Гравитационная очистка газов

Отстаивание твердых частиц в газовой среде подчиняется принципиаль­но тем же закономерностям, что и осаждение их под действием сил тяжести в капельной жидкости. Скорость отстаи­вания пропорциональна, при прочих равных услови­ях, разности плотностей частиц r_тв и газа r_г. Учи­тывая, что r_г на несколько порядков меньше плотно­сти капельной жидкости r_ж, можно заключить, что скорость очистки газов в поле сил тяжести будет значительно выше скоро­сти отстаивания в капельно-жидких средах. Несмотря на это, очистка газа отстаиванием является относительно малоэффективным процессом, так как действующие силы в данном случае невелики сравнительно с цент­робежными и другими силами, используемыми для той же цели.

Пылеосадительные камеры. Очистку газов от пыли под действием сил тяжести производят в пылеосадительных камерах (рис. V-38). Запыленный газ поступает в камеру 1, внутри которой установлены горизонтальные перегородки (полки) 2. Частицы пыли оседают из газа при его движении между полками, расстояние между которыми обычно составляет 0.1-0.4 м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь осаждающихся частиц пыли. Вместе с тем наличие полок позволяет уве­личить эффективную поверхность осаждения частиц. Уменьшение пути частиц и увеличение поверхности осаждения способствуют уменьшению времени осаждения и, следовательно, повышению степени очистки газа и производительности камеры. Однако скорость потока газа в камере огра­ничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры.

Газ, пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перего­родку 3 (при этом из него осаждается под действием сил инерции дополни­тельно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Одновременно отражательная перегородка способствует более равномерному распределе­нию газа между горизонтальными полками камеры, так как в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется с них вручную специальными скребками через дверцы 4 в боковой стенке или смывается водой. Для не­прерывной очистки газа от пыли камеру делят на два самостоятельных отде­ления или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделении (или в одной камере) производится очистка газа, в это же время другое отделение (камера) очищается от осевшей в нем пыли.

Под действием силы тяжести удается достаточно полно выделить из газа лишь крупные частицы пыли. Поэтому пылеосадительные камеры исполь­зуют только для предварительной, грубой очистки газов, содержащих частицы пыли относительно больших размеров (>100 мкм). Степень очи­стки газа от пыли в этих аппаратах обычно не превышает 30-40%. В на­стоящее время пылеосадительные камеры ввиду их большой громоздкости и сравнительно малой эффективности вытесняются другими аппаратами, в которых применяются более совершенные способы очистки газа.

Очистка газов под действием инерционных

И центробежных сил

Инерционные пылеуловители. Действие пылеуловителей такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока, которое сопровождается значи­тельным уменьшением его скорости. Устанавливая на пути движения запы­ленного газа (например, в газоходе) отражательные перегородки или при­меняя коленчатые газоходы, изменяют направление движения газа на 90 или 180^а. При этом частицы пыли, стремясь сохранить направление своего первоначального движения, удаляются из потока. Для эффективного улавливания пыли скорость потока газа перед перегородками должна составлять не менее 5-15 м/сек.

Жалюзийный пылеуловитель (рис. V-39) состоит из собственно инерционного первичного пылеуловителя 1 и вторичного пыле­уловителя — циклона 2. Запыленный газ поступает в пылеуловитель 1, жалюзи 3 которого представляют собой набор наклонных колец, установ­ленных с зазором 2—3 мм и немного перекрывающих друг друга. Жалюзи имеют коническую форму для того, чтобы скорость газа в различных попе­речных сечениях аппарата оставалась примерно постоянной.

Частицы пыли, ударяясь о кольца жалюзи, отбрасываются к оси конуса, а освобождаемый от наиболее крупных частиц пыли газ, проходит через зазоры в конусе и удаляется через патрубок 4. Небольшая часть газа (примерно 10%), в которой концентрируется основная масса частиц, по­ступает в циклон 2, где под действием центробежных сил освобождается от основной массы пыли и возвращается на доочистку в первичный жалюзийный пылеуловитель. Пыль удаляется из циклона через патрубок 5. Жалюзийные пылеуловители могут устанавливаться в горизонтальных и вертикальных газопроводах.

Инерционные пылеуловители отличаются простотой устройства, ком­пактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60%) пыли (размер удаляемых частиц более 25 мкм). К недостаткам инерционных пылеуловителей отно­сятся также сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быст­рый износ и забивание перегородок.

Циклон конструкции Научно-исследовательского института по сани­тарной и промышленной очистке газов (НИИОгаз) состоит (рис. V-40) из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и крыш­кой 3. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/сек) через патрубок 4 прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком враща­тельном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в на­правлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник 5. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу 6.

Движение частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращатель­ным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.

В циклонах НИИОгаз с диаметром корпуса от 100 до 1000 мм степень очистки газов от пыли составляет 30-85% (для частиц диаметром 5 мкм) и с увеличением диаметра частиц повышается до 70-95% (для частиц диаметром 10 мкм) и далее до 95-99% (для частиц диаметром 20 мкм). При этом содержание пыли в очищаемом газе не должно превышать 0.2-0.4 кг/м³. Лишь для циклонов диаметром 2000-3000 мм допускается уве­личение начальной концентрации пыли в газе до 3—6 кг/м³. Теоретический расчет циклонов весьма сложен. Поэтому их рассчитывают упрощенно по гидравлическому сопротивлению аппарата Dр (н/м³).

Циклоны из углеродистой стали (нормали­зованные) применяются для очистки газов, имеющих температуру не более 673 °К (400 °С). Газы с более высокими температурами очищают в циклонах, изготовленных из жаропрочных материалов; в этих случаях корпус циклона часто футеруют изнутри термостойкими мате­риалами (шамотным кирпичом, огнеупорными плитками и др.). Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15-20 °С выше их точки росы, чтобы не происходили конден­сация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.

Степень очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возраста­ние гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьше­ние радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют не­сколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются бата­рейными циклонами, или муль­тициклонами.

На рис. V-41 показан батарейный циклон, состоящий из параллельно рабо­тающих циклонных элементов, смонтированных в общем корпусе 1, Запы­ленный газ через входной патрубок 2 попадает в газораспределительную камеру 3, ограниченную трубными решетками 4, в которых герметично закреплены циклонные элементы 5. Газ равномерно распределяется по отдельным элементам, действие которых основано на том же принципе, что и работа обычных циклонов. Очищенный газ выходит из элементов в общую камеру и удаляется через патрубок 6. Пыль собирается в кони­ческом днище (бункере) 7.

Устройство циклонных элементов показано на рис. V-42. Газ поступает в элементы не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпусом 1 и выхлопной трубой 2. В кольцевом зазоре установлено закручивающее лопастное устройство 3 в виде «винта» (рис. V-42, а), имеющего две лопасти, наклоненные под углом 25°, или «розетки» (рис. V-42, б) с восемью лопатками, расположенными под углом 25 или 30°. При помощи такого устройства обеспечивается вращение газового потока. Пыль из элемента ссыпается через пылеотводящий патрубок 4 в общую пылесборную камеру аппарата.

Имеется ряд конструкций батарейных циклонов, отличающихся формой корпуса элементов (например, с элементами цилиндрической формы), их расположением в пространстве (горизонтальные элементы) и способами сообщения газу вращательного движения. Так, в прямоточных батарейных циклонах (рис. V-43) частицы пыли отбрасы­ваются с помощью закручивающего устройства 1, расположенного по оси входной трубы 2, к ее внутренней по­верхности и удаляются вместе с неболь­шой частью газа (5-10%) через коль­цевую щель 3 в пылесборную камеру, а очищенный газ выводится через вы­хлопную трубу 4. Такие батарейные циклоны более компактны и обладают меньшим гидравлическим сопротивле­нием, но они менее эффективны, чем обычные батарейные циклоны (рис. V-41).

Широко распространенные батарей­ные циклоны изготовляются с нормализованными элементами диаметром 100, 150 и 250 мм; они рассчитаны на очистку газов с содержанием пыли 0.05-0.1 кг/м³. Степень очистки газа в батарейных циклонах несколько отличается от степени очистки его в обычных циклонах (рис. V-40) и составляет 65-85% (для частиц диа­метром 5 мкм), 85-90% (для частиц диаметром 10 мкм) и 90-95% (для частиц диаметром 20 мкм).

Для нормальной работы батарейного циклона необходимо, чтобы все его элементы имели одинаковые размеры, а очищаемый газ — равномерно распределялся между элементами. В этих условиях гидравлическое сопро­тивление элементов будет одинаковым. Батарейные циклоны целесооб­разно применять, и тогда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпу­честью и исключена возможность ее прилипания к стенкам аппарата, что затрудняло бы очистку элементов.

Батарейные циклоны обычно используют, когда расходы запыленного газа велики и применение нескольких обычных циклонов менее экономично. Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции (не имеют дви­жущихся частей) и могут быть использованы для очистки химически актив­ных газов при высоких температурах. По сравнению с аппаратами, в кото­рых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести или инер­ционных сил, циклоны обеспечивают более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.

К недостаткам циклонов относятся: сравнительно высокое гидравличе­ское сопротивление (400-700 н/м², или 40—70 мм йод. ст.), невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм (70-95%), механиче­ское истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к ко­лебаниям нагрузки по газу.

В циклонах рекомендуется улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.