ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Характеристика газоочистных устройств

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных ве­ществ в атмосфере промышленных предприятий в виде аэрозолей и токсичных газов регламентируются государ­ственными стандартами и основаны на санитарно-гигиени­ческих нормах. В приземном слое атмосферы населенного пункта должно быть: пыли нетоксичной не более 0,5 мг/м³, оксидов углерода 3 мг/м³, сернистого ангидрида 0,5 мг/м³ и оксидов азота 0,085 мг/м³. Расчет и выбор газоочистных устройств производится из условий соблюдения норм ПДК. Эффективность газоочистки оценивается показателем сте­пени очистки

h = 1 – z_к/z_н, (88)

где z_к и z_н — соответственно концентрация улавливае­мой компоненты до и после очистки. Газоочистные аппара­ты для очистки от газообразных компонентов основывают­ся на сорбционно-каталитических или химических методах, а аппараты для улавливания аэрозолей — на физико-ме­ханических.

Аэрозоли принято различать трех видов: пыли, дымы, туманы.

Пыли — малоустойчивые системы с твердыми частица­ми от 5 мкм до 50 мкм и более. Частицы диспергационного происхождения, т.е. образованные в результате механи­ческого дробления твердого вещества.

Дымы — длительно устойчивые системы с частицами размером от 5 мкм до 0,1 мкм и менее, образованными в результате возгонки и конденсации паров.

К туманам отнесены аэрозоли с жидкими частицами широкого диапазона размеров, образованные в результате распыления жидкости или конденсации паров. К металлур­гическим аэрозолям в основном следует отнести первые два вида.

В задачу пылеулавливания входит создание условий для укрупнения частиц за счет коагуляции и осаждения их в пылеулавливающем аппарате. В схемах пылеулавлива­ния применяют две и более ступеней очистки. В первой ступени грубой очистки улавливаются крупные фракции пыли, вторая — тонкая ступень очистки улавливает мел­кие фракции.

Методы очистки и аппараты по природе используемых в них сил делятся на механические и электрические. Боль­шую группу пылеулавливающих аппаратов, основанных на механических методах очистки, можно разделить еще на два вида: сухие и мокрые аппараты. В мокрых использу­ется эффект смачивания частиц в результате столкновения с каплями или пленкой введенной жидкости.

К аппаратам сухого типа относятся устройства, исполь­зующие гравитационно-инерционные и фильтрационные принципы. Это наиболее распространенные аппараты.

Электроочистка

Электрическая очистка, как правило, применяется в качестве второй, тонкой ступени и осуществляется в элект­рофильтрах. Электрофильтры способны работать с эффек­тивностью 99% и даже 99,9 %, улавливать частицы широ­кого диапазона размеров вплоть до субмикронных при концентрации пыли на входе до 50 г/м³ и выше.

Процесс электроосаждения пыли состоит из двух ста­дий: зарядки частиц пыли и осаждения. В большинстве конструкций обе стадии совмещены в пределах системы разноименных электродов: коронирующих и осадительных. Осадительные электроды заземлены, а на изолированные коронирующие электроды подается постоянное высокое на­пряжение от высоковольтного агрегата питания. Конст­рукция электродов такова, что между ними образуется резко неоднородное электрическое поле, что является ус­ловием образования коронного разряда. В результате в межэлектродном пространстве образуется униполярный объемный заряд, состоящий из движущихся к осадительному электроду ионов. На поверхность частицы пыли, по­ступающей в межэлектродный промежуток, осаждаются ионы, сообщая ей заряд определенной величины. Поле напряженностью смомента приобретения частицей за­ряда q действует на нее с силой (H)

, (89)

После достижения частицей заземленного осадительного электрода ее заряд стекает, цепь замыкается. Частица удерживается на электроде силами адгезии до тех пор, по­ка образующийся слой осажденных частиц не достигнет такого размера, когда его необходимо удалять.

При выборе нужного типоразмера электрофильтра час­то пользуются опытными данными промышленного фильт­ра, работающего в аналогичных условиях, с .известной степенью улавливания, или данными, полученными на мо­дели электрофильтра. При выборе аналога учитывают ха­рактеристики пылегазового потока, скорость газа в актив­ном сечении, способ встряхивания электродов, электричес­кий режим аппарата.

Конструкции электрофильтров разнообразны и опреде­ляются технологическими условиями его работы. К ним от­носятся состав и свойства пыли и газов, их температура, давление и влажность, степень очистки, условия компонов­ки газового тракта и др.

Все типы электрофильтров можно классифицировать по нескольким признакам.

По размещению зон зарядки и осаждения они делятся на двухзонные и однозонные. В двухзонных зарядка про­исходит в ионизаторе, а осаждение — в осадителе. В однозонных — зоны зарядки и осаждения совмещены.

Первые применяют редко и в основном для тонкой очистки аспирационного воздуха.

По направлению газового потока в активной зоне электрофильтры делятся на горизонтальные и вертикаль­ные. По способу удаления пыли с электродов — на сухие и мокрые. В первых применяют ударно-молотковый меха­низм встряхивания, в мокрых — обмывку электродов во­дой. В зависимости от количества последовательно распо­ложенных электрических полей электрофильтры делятся на одно- и многопольные; по числу параллельных секций фильтра — на односекционные и многосекционные. По ти­пу электродной системы — на трубчатые и пластинчатые. Кроме того, электрофильтры с различной пропускной способностью по газу отличаются друг от друга высотой электродов, длиной полей по ходу газа, площадью сечения и т.п.

Промышленный электрофильтр (рис. 93) состоит из узла осадительных 1и коронирующих электродов 2,кор­пуса 3,узла подвода, распределения и отвода газов 4,уз­ла удаления пыли с электродов 5, узла подвода электропи­тания 6,устройства для удаления пыли из электрофильт­ра 7.

На металлургических заводах широко применяются го­ризонтальные электрофильтры.

Промышленностью освоен выпуск унифицированных сухих горизонтальных пластинчатых электрофильтров ти­па ЭГА.

Фильтры могут иметь высоту электродов 6 м, 7,5 м, 9 м, 10,5 м и 12 м. Длина электрического поля от 2,5 м до 5,2 м. В электрофильтре возможно 2, 3 или 4 поля. Площадь ак­тивного сечения от 16,5 до 285,5 м².

Осадительные электроды широкополосные, С-образного сечения, коронирующие — ленточно-игольчатые. Меж­электродное расстояние 300 мм. Коронирующие электроды с шагом 180 мм объединяются в раму с автономным подве­сом, системой встряхивания и подводом высокого напря­жения. Корпуса выполняются со щелевыми и пирамидаль­ными бункерами.

Электрофильтры ЭГА применяют для очистки газов при температуре до 330°С. Допустимое разрежение в корпусе 5 кПа и 15 кПа.

Агрегаты питания, снабжающие электрофильтры вы­прямленным током высокого напряжения (60 – 80 кВ), яв­ляются неотъемлемой частью установки. В состав агрега­та питания входит повышающий трансформатор, полупроводниковый выпрямитель, регулятор напряжения и пульт управления. На один электрофильтр устанавливают обыч­но столько агрегатов, сколько в нем полей. Каждое элект­рическое поле имеет самостоятельное электропитание.

Регулятор напряжения служит для поддержания его на максимально высоком предпрббивном уровне. Пробивное напряжение, зависящее от многих факторов и прежде все­го от величины и параметров пылегазового потока, колеблет­ся в значительных пределах. Поэтому эффективность рабо­ты электрофильтра в высшей степени зависит от регуля­тора.

Хорошие результаты дают регуляторы, основанные на искровом принципе, когда напряжение поддерживается на уровне искрового разряда и не допускается развитие дуго­вого разряда.

Удельный ток короны і_к, приходящийся на единицу пло­щади, осадительного электрода, определяется расчетным или экспериментальным путем (обычно і_к=0,35 мА/м²). По суммарной площади электродов, приходящейся на одно поле (S), можно установить номинальный ток агрегата пи­тания, А:

I = i_кS×10³ (90)

и по нему выбрать агрегат питания.

На эффективность работы электрофильтров оказывают влияние многие факторы. Среди них: скорость газов, на­чальная концентрация пыли, параметры газа, загрязнение электродов, величина удельного электросопротивления пы­ли и др.

Оптимальная скорость газа установленная из опыта эксплуатации электрофильтров для большинства типов пы-лей составляет 0,8 – 1,5 м/с. Она определяет время пребы­вания частицы в активной зоне фильтра и имеет решающее значение для вторичного уноса пыли.

Электрическая прочность межэлектродного промежутка, которую характеризует величина пробивного напряжения U_пр,зависит от параметров и состава газа. Рост плотности и снижение температуры газа ведет к увеличению U_пр,устойчивости коронного разряда. Положительное действие оказывает повышение влажности газа.

Существенное влияние на эффективность очистки име­ют характеристики дисперсной фазы: размер частиц, их удельное электрическое сопротивление (УЭС), адгезионные свойства, т. е. способность к слипанию и др. По величине УЭС все промышленные пыли принято делить на три группы.

Первая группа — низкоомные пыли с УЭС ниже 10⁴ Ом×см. При осаждении они быстро отдают свой заряд и могут быть снова вынесены потоком, если их адгезион­ные свойства низки.

Вторая группа — хорошо улавливаемые пыли с УЭС 10⁴ – 10¹⁰ Ом×см. Скорость их разрядки такова, что способ­ствует образованию осадка на электродах, который при встряхивании осаждается в бункер.

Третья группа — высокоомные пыли (УЭС выше 10¹⁰ – 10¹¹ Ом×см). Трудность улавливания в электрофильтре пы­ли этой группы вызвана образованием «обратной» короны в микротрещинах осажденного слоя. Пробивное напряже­ние, заряд частиц, а с ними и эффективность улавливания, резко снижаются. Кондиционирование газа небольшими добавками водяного пара, серного ангидрида или аммиака, снижает УЭС пыли и подавляет обратную корону. Для большинства пылей зависимость УЭС от температуры име­ет экстремальный характер — максимальные значения УЭС приходятся на диапазон температур 100 – 200°С. По­этому в большинстве случаев стремятся снижать темпера­туру газа перед электрофильтром.