Муравьева Е.В., Романовский В.Л. Прикладная техносферная рискология. Экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

251

Абразивность пыли. Абразивность — способность пыли вызывать исти-

рание стенок конструкций и аппаратов, с которыми соприкасается пылегазовый

поток. Она зависит от твердости и плотности вещества, из которого образова-

лась пыль, размера частиц, их формы, скорости потока. При значительной абра-

зивности пыли воздуховоды, газоходы, стенки пылеулавливающих аппаратов

выходят из строя в весьма короткий срок. Абразивность пыли нужно учитывать

при выборе материала и толщины стенок каналов для перемещения пылегазо-

вых потоков и аппаратов для очистки этих потоков, а также при необходимости

ограничивать скорость движения потоков. В ряде случаев применяют специ-

альные облицовочные защитные материалы.

Электрические свойства пыли. Электрические свойства ока-

зывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Элек-

трические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчи-

вость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на

живые организмы. Электрические свойства пыли должны быть учте-

ны при решении вопросов, связанных с очисткой газов (воздуха) от

пыли, в первую очередь, с работой электрофильтров. Да

нные об элек-

трических свойствах улавливаемой пыли могут быть использованы

для оптимизации работы электрофильтров, эффективность и устой-

чивость которых непосредственно зависит от этих свойств. С их уче-

том при необходимости осуществляется предварительная подготовка

(кондиционирование) газов перед очисткой в электрофильтре.

Основные электрические свойства пыли:

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует электриче-

скую проводимость слоя пыли. УЭС равно сопротивлению прохождения элек-

трического тока через куб пыли со стороной, равной 1 м; Ом ·м.

По значению УЭС пыль можно разделить на три группы:

– хорошо проводящая < 10

Ом ·м ;

– со средней проводимостью 10

– 10

8...9

Ом ·м ;

– высоомная > 10

8...9

Ом ·м .

Смачиваемость Доля затонувших частиц, %

Плохая < 30

Средняя 30 – 80

Хорошая > 80

252

Электрический заряд пыли. Пылевая, как и другая аэрозольная частица,

может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицатель-

но, нейтральные. Соотношение этих частиц определяет суммарный заряд сис-

темы.

Пылевые частицы получают электрический заряд как в процессе образо-

вания, так и после образования, находясь во взвешенном состоянии, в результа-

те взрыва, диспергирования, взаимного трения, трения о воздух, а также вслед-

ствие адсорбции ионов при ионизации среды. Последний способ электризации

является основным для взвешенных частиц.

Электрическое состояние аэрозольной системы не остается постоянным

во времени. В результате взаимодействия друг с другом и с окружающей сре-

дой взвешенные частицы получают заряд, отдают его, нейтрализуются.

Электрические свойства пыли оказывают определенное воздействие на

устойчивость аэрозоля, а также на характер воздействия пылевых частиц на

живой организм. Известно также, что импульсом в процессе взрывообразова-

ния может быть заряд статического электричества. Для отведения статического

электричества предусматривается заземление оборудования, трубопроводов.

Горючесть и взрываемость пыли. Способность образовывать с возду-

хом взрывоопасную смесь и способность к воспламенению являются важней-

шими отрицательными свойствами многих видов пыли. Ни в чем так не прояв-

ляется отличие физико-химических свойств пыли от свойств твердых веществ,

из которых она образована, как в ее пожаро- и взрывоопасности. Такие вещест-

ва, как зерно и сахар, хотя и способны сгорать при определенных условиях, не

являются взрывоопасными веществами. Будучи же приведенными в пылевид-

ное состояние, они становятся не только пожароопасными, но и взрывоопасны-

ми.

Многие виды пыли образуют с воздухом взрывоопасные смеси, которые

способны взрываться. При взрывах пыли возможны весьма тяжелые последствия

— несчастные случаи с людьми, разрушение и повреждение оборудования, строи-

тельных конструкций и т. д.

Пыль, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе помещений,

взрывоопасна. Осевшая пыль (гель) пожароопасна.

Однако при определенных условиях осевшая пыль способна переходить

во взвешенное состояние, образуя взрывоопасные смеси. Может происходить

как взрыв, так и горение пыли, находящейся во взвешенном состоянии. При

взрыве реакция протекает значительно быстрее, распространяясь со скоростью

сотни и тысячи метров в секунду, при горении — со скоростью несколько де-

сятков метров в секунду. Процесс горения пыли, находящейся во взвешенном

состоянии, протекает гораздо интенсивнее, чем горение осевшей пыли (аэро-

гель).

Горение аэрогеля происходит с поверхности, однако при подъеме этой

пыли в результате локального взрыва, удара и т. д. аэрогель переходит во взве-

шенное состояние, и может произойти интенсивный взрыв.

Локальный взрыв пыли может перевести во взвешенное состояние осев-

шую пыль, в результате фронт взрыва расширится. При первом или последую-

253

щем взрыве происходит встряхивание здания и расположенного в нем оборудо-

вания. Пыль, покрывающая тонким слоем их поверхности, переходит во взве-

шенное состояние, образуя взрывоопасную смесь, которая вновь становится

питательной средой для следующего взрыва. Последующий более мощный

взрыв способен разрушить емкости, где хранятся пылевидные материалы. Это

уже будет средой для мощного взрыва, способного разрушить здание.

Возбуждение взрыва пыли возможно при сочетании определенных усло-

вий, необходимых для взрыва. Если отсутствует хотя бы одно из этих условий, взрыв

не произойдет, несмотря на наличие остальных.

Этими условиями являются следующие:

- концентрация пыли в воздухе между нижним и верхним пределами;

- наличие источника возбуждения взрыва, достаточной температуры и

мощности в запыленной зоне;

- питание кислородом, достаточное для обеспечения процесса горения.

ВОПРОС №3: МЕТОДЫ ГАЗООЧИСТКИ ОТ АЭРОЗОЛЕЙ; ДОСТО-

ИНСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДОВ

Для обезвреживания аэрозолей используют сухие, мокрые и электриче-

ские методы. Аппараты, с помощью которых эти методы реализуются, разли-

чаются как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц.

В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и цен-

тробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. В мокрых

пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жид

костью. При

этом осаждение происходит на капле, на поверхности газовых пузырей или на

пленке жидкости. В электрофильтрах осаждение частиц аэрозоля происходит

на осадительных электродах.

Термины «сухой метод» и «мокрый метод» возникли в первые годы раз-

вития газоочистки как профессионально-жаргонные, но затем закрепились и в

настоящее время являются общепризнанными.

Сухими методами называются те, которые искл

ючают использование

воды, водных растворов и других жидкостей в качестве промывных или погло-

тительных средств. Сухие методы не исключают использование жидкостей, в

основном воды, для подготовки летучих выбросов перед их подачей в газоочи-

стительные аппараты. Например, практикуется подача некоторого расчетного

количества тонкораспыленной воды в пылегазовый поток с целью у

меньшения

его температуры и уменьшения удельного электрического сопротивления. Вода

при этом полностью испаряется и никаких промывных или поглотительных

функций не выполняет.

Достоинства сухих методов:

1. Температура остаточного выброса после сухой очистки определяется

только конструктивными соображениями и может достигать 400-500

С, а при

наличии теплозащитной футуровки еще большего значения. Это позволяет ути-

лизировать теплоту газа после очистки со значительным экономическим эф-

фектом.

254

2. При выбросе в атмосферу сухих и относительно горячих газов значи-

тельно улучшаются условия их рассеивания.

3. Отсутствует потребление воды, которая является ценным, а в ряде ре-

гионов дефицитным природным ресурсом.

4. Нет вторичных стоков загрязненных жидкостей, которые необходимо

подвергать глубокой очистке перед сбросом в водоемы, либо специально обра-

батывать для повторного использования в технологическом процессе.

5. Если температура смеси в тра

кте газоочистки устойчиво превышает

температуру конденсации содержащихся в ней паров, коррозия оборудования

не имеет места.

6. Если улавливается пыль, она выгружается из пылеуловителей в виде

сухого порошкообразного продукта, который может быть утилизирован без

сложных промежуточных операций.

Недостатки сухих методов:

1. В си

стеме транспорта уловленного порошкообразного продукта

существует опасность вторичного образования аэрозолей. Поэтому указанные

системы подлежат тщательной герметизации, а в некоторых случаях снабжают-

ся собственными аспирационными отсосами (очистка отсосов может быть са-

мостоятельной, но часто практикуется их подача в основной газовый тракт пе-

ред основными газоочистительными аппаратами).

2. Сухие си

стемы очистки резко отрицательно реагируют на конден-

сацию паров, особенно паров кислых жидкостей, как во всем объеме, так и в

ограниченной части пылегазового потока (например, в местах подсосов холод-

ного наружного воздуха, возле сравнительно холодных стенок пылесборных

бункеров и т. д.). Конденсация вызывает общую или местную коррозию, а так-

же способствует образованию трудноудаляемых отложений пыли, особенно ес-

ли последняя гидрофильна и способна схватыват

ься в присутствии влаги.

Мокрыми называются методы, основанные на использовании воды или

других жидкостей в качестве промывных или поглотительных агентов, а также

методы, при которых жидкость не промывая выбросов и не поглощая их ком-

понентов, выполняет какую-либо важную технологическую функцию. Напри-

мер, у мо

крых электрофильтров удаление с электродов уловленной пыли про-

изводится не отряхиванием, а смывом. К мокрым относятся также электро-

фильтры, улавливающие не пыль, а тонко-дисперсные брызги жидкости, уне-

сенные из предыдущее ступени очистки.

Области применения сухих и мокрых методов не разграничены абсолют-

но четко и однозначно, поскольку нер

едко оба метода технологически пригод-

ны для решения одинаковых задач. Выбор метода диктуется технико-

экономическими соображениями и спецификой предприятия, для которого про-

ектируется газоочистка.

Достоинства мокрых методов:

1. Аппараты мокрой очистки в общем конструктивно проще аппаратов

сухой очистки; не имеют вовсе или имеют очень мало движущихся механиче-

ских ч

астей.

255

2. Транспорт уловленного продукта конструктивно прост (объект транс-

портировки – шлам, пульпа или растворы) и не требует предохранительных мер

против вторичного образования аэрозолей.

Недостатки мокрых методов:

1. Аппараты потребляют воду, которая является ценным и нередко дефи-

цитным природным ресурсом. Даже при наличии замкнутого цикла орошения

потери воды (за счет испарения, с уловленным продуктом) неизбежны и требу-

ют возмещения.

2. Имеет место втори

чный сток загрязненных жидкостей, которые без со-

ответствующей (нередко довольно сложной ) обработки не могут быть ни

сброшены в водоемы (канализацию), ни возвращены в цикл. В некоторых слу-

чаях требуются сложные системы регенерации растворов.

3. После мокрой очистки остаточный выброс – холодный и влажный, из-

за чего ухудшаются условия его рассеивания. Если очистке подвергаются горя-

чие выбросы, то основное к

оличество содержащейся в них теплоты делается

более сложной и менее эффективной (в некоторых случаях теплообменники ти-

па жидкость – жидкость встраиваются в циркуляционную систему орошения).

4. В большинстве случаев в выбросах присутствуют коррозионно-

активные вещества, агрессив

ные свойства которых усиливаются в присутствии

влаги. Поэтому при использовании мокрых методов необходимо решать ком-

плекс вопросов противокоррозионной защиты. Недостаточное внимание к ним

приводит к катастрофически быстрому разрушению газоочистительных соору-

жений, что неоднократно наблюдалось на практике.

5. Некоторые ядовитые газовые компоненты выбросов, поглощенные во-

дой (без нейтрализации), могут в системе рециркуляции вторично в

ыделяться,

создавая опасность для персонала.

6. Утилизация уловленного продукта (если только он не утилизируется в

виде шлама, пульпы или растворов) требует создания сложных технологиче-

ских систем, которые по насыщенности оборудованием и эксплуатационным

расходам нередко превосходят основные газоочистительные сооружения.

В последние десятилетия в мировой практике преобладают тенденции

развития сухих методов. Этому способствует совершен

ствование конструкций

электрофильтров и рукавных фильтров.

ВОПРОС №4:

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ГАЗО-

ОЧИСТКИ

Эффективность очистки газа (степень очистки, коэффициент очистки,

КПД) обычно выражается отношением количества уловленного материала к

количеству материала, поступающего в газоочистной аппарат с газовым пото-

ком за определенный период времени:

вхвх

выхвыхвхвх

вх

выхвх

выхул

ул

вх

ул

LzLz

−

256

где G

ул

– количество уловленного материала, кг/с;

вх

– количество поступающего материала, кг/с;

вых

– количество материала, «проскочившего» через газоочистной

аппарат, кг/с;

вх

, L

вых

– объем газов соответственно на входе и выходе

из аппарата, м

/с;

вх

, z

вых

– концентрация материала в газе соответственно на входе

и выходе из аппарата, кг/м

В случае, если можно принять L

вх

= L

вых

вх

вых

вх

выхвх

−=

−

Улавливающую способность очистных аппаратов можно характе-

ризо-

вать коэффициентом проскока ε, учитывающим величину выноса

мате-риала из аппарата газоочистки:

ε =

вх

вых

1 – η.

Возможность использования того или иного типа устройства для

обезвреживания выбросов определенного состава устанавливается по полному

коэффициенту очистки, для подсчета которого необходимы данные о селектив-

ных коэффициентах очистки рассматриваемого аппарата. Селективную способ-

ность пылеосадительных устройств по отношению к полидисперсным приме-

сям газовых выбросов принято характеризовать фракционными и парциальны-

ми коэффициентами очистки.

Степень совершен

ства того или иного аппарата улавливать пыль

определенного размера частиц (d

) выражает парциальный коэффициент очи-

стки. Степень осаждения частиц, усредненная в пределах фракции, т.е. по ин-

тервалу размеров, представляющих фракцию, выражает фракционный коэффи-

циент очистки. Иными словами, парциальные коэффициенты очистки

говорят о возможности аппарата улавливать пыль того или иного размера, а

фракционные, в итоге, о возможности его работы с пылью конкретного дис-

персного состав

а. Обычно, фракционные (парциальные) коэффициенты очист-

ки для различных пылеуловителей определяются экспериментально, путем

проведения соответствующих испытаний аппаратов.

Полный коэффициент очистки может быть подсчитан по дисперсному

составу пыли, входящей в аппарат, и по фракционным коэффициентам

очистки:

∑

Δ⋅=

Δ⋅

вх

ул

)(

где n – количество фракций в дисперсном составе пыли;

257

i – номер фракции ( i = 1… n );

– фракционный коэффициент очистки для частиц i-той

фракции;

GΔ – количество поступающего материала i-той фракции, кг/с;

gΔ – доля материала i-той фракции в поступающем на очистку

материале.

В некоторых случаях зависимость парциальной эффективности аппарата

=f(d

) при построении в вероятностно-логарифмической системе координат

приобретает вид прямой линии, свидетельствующей о том, что она может быть

записана в виде интеграла вероятности:

()

[]

)/lg(

2lg

)/(lg

/lg

ddde

πσ

−

∞−

∫

где lg(d

) – логарифм отношения текущего размера частиц d

к диа-

метру частиц d

50,

осаждаемых в аппарате при данном режиме его работы на

50%; lg

- стандартное отклонение в функции распределения парциальных ко-

эффициентов очистки.

Значение d

соответствует ординате графика

=f(d

) , равной 50%; lgσ

находится из соотношения:

= lgd

84,1

- lgd

= lgd

- lgd

15,9 ,

где d

15,9

– значение абсциссы, ордината которой равна 0,159 (15,9 %); d

84,1

– значение абсциссы, ордината которой равна 0,841 (84,1 %).

Если распределение подлежащих улавливанию частиц пыли на входе в

аппарат является логарифмически-нормальным, а зависимость

=f(d

) может

быть записана в виде интеграла вероятности, то значение полного коэффициен-

та очистки можно представить в виде функции нормального распределения:

)(xФ=

параметр х которой определяется по соотношению:

чm

ddx

σσ

lglg/)/lg( +=

где

d – соответственно дисперсия и диаметр частиц, осаждаемых в ап-

парате на 50% (характеристики аппарата);

d – соответственно дисперсия

и медианный диаметр подлежащих улавливанию частиц пыли на входе в аппа-

рат.

Суммарную степень очистки

η, достигаемую в нескольких последова-

тельно установленных аппаратах, определяют по формуле:

η=1-(1-η

)(1-η

) …(1-η

258

где η

, η

, …, η

– эффективность очистки газа соответственно в первом,

втором и n-ном устройстве газоочистки.

Степень очистки

η, достигаемая в аппарате (или в нескольких после-

довательно установленных аппаратах), может говорить о сравнительной сте-

пени совершенства аппарата, о правильности его подбора и эксплуатации, но

не говорит о достаточности очистки в каждом конкретном случае.

Фактический выброс загрязняющих веществ в атмосферу от всех

источников выбросов должен обеспечить концентрацию вредных веществ в

воздухе, не превы

шающую предельно допустимую (ПДК).

В соответствии с Законом об охране атмосферного воздуха для каждого

источника выброса и для предприятия в целом устанавливается предельно до-

пустимый выброс (ПДВ), обеспечение которого и может служить показа-телем

достаточности очистки в конкретном случае.

ВОПРОС №5:

ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ; КЛАССИ-

ФИКАЦИЯ АППАРАТОВ

Простейшим методом удаления твердых частиц из газопылевого потока

является их осаждение под действием силы тяжести. Собственно на этом прин-

ципе работают все аппараты сухого инерционного обеспыливания газов: пыле-

осадительные камеры, жалюзийные аппараты, циклоны различных модифика-

ций, дымососы-пылеуловители и др.

Действие инерционных пылеуловителей основано на резком изменении

направления движения газопылевого потока. Частицы по инерции движутся в

первоначальном направлении и попадают в сборный бункер, а очищенный от

крупных частиц пылегазовый поток выходит из пылеуловителя.

Инерционные пылеуловители сложнее по конструкции, чем пылевые ка-

меры, но имеют ряд существенных преимуществ перед последними: малые га-

бариты, возможность улавливания частиц размером до 20 мкм. Из всей разно-

видности инерционных аппаратов наибольшее распространение имеют цикло-

ны, характеризующиеся относительно высокой степенью очистки при умерен-

ных значениях газодинамического сопротивления. Применение пылеосади-

тельных камер и простейших по конструкции пылеуловителей инерционного

типа оправдано лишь для предварительной очистки газов от частиц размером

более 100 мкм.

Для крупных технологических агрегатов (вращающиеся печи, сушилки,

мельницы) пылеосадительные камеры поставляются в комплекте с основным

технологическим оборудованием.

Жалюзийные аппараты требуют меньших производственных площадей,

так как жалюзийную решетку можно встроить в газоход. Однако необходимы

дополнительные устройства для осаждения образующегося в них пылевого

концентрата. Такие устройства приходится применять и для прямоточных ци-

клонов, работающих в режиме отсоса части газов из бункера, и др. Все аппара-

ты с дополнительными устройствами для осаждения образующегося в них пы-

259

левого концентрата получили название пылеконцентраторы. Как правило, на

линии отсоса пылевого концентрата устанавливаются циклоны, иногда рукав-

ные фильтры.

В классе инерционных пылеуловителей батарейные циклоны вследствие

простоты конструкции и эксплуатационной надежности являются довольно рас-

пространенными аппаратами. В ряде случаев они устанавливаются в качестве са-

мостоятельных пылеуловителей (малые котельные, работающие на высоко-

зольном топливе, мусоросжигательные котлы, установки для сжигания отходов

переработки нефтепродуктов и др.). Следует отметить, что рабочая температура

батарейных циклонов достигает 400

С; в этом состоит их существенное пре-

имущество перед другими пылеуловителями этого класса.

К группе инерционных пылеуловителей относятся ротационные ап-

параты, в которых сепарация пыли происходит вследствие вращения ротора.

Эти аппараты условно можно разделить на два типа. Аппараты первого типа

имеют ротор в виде вентиляционного колеса особой конструкции, который от-

брасывает частицы пыли к периферии и одновременно заставляет их двигаться

в радиальном направлении к кольцевой щели пылесборной улитки и далее че-

рез циклонный элемент или непосредственно в бункер. К числу таких аппара-

тов относится, например, кариолисовый пылеотделитель ПВК. Отметим, что эф-

фективность ПВК на грубой кварц

евой пыли (средний размер частиц >50 мкм)

77 %, тогда как циклон

типа ЦН-11 при одинаковых условиях обеспечивает

степень очистки до 90 %.

Аппараты второго типа имеют ротор с отверстиями, через которые газо-

пылевой поток просасывается в радиальном направлении к оси ротора. Частицы

пыли вследствие действия центробежной и кариолисовой сил не могут пройти

через отверстия ротора в нейтральную зону аппарата, отбрасываются на пери-

ферию и оседают в пылесборном бункере. К таким аппаратам можно отнести

центробежные пылеотделители Грищенко, Розенкранца и др., а также дымосос-

пылеуловитель конструкции НИИОгаза.

В связи с серийным производством дымососов-пылеуловителей послед-

ние получают все большее распространение. Относительно небольшие габари-

ты и низкие энергетические затраты на очистку газов позволяют применять эти

аппараты на энергопоездах, асфальтобетонных заводах, малых котельных и др.

Отметим, что степень очистки газов

дымососом-пылеуловителем от частиц

размером <10 мкм ниже, чем

у циклонов.

В промышленности встречаются и другие конструкции пылеуловителей

этого класса, но они, как правило, изготавливаются самими предприятиями, где

эксплуатируются, и серийно не выпускаются.

ВОПРОС №6: ПЫЛЕОСАДИТЕЛЬНЫЕ КАМЕРЫ И ИНЕРЦИОННЫЕ

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Пылеосадительные камеры относятся к простейшим устройствам для

улавливания крупных сырьевых частиц или пыли. Они действуют по принципу

осаждения частиц при медленном движении пылегазового потока через рабо-

260

чую камеру, поэтому основными размерами камеры являются ее

высота и

длина (рис. 2.1).

Геометрические размеры

определяют время

пребывания

пылегазового потока в камере.

Даже самые совершенные по конструкции пылеосадительные камеры за-

нимают много места, а поэтому в качестве самостоятельных элементов пыле-

улавливающей системы находят ограниченное применение.

Однако упрощенные варианты пылевых камер применяются в качестве

элементов основного технологического оборудования. Пылевые

Рис.2.1. Пылеосадительная камера: 1 – корпус; 2 –пылеотводящий бункер.

камеры, позволяют улавливать грубые частицы, что предотвращает осаждение

этих частиц в соединительных газоходах и разгружает высокоэффективные

пылеуловители – рукавные фильтры, электрофильтры.

Камеры изготавливают из кирпича, железобетона или стали. Расчет пылевой

камеры сводится к определению площади осаждения, т. е. площади днища ка-

меры. При этом принимают ряд допущений: пыль равномерно распределяется

по сечению камеры как по концентрации, так и по дисперсности; она состоит из

шаровых частиц и полностыо подчиняется закону Стокса; скорость газа по се-

чению камеры принимается равномерной; результат действия конвекционных

токов и турбулентности газового потока на частицы пыли равен нулю; осевшая

пыль не уносится из камеры.

Закон Стокса выражает силу сопротивления f, оказываемую вязкой

средой движущейся шарообразной частице при ламинарном обтекании:

f=-3πμd

где d

— диаметр частицы; μ— динамическая вязкость среды; υ

— скорость

частицы.

Осаждение частицы, имеющей плотность ρ

, в вязкой среде с плот-

ностью ρ происходит под действием силы тяжести f

, которая в этих усло-

виях равна: πd

=mg = —— ( ρ

— ρ ) g.

При достижении равномерной скорости падения

сила сопротивления

среды уравновешивает силу тяжести. Из условия равенства этих сил скорость