Очистка газопылевых смесей от твёрдых частиц

Под очисткой газопылевых смесей понимают отделение от них загрязняющих веществ или перевод последних в безвредное состояние.

Выбор отдельных аппаратов и/или схем очистки отходящих газов от пыли и эффективность их работы зависят, главным образом, от физико-химических свойств пылевых частиц, наиболее важными из которых являются:

– плотность;

– дисперсность (дисперсный состав);

– слипаемость;

– смачиваемость;

– электрическое сопротивление.

Дисперсность пыли характеризует диапазон (разброс) размера пылевых частиц (от наименьшего до наибольшего). Дисперсным составом пыли называют распределение пылевых частиц по фракциям, ограниченным частицами определённого размера, с указанием доли каждой фракции в процентах по массе или по числу частиц.

Основными механизмами отделения твёрдых частиц от газовой фазыявляются:

1) гравитационное осаждение (седиментация)– происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести;

2) инерционное осаждение– происходит в случае, когда масса частицы или скорость её движения настолько значительны, что она не может следовать вместе с газом по линии, огибающей препятствие, а стремится продолжить своё движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нём;

3) осаждение под действием центробежной силы– происходит при криволинейном движении аэродисперсного потока, когда развиваются центробежные силы, под действием которых частицы отбрасываются на поверхность осаждения;

4) зацепление, захват (эффект касания)– наблюдается, когда расстояние частицы, движущейся с газовым потоком, от обтекаемого тела равно или меньше её радиуса;

5) диффузионное осаждение– обусловлено броуновским (тепловым) движением частиц, в результате чего повышается вероятность их контакта с обтекаемым телом;

6) электрическое осаждение– заключается в зарядке частиц с последующим выделением их из газовой фазы под воздействием электрического поля.

По принципиальным особенностям процесса очистки все пылеуловители делятся на 4 типа:

1) "Сухие" механические пылеуловители – в них твёрдые частицы отделяются под действием внешней механической силы – гравитации, инерции или центробежной силы.

В эту группу входят: пылеосадительные камеры; инерционные пылеуловители (ударно-инерционные и жалюзийные); вихревые и динамические (ротационные) пылеуловители; циклоны.

2) "Мокрые" пылеуловители – в них твёрдые частицы улавливаются жидкостью.

В эту группу входят: скрубберы (газопромыватели) различных конструкций; "мокрые" циклоны.

3) Фильтрующие устройства – в них твёрдые частицы задерживаются пористыми перегородками.

В эту группу входят фильтры из различных материалов – тканей, волокон, керамики, полимеров, зернистых слоёв гравия, песка и др.

4) Электрофильтры – в них твёрдые частицы осаждаются под действием электрического поля.

В пылеосадительных камерах выделение пыли происходит за счёт увеличения сечения воздуховода, вследствие чего скорость газопылевого потока резко падает и частицы пыли выпадают вниз под действием силы тяжести. В инерционных пылеуловителях выделение пыли достигается посредством резкого изменения направления газопылевого потока или установки на его пути препятствий, вследствие чего частицы пыли, стремясь сохранить направление движения под воздействием силы инерции, ударяются о перегородки внутри аппарата и выпадают вниз под действием силы тяжести. В циклонах пылевые частицы выделяются под действием центробежной силы в процессе завихрения (вращения) газового потока. В ротационных (динамических) пылеуловителях сепарация пыли происходит в результате вращения барабана (вентиляторного колеса).

В основе работы фильтрующих устройств лежит процесс пропускания газопылевой смеси через пористую перегородку. При этом газ полностью проходит сквозь неё, а частицы пыли задерживаются в объёме фильтрующего материала и/или образуют пылевой слой на его поверхности. Выделение твёрдых частиц из газового потока при фильтрации происходит в результате совокупного действия силы инерции, броуновской диффузии и зацепления. Кроме того, определённое влияние на процесс фильтрации могут иметь силы электростатического притяжения. По типу материала, из которого изготавливаются фильтрующие перегородки, фильтры делят на тканевые, волокнистые и зернистые.

Принцип действия всех пылеуловителей "мокрого" типа заключается в осаждении пылевых частиц, главным образом, за счёт силы инерции и броуновской диффузии. Второстепенное значение имеют центробежное и гравитационное осаждение, реализуются и другие механизмы.

В результате контакта запылённого газа с жидкостью образуется межфазная поверхность контакта, которая состоит из газовых пузырьков, газовых и жидких струй, капель, плёнок жидкости.

В зависимости от формы контакта газовой и жидкой фаз все способы "мокрой" пылеочистки можно разделить на 3 группы:

1 – улавливание в объёме (слое) жидкости;

2 – улавливание плёнками жидкости;

3 – улавливание распылённой жидкостью (каплями) в объёме газа.

По способу действия выделяют следующие типы газопромывателей (скрубберов):

1 – полые;

2 – насадочные;

3 – тарельчатые (барботажно-пенные);

4 – ударно-инерционного действия;

5 – центробежного действия;

6 – динамические (механические);

7 – скоростные (Вентури).