Сухая очистка от пыли. Методы очистки воздуха от пыли

Защита от пыли осуществляется посредством размещения складов сыпучих материалов, камнедробильных установок, грохотов и другого пылящего оборудования изолированно от других рабочих мест с под­ветренной стороны. Эффективными методами защиты от пыли является внедрение комплексной механизации и автоматизации производствен­ных операций с автоматическим или дистанционным контролем и управ­лением, герметизация оборудования, приборов и коммуникаций, размещение опасных узлов и аппаратов вне рабочих зон, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми; применение местных отсосов от оборудования и аппаратуры; автоблокировка пуско­вых устройств технологического и санитарно-технического оборудова­ния, гидрообеспыливание. Все эти средства относятся к общим методам защиты работающих и оборудования от пыли. Для обеспечения чисто­ты воздушной среды в рабочей зоне (пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания работающих) предусматривают обычно ряд мер обеспыливания: при сухом размоле материалов устанавливают улавливатели взвешенной в воздухе пыли; применяют пневматическое транспортирование полученного продукта; обеспечивают отсасывание (аспирацию) пыли из-под укрытий в местах ее образования, например у шнековых камнедробилок в местах подачи камня в зев, на ленточных транспортерах в местах перегрузки сыпучих материалов с одного транспортерах на другой (рис. 7.2) и т. д. Создаваемое при аспирации разреже­ние вскрытии, соединенном с воздуховодом вытяжной вентиляции, не позволяет загрязненному воздуху поступать в воздух рабочей зоны (рис. 7.3). Отсосы от оборудования и аппаратуры выполняют конструк­тивно встроенными сблокированными с пусковым устройством основ­ного оборудования.

Рис. 7.2. Схема перегрузочных конвейеров:

а - с отбивными плитами; б - с отсасывающей воронкой; 1 - подающий конвейер; 2 - верхнее укрытие; 3, 7 - отбойные плиты; 4 - отсасывающие воронки; 5 - уплотняющий фартук;6-нижнее укрытие; 8 - принимающий конвейер; 9 - уплотняющая полоса

Рис. 7.3. Схема аспирации молотковой дробилки:

1 - отсасывающая воронка; 2 - аспирационное - укрытие; 3 - отводная труба: 4 - уплотняющий фартук; 5 - питатель; 6 - отражатель; 7 - приемное отверстие дробилки; 8- укрытие места загрузки конвейера; 9 - ленточный конвейер; 10 - карман; 11-молотковая дробилки

Перед выбросом в атмосферу или в рабочее помещение запыленный воздух подвергают предварительной очистке.

Универсальных пылезадерживающих устройств, пригодных для лю­бых видов пыли и для любых начальных концентраций, не существует. Каждое из этих устройств пригодно для определенного вида пыли, начальной концентрации и требуемой степени очистки.

Важным показателем работы обеспыливающего оборудования явля­ется коэффициент степени очистки воздуха, который определяют по формуле:

V 1 m 1 − V 2 m 2

k оч = ――――――100%,

где m 1 и m 2 -содержание пыли в воздухе до и после очистки, мг/м 3 ; V 1 и V 2 -объем воздуха до и после очистки, м 3 .

Очистка воздуха от пыли может быть грубой, средней и тонкой. При грубой очистке задерживается крупная пыль (размером частиц более 100 мкм). Такую очистку можно использовать, например, как предварительную для сильно запыленного воздуха при многоступенча­той очистке. При средней очистке задерживается пыль с размером частиц менее 100 мкм, а ее конечное содержание не должно быть более 100 мг/м 3 . Тонкой является такая очистка, при которой задерживается очень мелкая пыль (до 10 мкм) с конечным содержанием в воздухе при­точных и рециркуляционных систем до 1 мг/м 3 .

Обеспыливающее оборудование подразделяют на пылеуловители и фильтры.

Пылеуловители - это устройства, действие которых основано на использовании для осаждения частиц пыли сил тяжести или инерцион­ных сил, отделяющих пыль от воздушного потока при изменении ско­рости (в пылеосадочных камерах) и направлении его движения (одиноч­ные и батарейные циклоны, инерционные и ротационные пылеулови­тели).

Пылеосадочные камеры применяют для осаждения крупной и тяже­лой пыли с размером частиц более 100 мкм.

Скорость активного воздуха в поперечном сечении камеры прини­мается небольшой - около 0,5 м/с, для того чтобы пыль можно было осадить в камере. Поэтому габариты камер получаются довольно боль­шими, что ограничивает их применение, несмотря на очевидные до­стоинства - малое гидравлическое сопротивление, дешевую эксплу­атацию и простоту обеспыливания. Эффективность очистки можно уве­личить (до 80-95%), если использовать камеру лабиринтного типа.

Циклоны выполняют в виде полого металлического цилиндра, пере-ходящего в нижней части в конус (рис. 7.5). Они имеют значительно меньшие объемы при высокой эффективности. Их называют также и центробежными пылеотделителями, так как просасываемый через них воздух движется по спирали. Вниз он движется между кожухом циклона и выходной трубой, а вверх - по выходной трубе. Принцип действия такого пылеотделителя состоит в том, что пылинки под действием центробежной силы ударяются о стенки циклона и, потеряв скорость, выпадают на его поверхность, а затем следуют за поступательным движением воздуха вниз, в коническую его часть. Пыль из конической части циклона поступает в приемный бункер, а воздух по выходной трубе движется вверх по спирали.

Рис. 7.5. Схема циклона:

1 − входной патрубок; 2 − дно конической части; 3− центробежная труба.

Рис. 7.6. Фильтры:

а − электрический; б - ультразвуковой; 1 - изолятор; 2 - стенки фильтра; 3 - коронирующий электрод; 4 - заземление; 5-генератор ультразвука; 6 - циклон

При необходимости очистки воздуха от пылевидных частиц разме­ром менее 25 мкм применяют циклоны с водяной пленкой, в которых отбрасываемая центробежной силой к стенкам циклона, пыль непрерыв­но смачивается и уносится в бункер. Циклоны весьма эффективны для очистки воздуха от пыли размером не менее 10 мкм, так как применение увлажнения внутренних поверхностей циклона не приведет к заметному повышению их эффективности из-за образования на высокодисперсных пылинках газовой пленки, не смачивающейся водой.

Для очистки воздуха от высокодисперсных пылей применяют элек­трический и ультразвуковой методы.

Работа электрофильтров основана на создании сильного электриче­ского поля при помощи выпрямленного тока высокого напряжения (50-100 кВ), подводимого к коронирующим электродам (рис. 7.6, а). При прохождении запыленного воздуха через фильтр происходит иони­зация воздуха, т. е. образование положительных и отрицательных ионов. Пыль, получившая заряд от отрицательного коронирующего электрода, стремится осесть на положительном электроде, которым являются за­земленные стенки фильтра и специальные осадительные электроды. Эти электроды периодически встряхиваются при помощи специального механизма, а осевшая пыль собирается в бункера, откуда удаляется.

В ультразвуковом агрегате, через который пропускается воздух,

подлежащий очистке (рис. 7.6, б), укрупнение частиц высокодисперсной пыли достигается за счет их столкновения друг с другом под действием различных по интенсивности и частоте ультразвуковых колебаний. Однако очистка воздуха от пыли в этом случае не является полной и достигает лишь порядка 95%.

Для дальнейшей очистки воздуха от высокодисперсной пыли после центробежных пылеотделителей монтируют матерчатые масляные или бумажные фильтры, а также фильтры с фильтрующей средой из стеклян­ной ваты, стекловолокна и др. Кроме того, используют поляризацион­ные насадочные фильтры, которые позволяют получить наиболее вы­сокую степень очистки воздуха от пыли.

В некоторых случаях применяют водяные или орошаемые гравий­ные пылеуловители, в которых очищаемый воздух проходит через ряд завес из распыленной воды, чем и достигается эффект очистки воз­духа от пыли.

Для очистки воздуха от пыли применяют пылеуловители и фильтры. К фильтрам относятся устройства, в которых отделение пылевых частиц от воздуха производится путем фильтрации через пористые материалы. Аппараты, основанные на иных принципах пылеотделения, принято называть пылеуловителями.

В зависимости от природы сил, действующих на взвешенные в газе пылевые частицы для их отделения от газового потока, используют следующие типы пылеулавливающих аппаратов:

сухие механические пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа при помощи внешней механической силы);

мокрые пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа путем промывки его жидкостью, захватывающей эти частицы);

электрические пылеуловители (частицы пыли отделяются от газового потока под действием электрических сил);

фильтры (пористые перегородки или слои материала, задерживающие пылевые частицы при пропускании через них запыленного воздуха);

комбинированные пылеуловители (используются одновременно различные принципы очистки).

По функциональному назначению пылеулавливающее оборудование подразделяют на два вида: 1) для очистки приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования; 2) для очистки воздуха и газов, выбрасываемых в атмосферу системами промышленной вентиляции.

Основными технико-экономическими показателями, характеризующими промышленную эксплуатацию пылеуловителей и фильтров, являются:

производительность (или пропускная способность аппарата), определяемая объемом воздуха, который может быть очищен от пыли за единицу времени (м 3 /ч, м 3 /с);

аэродинамическое сопротивление аппарата прохождению через него очищаемого воздуха (Па). Оно определяется разностью полных давлений на входе в аппарат и выходе из него, т. е. р = р вх - р вых ;

общий коэффициент очистки или общая эффективность пылеулавливания, определяемая отношением массы пыли, уловленной аппаратом G ул , к массе пыли, поступившей в него с загрязненным воздухом GBX и выражаемый в относительных единицах или в %:

η = (G ул /G вх )100;

фракционный коэффициент очистки, т. е. эффективность пылеулавливания аппарата по отношению к различным по крупности фракциям (в долях единицы или в %)

η = [Ф вх – Ф вых (1 – η)] /Ф вх

где Ф вх, Ф вых - содержание фракции пыли в воздухе соответственно на входе и выходе из пылеуловителя, %.

Стоимость очистки воздуха (руб. на 1000 м 3 очищаемого воздуха).

Наиболее простыми по устройству и эксплуатации аппаратами являются пылеосадительные камеры, в которых отделение частиц пыли от воздуха происходит под действием силы тяжести при прохождении воздуха через камеры. Эти устройства применяют для грубой очистки, их эффективность пылеулавливния составляет 50...60 %. Скорость движения воздуха в камере выбирается из условия обеспечения ламинарного движения и обычно составляет 0,2... 0,8 м/с. Аэродинамическое сопротивление камер невысоко и равно 80...100 Па. С целью повышения эффективности пылеулавливания камер они иногда разделяются по высоте полками, которые могут периодически встряхиваться для очистки от оседающей пыли. Для этой же цели применяют пылеосадительные камеры лабиринтного типа.

Центробежные пылеотделители - циклоны - находят более широкое применение, так как при сравнительно простой конструкции обеспечивают высокую степень обеспыливания воздуха (80...90%). Наиболее известные типы отечественных циклонов приведены на рис. 7.1.

Циклон состоит из цилиндрического корпуса, к которому тангенциально подведен входной патрубок; нижней конической части и выхлопного патрубка, размещаемого внутри корпуса соосно с ним. Входя в циклон со скоростью 1&...20 м/с, запыленный воздух приобретает вращательное движение и опускается вниз. При этом частицы пыли под действием сил инерции отбрасываются к стенкам аппарата и, скользя по ним вниз, попадают в бункер. Очищенный поток воздуха поворачивает вверх и через выхлопную трубу выходит из циклона.

Эффективность пылеулавливания возрастает с увеличением скорости входа воздуха в циклон, однако при слишком большой скорости возрастает турбулизация воздушной среды и эффективность циклона падает. Максимальную скорость воздуха принимают обычно не более 20 м/с. На эффективность этих аппаратов влияет и их диаметр: с его увеличением эффективность падает, поэтому диаметр циклонов принимается не более 1 м.

Гидравлическое сопротивление циклонов колеблется в пределах 500... 1100 Па. Оно зависит от конструкции аппарата и скорости воздуха на входе в него.

Рис. 7.1. Схемы циклонов основных типов:

а - НИИОГАЗ ЦН-15; б - СИОТ; в - ВЦНИИОТ; г - Гипродрев;

1 - входной патрубок; 2-выхлопная труба; 3-цилиндрический корпус; 4-коническая часть; 5-бункер; 6-улитка на выходе; 7-отверстие выхлопного патрубка; 8-коническая вставка; 9-перегородки

Конструкции современных циклонов довольно разнообразны, что объясняется многообразием условий их рационального применения. Наибольшее распространение получили циклоны типа НИИОГАЗ (несколько модификаций), СИОТ, ВЦНИИОТ, ЛИОТ, Гипродрева (см. рис. 7.1). Они различаются конструктивным оформлением, эффективностью пылезадержания и гидравлическим сопротивлением. Каждый циклон имеет свою рациональную область применения.

Циклон НИИОГАЗ отличается удлиненной конической частью и имеет малое гидравлическое сопротивление. Применяется он для улавливания неслипающихся и неволокнистых пылей.

Циклон СИОТ имеет корпус в виде конуса без цилиндрической части с входной трубой треугольного поперечного сечения. Используется он в тех случаях, когда имеются ограничения габаритов по высоте.

Циклон ВЦНИИОТ рекомендуется применять при улавливании абразивных пылей, так как он отличается малой изнашиваемостью стенок благодаря наличию обратно расположенного конуса внизу аппарата. Гидравлическое сопротивление его несколько выше, чем у циклонов других типов. Циклон ВЦНИИОТ можно использовать для улавливания волокнистых пылей (нижний внутренний конус в этом случае снимается).

Циклон ЛИОТ имеет развитую цилиндрическую часть и применяется для улавливания сухой неслипающейся пыли.

Циклон Гипродрева отличается бочкообразной формой, имеет малое гидравлическое сопротивление и используется в основном для улавливания отходов деревообработки.

Окончательный выбор того или иного типа циклона должен определяться по технико-экономическим показателям. В тех случаях, когда требуется очищать большие объемы воздуха, применяют групповые циклоны. В них аппараты подсоединяются параллельно входными патрубками к общему трубопроводу и устанавливаются на один бункер больших размеров. Необходимым условием эффективной работы циклонов в этом случае является исключение возможности перетекания воздуха из одного циклона в другой.

Рукавные фильтры для улавливания сухих неслипающихся пылей нашли широкое применение в промышленности (рис. 7.2). Основными рабочими элементами этих устройств являются матерчатые рукава, подвешиваемые к встряхивающему устройству и размещаемые в герметичном металлическом корпусе. Нижние открытые концы рукавов соединены с бункером. Воздух, проходя через ткань рукавов, оставляет на их поверхности пыль и удаляется из корпуса фильтра вентилятором. Накапливаясь на поверхности ткани в виде слоя, пыль сама становится фильтрующей средой и увеличивает эффективность пылезадержания фильтра. Очистка ткани рукавов от осевшей пыли производится путем их встряхивания, для чего устанавливается автоматически действующий встряхивающий меха низм. Во многих типах фильтров встряхивание рукавов сочетается с обратной их продувкой с целью лучшей очистки от пыли. Фильтры выполняются многосекционными. При отключении одной из секций для очистки рукавов остальные продолжают работать. Фильтры бывают всасывающего и напорного типов.

Рис. 7.2. Схема рукавного фильтра:

1 - входной патрубок; 2- рукав; 3- подвеска рукавов; 4- встряхивающий механизм;

5- выходной патрубок; 6 - бункер

Эффективность пылезадержания рукавных фильтров составляет 90...99 %. Воздушная нагрузка на ткань принимается в пределах 50...80 м 3 /(м 2 ·ч). Гидравлическое сопротивление фильтра в зависимости от степени запыления рукавов колеблется в пределах 1...2.5 кПа.

В последние годы разработаны фильтры, в которых рукава выполнены из стеклоткани или пористых керамических материалов. Очистка фильтрующих элементов в них производится сжатым воздухом. Такие фильтры можно применять для очистки высокотемпературных газов, отсасываемых от технологического оборудования. Из выпускаемых промышленностью рукавных фильтров наибольшее распространение получили фильтры типов ФВК, ФВВ, ФРМ, ФТНС и др.

Электрические фильтры (рис. 7.3) находят широкое применение на предприятиях строительной индустрии для очистки воздуха и промышленных газов от пыли. В этих аппаратах отделение пылевых частиц от воздуха производится под воздействием статического электрического поля высокой напряженности. В металлическом корпусе, стенки которых заземлены и являются осадительными электродами, размещены коронирующие электроды, соединенные с источником постоянного тока. Напряжение выпрямленного тока составляет 30...100 кВ.

Вокруг отрицательно заряженных электродов образуется электрическое поле. Проходящий через электрофильтр запыленный газ ионизируется, вследствие чего приобретают отрицательные заряды и пылевые частицы. Последние начинают перемещаться к стенкам фильтра, и, оседая на них, образуют плотный слой. Очистка осадительных электродов производится путем их остукивания или вибрации, а иногда путем смыва водой.

Рис. 7.3. Схема электрофильтра:

1 - входной патрубок; 2- корпус электрофильтра (осадительный электрод); 3-коронирующий электрод;

4- изоляторы; 5- выходной патрубок; 6- высоковольтный выпрямитель тока; 7- бункер

Эффективность пылеулавливания электрофильтров высокая, она достигает 99,9 %. Причем улавливаются частицы любых размеров, включая субмикронные при их высоких концентрациях в газах, достигающих 50 г/м 3 . Преимуществами этих аппаратов являются низкое гидравлическое сопротивление 100...150 Па, экономичность эксплуатации, возможность очищать газы при их высоких температурах (до450°С).

Для различных условий применения промышленностью выпускаются разные типы электрофильтров: УГ, ЭГА, УТТ, ОГП, УБ, УВВ, ПГ, ДМ и др.

Пылеуловители мокрого типа являются аппаратами глубокой очистки и отличаются высокой эффективностью пылеулавливания. Их применение целесообразно в том случае, когда улавливаемая пыль хорошо смачивается водой, не цементируется и не образует твердых, трудно разрушаемых отложений.

Из этого класса аппаратов наиболее часто применяют циклон с водяной пленкой ЛИОТ (рис. 7.4). Он имеет вертикальный цилиндрический корпус, в нижнюю часть которого тангенциально подводится очищаемый воздух. Последний закручивается и, вращаясь, поднимается в верхнюю часть аппарата, откуда отводится в атмосферу через выхлопной патрубок.

Рис. 7.4. Циклон с водяной пленкой:

1 - входной патрубок; 2 - корпус; 3 - выходной патрубок; 4 - устройство для подачи воды

При вращении потока из него под действием центробежных сил выделяются пылевые частицы, которые удаляются со стенок аппарата стекающей сверху водой. Последняя подается на стенки аппарата через водоподающее кольцо и несколько тангенциально расположенных трубок и стекает по стенкам аппарата в виде сплошной водяной пленки. Образующийся шлам собирается в бункере.

Эффективность пылеулавливания циклонов с водяной пленкой составляет 99,0...99,5 %, потери давления в аппарате равны 400...800 Па. При очистке от пыли агрессивных газов, разрушающих металлические стенки аппарата, последние с внутренней стороны армируются кислотостойкими покрытиями.

Высокими эксплуатационными показателями отличаются также пенные пылеуловители (рис. 7.5). Аппараты этого типа имеют цилиндрический металлический корпус, внутри которого горизонтально размещена решетка. Вода подается на решетку, через которую снизу пропускается очищаемый воздух. При этом на решетке образуется слой пены, высота которого зависит от высоты сливной перегородки (порога). Обычно она составляет 80... 100 мм. С целью снижения капельного уноса влаги в верхней части аппарата размещается каплеуловитель, выполненный в виде решетки с лабиринтными каналами.

Рис. 7.5. Пенный пылеуловитель:

1 - приемная коробка; 2- корпус; 3- решетка; 4- сливная перегородка (порог); 5-сливная коробка

1. Назовите основные источники и свойства пылей, выделяющихся на строительных площадках. 2. Каковы методы контроля запыленности воздуха? 3. Перечислите общие и индивидуальные средства защиты работающих от пыли. 4. Назовите основные виды пылеуловителей и фильтров, применяемых для очистки воздуха. 5. Каковы технико-экономические показатели, применяемые при оценке пылеуловителей и фильтров? 6. Объясните принцип действия и укажите области применения пылеосадительных камер и циклонов. 7. Как устроены и работают рукавные фильтры? 8. Объясните принцип действия электрических фильтров. 9. Как устроены пылеуловители мокрого типа и в каких случаях они применяются? 10. Объясните принцип действия пенных пылеуловителей.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12

Для сухой очистки газов наиболее употребительны циклоны раз­личных типов (рис. 2.1), в которых под действием центробежной силы частицы перемещаются к стенкам корпуса циклона и по ним попадают в бункер. Недостатком этого способа является низкая эффективность улавливания частиц размером менее 5...10мкм.

Коэффициент улав­ливания частиц размером 15...20 мкм составляет 98...99 % и выше, причем практически независимо от конструкции, для частиц 10 мкм - от 80 до 98 % в зависимости от модели аппарата, для частиц 5 мкм - от 50 до 90 %.

Производительность циклона увеличивается с ростом его диаметра. По конст­рукции различаются ци­линдрические (ЦН, рис. 2. 1а) и конические (СДК-ЦН и СК-ЦН, рис. 1.16) циклоны. Цилиндричес­кие циклоны, эффектив­ность которых падает с ростом угла, а входа в циклон, обладают высо­кой производительнос­тью, но несколько пони­женным КПД при улав­ливании мелких частиц; конические лучше улав­ливают мелкие частицы, однако характеризуются повышенными потерями давления.

Рис. 2.1. Схемы циклонов для сухой очистки газов

При больших объемах очищаемых газов применяют групповые или батарейные циклоны. Групповые циклоны име­ют общий подвод и отвод газа, разделенный на параллельные каналы по числу элементов. В батарейном циклоне элементы объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа через направляю­щее устройство, закручивающее поток. Эффективность батарейных циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов.

К аппаратам центробежного действия относятся также ротаци­онные и вихревые пылеуловители. В радиальных пылеуловителях твердые частицы отделяются от газового потока совместным воз­действием гравитационных и инерционных сил, которые обусловле­ны поворотом газового потока. Эффективность очистки газа от час­тиц размером 25...30 мкм обычно составляет 65...85 %.

Простота конструкции и эффективность на уровне 80 % и более для частиц размером не менее 20 мкм отличает жалюзийные пылеотделители, в которых частицы пыли выделяются под действием инер­ционных сил.

В пылеосадительных или пылевых камерах пылъ выпадает под действием силы тяжести. Основными недостатками их являются зна­чительные размеры, сложность очистки и низкая эффективность, особенно для тонких фракций. Поэтому в настоящее время они ис­пользуются только для предварительной очистки, особенно при вы­сокой начальной концентрации пыли.

Высокую степень улавливания тончайшей пыли (до 99,9 % и бо­лее) обеспечивают рукавные (тканевые) фильтры, в которых очистка газов при фильтровании через пористую перегородку основана на осаждении пыли под действием нескольких сил: инерции, адгезии, броуновской диффузии, электростатических и других. В реальных фильтрах гравитационный механизм осаждения частиц не играет за­метной роли вследствие малых скоростей витания частиц по сравне­нию со скоростью фильтрации. Этот эффект становится заметным лишь при фильтрации аэрозоля с частицами диаметром 1 мкм со ско­ростью менее 0,05 м/с.

Инерционный эффект осаждения частиц практически отсутствует при движении частиц размером менее 1 мкм со скоростью менее 1 м/с. Броуновское движение вызывается столкновением твердых частиц размерами менее 0,5 мкм с молекулами газа. С уменьшением размера частиц усиливается влияние электрической силы по сравнению с си­лой инерции.

Важную роль в общей улавливающей способности играет адгезия пылевых частиц на волокна. Эффективность адгезии зависит от свойств фильтрующего материала, соотношения характерных разме­ров пор и частиц и уменьшается с ростом скорости частиц.

Кроме этих механизмов оседания частиц пыли весьма значимы такие процессы, как фильтрование частиц слоем осадка, образующе­гося на входной поверхности, а также процесс постепенного закупо­ривания пор слоем осадка и т.п.

По типу перегородки различают фильтры с зернистыми слоями (неподвижные свободнонасыпные материалы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, губча­тая резина и др.); с полужесткими, пористыми перегородками (вяза­ные и тканые сетки, прессованные спирали и др.); с жесткими пори­стыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

По конструкции тканевые фильтры делят на рукавные и пакетные, по системе регенерации ткани - на механические (встряхивание) и пневматические (обратная, сопловая, пульсирующая продувки и т.п).

Одним из условий нормальной работы фильтров является поддер­жание температуры очищаемых газов в определенных пределах: с од­ной стороны, она не должна превышать максимально допустимую для материала фильтра, а с другой - на 15...30°С быть выше температуры точки росы. Фильтры используют для тонкой очистки воздуха с кон­центрацией примесей не более 50 мг/м 3 , если начальная концентра­ция примесей больше, то очистку ведут системой последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.

К недостаткам тканевых фильтров относятся их значительная ме­таллоемкость и большие размеры, так как, фильтрование газов проис­ходит при малых скоростях - 15. ..20 мм/с, для фильтров с импульсной продувкой - 50.. .75 мм/с. Это на 1.. .2 порядка меньше скоростей газа в рабочей зоне электрофильтра и на 2...3 порядка меньше, чем в цик­лоне.

Одним из наиболее совершенных видов сухой тонкой очистки га­зов от пыли является электрическая очистка. Принцип действия электрофильтров основан на прохождении газового потока через электрическое поле высокого напряжения, в котором частицы пыли заряжаются и осаждаются на электродах.

Процесс электростатического осаждения твердой частицы состо­ит из четырех основных стадий:

Ионизации газа,

Зарядки частицы пыли,

Перемещения частицы в электрическом поле

Осаждения ее на электроде.

Ионизация газа происходит за счет высокого напряжения, подводимого от источника электропитания к коронирующему элек­троду. В промышленных установках критическое напряжение, соот­ветствующее началу процесса, составляет 20...40 кВ. Этот процесс устойчив лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора.

В воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, поэтому обычно используют электро­фильтры с короной отрицательной полярности. Конструкцию элек­трофильтров определяют состав и свойства очищаемых газов, кон­центрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового пото­ка, требуемая эффективность очистки и т.д.

К преимуществам электрофильтров относятся: возможность по­лучения высокой степени очистки (до 99,9 %); небольшое аэродина­мическое сопротивление; незначительный расход электроэнергии (0,1 ...0,8 кВт-ч на 100 м 3 газа); возможность очистки газов при высо­кой температуре и с химически агрессивными компонентами; полная автоматизация работы. Недостатки: высокая стоимость, большие раз­меры (особенно по высоте), требование высококвалифицированного обслуживания, взрывоопасность при улавливании взрывчатых пылей, снижение эффективности улавливания пыли с малым электрическим сопротивлением.

Широко распространенные аппараты мокрой очистки газов ха­рактеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперс­ных пылей (0,3... 1,0 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. В зависимости от формы контакти­рования газовой и жидкой сред способы мокрой очистки можно ус­ловно сгруппировать на: улавливающие в объеме жидкости (рис. 1.2а), пленками жидкости (рис. 1.26), жидкостью, распыленной в объеме газа (рис. 1.2в). При этом важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью.

Конструктивно мокрые пылеуловители разделяются на скрубберы, аппараты Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппара­ты ударно-инерционного типа, барботажно-пенные аппараты и др.

В барботерах и пенных аппаратах используется первый способ мокрой очистки. В скрубберах с насадкой, мокрых циклонах, ротоклонах и т.п. реализуется второй способ.

Наиболее употребительный третий способ очистки выполняется с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого по­тока газа.

Первый способ распыления применяется в полых скруббе­рах (рис. 1.За), второй - в турбулентных промывателях и скрубберах Вентури (рис. 1.36).

Последние широко используются и для очистки газов от туманов. Эффективность скрубберов изменяется в широких пределах. Так, эффективность улавливания частиц мелкой фракции (З...5 мкм) изменяется от менее 10 % в полых скрубберах до более 90 % в скрубберах Вентури.

Аппараты мокрой очистки обычно просты в изготовлении, надеж­ны в эксплуатации, достаточно эффективны, позволяют одновременно утилизировать тепло нагретых газов и очищать от многих газооб­разных, вредных компонентов. К недостаткам мокрой очистки отно­сятся повышенные энергозатраты, брызгоунос и необходимость орга­низации шламового хозяйства.

Большое влияние на выбор способов и средств пылеулавливания и пылеподавления оказывают свойства пыли, такие как плотность частиц, их дисперсность; адгезионность, сыпучесть, смачиваемость, абразивность и гигроскопичность пыли, а также растворимость час­тиц, их электрические и электромагнитные свойства, способность к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

Выбор способа пылеулавливания и пылеподавления определяет­ся и видом технологического процесса.

При подготовительных работах на карьерах в процессе механи­ческого бурения наиболее распространены пылеподавление воздуш­но-водяной и воздушно-эмульсионными смесями, а также сухое пылеулавливание.

При взрывных работах пылегазовыделения снижаются путем осу­ществления технологических и инженерно-технических мероприятий. К первым относят такие способы управления взрывом, как взрывание высоких уступов; взрывание в зажатой среде; рассредоточение заряда.

Из инженерно-технических мероприятий следует выделить:

Орошение участка взрыва, прилегающих зон и зоны выпадения пыли;

Применение водяной забойки;

Предварительное увлажнение массива;

Применение ВВ с положительным кислородным балансом;

Добавка в забоечный материал нейтрализаторов;

Интенсификация рассеивания пылегазового облака;

Предотвращение интенсивного взметывания пыли, оседающей из пылегазового облака;

Подавление вредных примесей в пылегазовом облаке и многие другие.

При выемке и погрузке горных пород пылеобразование и пылевыделение снижаются предварительным увлажнением массива; увлаж­нением разрыхленной горной массы; пылеулавливанием.

Способы и средства борьбы с запыленностью и загазованностью атмосферы при транспортировании во многом определяются видом транспорта. При использовании автомобильного транспорта основны­ми источниками пылевыделения являются автодороги, а загазованность атмосферы связана с выделением вредных примесей с выхлопными газами. При эксплуатации железнодорожного транспорта, пыление в ос­новном связано со сдуванием мелких частиц при перевозке горной мас­сы в открытых транспортных сосудах - думпкарах, полувагонах.

При конвейерном транспорте образование пыли обусловлено сду­ванием ее при движении и перемещении горной массы с одного конвей­ера на другой. При комбинированном транспорте причины запыленно­сти и загазованности связаны с каждым видом транспорта, входящем в комбинацию и, кроме того, с большим количеством выделяемой пыли в пунктах перегрузки с одного вида транспорта на другой.

Для предупреждения пылевыделения на автодорогах применяют их орошение водой или растворами гигроскопичных солей, а также обработку эмульсиям и с различными связывающими веществам и.

На железнодорожном транспорте поверхность транспортируемой горной массы закрепляют пылесвязуюшими материалами, укрывают пленкой либо увлажняют водой. При конвейерном транспорте исполъзуют различные укрытия конвейеров, а конвейерную ленту очи­щают от налипшего материала. Пункты перегрузки оборудуют укры­тиями с аспирационными системами.

Для отвалов, откосов карьеров, шламохранилищ характерны боль­шие объемы пылевыделения.

Для снижения их используют:

Орошение водой с добавками химически активных веществ, обес­печивающих закрепление поверхности;

Закрепление битумной эмульсией;

Закрепление пылящей поверхности латексами;

Озеленение нерабочих площадей;

Гидропосев.

Различают технологические; механические; физико-химические; биологические ; рекультивационные способы борьбы с пылением гид­роотвалов и хвостохранилищ.

Технологические способы предусматривают изменения способов складирования; изменение состава и состояния продуктов складиро­вания; безотходную или малоотходную технологию обогащения; ути­лизацию отходов.

Из механических способов распространены создание загражде­ний, предотвращающих распространение пыли, и сплошное покры­тие пылящей поверхности материалом.

Среди физико-химических следует отметить гидрообеспыливание; стабилизацию пылящей поверхности полимерами, органическими и неорганическими веществами; изменение физических свойств пыля­щей поверхности (электризация, намагничивание и пр.).

Биологические способы обеспечивают снижение пылевыделения за счет создания защитного слоя из низших растений или выращива­ния высших растений.

При выполнении всех технологических процессов на открытых горных разработках кроме пыли в той или иной мере выделяются вред­ные газы, особенно при производстве массовых взрывов, транспорти­ровании горной массы автотранспортом, при обжиге и обогащении полезных ископаемых, эксплуатации котельных установок и т.д.

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. Кроме того, аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц аэрозоля происходит на осадительных электродах.

Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей в первую очередь зависит от их дисперсного состава табл. 1

Таблица 1. Зависимость аппарата для улавливания от размера частиц

Размер частиц, мкм	Аппараты	Размер частиц, мкм	Аппараты
40 – 1000	Пылеосадительные камеры	20 – 100	Скрубберы
20 – 1000	Циклоны диаметром 1–2 м	0,9 – 100	Тканевые фильтры
5 – 1000	Циклоны диаметром 1 м	0,05 – 100	Волокнистые фильтры
		0,01 – 10	Электрофильтры

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный, инерционный и центробежный.

Инерционные пылеуловители . При резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. Эффективность этих аппаратов небольшая. (рис. 1)

Жалюзийные аппараты . Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газового потока, тому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи В результате газы делятся на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который отсасывают и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жалюзийной решеткой должна быть достаточно высокой, чтобы достигнуть эффекта инерционного отделения пыли. (рис. 2)

Обычно жалюзийные пылеуловители применяют для улавливания пыли с размером частиц >20 мкм.

Эффективность улавливания частиц зависит от эффективности решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасываемого в нем газа.

Циклоны . Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Рис. 1 Инерционные пылеуловители: а – с перегородкой; б – с плавным поворотом газового потока;в - с расширяющимся конусом.

Рис. 2 Жалюзийный пылеуловитель (1 – корпус; 2 – решетка)

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. (рис. 3) Циклоны с осевым подводом газов работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него.

Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке. (рис. 4)

В промышленности циклоны подразделяются на высокоэффективные и высокопроизводительные.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонами.

Батарейные циклоны – объединение большого числа малых циклонов в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки.

Вихревые пылеуловители. Отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.

В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками. (рис. 5)

Рис. 3 Основные виды циклонов (по подводу газов): а – спиральный; б – тангенциальный; в-винтообразный; г, д – осевые

Рис. 4. Циклон: 1 – входной патрубок; 2 – выхлопная труба; 3 – цилиндрическая камера; 4 – коническая камера; 5 – пылеосадительная камера

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы. Наиболее выгодным в экономическом отношении является использование в качестве вторичного газа запыленных газов.

Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличением диаметра падает. Могут быть батарейные установки, состоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Динамические пылеуловители . Очистка газов от пыли осуществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса тягодутьевого устройства.

Наибольшее распространение получил дымосос-пылеуловитель. Он предназначен для улавливания частиц пыли размером >15 мкм. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом, запыленный поток поступает в «улитку» и приобретает криволинейное движение. Частицы пыли отбрасываются к периферии под действием центробежных сил и вместе с 8–10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо дымососа-пылеуловителя, а затем через кожух выбросов в дымовую трубу.

Фильтры. В основе работы всех фильтров лежит процесс фильтрации газа через перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры условно разделяют на три класса: фильтры тонкой очистки, воздушные фильтры и промышленные фильтры.

Рукавные фильтры представляют собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно. (рис 6)

Волокнистые фильтры. Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов. Такие фильтры используют при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5–5 мг/м 3 и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации 5–50 мг/м 3 . При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5–10 мкм.

Различают следующие виды промышленных волокнистых фильтров:

– сухие – тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки (предфильтры);

– мокрые – сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Процесс фильтрации в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии уловленные частицы практически не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах.

Зернистые фильтры . Применяются для очистки газов реже, чем волокнистые фильтры. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы. Они представляют колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. (рис. 7)

Насадочные газопромыватели представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой концентрации.

Рис. 5 Вихревые пылеуловители: а – соплового типа: б – лопаточного типа; 1 – камера; 2– выходной патрубок; 3 – сопла; 4– лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 – входной патрубок; 6– подпорная шайба; 7 – пылевой бункер; 8 – кольцевой лопаточный завихритель

Рис. 6 Рукавный фильтр: 1 – корпус; 2 –встряхивающее устройство; 3 – рукав; 4 – распределительная решетка

Газопромыватели с подвижной насадкой имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т.д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости. (рис. 8)

Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ) . Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкое и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляет жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке.

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные). Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3–8 мм. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от величины межфазной поверхности.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя . На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Газопромыватели ударно-инерционного действия . В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300–400 мкм.

Рис. 7 Скрубберы: а – полый форсуночный: б – насадочный с поперечным орошением: 1 – корпус; 2– форсунки; 7 – корпус; 2– форсунка; 3 –оросительное устройство; 4– опорная решетка; 5 – насадка; 6 – шламосборник

Рис. 8. Газопромыватели с подвижной насадкой: а – с цилиндрическим слоем: 1 – опорная решетка; 2– шаровая насадка; 3– ограничительная решетка; 4 – оросительное устройство; 5 – брызгоуловитель; б и в - с коническим слоем форсуночный и эжекционный: 1 – корпус; 2– опорная решетка; 3– слой шаров; 4– брызгоуловитель; 5 – ограничительная решетка; 6 – форсунка; 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости

Г азопромыватели центробежного действия . Наиболее распространены центробежные скрубберы, которые по конструктивному признаку можно разделить на два вида: 1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи центрального лопастного закручивающего устройства; 2) аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40–150 м/с. Имеется также каплеуловитель.

Электрофильтры. Очистка газа от пыли в электрофильтрах происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц. Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под воздействием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам.

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией и без циркуляции газа; 4) по использованию абсорбента – с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) па конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки. Выбор производят на основании результатов технико-экономических расчетов.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком – невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции. Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсических примесей.