11012

Тема : Экозащитное оборудование для очистки продуктов сгорания

Разнообразие вредных примесей, выбрасываемых в воздушный бассейн промышленными установками, приводит к необходимости применения различных способов их обезвреживания (рис. 2.13).

Классификация методов

Рис.2.13. Классификация методов очистки.

Экозащитная техника выбирается в зависимости от состава загрязняющих веществ, количества выбросов, специфики технологического процесса и других факторов.

Основы выбора очистного оборудования

Правильный выбор очистного аппарата, его надёжная работа и высокая степень очистки выбросов зависит, в первую очередь, от физико-химических и санитарногигиенических свойств содержащихся в них вредных веществ. Поэтому эти свойства должны быть хорошо изучены при проектировании систем, их наладке и эксплуатации.

Необходимо обратить внимание на агрегатное состояние и термодинамические параметры загрязнителей, их реакционную способность, возможность образовывать более токсичные соединения при рассеивании в атмосфере, особенно для токсичных веществ, обладающих суммацией воздействия.

По аэрозольным загрязнителям необходимы сведения о дисперсности, форме частиц и структуре (аморфная, зернистая, волокнистая); химическом составе, плотности, смачиваемости, электрических и оптических свойствах частиц, абразивности; способности к воспламенению и взрываемости.

21

Для газообразных загрязнителей важны данные о температурах кипения и деструкции, критических параметрах, теплоте фазовых переходов, характеристиках растворения и др. При выборе метода очистки от горючих компонентов обязательны данные о теплоте сгорания и концентрационных пределах воспламенения каждого горючего компонента или смеси в целом.

Особой сложностью отличается выбор метода очистки выбросов, загрязнители которых представляют многофазную систему. Это обусловлено тем, что большинство очистных устройств не предназначено для одновременного обезвреживания газообразных, парообразных и дисперсных загрязнителей. Это приводит к выбору 2-3 и более аппаратов или стадий очистки. Например, сорбционные, фильтрационные и др. аппараты очистки от газообразных загрязнителей требуют предварительной тонкой очистки от твердых частиц.

Методы очистки выбросов от вредных веществ развивались поэтапно. Сначала появились методы очистки и очистное оборудование применительно к веществам, которые легко определялись визуально или органолептически. Это в первую очередь твердые частицы. Наибольшее развитие методов очистки от твердых веществ обусловлено тем, что экологическим законодательством уже в 1949г была законодательно закреплена необходимость предусматривать пылезолоулавливающее оборудование при строительстве и реконструкции промышленных и энергетических объектов.

Поэтому в настоящее время очистка выбросов от твердых частиц наиболее отработана в аппаратурном оформлении, т. е включает большое число пылезолоулавливающих аппаратов, отличающихся друг от друга, как по конструкции, так и по принципу действия.

Пыле - золоулавливающие аппараты. Классификация.

Способы очистки газов от твердых частиц твердых частиц подразделяются:

-электрическая очистка;

-электромагнитная очистка;

-ультразвуковая очистка;

-сухая механическая очистка ,

-мокрая механическая очистка.

Наибольшим разнообразием конструкций пыле-золоуловителей отличаются аппараты сухой и мокрой механической очистки.

Пыле - золоулавливающие аппараты в зависимости от способа осаждения твердых частиц подразделяются на:

аппараты сухой очистки:

-гравитационные (осадительные камеры, каналы большого сечения);

-центробежные (циклоны, блоки циклонов, батарейные циклоны, ротоклоны);

-фильтры (насыпные, волокнистые, тканевые).

аппараты мокрой очистки:

-полые скрубберы;

-центробежные скрубберы;

-пенные газопромыватели;

-аппараты ударноинерционного действия.

22

Пыле - золоулавливающие аппараты достаточно давно разработаны применительно к различным отраслям промышленности, их конструкции представлены широко во всех учебниках по защите воздушного бассейна от загрязнения [19 - 21 и др.].

Механизм сепарации твердых частиц

В гравитационных аппаратах осаждение ТВЧ происходит под действием только гравитационных сил (осадительные камеры) или с использованием сил инерции (инерционные аппараты) и центробежного эффекта (циклоны) для отделения ТВЧ от потока с последующим их осаждением под действием гравитационных сил.

Во всех фильтрующих аппаратах используется принцип фильтрации газовой смеси через пористый материал, задерживающий твердые частицы.

В мокрых аппаратах сепарация достигается либо промыванием запыленного газа жидкостью, либо осаждением твердых частиц на жидкостной пленке

Электрофильтры улавливают твердые частицы из потока за счет действия электростатических сил, вызываемых электрическим полем.

Сухие уловители твердых частиц. Конструкции. Динамика развития. Осадительные и инерционные камеры

Это простейшие конструкции пылезолоулавливающих аппаратов для грубой очистки выбросов от твердых частиц.

Вкотельных установках осадительная и инерционная камеры встроены в конструкцию котлоагрегата (см. конструкцию котлов ДКВР или КЕ, работающих на твердом топливе)

Вкачестве осадительной камеры используется газовый тракт котельной установки – газоходы котлов и вспомогательных поверхностей нагрева, устройства для сбора ТВЧ.

Для отделения частиц пыли от потока продуктов сгорания используется инерционный принцип: твердые частицы выпадают из основного потока за счет сил инерции при крутом повороте газов и за счет удара о трубки поверхностей нагрева; для сбора ТВЧ предусматривают специальные бункеры, причем периодически производят повторный возврат в топку специальным устройством возврата уноса.

Втопочной камере уловленные частицы в виде сажи догорают, а зольные частицы попадают в систему шлакозолоудаления. Таким образом снижается поступление ТВЧ

ввоздушный бассейн.

Преимущества:

-простота устройства;

-малое аэродинамическое сопротивление; Недостатки:

-невысокая степень очистки;

-грубая очистка – только от крупных частиц

В промышленности и вентиляционной технике используются отдельно расположенные осадительные и инерционные камеры для очистки от пыли.

23

В пылеосадительных камерах используется механизм гравитационного осаждения твердых частиц при малой скорости движения потока (0,2 - 0,5 м/с). Твердые частицы движутся вдоль камеры со скоростью потока и одновременно опускаются вниз со скоростью витания.

Рис. 2.14. Пылесадительные камеры: а – простейшего типа; б – полочная; в – с подвешенными стержнями; г – лабиринтная

Длина камеры может быть такой, чтобы частицы достигли дна камеры раньше, чем газовый поток вынесет их из камеры обезвреживания.

Преимущества осадительных камер

-простота конструкции;

-малое аэродинамическое сопротивление. Недостатки осадительных камер:

-большие габариты камеры обезвреживания

-низкая степень очистки (только от крупных частиц).

Инерционные аппараты

Работа аппаратов основана на том, что при всяком изменении направления движения потока твердые частицы вследствие действия сил инерции сходят с линий тока и могут быть выведены потока и уловлены.

Наиболее распространены жалюзийные золоуловители (рис. 2.15).

Рис.2.15. Схема установки жалюзийного золоуловителя с эжектором: 1- жалюзийная решетка; 2 – входная камера; 3 – выходная камера; 4 – отсосная щель; 5 – диффузор; 6 – подводящий газоход; 7 – отсосный циклон; 8 – отводящий газоход; 9 – эжектор; 10 – диффузор после эжектора

24

В жалюзийных золоуловителях очистка дымовых газов от твердых частиц осуществляется следующим образом.

Дымовые газы, проходя через жалюзи, совершают S – образное движение и, освободившись от золы, попадают в камеру очищенных газов.

Зола, остающаяся в пределах жалюзийной решетки, с небольшим количеством газов через отсосную щель подается в циклон. Наибольшее распространение получили жалюзийный золоуловители ВТИ, решетки которых выполняются из уголков 40х40мм, расположенных с шагом S=53мм.

Рис.2.16. Варианты конструктивного выполнения жалюзийного золоуловителя ВТИ

Преимущества конструкции:

- простота конструкции; - незначительный расход металла (дешевизна).

Недостатки конструкции:

- износ пластин, особенно при абразивной пыли; - низкая степень очистки

Инерционные золоуловители используются, как правило, в качестве предварительной очистки продуктов сгорания от частиц золы, т.е в 1-ой ступени очистки.

Жалюзийные уловители могут быть установлены также на горизонтальном участке газохода или воздуховода или в отдельно стоящей камере.

В этом случае жалюзийный уловитель состоит из ряда наклонных пластин.

Рис.2.17. Горизонтальный жалюзийный уловитель: 1 – вход запыленных газов; 2 – жа-

люзийные перегородки; 3 – отсасывающая щель; 4 - циклон

25

Поток очищаемых газов (воздуха) разделяется на две части. Большая часть потока огибает пластины, частично очищаясь от пыли. Меньшая часть потока (в нижней части камеры), обогащенная пылью, отводится в циклон для очистки. Твердые частицы выпадают из основного потока за счет сил инерции при крутом повороте газов и за счет удара о пластины. Скорость потока (12-20) м/с.

Преимущества конструкции:

-простота конструкции;

-незначительный расход металла (дешевизна). Недостатки конструкции:

-износ пластин, особенно при абразивной пыли;

-низкая степень очистки.

Циклоны

Циклоны являются наиболее распространенным аппаратом для сухой очистки газов от ТВЧ.

Работа циклонов основана на действии центробежных сил, развивающихся при вращении газового потока внутри корпуса аппарата. В результате действия центробежных сил твердые частицы, взвешенные в потоке газа, отбрасываются к стенке корпуса и выпадают из потока.

По конструктивному выполнению циклонные установки разделяются на:

-одиночные циклоны;

-блоки циклонов;

-батарейные циклоны.

Наиболее распространенными типами циклонов являются циклоны НИИОГАЗ (ЦН) и циклоны ЦКТИ (Ц).

Основные типы циклонов НИИОГАЗ (ЦН) следующие: ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24. Цифры обозначают угол наклона крышки входного патрубка.

Рис. 2.18. Одиночный циклон типа ЦН-15

26

Соотношение размеров (в долях внутреннего диаметра) для циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24 дано в табл.2

Таблица 2. Соотношение размеров (в долях внутреннего диаметра) для циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24

В системах золоулавливания наибольшее распространение получил циклон ЦН-15. С уменьшением диаметра циклонов увеличивается коэффициент очистки. Этим

вызвано стремление от одиночных циклонов большого диаметра переходить к группам циклонов меньшего диаметра.

Центральным котлотурбинным институтом (ЦКТИ) разработаны типоразмеры групп (блоков) циклонов к парогенераторам паропроизводительностью 2,5 – 20 т/ч. Блоки состоят из 4,6 или 8 циклонов. Диаметры циклонов составляют ряд: 400, 500, 650, 750,800.

Циклоны выполнены с улиточным отводом газа. Очищенные газы, пройдя улитку, направляются или горизонтально или вертикально вверх (рис. 2.19).

Установка на входе в выхлопную трубу раскручивающей розетки значительно снижает гидравлическое сопротивление.

27

Дальнейшее уменьшение диаметра циклонов привело к созданию батарейных циклонов БЦ (см. рис. 2.19). Наиболее часто применяются батарейные циклоны с диаметром каждого элемента Д=250мм

Рис. 2.19. Блок циклонов ЦКТИ.

.

Рис.2.20. Циклонные элементы батарейных циклонов.

28

Серийно выпускаются БЦ для парогенераторов небольшой мощности батарейные циклоны БЦ- 2-4 х (3+2) до БЦ-2-7 х (5+3)

Первая цифра обозначает количество секций, втораяколичество циклонных элементов по движению газов; сумма в скобках – количество элементов по ширине. Таким образом, общее количество циклонов меняется в пределах от 20 до 56 элементов.

Типоразмеры разработанных ЦКТИ и серийно выпускаемых батарейных циклонов для парогенераторов небольшой мощности:

Газораспределительная камера выполняется прямоугольной.

Для мощных парогенераторов в качестве золоуловителей (в качестве 1ой ступени комплексной очистки) применяются батарейные циклоны с большим количеством циклонных элементов, доходящим до 700. Для лучшего распределения очищаемых газов по циклонным элементам устанавливаются клинообразные газораспределительные камеры.

Для агрегатов средней и большой мощности серийно выпускаются батарейные циклоны с клинообразными газораспределительными камерами следующих типоразмеров:

Фильтры являются одними из эффективных уловителей твердых частиц. При фильтрации выбросов через фильтрующие элементы достигается высокая степень очистки, т.е фильтры – аппараты тонкой очистки выбросов от твердых частиц.

29

Промышленные фильтры разделяются на два класса: тканевые и зернистые. Тканевые фильтры могут быть рамочными и рукавными.

Рамочные фильтры.

Название фильтров произошло из конструктивного исполнения. Фильтрующий материал закрепляется на рамке. Он может быть сформирован различными волокнами (волокнистые фильтры) или сеткой (сетчатые фильтры) – см. рис 2.21, 2.22.

Рис 2.21. Волокнистый фильтр : 1 – П-образная планка; 2 – боковая стенка; 3 – разделители; 4 – фильтрующий материал

Рис.2.22. Сетчатый фильтр

Волокна, используемые для получения фильтровальных материалов, делятся на натуральные (например, шерсть, асбестовое волокно) и химические (полиэфирные – лавсан, нитрон, а также стекловолокно).

В зависимости от состояния фильтрующего слоя фильтры делят на аппараты с неподвижным и подвижным фильтрующим слоем. Те и другие могут быть с сухим и смоченным слоем (смачивают для повышения эффективности улавливания) По конструкции фильтра фильтровальные аппараты бывают одно и многосекционными..

Рамочные фильтры применяются в основном для очистки слабозапыленных потоков, например в воздухозаборных устройствах с концентрацией пыли не более 2-5 мг/м3 и размером частиц менее 1 мкм. Для очистки от радиоактивных загрязнений используются фильтры с тканью Петрянова (ФПА и ФПП). Выбор типа ткани для фильтров Петрянова осуществляется в соответствии с таблицей 3, приведенной ниже .

Наиболее распространенным сетчатым фильтром является кассетный фильтр с фильтровальным элементом ФЯР (фильтровальная ячейка Река). Кассета размером 510*510*50, заполненная гофрированной металлической сеткой. Кассетный фильтр с фильтровальным элементом ФЯР (фильтровальная ячейка Река) приведен на рис. 2.23

Сетка может быть выполнена также из винипласта.

30