Очистка газовых выбросов фильтрами

Разработаны стекловолокнистые  фильтры тонкой и грубой очистки  производительностью от 200 до 1500 м3/ч  с сопротивлением от 200 до 1000 Па.

Двухступенчатые или  комбинированные фильтры (рисунок 3в). В одном корпусе размещают  фильтры грубой очистки из набивного слоя лавсановых волокон толщиной 100 мм и фильтр тонкой очистки из материала ФП.

Глубокие фильтры. Это фильтры многослойные. Используются для очистки вентиляционного  воздуха и технологического газа от радиоактивных частиц. Многослойные фильтры рассчитаны на работу в течение 10—20 лет. После этого их захороняют с цементированием./3,с.43/

3.3 Зернистые фильтры.

Применяются для очистки  газов реже, чем волокнистые фильтры. Достоинства зернистых фильтров: доступность материала, возможность работать при высоких температурах и в условиях агрессивной среды, выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие изменения температуры. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Насадочные (насыпные) фильтры. В таких фильтрах улавливающие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связаны друг с другом К ним относятся:, статические (неподвижные) слоевые фильтры; динамические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемещением сыпучей среды; псевдоожиженные слои. В насыпных фильтрах в качестве насадки используется песок, галька, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, кокс, крошка резины, пластмассы, графит и др. Выбор материала зависит от требуемой термической и химической стойкости, механической прочности и доступности.

По мере накопления пыли в порах насадки эффективность  улавливания возрастает. При увеличении сопротивления до предела производят рыхление слоя. После нескольких циклов рыхления насадку промывают или  заменяют.

Фильтры имеют насадку  с размером зерен 0,2—2 мм. Воздух направляется сверху вниз. При концентрации пыли на входе в фильтр 1—20 мг/м3 расход воздуха составляет 2,5—17,0 м3/(м2-мин); начальное сопротивление от 50 до 200 Па. Высота слоя на сетках находится в пределах от 0,1 до 0,15 м.

Имеются зернистые фильтры, регенерируемые путем ворошения или вибрационной встряски зернистого слоя внутри аппарата, а также фильтры с движущейся средой (рисунок 4). Материал перемещается между сетками или жалюзийными решетками.

Регенерацию материала  от пыли проводят в отдельном аппарате - путем грохочения или промывки. Если фильтрующая среда состоит из того же материала, что и пыль, то загрязненные гранулы выводят из системы и используют в технологическом процессе. 

Рисунок 4 - Фильтр с движущимися слоями зернистого материала: 1 - короб для подачи свежего зернистого материала: 2 -питатели; 3 -фильтрующие слои; 4 - затворы; 5 - короб для вывода зернистого материала.

Зернистые жесткие  фильтры. В этих фильтрах зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Фильтры устойчивы к высокой температуре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов. Недостатки таких фильтров: высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и трудности регенерации, которую проводят четырьмя способами: 1) продуванием воздухом в обратном направлении; 2) пропусканием жидких растворов в обратном направлении; 3) пропусканием горячего пара; 4) простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами./3,с.45/

3.4 Очистка газов  в электрофильтрах

В электрофильтрах  очистка газов от пыли происходит под действием электрических  сил. В процессе ионизации молекул  газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц (коронирующий электрод). Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам. Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов. Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0,5 мкм, второй — менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2—0,5 мкм эффективны оба механизма. Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм — диаметру частицы.

Величину заряда q (кА), приобретаемого проводимой частицей сферической формы под воздействием электрического поля, рассчитывают по формуле

 
(10)

где  
— диэлектрическая проницаемость ( 
= 
Ф/м);

Е — напряженность  электрического поля коронного разряда, В/м.

Величину заряда, приобретаемого непроводимой частицей, определяют по формуле

 
(11)

где  
 — относительная диэлектрическая проницаемость частицы. 

Рисунок 5 - Трубчатый  электрофильтр:

1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод: 3 - рама; 4 - встряхивающее устройство; 5 - изолятор.

Таким образом, электроочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевых частиц, транспортирования  их к осадительным электродам, периодическое  разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные  бункеры.

По конструктивным признакам электрофильтры различают по разным признакам: по направлению хода газов - на вертикальные и горизонтальные; по форме осадительных электродов - с пластинчатыми, С-образными, трубчатыми и шестигранными электродами; по форме коронируюших электродов - с игольчатыми, круглого или штыкового сечения; по числу последовательно расположенных электрических полей - на одно- и многопольные; по расположению зон зарядки и осаждения на одно- и двухзонные; по числу параллельно работающих секций - на одно- и многосекционные .

Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми  и трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между осадительными  пластинчатыми электродами натянуты проволочные коронирующие. В трубчатых  электрофильтрах. осадительные электроды представляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси расположены коронирующие электроды.

Схема трубчатого электрофильтра представлена на рис. 5. Запыленный газ  движется по вертикальным трубам диаметром 200—250 мм. Пыль оседает на внутренней поверхности труб. При помощи встряхивающего устройства ее удаляют в бункер.

Электрофильтры очищают  большие объемы газов от пыли с  частицами размером от 0,01 до 100 мкм  при температуре газов до 400—450 °С. Гидравлическое сопротивление их достигает 150 Па. Затраты электроэнергии составляют 0,36—1,8 МДж на 1000 м3 газа.

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств  пыли и газа, скорости и равномерности  распределения запыленного потока в сечении аппаратов и т. д. Чем выше напряженность поля и  меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Напряжение поля на расстоянии х метров от оси коронирующего  электрода определяется по зависимости

 
(12)

где u — напряжение, приложенное к электродам, В;

 
и  
— радиусы коронирующего и осадительного электродов, м.

Критическое напряжение электрического поля, при котором  возникает корона, для воздуха  определяется по формуле (в В/м)

 
(13)

отношение плотностей газа в рабочих и стандартных  условиях

 
(14)

где  
- барометрическое давление, кПа;

Р - разряжение или избыточное давление в аппарате, кПа;

t - температура газов, °С.

Пыль с малой  электрической проводимостью вызывает явление обратной короны, которое  сопровождается образованием положительно заряженных ионов, частично нейтрализующих отрицательный заряд пылинок, вследствие чего последние теряют способность перемещаться к осадительным электродам и осаждаться. На проводимость пыли оказывает влияние состав газа и пыли. С повышением влажности газов удельное электрическое сопротивление пыли снижается. Наличие в очищенных газах десятых и сотых долей процента  
 и > 
значительно улучшает электрическую проводимость пыли.

При высоких температурах газа понижается электрическая прочность  межэлектродного пространства, что  приводит к ухудшению улавливания  пыли. С повышением температуры газов возрастает их вязкость и объем, а следовательно, увеличивается скорость потока в электрофильтре, что снижает степень обеспы-ливания. С увеличением скорости газа возрастает так называемый вторичный унос.

Для нормальной работы электрофильтров необходимо обеспечить чистоту осадительных и коронирующих электродов. Отложения загрязнений на коронирующем электроде способствуют повышению начального напряжения коронирования, но это не всегда возможно. Если пыль имеет большое электрическое сопротивление, то слой на электроде действует как изолятор и коронный разряд прекращается.

Теоретическая степень  очистки газов в электрофильтре: для трубчатого электрофильтра

 
(15)

для пластинчатого  электрофильтра

 
(16)

где  
- скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с;

 
 - скорость газов в активном сечении электрофильтра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с;

L - активная длина электрофильтра, т. е. протяженность электрического поля в направлении хода газов (в вертикальных электрофильтрах совпадает с высотой электродов), м;

R - радиус трубчатого осадительного электрода, м;

h - расстояние между короннруюшим электродом и пластинчатым осадительным электродом (межэлектродный промежуток), м.

В пределах применимости формулы Стокса скорость  
 (в м/с) рассчитывают по следующим формулам: для частиц диаметром 

 
(17)

для частиц диаметром 

 
 (18)

где  
- коэффициент, равный  
 
(А = 0,815 - 1,63);

 
- длина среднего свободного пробега молекул газа ( 
= 
м)./4,с.96/

Заключение

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых  выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным  технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов.

Конечно же, понятие  «безотходное производство» имеет  несколько условный характер; это  идеальная модель производства, так  как в реальных условиях нельзя полностью  ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален.

В настоящее время  определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:

разработка и внедрение  принципиально новых технологических  процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить  образование основного количества отходов;

создание бессточных технологических систем и водооборотных  циклов на базе наиболее эффективных  методов очистки сточных вод;

переработка отходов  производства и потребления в  качестве вторичного сырья;

создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

Таким образом, разработка и внедрение принципиально новых  технологических процессов и  систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование  основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.

Список  литературы

Глинка Н.Л. Общая  химия. Изд. 17-е, испр. — Л.: «Химия», 1975. – 728 с.

Экология и промышленность России.Журнал №11,2002 – 48с.

Техника защиты окружающей среды/Родионов А.И.,Клушин В.П., Торочешников И.С..Учебник для вузов. – М.Химия,1989 – 512с.