Ул вх вых^ вх *^вх вых ^*вых . вых *^вых

⁴ М М С Q С Q

Вх вх вх^вх вх^вх

где М, М_вх, М_ъых — соответственно количество уловленного в аппарате, вхо­дящего и выходящего из аппарата загрязняющего вещества, кг/с; С_вх, С_шх — концентрация загрязняющего вещества в единице объема сухого газа соот­ветственно на входе и выходе из аппарата, г/м³; Q_bx, (?_вых — расход газа соот­ветственно на входе и выходе из аппарата, м³.

При работе газоочистного аппарата без утечек и подсосов воздуха, суще­ственного изменения температуры, давления и влажности очищаемого газа степень очистки определяется следующим образом:

Вых

Раздел 4. Воздушная среда города

Коэффициент проскока — отношение количества загрязняющего веще­ства, выходящего с выбросами из аппарата пылегазоочистки, к количеству, поступившему в него:

М

пр М ' *

Вх

Степень (эффективность) очистки и коэффициент проскока выражаются в долях единицы или в %.

Эффективность улавливания частиц пыли (степень очистки) зависит от ее дисперсного состава. В первую очередь улавливаются крупные частицы пыли. Эффективность пылеулавливающего оборудования характеризуется до­стигаемой фракционной или парциальной степенью очистки.

Фракционная степень очистки — отношение количества пыли данной фрак­ции, уловленной в аппарате, к количеству входящей пыли той же фракции.

Парциальная степень очистки — отношение количества частиц данного
размера, уловленных в аппарате, к количеству частиц данного размера на
входе в аппарат.,...

Наиболее широко в практике применяются аппараты сухой инерционной очистки газов. Принцип действия этих аппаратов состоит в осаждении пыли в результате изменения направления и скорости движения счищаемого газо­вого потока и ударения частиц пыли о стенки и поперечные преграды. Эти аппараты отличаются простотой конструкции и изготовления.

Простейшими установками для улавливания крупнодисперсной пыли, ра­ботающими по принципу гравитационного осаждения, являются пылеосадитель-ные камеры. Они используются в качестве первой ступени очистки газов для улавливания наиболее крупных частиц (30—100 мкм), позволяют избежать осаж­дения пыли в газоходах и снижают нагрузку на последующие ступени очистки.

Устройство и принцип действия пылеосадительной камеры показаны на рис. 4.7. Степень очистки зависит от времени пребывания частиц в камере. Частицы, движущиеся в газовом потоке, опускаются под действием силы тя­жести на дно бункера. Скорость газового потока в пылеосадительной камере не должна вызывать уноса осевших частиц пыли. В зависимости от плотнос­ти, формы и размера частиц она составляет 1,7—7,0 м/с.

Экология города

К числу сухих инерционных пылеуловителей относятся жалюзийные, вен­тиляторные и радиальные пылеуловители. Они эффективно улавливают час­тицы размером от 20—30 мкм. Более тонкая очистка от пыли обеспечивается с помощью циклонов. Циклон — один из широко распространенных пыле­улавливающих аппаратов, предназначенный для улавливания частиц разме­ром 5—20 мкм и более.

Устройство и принцип действия циклона показаны на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Циклон:

1 — входной патрубок; 2 — цилиндрическая часть корпуса; 3 — коническая часть кор­пуса; 4 — пылевыпускное отверстие; 5 — бункер для пыли; 6 — пылевой затвор; 7 — выхлопная труба; 8 — раскручивающая улитка; 9 — выходной патрубок; 10 — на­клонная крышка

Вращение газового потока достигается путем его тангенциального ввода в циклон или путем использования специального завихрителя. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбра­сываются на стенки корпуса циклона и выпадают из потока. Очищаемый поток газа, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, изменяет направ-

Раздел 4. Воздушная среда города 201

ление движения на 180° и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, опускаются под действием силы тяжести и поступают в бункер. По мере наполнения бункера пыль через пылевой затвор отгружается на утилизацию или захоронение. Очищенный воздух через выходной патрубок отводится из циклона.

Рекомендуемая скорость газа в цилиндрической части циклона — 2,5— 4,5 м/с.

Диаметр циклона не следует задавать более 1000 мм. Для повышения эффективности очистки циклоны компонуют в группы с общим подводом и отводом очищаемого воздуха. Такие циклоны называют батарейными. Этим достигается существенная экономия капитальных и эксплуатацион­ных затрат.

К высокоэффективным типам аппаратов сухой очистки газов относятся фильтры.

В основе работы фильтров всех видов лежит фильтрация запыленного воздуха через пористую перегородку, в процессе которой частицы пыли, взве­шенные в газе, задерживаются перегородкой, а газ беспрепятственно прохо­дит через нее.

Пористые перегородки могут представлять собой ткани, бумагу, волок­нистые материалы, керамику, металлические сетки, зернистые слои.

В отличие от аппаратов инерционной очистки фильтры могут с дос­таточной эффективностью задерживать частицы любого размера. Наибо­лее целесообразно использовать фильтры для улавливания частиц пыли размером менее 5 мкм.

Скорость процесса фильтрования определяется перепадом давления на пористой перегородке. По мере накопления на фильтре частиц пыли ско­рость прохождения газа постепенно снижается. Перегородку необходимо пе­риодически подвергать регенерации путем освобождения от уловленной пыли. Это существенно осложняет эксплуатацию фильтров.

Степень очистки газа в фильтре зависит от пористости фильтрующего материала, толщины фильтрующего слоя, объема фильтровального материа­ла в единице объема фильтра и суммарного коэффициента захвата частицы пыли фильтрующим волокном, величина которого в свою очередь зависит от механизма процесса фильтрования.

Тканевые фильтры предназначены для очистки их от твердых частиц отходящих газов плавильных печей предприятий черной и цветной метал­лургии, печей обжига в стекольной и керамической промышленности и котельных. В качестве фильтрующего материала применяют бельтинг, лав­сан, капрон и др.

Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукав­ный фильтр (рис. 4.9).

Экология города

Рис. 4.9. Рукавный фильтр:

1 — вход запыленного газа; 2 — рукава; 3 — корпус фильтра; 4 — воздуховод очищенного газа; 5 — воздуховод продувочного воздуха; 6 — механизм встряхивания; 7 — клапаны; 8 — бункер для сбора пыли

Запыленный газ, поступающий через входной патрубок в нижнюю часть корпуса фильтра, подводится внутрь рукавов. После прохождения через филь­трующую ткань очищенный воздух удаляется из аппарата.

Частицы пыли оседают на фильтрующей поверхности рукава, в результа­те чего его сопротивление постепенно увеличивается. Когда оно достигает некоторого предельного значения, фильтр переводится в режим регенерации. Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Для повы­шения эффективности регенерации рукавов их могут встряхивать при помо­щи специальных механизмов.

Камеры фильтра переводят в режим регенерации по очереди и таким образом обеспечивают его непрерывную работу.

Степень очистки от мелкодисперсной пыли в рукавном фильтре может достигать 99,9%. Скорость прохождения очищаемого газа через фильтрую­щую ткань составляет 0,5—1 м/с.

Волокнистые фильтры предназначены для очистки от пыли слабозапы-ленных потоков воздуха с концентрацией пыли не более 5 мг/м³. Они пред­ставляют собой пористые перегородки, составленные из беспорядочно рас­положенных равномерно распределенных по сечению волокон (рис. 4.10).

Раздел 4. Воздушная среда города 203

Рис. 4.10. Волокнистый фильтр:

1 — вход газа; 2 — выход газа; 3 — боковая стенка; 4 — фильтрующий материал

Из-за глубокого проникновения улавливаемых частиц пыли вглубь порис­того материала регенерация волокнистых фильтров затруднена. По окончании срока службы отработавший фильтрующий материал обычно заменяется новым.

В волокнистых фильтрах используются как естественные, так и специ­ально изготовленные волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм (отходы тек­стильного производства, шлаковая вата, стекловолокно и др.). Степень очис­тки при улавливании мелкодисперсной пыли может достигать 99%. Рекомен­дуемая скорость фильтрации — 0,01 — 0,1 м/с.

Зернистые фильтры применяются при очистке газов с высокими температу­рами (до 500—800° С) в условиях агрессивной среды при резких изменениях давления и температуры. Они представляют собой емкость, заполненную филь­трующим материалом, в качестве которого могут быть применены песок, ще­бень, шлак, опилки, крошка руды, угля, графита, пластмасс и др. В качестве фильтрующего слоя в зернистых фильтрах используются насыпные материалы.

Зернистые фильтры применяются для улавливания слипающихся и аб­разивных пылей в тех случаях, когда затруднено применение аппаратов другого типа.

В некоторых случаях в зернистых фильтрах возможен возврат фильтрую­щего слоя в технологический процесс, если в качестве зерен используется исходное сырье (частицы угля, используемые в качестве зерен фильтра при очистке воздуха от угольной пыли, можно возвращать в топку котла).

Разновидностью зернистых фильтров являются фильтры сорбционной очистки, где в качестве фильтрующей загрузки используются катализаторы и сорбенты. Сорбционные фильтры предназначены для улавливания газооб­разных примесей.

В зависимости от вида улавливаемой пыли и зерен фильтра степень очи­стки может достигать 95—99,5%, скорость фильтрации — 15 — 35 м/с.

Экология города

Электрофильтры предназначены для очистки промышленных газов от твердых частиц, выделяющихся при различных технологических процессах. Эти аппараты незаменимы при очистке выбросов цементных, известковых, гипсовых и других производств, где содержатся пылевидные частицы, под­верженные схватыванию при контактах с влагой. Уловленная в электро­фильтрах пыль является ценным готовым продуктом или вторичным мине­ральным сырьем.

К преимуществам электрофильтров относится высокая степень очистки, достигающая 99%, возможность улавливания частиц широкого диапазона разме­ров, стабильная работа при высокой запыленности и температуре газа, высокая производительность и возможность полной автоматизации процесса очистки.

К недостаткам электрофильтров следует отнести высокую чувствитель­ность к параметрам очищаемого газа (температура, влажность, электрическое сопротивление), невозможность использования для очистки взрыво- и пожа­роопасных смесей, относительно высокую стоимость аппарата и повышен­ные требования к технике безопасности при эксплуатации.

Установка для электростатической очистки выбросов состоит из электро­фильтра, агрегатов питания, системы транспортировки уловленной пыли.

Электрофильтр (рис. 4.11) монтируется в металлическом корпусе прямо­угольного сечения. Внутри него располагаются осадительные и коронирую-щие электроды. На входе в электрофильтр устанавливается газораспредели­тельное устройство, обеспечивающее равномерное распределение газа в ак­тивной зоне аппарата. В нижней части корпуса установлены бункера для сбора и системы для транспортировки пыли.

Рис. 4.11. Электрофильтр:

1 — корпус; 2 — осадительные электроды; 3 — коронирующие электроды; 4 — газо­распределительное устройство; 5 — бункера для сбора пыли; 6 — система транспорти­ровки пыли

Раздел 4. Воздушная среда города 205

Основой процесса очистки является ионизация пылевидных частиц и молекул газа под воздействием электростатического поля. Заряженные ча­стички оседают на поверхность электрода с противоположным электри­ческим зарядом. Осажденные частицы удаляются с электродов встряхива­нием или промывной водой. Уловленная пыль (шлам) поступает в бункер электрофильтра и далее в систему удаления.

В зависимости от конструкции электрофильтра скорость прохождения очищаемых газов колеблется в пределах 0,8—1,7 м/с.

Мокрая очистка выбросов является одним из наиболее эффективных и широко распространенных методов пылегазоулавливания. При мокрой очи­стке достигается высокая степень извлечения твердых, жидких и газооб­разных примесей.

Основой процесса мокрой очистки является осаждение частиц пыли на каплях или на слое жидкости. В качестве орошающей жидкости чаще всего используется вода. Иногда, в зависимости от особенностей состава очищаемых выбросов, воду подщелачивают или подкисляют.

Аппараты мокрой газоочистки отличаются простотой конструкции и эксплуатации, относительно невысокой стоимостью. В них можно очи­щать выбросы любой влажности, а также пожаро- и взрывоопасные смеси.

К недостаткам мокрого способа пыле- газоочистки следует отнести: об­разование сточных вод и шлама, которые требуют дальнейшей обработки; коррозию оборудования при воздействии агрессивных увлажненных газов и жидкости; относительно высокие удельные затраты электроэнергии.

Простейшим аппаратом мокрой очистки выбросов является форсуноч­ный скруббер. Он предназначен для улавливания частиц размером более 10—15 мкм, а также для охлаждения и увлажнения очищаемых выбросов.

Форсуночный скруббер (рис. 4.12) представляет собой цилиндричес­кую емкость, оснащенную патрубками для подвода и отвода очищенного воздуха. В верхней части корпуса расположены один или несколько яру­сов форсунок для распыления орошающей жидкости. Жидкость в виде дождя с диаметром капель 0,6—1 мм как бы промывает очищаемый газ, движущийся противотоком, т.е. снизу вверх, со скоростью 0,7—1,5 м/с. При больших скоростях происходит вынос влаги и отложение пыли на внут­ренних поверхностях выходного патрубка скруббера. Удельный расход воды в скрубберах составляет 1—6 л/м³.

В механическом скруббере распыление жидкости производится с по­мощью вращающегося диска. В скруббере Вентури распыление жидкости происходит за счет турбулентного движения очищаемого потока газа че­рез конфузор трубы Вентури (рис. 4.13). Проходя далее через инерцион­ный каплеуловитель, поток газа освобождается от капель жидкости, ко­торые удерживают частицы пыли, откуда жидкость отводится через гид­розатвор.

Экология города

Рис. 4.12. Форсуночный скруббер:

1 — цилиндрический корпус; 2 — вход­ной патрубок; 3 — патрубок для отвода очищенного газа; 4 — подвод воды на оро­шение; 5 — контрольно-измерительные приборы параметров воды; 6 — регулиру­ющая задвижка; 7 — форсунки верхнего и нижнего яруса орошения; 8 — гидрозат­вор

Рис. 4.13. Скруббер Вентури:

1 — вход очищаемого газа; 2 — выход очи­щенного газа; 3 — орошающее устройство; 4 — конфузор трубы Вентури; 5 — горло­вина; 6 — диффузор; 7 — каплеуловитель; 8 — гидрозатвор

Раздел 4. Воздушная среда города

Размер частиц, улавливаемых в скруббере Вентури, — от 0,2 мкм и выше. При этом степень очистки может достигать 96—99%. Скорость газа в горло­вине трубы Вентури достигает 100—180 м/с, удельный расход орошающей жидкости — 0,5—1,5 л/м³.

Принцип действия и конструкция центробежного скруббера аналогичны циклону (рис. 4.14). Под воздействием центробежных сил, возникающих при

вращении газового потока в аппарате, части­цы пыли отбрасываются на спираль скруббе­ра, откуда смываются жидкостью, подаваемой через сопла, расположенные по окружности в верхней части корпуса.

Рис. 4.14. Центробежный скруббер:

1 — тангенциальный патрубок для входа очищаемого газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — система подачи воды; 4 — цилиндрический корпус; 5 — гидрозатвор

Скорость газа в цилиндрическом сечении корпуса достигает 4—5 м/с; степень очистки довольно высокая и зависит от размера и плот­ности частицы пыли, а также диаметра цент­робежного скруббера.

Аппараты мокрой газоочистки ударно-инерционного действия — пылеулови­тель вентиляционный мокрый (ПВМ), ротоклон применяются при отсутствии достаточного количества чистой воды и относительно невысоких температурах очищаемого газа для очистки от частиц пыли размером не менее 5 + 10 мкм.

Принцип действия этих аппаратов основан на резком повороте на 180° газового потока, направленного с большой скоростью перпендикулярно к поверхности жидкости (рис. 4.15). Взвешенные в газе частицы, ударяясь о

поверхность жидкости, улавливаются ею. Вода, увлекаемая газовым потоком, движется до верхней кромки перегород­ки, а затем сепарируется в каплеулови-теле. Очищенный газ с помощью вен­тилятора выбрасывается наружу.

Рис. 4.15. Пылеуловитель вентиляционный мокрый (ПВМ):

1 — корпус; 2, 3 — перегородки; 4 — капле-отбойник-каплеуловитель; 5 — отверстие для входа очищаемых газов; 6 — патрубок для вы­хода очищенных газов; 7 — скребковый кон­вейер

Экология города

Аппарат со щелевым каналом сложной конфигурации (импеллером) на­зывается ротоклон.

Уловленная пыль оседает на дне корпуса аппарата и удаляется скребко­вым конвейером.

Расход воды на орошение газа не превышает 0,03 кг/м³. Степень очистки при диаметре частиц пыли до 10 мкм составляет 98—99%. Скорость газа в щели между перегородками достигает 15 м/с.

Барботажные пенные аппараты предназначены для очистки небольших расходов газа от частиц пыли размером не менее 5 мкм.

Процесс барботажа состоит в прохождении очищаемого газа через слой жидкости.

Барботажный пенный аппарат (рис. 4.16) представляет собой корпус, пере­
гороженный горизонтальной решеткой с равномерно расположенными мелки­
ми отверстиями. Запыленный газ подается под ре-
3 шетку и отводится из верхней части аппарата.

Рис. 4.16. Барботажный пенный аппарат:

1 — корпус; 2 — вход очищаемого газа; 3 — выход очищен­ного газа; 4 — ороситель; 5 — отвод жидкости в перелив­ной отсек; 6 — решетка; 7 — отвод жидкости, прошедшей через решетку

При скорости газа до 1 м/с наблюдается барбо­тажный режим, при котором воздух проходит через слой жидкости в виде отдельных пузырьков. При повышении скорости барботажный режим перехо­дит в пенный.

Диаметр корпуса барботажного аппарата обыч­но составляет 2—2,5 м, диаметр отверстий решетки — 4—8 мм, скорость газов при прохождении ре­шетки — 6—10 м/с.

Методы очистки промышленных выбросов от газо- и парообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов подразделяется на следующие группы:

• промывка выбросов растворимых примесей (адсорбция);

• промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси хи­
мически (хемосорбция);

• поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами
(адсорбция);

• термическая нейтрализация вредных примесей отходящих газов (про­
цессы сжигания);

• каталитическая очистка газов;

• биохимическая очистка газов.

Раздел 4. Воздушная среда города 209

4.5. Контроль уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах