изменение физических свойств пыля­щей поверхности (электризация, намагничивание и пр.).

Биологические способы обеспечивают снижение пылевыделения за счет создания защитного слоя из низших растений или выращива­ния высших растений.

При выполнении всех технологических процессов на открытых горных разработках кроме пыли в той или иной мере выделяются вред­ные газы, особенно при производстве массовых взрывов, транспорти­ровании горной массы автотранспортом, при обжиге и обогащении полезных ископаемых, эксплуатации котельных установок и т.д.