3.3. Характеристика методів, що застосовуються для видалення дисперсних домішок з пилогазоповітряної суміші.

Гравітаційний метод осадження використовується у пилоосаджувальних камерах. Осадження відбувається з горизонтально-спрямованого потоку.

Переваги методу:

1. Простота виготовлення і експлуатації.

2. Низька вартість.

Недоліки методу: невелика ефективність уловлювання.

Основні параметри процесу:

- ефективність для часток розміром більше 30-50 мкм – 80-90%;

- гідравлічний опір – 50-130 Па;

- верхня межа температури газів – 350-500 0С.

В основному використовується як перший етап очищення (попередня очистка).

При проектуванні осаджувальних камер треба звертати увагу на рівномірне розподілення газового потоку по перетину камери, для чого ставлять дифузори та газорозподільні решітки.

В інерційних пиловловлювачах використовують ефект інерційного осідання.

Переваги: 1. Простота експлуатації;

2. Мала вартість.

Недоліки: 1. Недостатня ефективність.

Область застосування: На заводах гірничої і кольорової металургії (в основному за доменними печами) та в газоходах (з плавним поворотом газового потоку).

Основні параметри:

- Qмакс = 27500 м3/годин;

- ефективність для 25 мкм-30 мкм – 65-85%;

- гідравлічний опір 150-350 Па;

- Тмакс – до 400 0С.

В цих апаратах також можливий вторинний винос, на що суттєво впливає глибина циліндричної частини камери, де гаситься турбулентний потік.

Коефіцієнт ефективності інерційного осадження визначається часткою частинок вилучених з потоку при обтіканні. Іноді його називають “ефективністю мішені”.

При потенційному обтіканні ефективність осадження залежить як від критерію Стокса, так і критерію Рейнольдса. Існують граничні значення критерію Стокса для перешкод різної форми. В цьому випадку інерції частинок достатньо, щоб подолати захоплення газового потоку і осісти на перешкоді.

При ламінарній течії потоку критерієм Кс нехтують, оскільки при в’язкому обтіканні лінії потоку плавно огинають перешкоду на великій відстані.

Принцип раптової зміни напрямку газового потоку при стиканні з решіткою, яка складається з похилих пластин, використовується у пиловловлювачі жалюзійного типу. Їх застосовують для попередньої очистки газів (потім можливе доочищення в циклоні).

При підвищенні швидкості подачі викиду область застосування апарату поширюється на газові викиди із вмістом частинок пилу розміром не менше 20 мкм.

Циклонні апарати найбільш розповсюджені в промисловості.

Вони мають наступні переваги:

1) відсутність в апараті частин, що рухаються;

2) надійність роботи при температурах до 500 0С (для роботи при більш високих температурах циклона виготовляють із спеціальних матеріалів;

3) можливість уловлювання абразивних матеріалів при захисті внутрішніх поверхонь циклонів спеціальним покриттям;

4) уловлювання пилу в сухому виді;

5) майже постійний гідравлічний опір апарату;

6) успішна робота при високих тисках газу;

7) простота виготовлення;

8) зберігання високої фракційної ефективності очистки при збільшенні запиленості газів.

Недоліки: високий гідравлічний опір (1250-1500 Па), погане вловлювання частинок розміром менше 5 мкм, неможливість використання для очищення липких забруднень.

Принцип роботи: газовий потік вводиться в циклон через патрубок по дотичній до корпусу  і здійснює обертально-поступальні рухи вздовж корпусу до бункеру. Пил осідає на стінках. Пиловий шар опускається у бункер. У бункері відбувається поворот газу на 1800, потім вихровий газовий потік виходить через вихідну трубу.

Для нормальної роботи циклону обов’язкова герметичність бункеру. Підсос наружного повітря спричиняє виніс пилу з потоком через вихідну трубу.

Ефективність уловлювання частинок η прямо-пропорційна швидкості газів і зворотно-пропорційна діаметру апарату.

Тому процес доцільно вести при великих швидкостях Vр і невеликих діаметрах циклону Дц. Проте, збільшення Vр може викликати виніс газу і різко збільшити гідравлічний опір. Тому, доцільно збільшувати ефективність циклону за рахунок зменшення Дц.

Оптимальне співвідношення:

Н/Дц = 2-3

В промисловості розрізняють циклони: високоефективні (ефективні, але вимагають більше витрат) та високопотужні (мають не великий гідравлічний опір, але погано уловлюють дрібний пил).

Вихрові пиловловлювачі.

Також відносяться до апаратів відцентрової дії. Відміна від циклону – наявність закрученого газового потоку.

Переваги:

1. Висока ефективність очищення тонких фракцій d < 3-5 мкм; що дозволяє їм конкурувати з фільтрами.

2. Відсутність абразивного зносу внутрішньої поверхні апарату.

3. Можливість за рахунок газу з більш високою температурою за рахунок використання холодного вторинного повітря.

4. Можливість регулювання процесу сепарації за рахунок кількості вторинного газу.

Недоліки:

1. Необхідність додаткового дуттєвого пристрою.

2. Підвищення за рахунок газу загального об’єму потоку (при використанні атмосферного повітря).

3. Складність в експлуатації.

Ротаційні пиловловлювачі.

Відносять до апаратів відцентрової дії, які одночасно з переміщенням газового потоку його очищують від фракцій пилу більше 5 мкм.

Переваги:

1. Компактність (вентилятор і пиловловлювач сполучені в одному апараті) – в 3-4 рази менше ніж циклон.

2. Мають менші питомі витрати на очистку 1000 м3 (на 20-40% менше, ніж у циклоні).

Недоліки: відносна складність конструкції та експлуатації.

Очистка газів у фільтрах. В основі роботи фільтрів усіх видів лежать процеси фільтрації через пористе тіло, які класифікують на:

 - гнучкі пористі перегородки:

· тканинні матеріали з природних, синтетичних та мінеральних волокон – сукно, лавсан, склотканина;

· неткані волокнисті матеріали (войлоки, коейєні, голкопробивні матеріали, папір, картон);

· ячеїсні листи (губчата гума, пінополіуретан, мембранні фільтри);

 - напівжорсткі пористі перегородки: шари волокон, стружка, в’язані сітки).

 - жорсткі пористі перегородки:

· зернисті матеріали (пориста кераміка, пластмаса, зпечені або зпресовані порошки металів, пористе скло, вуглеграфітові матеріали тощо);

· волокнисті матеріали (шари із скляних і металевих волокон);

· металеві сітки і перфоровані листи.

В залежності від призначення і величини вхідної та вихідної концентрації пилу, фільтри умовно розподіляють на три класи:

- фільтри тонкої очистки (високоефективні або абсолютні фільтри) – використовують для уловлювання субмікронних частинок з ефективністю 99% з промислових газів з низькою вхідною концентрацією (< 1 мг/м3) та швидкістю фільтрації < 1- см/с, використовують для уловлювання особливо токсичних матеріалів, а також для ультратонкого очищення в деяких технологічних процесах. Ці фільтри не регенерують.

- повітряні фільтри – використовують в системах приточної вентиляції і кондиціювання повітря. Працюють при Спилу < 50 мг/м3, швидкість фільтрації 2,5-3 м/с. Можуть регенеруватись або не регенеруватись.

- промислові фільтри (тканинні, зернисті, грубоволокнисті) використовують для очищення газів концентрацією до 60 г/м3.  Фільтри регенерують.

Осадження частинок відбувається в результаті сукупної дії таких механізмів: ефекту дотикання, дифузії, інерційного процесу, гравітаційного процесу.

Ефект дотикання виникає при умові стикання частинок пилу з поверхнею волокон або інших пористих елементів, якщо траєкторія проходить на відстані не більше радіуса частинки.

Осадження за рахунок броунівської дифузії обумовлене хаотичним тепловим рухом молекул газу. Чим менші частинки і менша швидкість їх руху, тим ефективніше відбувається процес захвату за рахунок броунівської дифузії. Дифузія помітна при d4 < 0,1 мкм і швидкості руху менше, ніж 1 м/с.

Апарати мокрої очистки широко розповсюджені оскільки мають високу ступінь очистки дрібнодисперсних пилових частинок, особливо при очищенні гарячих та вибухонебезпечних газів.

Переваги:

1) невелика вартість і висока ефективність;

2) можливість використання для очистки пилу при d = 0,1 мкм;

3) можливість очистки при високій температурі і підвищеній вологості, при небезпеці займання або вибуху газів чи уловлюваного пилу;

4) можливість одночасно з пилоподібними домішками уловлювати паро- і газоподібні компоненти.

Недоліки:

1) утворення шламу, що викликає підвищену собівартість за рахунок очистки стічної води;

2) можливість виносу крапель рідини і осадження їх з пилом у газоходах.

В мокрих пиловловлювачах в якості зрошувальної рідини застосовують воду. Апарати мокрої очистки працюють на методах:

1) осадження частинки пилу на поверхні крапель рідини;

2) осадження частинки пилу на поверхні плівки рідини під впливом дії сил інерції та броунівського руху.

Сили інерції діють на частинку при наближенні, вони залежать від маси крапель і частинок, швидкості їх руху.

Частинки малих розмірів не володіють достатньою кінетичною енергією і огинають при наближенні краплі. В таких випадках підвищити ефективність можна за рахунок броунівського руху при зменшенні швидкості руху газового потоку.

Важливим фактором є змочуваність частинок рідиною, чим вона краща, тим вища ефективність.

Залежно від поверхні контакту і способу дії апарати мокрої очистки розподіляють на 8 груп: порожні газопромивачі, насадочні скрубери, тарільчаті (барботажні, пінні), з рухомою насадкою, ударно-інерційної дії, відцентрової дії, механічні газопромивачі, швидкісні газопромивачі (скрубери Вентурі, ежектори).

У відповідності із витратами енергії пилоуловлювачі класифікують на:

- низьконапорні (гідравлічний опір ∆ρ =  1,5 кПа) – барботери;

- середньонапорні (гідравлічний опір ∆ρ =  1,5 – 3000 кПа) – ударно-інерційні;

- високонапорні (гідравлічний опір ∆ρ > 3000 кПа) – скрутери Вентурі.

Уловлювання пилу в електрофільтрах. Електричне очищення на сьогодні є одним з найбільш досконалих методів очистки аерозолів (пилових сумішей, димів, туманів) від зважених частинок. Він базується на ударній іонізації газу в зоні коронуючого розряду, передачі заряду іонів частинкам домішок і осадження останніх на електродах.

Весь процес очищення умовно поділяють на такі стадії:

1. Утворення іонів газів електричним розрядом (на коронуючому електроді).

2. Зарядка пилових частинок.

Цей процес в полі коронного розряду проходить за двома механізмами:

1) дифузією іонів на поверхню твердих частинок і адсорбцією.

- для частинок d > -0,5 мкм переважає другий механізм;

- для частинок d < 0,2 мкм  - перший механізм;

- d = 0,2-0,5 мкм – ефективні обидва механізми.

2) Частинки пилу бомбардуються іонами, що рухаються у напрямку силових ліній поля (ударна іонізація).

Забруднені гази, які надходять до електрофільтру, як правило, завжди мають певний заряд, тобто частково іонізовані (властивість – електрична зарядженість частинок, заряд може утворитися за рахунок тертя о стінки трубопроводів і обладнання (трубозаряд) – складає 5% від заряду, що отримує частинка.

Маючи певний заряд частинки пилу вже потенційно здатні проводити струм при попадання у простір між двома електродами, до яких підведена напруга.

Сила току залежить: від кількості іонів,  напруги між електродами.

При збільшенні напруги до руху між електродами залучається більша кількість іонів, тобто сила току зростає до тих пір, поки в русі не будуть приймати участь усі іони, що містяться в газі. При цьому величина сили току стає постійною (струм насичення), не дивлячись на подальший ріст напруги.

При деякій достатньо великій напрузі рух іонів настільки прискорюється, що стикаючись із молекулами газу іонізують їх, перетворюючи нейтральні молекули в позитивні іони і електрони (цей процес називається ударною іонізацією газу). Він стабільно проходить в неоднорідному полі, характерному для циліндричного конденсатору.