Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow ЭКОЛОГИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
Посмотреть оригинал

Очистка выбросов

Расчет и классификация пылеуловителей

Основой для расчета пылеуловителей являются физико-химические свойства, начальная концентрация пыли и расход очищаемого воздуха. Заданными параметрами при расчете пылеуловителей могут быть коэффициент очистки или концентрация пыли на выходе из аппарата.

Результатом расчета обычно являются геометрические размеры аппарата, его аэродинамическое сопротивление, эффекгивность очистки. Работу пылеочистителя характеризуют следующие показатели [42]. Коэффициент очистки г|, то есть отношение массы уловленной пыли АЛ/ к массе пыли, поступающей в пылеотделитель Л/п, кг/с:

где М — масса пыли, выходящей из пылеотделителя, кг/с.

Если количество воздуха, входящего LQf м3/с, и выходящего /,, м3/с, из пылеотделителя, равны, то коэффициент очистки согласно (3.28) можно выразить через концентрацию пыли на входе с0, кг/м3, и на выходе с, кг/м3, из уловителя:

Вместо коэффициента очистки можно пользоваться коэффициентом проскока ?пр, равным:

Промышленная пыль полидисперсная, а так как эффективность очистки для частиц пыли различных размеров неодинакова, то вводят понятие фракционного коэффициента очистки. Под фракционным коэффициентом очистки Ф понимают массовую долю данной фракции пыли, осаждаемую в пылеотделителе. Если известен фракционный состав пыли Ф,, Ф2, ..., Фл и фракционные коэффициенты очистки %!» •••»%„ пылеулавливающего аппарата, то общий коэффициент

очистки определяется из выражения:

Соединяя последовательно несколько пылеуловителей и определяя их коэффициенты проскока из формулы (3.30):

можно вычислить общий коэффициент очистки:

где п — число последовательно расположенных пылеуловителей.

Скорость фильтрации м>ф, м/с, рассчитывается по формуле:

где L — производительность пылеуловителя по воздуху, м3/с, — площадь

фильтрующей поверхности, м2.

Аэродинамическое сопротивление пылеотделителя Ару Па, определяется разностью давления на входе в аппарат и на выходе из него. Оно может быть выражено: через скорость фильтрации:

через скорость vbx, м/с, в входном патрубке пылеуловителя:

через условную скорость , м/с, в сечении аппарата:

В формулах (3.34) - (3.36) приняты следующие обозначения:

?, п — константы, зависящие от типа фильтрующего материала; например, для марли Е— (6-8) кг/(м3/с), п = 1; ^ — коэффициенты местного сопротивления, отнесенные к входной скорости vn или условной скорости в сечении аппарата:

где ?— площадь сечения пылеуловителя, м2.

Пылеемкость фильтра — это количество пыли (г или кг), которое фильтр накапливает между очередными регенерациями фильтрующего материала или до увеличения аэродинамического сопротивления в 2-3 раза.

Стоимость очистки воздуха, отнесенная к 1000 м3/ч газа, включает в себя капитальные затраты на установку пылеотделителя и стоимость его эксплуатации.

Аппараты для очистки воздуха от пыли по своему назначению подразделяются на воздушные фильтры и пылеуловители. Первые служат для очистки воздуха, подаваемого в помещение, вторые — для санитарной очистки воздуха перед его выбросом в атмосферу.

Воздушные фильтры по эффективности очистки классифицируют [42, 38) по классам (табл. 3.8).

Таблица 3.8. Классификация воздушных фильтров

Класс

фильтров

Эффективно улавливаемые пылевые частицы

Нижние пределы эффективности по массе, %

I

Всех размеров

99

II

Более 1 мкм

85

III

От 10 до 50 мкм

60

По конструктивным особенностям воздушные фильтры бывают смоченные пористые (ячейковые и рулонные), сухие пористые (ячейковые, панельные, рулонные) и электрические (агрегатные, тумбочные).

Пылеуловители согласно [38] делятся на две основные категории: аппараты без применения жидкости (сухие пылеуловители) и аппараты с применением жидкости (мокрые пылеуловители).

Сухие пылеуловители делятся на гравитационные, инерционные, фильтрационные и электрические. Гравитационные пылеуловители представляют собой пылеосадочные камеры, в которых осаждение частиц происходит под действием силы тяжести. Существуют два типа таких камер: полые и полочные. Полки в камерах устанавливают с целью осаждения мелких частиц пыли. В инерционных пылеуловителях выделение частиц из газового потока происходит под действием сил инерции, возникающих вследствие изменения направления или скорости движения газа. Они делятся на три подгруппы: жалюзийные (пластинчатые или конические), циклонные (возвратно-поточные, прямоточные и вихревые), ротационные. Фильтрационные пылеуловители — это устройства, в которых выделение частиц пыли из газового потока происходит вследствие его прохода через слои пористого материала. Эта группа состоит из следующих подгрупп: тканевые фильтры (каркасные и рукавные), волокнистые (рукавные, панельные, ячейковые), зернистые (насыпные, жесткие), сетчатые (ячейковые, барабанные). Электрофильтры действуют на основе передачи частицам пыли электрического заряда с последующим их осаждением на осадительных электродах. Электрофильтры делятся на однозонные и двухзонные с осадительными электродами в виде пластин (пластинчатые) и трубок (трубчатые).

Пылеулавливающие средства с применением жидкости можно объединить в три группы: инерционные, фильтрационные и электрические. В группу инерционных мокрых пылеуловителей входят циклоны с водяной пленкой, скрубберы и ударные аппараты. К циклонам с водяной пленкой относятся циклоны типа ЦВП, центробежные скрубберы, скоростные промыватели СИОТ. К подгруппе скрубберов следует отнести камеры с разбрызгивающими форсунками, полые и заполненные слоями насадки из реек, дисков, колец. В эту подгруппу входят также скрубберы с трубой Вентури под названием турбулентных промывателей, коагуляционных мокрых пылеуловителей и эжекторных скрубберов. В подгруппу ударных инерционных мокрых аппаратов входят различного типа аппараты с импеллерами (направляющими лопастями) и самооборотом орошаемой воды: ротоклоны, пылеуловители с воздушным каналом (ПМВК). К группе мокрых фильтрационных аппаратов относятся различные пенные пылеуловители с переливной или провальной решетками (ПГС и ПГМ), барботажные пылеуловители. Мокрые электрофильтры классифицируются так же, как и сухие, и они отличаются от последних только применением воды в виде пленки на осадительных электродах.

Пылеуловители можно подразделять также в зависимости от эффективности их работы. По этому признаку согласно [33] устанавливается пять классов пылеулавливающих аппаратов (табл. 3.9).

Таблица 3.9. Классификация пылеуловителей

Класс сепаратора

1

11

111

IV

V

Минимальный размер эффективно улавливаемых частиц, мкм

0,3

2

4

8

20

Группы пыли по дисперсности

V

IV

IV

III

III

II

II

I

I

Медианный диаметр частиц, мкм

менее 1

о

т

о

о

2

10-40

о

  • (N
  • 7

о

40-120

более 120

более 120

Максимальная степень очистки,%

о

00

80-99

45-92

92-99

80-99

99-99,9

95-99,9

более 99,9

более 99

Степень (коэффициент) очистки в пылеосадительных камерах в зна- ительной мере определяется временем пребывания частицы пыли в аппарате. В наиболее неблагоприятных условиях находятся частицы под потолком камеры, которым для осаждения нужно пройти наибольший путь (рис. 3.15).

Выразим время пребывания частицы в камере т, с, через длину камеры /, м, горизонтальную v, м/с, вертикльную ve, м/с, составляющие и среднюю скорость v, м/с, воздушного потока:

2 2 2 где v = vr + vB .

С учетом (3.38), а также считая, что высота осаждения пыли hж равна высоте камеры Л, эффективность очистки воздуха в пылсосадочной камере можно определить по формуле:

Аэродинамическое сопротивление пылеосадительных камер определяют, используя формулу (3.35): где р, риых — потери давления воздуха на входе и выходе из пылеуловителя, Па; vm, vbms — скорость воздуха во входном и выходном патрубках, м/с (см. рис. 3.15); ^их — коэффициенты местных сопротивлений диффузора и конфузора камеры. Исходя из конструктивных особенностей пылеосадительных камер, можно принять ^ = 0,15, ?вых = 0,1 и тогда зависимость (3.40) записывается при условии ** vBku = v = const так:

Схема пылеосадительной камеры

Рис. 3.15. Схема пылеосадительной камеры

Расчет циклонов (рис. 3.16) сводится к выбору его типа, размера, степени очистки и аэродинамического сопротивления. Методы расчета эффективности очистки воздуха в циклонах очень многочисленны и разнообразны.

Схема циклона

Рис. 3.16. Схема циклона:

/ — входной патрубок; 2— выходной патрубок; 3 — цилиндрическая часть циклона; 4 — конусная часть циклона; 5 — бункер

Наиболее достоверными на сегодня являются те методы, в основу которых положены экспериментальные данные по фракционной степени очистки [38J.

Общее аэродинамическое сопротивление циклонных пылеуловителей складывается из потерь давления на входе в циклон, потерь кинетической энергии при вращательном движении воздуха в нисходящих и восходящих потоках, потерь на трение о стенки циклона и потерь давления при выходе воздуха из циклона. Теоретические расчеты сопротивления циклонов весьма сложны, и поэтому практически сопротивление циклонов оценивается коэффициентами местного сопротивления (формулы (3.34), (3.35)), зависящими от диаметра циклона и критерия Рейнольдса.

где цг коэффициент эффективности осаждения частицы за счет касания; Чя — коэффициент эффективности осаждения частицы за счет инерции; — коэффициент эффективности осаждения частицы за счет диффузии; ч? — коэффициент эффективности осаждения частицы за счет электростатического механизма; — коэффициент эффективности осаждения частицы за счет гравитационных сил.

Пыль при прохождении через пористые фильтры (рис. 3.17) задерживается в них в результате действия ситового эффекта, зацепления, сил инерции, диффузии, гравитационных и электрических сил. Ситовой эффект — крайне редкое явление и наблюдается только тогда, когда размер осаждаемых частиц больше размера пор. Суммарный коэффициент очистки отдельного фильтрующего слоя можно получить из выражения (3.32):

Схема пористого воздушного фильтра

Рис. 3.17. Схема пористого воздушного фильтра:

1 — выходной патрубок, 2 — сменная кассета, 3 — входной патрубок

Пористые фильтры обычно многослойны. Если считать, что коэффициенты проскока каждого слоя равны между собой, то есть

кпр = кпр2 = knpi = кпр, то общий коэффициент очистки tio6ui будет равен: где z — число слоев фильтра.

Аэродинамическое сопротивление пористого слоя можно определять по формуле (3.34).

Проектирование мокрых пылеуловителей (рис. 3.18) можно вести на основе энергетического метода расчета. Суть этого метода состоит в том, что эффективность работы мокрых аппаратов определяется в первую очередь затратами энергии на процесс очистки воздуха от пыли: При этом должна быть учтена в пределах пылеуловителя как энергия, идущая на турбулизацию газожидкостного потока, так и энергия, израсходованная на подачу и диспергирование жидкости.

Схема мокрого пылеуловителя (полого форсуночного скруббера)

Рис. 3.18. Схема мокрого пылеуловителя (полого форсуночного скруббера):

  • 1 входной патрубок, 2 — выходной патрубок, 3 подвод орошаемой жидкости,
  • 4 — форсунка, 5 — каплеуловитель

Затраты энергии на мокрую очистку определенного объема воздуха в единицу времени выражаются через параметр Кэ, кДж/1000 м3, следующей формулой:

где Ар — аэродинамическое сопротивление аппарата, Па; т = LJL — удельный расход жидкости, м3 воздуха/м3 жидкости (здесь Lx, L — объемные расходы жидкости и воздуха, м3/с); рл — давление распыляемой жидкости, Па.

Величина Кэ учитывает способ подачи жидкости и ее свойства. Зависимость между коэффициентом очистки г и затратами энергии Кз выражается формулой:

где Ву s — константы, определяемые дисперсным составом пыли, например, для золы дымовых газов котельных и ТЭЦ В = 4340, s = 0,3.

Осаждение пыли в электрическом поле основано на движении отрицательно заряженных ионов к положительному электроду. Такое движение возможно под действием коронного разряда, возникающего в неоднородном электрическом поле у поверхности коронирую- щих электродов. Частицы пыли поглощают ионы, приобретают заряд и движутся к осадительному электроду. Так как даже малые по массе частицы могут приобретать большие электрические заряды, то силы электрического поля во много раз могут превышать инерционные, центробежные и гравитационные силы.

Применительно к трубе (рис. 3.19) напряженность поля Е, В/м, выражается следующей зависимостью:

где V — напряжение на коронирующем электроде, В; г — расстояние от оси трубы (текущая координата), м.

Схема коронирующего разряда в трубе

Рис. 3.19. Схема коронирующего разряда в трубе:

  • 1 — осадительный (положительный) электрод;
  • 2 — коронируюший (отрицательный) электрод.

где Qyb — постоянные величины для данного газа; г0 — радиус коронирующего электрода, м.

Критическое значение напряженности поля Е0, при котором возможно движение электронов, определяется обычно по эмпирической формуле:

Для воздуха формула (3.47) имеет вид: где р — плотность воздуха, кг/м3.

Зная значение критической напряженности поля, можно рассчитать минимальное напряжение между электродами. Для радиальной конструкции фильтра (рис. 3.19) напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию от оси:

Совместное решение уравнений (3.46) и (3.48) определяет напряжение на коронирующем электроде:

Минимальное напряжение Kmin, В, при котором у центрального электрона появится корона, определяется интегрированием формулы (3.48) от 0 до Vm.n и от г0 до R:

Промышленные электрофильтры работают при напряжениях 50-60 кВ.

Интенсификация способов сепарации пыли из воздушных потоков обеспечивается в основном укрупнением частиц пыли за счет их коагуляции и увеличением сил адгезии.

Коагуляцией аэрозолей называется процесс слипания или слияния аэрозольных частиц при соприкосновении друг с другом. Слипание происходит под действием поверхностных сил, главными из которых являются молекулярные вандерваальсовы силы и силы электрического притяжения. В процессе коагуляции образуются крупные агрегаты, седиментирующиеся под действием сил тяжести.

Коагуляцию можно разделить на естественную, происходящую за счет диффузии, и искусственную, вызываемую увеличением столкновений между частицами нагреванием аэрозоля, турбулизацией потока, использованием магнитных и электрических полей, а также добавкой различных примесей.

Применительно к пылеулавливанию интерес представляет искусственная коагуляция в магнитном и акустическом полях. Вещества и пыли, из них образующиеся, по магнитным свойствам можно разделить на три группы: диамагнетики (металлы: цинк, золото, ртуть и др., неметаллы: кремний, фосфор, сера и др.), обладающие отрицательной магнитной восприимчивостью; парамагнетики (палладий, платина и др.); ферромагнетики (железо, никель, кобальт и их сплавы). Магнитная коагуляция может образовывать агрегаты ферромагнитных частиц, достигающих длины 10-50 мм.

Акустическая коагуляция осуществляется при воздействии на запыленный газ упругих колебаний звуковой или ультразвуковой частоты. Эти колебания вызывают движение частиц пыли и большое число их столкновений, процесс коагуляции происходит при силе звука не менее 145-150 дБ и частоте 2—50 кГц. Скорость пылегазового потока не должна превышать критическую скорость, определяемую силами сцепления в данной неоднородной системе, иначе агрегаты ско- агулированных частиц разрушатся вновь. Акустическую коагуляцию проводят для пылегазового потока с концентрацией от 0,2 до 230 г/м3. При меньшей концентрации коагуляцию нецелесообразно проводить, а при большей — возможно затухание звука и большая потеря звуковой энергии.

Смачивание поверхностей, предназначенных для осаждения пыли, и увеличение тем самым силы адгезии (эффекта зацепления) частиц значительно интенсифицирует работу пылеуловителей. В мокрых пылеуловителях обычно применяют чистую воду или воду с добавкой поверхностно-активных веществ для уменьшения поверхностного натяжения воды.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы