Российский Университет Дружбы Народов
Экологический факультет
Реферат по курсу «Защита природных ресурсов»
на тему
Очистка и переработка технологических газов, дымовых отходов и
вентиляционных выбросов
Руководитель: Хаустов А.П.
Выполнил студент гр.
ОСМ-202 Глущенко И.А.
Москва
2000
Содержание
Очистка и переработка технологических газов, дымовых отходов и
вентиляционных выбросов 3
Механические («сухие») пылеуловители 3
Пористые фильтры 6
Электрофильтры 12
Аппараты мокрого пылегазоулавливания 14
Скрубберы (газопромыватели). 14
Комбинированные методы и аппаратура очистки газов 20
Литература 23
Очистка и переработка технологических газов, дымовых отходов и
вентиляционных выбросов
Защита окружающей среды от загрязнений включает, с одной стороны,
специальные методы и оборудование для очистки газовых и жидких сред,
переработки отходов и шламов, вторичного использования теплоты и
максимального снижения теплового загрязнения. С другой стороны, для этого
разрабатывают технологические процессы и оборудование, отвечающие
требованиям промышленной экологии, причем технику защиты окружающей среды
применяют практически на всех этапах технологий. Предлагаемые к
рассмотрению в лекциях 5, 6 и 7 методы и устройства защиты окружающей среды
сгруппированы по типу очищаемой среды (газовая, жидкая, твердая,
комбинированная) или вторично используемого отхода в зависимости от его
характеристик.
Газообразные промышленные отходы включают в себя не вступившие в
реакции газы (компоненты) исходного сырья; газообразные продукты;
отработанный воздух окислительных процессов; сжатый (компрессорный) воздух
для транспортировки порошковых материалов, для сушки, нагрева, охлаждения и
регенерации катализаторов; для продувки осадков на фильтровальных тканях и
других элементах; индивидуальные газы (аммиак, водород, диоксид серы и
др.); смеси нескольких компонентов (азотоводородная смесь, аммиачно-
воздушная смесь, смесь диоксида серы и фосгена);
газопылевые потоки различных технологий; отходящие дымовые газы
термических реакторов, топок и др., а также отходы газов, образующиеся при
вентиляции рабочих мест и помещений. Кроме этого, все порошковые технологии
сопровождаются интенсивным выделением газопылевых отходов. Пылеобразование
происходит в процессах измельчения, классификации, смешения, сушки и
транспортирования порошковых и гранулированных сыпучих материалов [1, 2].
Для очистки газообразных и газопылевых выбросов с целью их
обезвреживания или извлечения из них дорогих и дефицитных компонентов
применяют различное очистное оборудование и соответствующие технологические
приемы.
В настоящее время методы очистки запыленных газов классифицируют на
следующие группы:
I. «Сухие» механические пылеуловители.
II. Пористые фильтры.
III. Электрофильтры.
IV. «Мокрые» пылеулавливающие аппараты.
Механические («сухие») пылеуловители
Такие пылеуловители условно делятся на три группы:
- пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии
силы тяжести (гравитационной силы);
- инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии
силы инерции;
- циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип
работы которых основан на действии центробежной силы.
Пылеуловительная камера представляет собой пустотелый или с
горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней
части которого имеется отверстие или бункер для сбора пыли (рис. 1.).
[pic]
Рис. 1. Пылеосадительные камеры:
а - полая: б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными
перегородками: / - запыленный газ; // - очищенный газ; /// - пыль; 1 -
корпус; 2 - бункер; 3 - штуцер для удаления;
4 - полки; 5 - перегородки.
Скорость газа в камерах составляет 0,2-1,5 м/с, гидравлическое
сопротивление 50-150 Па. Пылеосадительные камеры пригодны для улавливания
крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки газа в камерах не
превышает 40-50%. Продолжительность прохождения т(с) газами осадительной
камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению
составляет:
[pic]
где Vk, - объем камеры, м3; Vг- объемный расход газов, м3/с; L - длина
камеры, м; В- ширина камеры, м; Н- высота камеры, м.
В инерционных пылеуловителях для изменения направления движения газов
устанавливают перегородки (рис. 2). При этом наряду с силой тяжести
действуют и силы инерции. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление
движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в
бункере. Газ в инерционном аппарате поступает со скоростью 5-15 м/с. Эти
аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим
сопротивлением и высокой степенью очистки газа [З].
[pic]
Рис. 2. Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и
распределения газового потока:
а - камера с перегородкой; б - камера с расширяющимся конусом; в -
камера с заглубленным бункером.
Большое внимание при проектировании пневмотранспортных и других
устройств пылеочистки необходимо уделять узлам отделения материала от
транспортирующего воздуха - разгрузочным и пылеулавливающим устройствам
(циклонам, фильтрам и т.п.). В зависимости от способа отделения материала в
системах пневмотранспорта используют объемные разгрузочные устройства и
центробежные циклоны. Выбор того или иного типа устройства зависит от
конкретных условий работы установок и требований, предъявляемых к его
работе: наибольшее значение коэффициента осаждения материала, минимальное
сопротивление разгрузочного устройства, надежность в эксплуатации.
Предпочтение отдается центробежным циклонам, выполняющим одновременно и
роль пылеулавливающего аппарата. Эффективность улавливания пыли в циклонах
повышается с уменьшением диаметра корпуса, но при этом снижается их
пропускная способность. Для обеспечения соответствующей производительности
пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют в батарею.
Коэффициент пылеулавливания батареи циклонов составляет 0,76-0,85 и
несколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с).
Использование вместо циклонов вихревых пылеуловителей обеспечивает
улавливание частиц пыли размером 5-7 мкм.
Воздух после разгрузочных устройств или циклонов, насыщенный
субмикронными частицами, должен направляться на доочистку в пылеуловители.
При выборе типа пылеуловителя в условиях работы таких установок учитывают
следующие показатели:
- степень пылеулавливания, равную отношению количества пыли,
задержанной пылеуловителем, к количеству пыли, содержащейся в
воздухе при его поступлении в пылеуловитель;
- сопротивление пылеуловителя, от которого зависит экономичность
процесса пылеулавливания;
- габаритные размеры и масса пылеуловителя, надежность и простота его
обслуживания.
Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и
устанавливать перед высокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или
электрофильтрами) очистки.
Основными элементами циклонов являются корпус, выхлопная труба и
бункер. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок,
приваренный к корпусу тангенциально. Улавливание пыли происходит под
действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и
выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищенный газ
выбрасывается через выхлопную трубу (рис. 3).
В зависимости от производительности циклоны можно устанавливать по
одному (одиночные циклоны) или объединять в группы из двух, четырех, шести
или восьми циклонов (групповые циклоны).
Существуют батарейные циклоны. Конструктивной особенностью последних
является то, что закручивание газового потока и улавливание пыли в них
обеспечивается размещенными в корпусе аппарата циклонными элементами [4].
Ниже приведенатехническая характеристика наиболее распространенного на
производстве циклона ЦН-15:
- допустимая запыленность газа, г/м3:
для слабослипающихся пылей - не более 1000;
для среднесливающихся пылей - 250;
- температура очищаемого газа, °С - не более 400;
- давление (разрежение), кПа (кг/см2) - не более 5 (500);
- коэффициент гидравлического сопротивления:
для одиночных циклонов - 147;
для групповых циклонов - 175-182;
- эффективность очистки (от пыли dm = 20 мкм, при скорости газопылевого
потока 3,5 м/с и диаметре циклона 100 мм), % - 78.
[pic]
Рис. 3. Циклон типа ЦН-15П:
1 - коническая часть циклона; 2 - цилиндрическая часть циклона; 3 -
винтообразная крышка; 4 - камера очищенного газа; 5 - патрубок входа
запыленного газа; 6 - выхлопная труба; 7 -бункер; 8 - люк; 9 - опорный
пояс; 10 - пылевыпускное отверстие.
Для расчетов режимов и выбора марки (конструкции) циклона необходимы
следующие исходные данные: количество очищаемого газа при рабочих условиях
Vг, мЭ/с; плотность газа при рабочих условиях р, кг/м3; динамическая
вязкость газа при рабочей температуре (; дисперсный состав пыли, задаваемый
двумя параметрами dm и lg (r; запыленность газа С(х, г/м3; плотность частиц
рч, кг/м3; требуемая эффективность очистки газа (.
Конструкцию и режимные параметры циклона рассчитывают методом
последовательных приближений по методикам [3-5] или используя более
современный математический аппарат [б].
Пористые фильтры
Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на
последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов
в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%.
Классификация рукавных фильтров возможна по следующим признакам:
- форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и
наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);
- месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие,
работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);
- способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с
импульсной продувкой и др.);
- наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные,
цилиндрические, открытые (бескамерные);
- числу секций в установке (однокамерные и многокамерные);
- виду используемой ткани (например, стеклотканевые).
В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных
волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических волокон
(нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани.
Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон,
сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон,
обладающих термостойкостью при температуре 250-280 °С. Для фильтровальных
тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые
материалы - фетры, изготовленные свойлачиванием шерсти и синтетических
волокон.
Рассмотрим подробнее группу материалов из нетканых иглопробивных
фильтровальных полотен, наиболее перспективных в производстве порошковых
материалов. Таллинской фирмой «Мистра» предлагаются полотна марок «Фильтра-
220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или
вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов,
пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции.
Нетканые иглопробивные полотна характеризуются следующими показателями
(табл . 1):
Таблица 1 Технические показатели фильтровальных полотен
|Наименование |«Фильтра-550» |«Фильтра-330» |
|Поверхностная плотность, г/м2 |550±28 |330±17 |
|Ширина, см |150±3 |145±3 |
|Толщина,мм |2±0,3 |1,3±0,2 |
|Наименование |«Фильтра-550» |«Фильтра-330» |
|Воздухопроницаемость, дм3/м2 с), |150±50 |250±50 |
|при перепаде давления 50 Па | | |
|Разрывная нагрузка, Н, не менее |1000 |400 |
|по длине по ширине | | |
|Удлинение при разрыве, % по длине|80 90 |80 90 |
|по ширине | | |
|Нормированная влажность, % |1 |1 |
Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в производстве
сепарированного мела показали степень очистки 99,9% при улавливании пыли,
75% которой составляет фракция с диаметром частиц 1-5 мкм.
Срок службы фильтровального материала не менее одного года. Верхний
предел рабочих температур составляет 140-150 °С.
В «Мистре» создано и более термостойкое полотно, используемое при
температуре до 210-220 °С. В зависимости от вида ткани допустимая удельная
газовая нагрузка составляет 0,6-1,2 м3/(м2*мин) для хлопчатобумажной или
шерстяной; 0,5-1 -для синтетической; 0,3-0,9 м3 /(м2*мин) - для
стеклоткани.
Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под
давлением поступает в верхнюю распределительную коробку и затем в
матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их
внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу
(помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании
сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в
пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостатком таких фильтров
является неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего
значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.
Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который
состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус.
Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава,
заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса
через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального
встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является
значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема
поступающего на очистку воздуха).
Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных тканей,
обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и
стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании
хрусталя, открывают пути для более широкого их применения. Так, фильтрующий
материал «Бекинокс» (Великобритания) изготавливают как в виде штапеля, так
и в виде длинных нитей различного диаметра из нержавеющей стали. Этот
материал при скорости фильтрации 180 м3/(м2*ч) имеет сопротивление 1200 Па
и ту же эффективность, что и текстильные ткани. Он обладает высокой
абразивной устойчивостью, температуростойкостью (до 500 °С), регенерируется
любым известным способом и хорошо зарекомендовал себя при фильтрации газов,
содержащих SO2.
Во Франции при очистке отходящих газов с температурой 400-500С
применяют рукавные фильтры из металлического фетра, основа которого
представляет собой металлическую сетку, нарощенную слоем тонкой
металлической нити определенной толщины и плотности. По скорости
фильтрации, аэродинамическому сопротивлению, количеству потребляемой
энергии фильтр идентичен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.
Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с
высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессивной химической среде, фирма
«Дюпон» (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для
фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и
тефэр-войлок, выполненный из смеси тефлона (85%) со стекловолокном (15%).
Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100-250 °С.
Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его
пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие
к истиранию, в свою очередь защищают стекловолокно от механических
повреждений. Высокие эксплуатационные характеристики материала тефэр
объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон
смеси, которые создают электростатические заряды в ходе работы. Это
способствует высокой эффективности улавливания войлоком субмикронных
частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например,
при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в
дымовых газах рекомендуется пользоваться 100%-ным тефлоном.
Отечественной промышленностью в настоящее время разработаны следующие
тканевые фильтры [4]:
а) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава (ФРКИ и др.).
Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха и без
отключения секций;
б) с комбинированным устройством регенерации - механическим
встряхиванием и обратной посекционной продувкой (ФРУ и др.)
в) с обратной посекционной продувкой (ФР и др.)
г) с регенерацией механическим встряхиванием (ФР-6П и др.). Регенерация
рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического
устройства.
В справочнике [7] подробно рассмотрены фильтры общепромышленного
назначения, серийно выпускаемые специализированным заводами.
Преимущественное развитие получили фильтры ФРКИ и ФРИ (рис. 4). Скорость
фильтрования в этих аппаратах на 20-30% выше, чем в фильтрах с механической
регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации (короткими
импульсами длительностью 0,1-0,2 с) общий срок службы рукавов в этих
фильтрах более высокий, рукава меньше изнашиваются. Гидравлическое
сопротивление обычно поддерживается на уровне 1000-1500 Па. Условное
обозначение типоразмера фильтра: Ф -фильтр; Р - рукавный; К - каркасный; И
- с импульсной продувкой; цифра после буквенных обозначений - активная
поверхность фильтрации.
[pic]
Рис. 4. Фильтр ФРКИ (ФРИ):
1 - бункер; 2 - корпус; 3 - диффу-эорсопло; 4 - крышка: 5 - труба
раздающая; 6 - секция клапанов: 7 - коллектор сжатого воздуха; 8 - секция
рукавов.
В процессе фильтрации запыленный газ проходит через ткань закрытых
снизу рукавов внутрь, выходит через верхний коллектор и удаляется из
аппарата. Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий каркас и закреплен на
верхней решетке. В качестве фильтрующего материала используют лавсан и
фетр. В табл. 2 приведены основные технические характеристики фильтров
рукавных каркасных с импульсной продувкой (ФРКИ).
Таблица 2 Технические характеристики рукавных фильтров
|Показатели |ФРКИ-30 |ФРКИ-60 |ФРКИ-90|ФРКИ-180 |ФРКИ-360 |
|Поверхность |30 |60 |90 |180 |360 |
|фильтрации, м2| | | | | |
|Показатели |ФРКИ-30 |ФРКИ-60 |ФРКИ-90|ФРКИ-180 |ФРКИ-360 |
|Число рукавов |36 |72 |108 |144 |288 |
|Высота рукава,|2 |2 |2 |3 |2 |
|м | | | | | |
|Число |6 |12 |18 |24 |48 |
|электромагнитн| | | | | |
|ых клапанов | | | | | |
|Число секций |1 |2 |3 |4 |8 |
|Наибольший |10 |20 |30 |60 |120 |
|расход сжатого| | | | | |
|воздуха, м3/ч | | | | | |
|Габаритные |1458х2060х|2820х2060х|4140х20|5480х2060х|5850х4370х |
|размеры, мм |х3620 |х3620 |60х |х4620 |х4880 |
| | |
|
