ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ВОЗДУХА OT ПЫЛИ


Концентрация пыли в воздухе перед высокоэффективными фильтрами должна быть не больше I мг/м3, иначе из-за относительно низкой пылеемкости потребовалась бы слишком частая замена их. Очевидно, чем ниже концентрация пыли, тем продолжительнее сроки непрерывной работы фильтров.
Поэтому практически во все схемы очистки с использованием высокоэффективных фильтров для снижения начальной концентрации пыли должны включаться предварительные пылеуловители. Только технико-экономические обоснования позволяют решить, превышают ли капитальные и эксплуатационные затраты на первичные пылеуловители экономию, получаемую от снижения частоты замены фильтров.
В этой главе описаны способы пылеулавливания, применение которых в схемах высокоэффективной очистки наиболее целесообразно. Сделана попытка обобщить имеющиеся сведения по использованию обычных промышленных пылеуловителей в схемах высокоэффективной очистки [I—5].
Обычно в технологических процессах, проведение которых должно сопровождаться особенно низкими концентрациями пыли в отходящих газах, выделяются довольно ограниченные количества пыли. Однако даже в этих случаях необходимо обратить особое внимание на возможность снижения концентрации пыли в отходящих газах. Процессы и аппараты должны быть тщательно оценены и спроектированы таким образом, чтобы максимально снизить пылеобразование или предусмотреть устройства, снижающие пыле- образование внутри технологического оборудования. Например, вокруг обычно используемых центрифуг могут создаваться значительные концентрации аэрозолей. Однако в последние годы были сконструированы центрифуги для применения в бактериологических и радиохимических производствах, для которых характерно ничтожное образование аэрозолей.

В зависимости от механизма осаждения частиц способы пылеулавливания можно сгруппировать в несколько классов: гравитационные, инерционные и центробежные, мокрые, электрические, фильтрация.
Гравитационные пылеосадительные камеры
Эти простейшие пылеуловители представляют собой большие камеры, в которых скорость газа снижается настолько, что частицы пыли оседают под действием силы тяжести. Запыленные газы должны находиться в камере достаточно долго, чтобы частицы успели осесть на дно со скоростью несколько меньшей, чем их скорость свободного падения. Конструкция камеры должна быть весьма тщательно отработана для обеспечения хорошего распределения газа на входе и выходе камеры, чтобы время пребывания пыли во всех частях поперечного сечения было одинаковым. Для этой цели используются плавные переходы, отражатели и перфорированные распределительные пластины. Гашение вихрей внутри камеры можно осуществить с помощью цепных завес, стержней или сеток.
При этих условиях эффективность улавливания частиц определяется уравнением
Z7              \ 00 Ut L
Е = ~тП'
где Ut — скорость оседания частиц, м/сек; L—длина камеры, м\ H — высота камеры, м\ V — скорость газа, м/сек.
В табл. 7.1 приведены скорости оседания сферических частиц, определенные по уравнению Стокса.
Данные табл. 7.1 становятся неточными для частиц несферической формы, а также в тех случаях, когда в воздухе есть завихрения. Действительные скорости оседания частиц обычно почти в два раза меньше теоретических, что вызывает необходимость увеличения размеров осадительных камер [6].
Аналогичным путем можно показать, что минимальный размер частиц Dpj которые полностью оседают из потока, определяется уравнением
( 18 ^HV у/2 Up~[g ’ где (I — вязкость газа; рр —плотность частиц; р — плотность газа.
Скорость газа обычно ограничивают 3 м/сек или меньше, предупреждая тем самым чрезмерный унос осажденной пыли [3].
7В Высокоэффективная очистка воздуха              185

Работа осадительных камер может быть улучшена при устройстве горизонтальных полок, как это сделано в камере Гарвардской лаборатории (рис. 7.1); в этом случае отношение HIL уменьшается. Однако в таких камерах затрудняется удаление с полок уловленной пыли.
Обычно осадительные камеры используются для улавливания частиц размером больше 40 мкм (для камер типа Гарвардской от 10 мкм) и только при высоких запыленностях. Они не применяются


Вход
газа

Рис. 7.1. Пылеосадительная камера Гарвардской лаборатории.


в установках, включающих «абсолютные» фильтры, хотя известны примеры их использования в урановом и бериллиевом производствах на операциях грубой механической обработки.
Инерционное и центробежное пылеулавливание
В инерционных пылеуловителях (сепараторах) отражательные перегородки вызывают резкое изменение направления потока газа,
в результате этого частицы пыли сталкиваются с поверхностями этих перегородок. Эффективность улавливания —)              заметно возрастает с увеличением раз-
мера и плотности частиц, с повышением скорости и уменьшением размеров отражательных препятствий. В промышленности довольно широко применяют различные пылеуловители, в которых используется только инерционный прин-
Рис* 7.2. Простейший инерционный сепаратор.

цип или сочетание его с центробежным. Характеристики работы пылеуловителей очень различны не только между различными типами, но и для какого-либо одного типа при улавливании различных материалов.
На рис. 7.2 схематично показан очень простой тип инерционного сепаратора, а на рис. 7.3 показано более сложное устройство — комбинация инерционного аппарата с циклоном.
Скруббер Кодер — Фокс является устройством с ударным принципом действия. Он содержит несколько рядов перфорированных пластин, отверстия которых смещены относительно друг друга.

Рис. 7.3. Жалюзийный пылеуловитель «Аэродин»:
У —первичный пылеуловитель; 2 — частицы пыли, сконцентрированные в 10% воздуха; 3 — вторичный пылеуловитель.


Скруббер часто используется для улавливания тумана серной кислоты. Полагают, что он эффективен для улавливания частиц размером до 2 мкм (эффективность очистки 97%). Обычно инерционные пылеуловители применяются при высоких концентрациях пыли с частицами размером более 10 мкм. Величины эффективностей лежат в пределах от 50 до 90%.
Циклоны
Циклон имеет цилиндрическую форму с коническим сужением книзу (рис. 7.4). Запыленный газ поступает в верхнюю часть цилиндра тангенциально, образуя таким образом вращательное движение. Этим создается центробежная сила, действующая на частицы пыли, в результате которой скорость радиального осаждения может быть значительно больше установившейся скорости гравита
ционного оседания. Таким образом, время осаждения частиц на стенки намного меньше, чем время их оседания в осадительной камере. Отброшенная к стенкам пыль непрерывно выпадает в бункер, расположенный в основании циклона.
Теоретически должны выделяться все частицы больше определенного размера, хотя реальная зависимость эффективности от
размеров частиц представляет собой плавную кривую (рис. 7.5). Зона А на рис. 7.5 содержит частицы, которые должны были бы пройти через циклон, но они улавливаются вследствие коагуляции или в результате столкновений с более крупными частицами. В зоне Б находятся частицы, которые должны были бы улавливаться, но они остаются в воздушном потоке из-за его турбулентности или срыва частиц со стенок вихрем.
При разработке конструкций циклонов необходимо исходить из следующих условий: радиальное расстояние, которое должна пройти частица до осаждения, должно быть, по возможности, наименьшим; для увеличения центробежной силы кривизна газового вихря должна быть как можно меньше, а скорость потока должна быть оптимально большой; для увеличения длительности процесса осаждения общая длина спирального пути частицы должна быть значительной.
Таким образом, циклоны с длинным конусом и небольшим диаметром должны              быть              лучше              одного большого. Сейчас такие циклоны
считаются              «высокоэффективными». Циклоны малого диаметра обыч
но размещаются в общем корпусе (рис. 7.6), что позволяет создавать общий вход в нагнетательную камеру, один пылевой бункер и общий выход из камеры.
При определенных энергетических затратах батарейные циклоны обладают не только более высокой эффективностью, но и другими практическими преимуществами: I) можно изменять число элементов и расход газа, что ведет к созданию оптимального режима их работы; 2) в небольших аппаратах турбулентность и завихрения минимальны, что улучшает кривую фракционной эффективности (рис. 7.7) [7].


Рис. 7.5. Кривая фракционной эффективности
циклона.



Рис. 7.6. Батарейный циклон, состоящий из высокоэффективных элементов с малыми диаметрами.



Однако многоэлементные системы имеют и недостатки, например неравномерное распределение газа и пыли по циклонным элементам, возможность их забивания пылью в работе. Таким образом, слишком малых размеров следует избегать.

Размер частиц,мкм
Рис. 7.7. Кривая фракционной эффективности высокоэффективного циклона с длинным конусом.


Эффективность циклонов можно повысить, если по их стенкам будет непрерывно стекать непрерывная пленка жидкости (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Кривые фракционной эффективности:
/ — мокрого циклона большого диаметра; 2— сухого циклона.


Стейерменд [2] считает, что для этого достаточно установить простое кольцо с отверстиями в верхней части циклона. Мокрые циклоны, однако, обладают недостатком, общим для всех мокрых пылеуловителей: они интенсивно корродируют. Кроме того, возникают проблемы размещения загрязненной воды и очистки газа, который
из циклона выходит влажным, что может воздействовать на конечную ступень очистки от пыли.
Эффективность циклонов возрастает с увеличением концентрации пыли, и практически не существует верхнего предела концентраций, при котором циклон плохо работал бы [3]. Однако концентрация пыли в газе за циклоном при больших входных запыленностях остается более высокой, чем при работе с более низкой входной кон- центрацией.
Несмотря на все попытки увеличить степень улавливания пыли в циклонах, они, как правило, не дают эффективностей более высоких, чем те, что приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2 Эффективность циклонов
cellpadding="0">
Предельный размер
Предельная эффективность улавливания пыли, вес. %
частиц, мкм
Обычные
циклоны
Высокоэффек
тивные
циклоны
lt;5
5—20
15—40
gt;40
lt;50
50—80
80—95
95—99
50—80
80—95
95—99
95—99

Сопротивление. Величины перепадов давления на циклонах лежат в пределах от 25 до 180 мм вод. ст. [8].
Величина перепада давления возрастает пропорционально квадрату входной скорости. Аналогичным образом скорость влияет на эффективность. Однако все попытки снизить сопротивление обычно приводят также к уменьшению эффективности, за исключением тех случаев, когда это достигается за счет выравнивания потока в циклоне и на выходе из него; высокие запыленности газа, приводящие к снижению сопротивления, повышают эффективность.
По-видимому, циклоны в качестве предварительных пылеуловителей используются наиболее широко. Их преимуществами являются простота конструкции и надежность работы, отсутствие подвижных частей. Все это особенно важно при работе с опасными веществами. Однако в установках с высокоэффективными фильтрами между циклонами и фильтрами тонкой очистки необходимо помещать устройства для дополнительной обработки газа, такие, как грубоволокнистые фильтры, успешно использующиеся в качестве предфильтров при улавливании пылей механического происхождения.
Мокрое пылеулавливание
Во всех промывателях должен обеспечиваться хороший контакт пылевых частиц с поверхностью жидкости за счет эффектов инерции, зацепления или диффузии; удаление частиц после их контакта
осуществляется относительно легко, так как они становятся частью потока жидкости или смоченные частицы становятся настолько большими, что легко улавливаются в относительно простых аппаратах, например циклонах. Жидкая поверхность контакта может быть в виде пленки (скрубберы с насадкой), пузырьков (барботажные скрубберы с решетками) или капель (форсуночные скрубберы, газопромыватели Вентури). Во многих промышленных мокрых пылеуловителях эти принципы совмещаются.
На рис. 7.9 показан пылеуловитель, в котором замкнутое само- орошение, побуждающее распыл, сочетается с пленочным движением воды. Запыленный воздух проходит между перегородкой и водой и образует завесу из капель, которую газ сначала прорывает, а затем контактирует вместе с унесенными каплями с мокрой поверхностью брызгоотбойника (рис. 7.10).



В скруббере Пиз-Антони эффект капельного орошения сочетается со спиральным движением газа (рис. 7.11). К сожалению, такой аппарат имеет большое сопротивление.

Типичные характеристики скрубберов приведены в табл. 7.3.
Таблица 7.3 Характеристики промышленных скрубберов

Тип

Входная
запылен
ность,

Медианный размер частиц на входе, мкм

Эффектив
ность
улавли


г/м3

весовой

счетный

вания, вес. %

Механический, центробежный . . .

16,8

43

I

99,6


2,53

45


97,2

Инерционный (см. рис. 7.9) ....

0,0138

I

0,6

64,5


1,15

25

I

76,0

Форсуночный скруббер с тангенциальным входом

2,3

0,1

0,3

75


8,27

4

2

92


0,0115



85
Промыватель Вентура. Мокрый пылеуловитель такого типа может обеспечивать наиболее высокоэффективное улавливание очень мелких частиц. Он состоит главным образом из труб переменного сечения, обеспечивающих сужение газового потока, и устройств для введения водных струй в горловину или перед ней. Поток газов, идущий со скоростью 60—90 м/сек, распыляет воду, а высокая скорость частиц пыли по отношению к образующимся каплям обеспечивает высокую эффективность их улавливания за счет соударений с каплями. Укрупненные таким образом частицы легко улавливаются в циклонах или других брызгоуловителях (рис.
7.12).
Рис. 7.11. Циклонный скруббер «Пиз-Антони»:
/ — рукоятка;              2 — поворотная за
слонка на входе; 3 — тангенциальный ввод газа; 4 — система орошения; 5 —центральный отражательный диск; б —лопатки, выравнивающие поток.

Обычная кривая фракционной эффективности такого скруббера приведена на рис. 7.13, из которой следует, что эффективность улавливания частиц размером более 2 мкм достигает 100%. Высокая величина эффективности затрудняет на практике определение его точных рабочих характеристик. В работе [9] приведено значение эффективности улавливания возгонов окиси бария, имеющих частицы размером около I мкм, равное 99,98%.

Рис. 7.12. Скруббер Вентури:
I— труба Вентури; 2 —циклонный брызгоуловитель.


Недостатком простейшего скруббера Вентури является то, что требуются большие энергетические затраты; потеря давления порядка 635—700 мм вод. ст. для него обычна.
Было проведено несколько работ, в которых пытались снизить сопротивление или улучшить эффективность улавливания. Работы вели в разных направлениях. Водяную струю вводили непосредственно перед трубой Вентури. Это привело к образованию более мелких капель в горловине и к большей разнице между скоростями частиц и капель. Запыленный газ перед поступлением в трубу Вентури специально подготавливали путем насыщеция парами воды; в горловине трубы из-за пониженного статического давления происходила конденсация паров воды на частицах пыли и их укрупнение. Образованный таким образом «туман» улавливался далее каплями. Сообщалось, что многоступенчатые трубы Вентури такого типа обеспечивали эффективность улавливания частиц размером 0,3 мкм на
99,9%, хотя перепад давления на одной ступени составлял всего 25 мм вод. ст. [4]. Вводили в трубу Вентури тонкораспыленную воду. Это улучшало эффективность улавливания и снижало потери давления.
Однако, по данным Леппл а и Кемека [10], нельзя ожидать повышения эффективности с одновременным уменьшением сопротивления. Также следует учитывать, что тонкое распыление воды связано с большими затратами энергии. Кроме того, мельчайшие капельки с уловленными частицами пыли после прохождения трубы Вентури должны быть уловлены; очевидно, нельзя ожидать высокой общей эффективности, если водяные капли не будут значительно крупнее частиц пыли.
Дальнейшие исследования влияния различных параметров (размеры капель, условия конденсации, конструкции труб Вентури, размеры частиц, величина концентрации) на эффективность улавливания пыли представляют большой интерес. Весьма интересно также тщательное изучение механизмов контактирования в зоне орошения трубы Вентури.
Трубы Вентури заслуживают весьма обстоятельных исследований с точки зрения перспектив их использования для высокоэффективного улавливания тонких частиц. Вероятно, их можно использовать не только в качестве предварительных пылеуловителей. На ряде операций с низкими входными концентрациями их можно применять для улавливания основной массы пыли с малыми размерами частиц. В этом случае можно было бы меньше внимания уделять предварительной очистке приточного воздуха, поступающего в производственные помещения, и устанавливать только высокоэффективные фильтры, срок службы которых из-за низкой пылевой нагрузки будет более продолжительным.
Скрубберы Вентури обладают большими преимуществами: они очень просты по конструкции, не имеют подвижных частей, уловленная пыль непрерывно удаляется в виде легко перерабатываемого и легко транспортируемого шлама.
Их недостатком является образование мокрых выбросов, вызывающих в системах фильтрации коррозию. При охлаждении в этих выбросах образуются капли, которые выпадают при выходе из выбросной трубы. Перерыв в подаче энергии и другие неисправности в системе орошения могут привести к полной потере эффективности улавливания пыли.

Частицы пыли в электрофильтрах осаждаются при пропускании запыленного газа между парами электродов: коронирующим электродом, обычно имеющим форму тонкого провода и находящимся под отрицательным напряжением 40—50 кв, и заземленным осадительным электродом. Разность потенциалов должна быть достаточной

Рис. 7.14. Трубчатый электрофильтр:


I —регулируемые переливные кольца-насадки; 2 — сборник воды; 3 — коронирующие электроды; 4 — рама подвеса коронирую- щих электродов; 5 —нагревательный элемент (паровой змеевик); 6 — подвесное брызгало периодической промывки электродов; 7 —опорные обогреваемые изоляторы; 8 — изоляторные коробки высокого напряжения; 9 — люки; 10 — коллектор питания водой для промывки труб и отражательных конусов; // — днище водосборника; 12 — осадительные трубчатые электроды; 13 — корпус; 14 — коронирующие электроды; /5 —грузы на электродах; 16 — газоотражательный конус.

для образования коронного разряда около коронирующего электрода, что приводит к образованию газовых ионов, движущихся от коронирующего электрода к осадительному и заряжающих частицы пыли. Заряженные частицы под действием электрического поля движутся в основном к осадительному электроду и осаждаются на нем. Частицы, осевшие на электроде, образуют слой агрегированной пыли, который можно удалить, встряхивая электроды через определенные интервалы времени или смывая водой.
В промышленности используются два типа электрофильтров: трубчатые (рис. 7.14) и пластинчатые, различающиеся конфигурацией осадительных электродов.
Двухзонные электрофильтры (электрофильтры с предварительной ионизацией) пригодны для очистки воздуха с низкой концентрацией пыли. Они могут использоваться как предфильтры в схемах высокоэффективной фильтрации. В таких электрофильтрах зона ионизации отделена от зоны осаждения, что приводит к уменьшению размеров аппаратов и уменьшению расхода энергии.
В мокрых электрофильтрах, в которых вода смывает осадок пыли с электродов, эффективность значительно больше, чем в сухих. В горизонтальных орошаемых форсунками электрофильтрах, описанных Паркингтоном и Лаури-Уокером [И], особенно малые промежутки между осадительными и коронирующими электродами; необходимое напряжение 15 кв.
Эффективность осаждения
Уравнение для определения эффективности осаждения, полученное эмпирически Андерсоном в 1919 г. и теоретически Дейчем в 1922 г. и недавно уточненное Роузом и Вудом [12], может быть записано в виде
Tl= 100(1 —^wvq)),              (7.1)
где т] — эффективность;              As — общая площадь осаждения; W —
скорость дрейфа частицы; Q — объемная скорость газа.
В электрофильтрах происходит интенсивное турбулентное перемешивание потока в связи с высокими значениями чисел Re ив результате действия электрического ветра.
Скорость дрейфа заряженных частиц очень быстро достигает предельной величины. С учетом закона Стокса она может быть вычислена по формуле
^              . Pde2 (I I Щ              /7 2)
36-IO7 Tl a Tt D )              ’              ^ 'L)
ЗР
где р =              (?              —              диэлектрическая              постоянная);              D—диаметр час
тиц (при D^gt;I мкм)\ E — напряженность электрического поля; |ш — вязкость газа; J = 1,764 + 0,562e-0’785D/x; k — средняя длина пути свободного пробега молекул.
С помощью этих уравнений можно рассчитать эффективность осаждения частиц различных диаметров.
Стейерменд [2], сравнив рассчитанные и опытные результаты (рис. 7.15), пришел к выводу, что эти уравнения могут служить только для учета влияния изменений в работе данной установки, но не могут быть основой для расчета конструкций. На практике целесообразно проводить предварительные испытания опытной установки, когда трудно получить требуемые результаты на уже действующих устройствах.

Рис. 7.15. Кривая фракционной эффективности электрофильтра:
I — экспериментальная кривая; 2 — теоретическая кривая.


Несмотря на то что теоретически нет низшего предела для размеров частиц, которые не могли бы осаждаться в электрофильтрах, эффективных аппаратов для улавливания очень мелких частиц в настоящее время нет.
Удаление пыли. Накопившуюся на электродах пыль через определенные промежутки времени необходимо удалять, не допуская при этом снижения эффективности очистки. Наиболее часто применяется встряхивание или обстукивание электродов. Система встряхивания обычно рассчитана на группу электродов, соединенных штангой, по которой периодически наносятся удары механическим, электромагнитным или пневматическим устройством. Иногда слой пыли соскребают цепями. В некоторых случаях применяют высокоскоростные воздушные ударные волны. В мокрых трубчатых аппаратах слой пыли смывается пленкой воды. При удалении пыли не должно происходить взмучивания пыли.
Удалять пыль следует по возможности редко, чтобы уловленные частицы успевали агломерировать и чтобы не было вторичного уноса [13].
Форма осадительных электродов. В современных конструкциях электрофильтров необходимо усовершенствовать осадительные электроды.
Помимо обычных требований простоты изготовления, низкой стоимости, механической прочности и жесткости, желательно, чтобы они имели форму, исключающую образование мертвых зон, и обеспечивали бы «тихие» зоны, с которых можно удалять пыль, не вызывая вторичного уноса. Эти электроды должны давать также максимальные электрические поля, в которых нет острых граней и углов. Этим требованиям отвечают электроды, имеющие форму тюльпана.
Естественная пыль и ее кондиционирование. Электрическое сопротивление пыли является важным параметром, который определяет удерживание пыли на электродах. Если сопротивление меньше
IO4              ом-см (сажа, уголь), то частицы пыли могут отталкиваться от электродов. Если сопротивление больше 2-IO10 ом-см, то заряды не будут стекать с пыли. Образуется, обратная корона, которая будет препятствовать дальнейшему осаждению. Осаждение некоторых пылей с сопротивлением выше IO10 ом-см можно улучшить снижением температуры ниже 100° С, проводя впрыскивание воды для увеличения проводимости, или повышением температуры, если при этом уменьшается сопротивление. На практике разбрызгивание воды или введение пара для образования проводящего слоя частиц часто является методом уменьшения высокоомного сопротивления пыли. Для пылей, которые плохо адсорбируют воду, в этих случаях применяются пары серного ангидрида или аммиака [14].
Электрофильтры используются для предварительного осаждения пыли перед высокоэффективными фильтрами. Они особенно удобны, потому что могут иметь значительную эффективность осаждения даже мелких частиц. Кроме того, они хорошо работают при низких концентрациях пыли (табл. 7.4). Пенроуз [15] описал работу двухзонного электрофильтра при этих условиях.
Таблица 7.4 Типичные характеристики работы электрофильтров

Тип электрофильтра

Входная
концентрация,
г/л*3

Медианный весовой размер частиц, мкм

Эффективность, %

Однозонный

0,092

0,3

99,9


1,38

1,9

97,9


82,3


99,83

Двухзонный

0,092

0,3

99,99


4,6

0,25+50

90,0


Основной недостаток электрофильтров — их ненадежность: уменьшение эффективности может происходить при отключении напряжения в случае пробоев, при вторичном уносе уловленной пыли во время встряхивания, при изменении режимов работы основного технологического процесса. По этим причинам они нуждаются в квалифицированном обслуживании и постоянном уходе.
Работы Стейерменда и других показали, что можно получить значительный эффект очистки электрофильтрами, если пыли содержат радиоактивные материалы; в первую очередь это относится к двухзонным электрофильтрам. В некоторых случаях а-активный материал улавливается на 100%.
ФИЛЬТРАЦИЯ
Современные фильтры для очистки воздуха и газов можно условно разделить на три типа.
Тканевые фильтры. В этих фильтрах фильтрующие материалы (ткани, фетры и др.) могут использоваться в форме цилиндрических рукавов или плоских рам. Накапливающаяся на фильтрующей поверхности пыль периодически удаляется с помощью различного типа устройств для регенерации. Содержание пыли на входе в эти фильтры может быть 23 г/м3. Слой уловленной пыли активно участвует в фильтрации, и после образования такого слоя эффективность фильтра может превышать 99% по частицам с весовым медианным размером 5 мкм. Такие фильтры используются главным образом для улавливания промышленных пылей, образующихся при процессах плавления, при дроблении и измельчении руд и при абразивной очистке. Перед ними обычно устанавливаются грубые пылеуловители (циклоны или осадительные камеры).
Волокнистые фильтры промышленного типа. В основе работы этих фильтров лежат принципы, описанные в гл. III. В качестве фильтрующих слоев используются металлические стружки или сетки, разнообразные текстильные и минеральные волокна, которые в некоторых случаях пропитываются различными веществами для увеличения их пылеудерживающей способности. Эти фильтры рассчитаны на работу при концентрациях меньше 10 мг/м3. Используются они главным образом в системах кондиционирования воздуха без аппаратов предварительного пылеулавливания. Часто волокнистые фильтры служат предфильтрами перед высокоэффективными фильтрами.
Высокоэффективные фильтры. Эти фильтры отличаются от других волокнистых фильтров размером волокон, их ориентацией и упаковкой, а также толщиной слоя. Все эти параметры выбираются так, чтобы обеспечить высокую эффективность улавливания субми- кронных частиц.
Тканевые фильтры
Тканевый фильтр, наиболее широко используемый в промышленности, показан на рис. 7.16. Рукава фильтров обычно делают цельноткаными диаметром 125—500 мм, длиной до 9 м. Запыленный газ поступает внутрь рукавов таким образом, что более тяжелые частицы осаждаются в бункере, а газ протягивается через тканевые рукава и собирается в общий газоход. Обычно применяются хлопчатобумажные ткани с начесом или гладкие и шерстяные ткани, сукна или фетры в тех случаях, когда в газе имеются пары слабых кислот. В настоящее время расширяется применение синтетических

Рис. 7.16. Тканевый фильтр:
/ — пылеразгрузочное устройство; 2— защитная плита;
3— проход; 4 — двигатель и приводной механизм; 5 — секция с рукавами; 6 — платформа.


тканей (на основе полиамидных, полиакрилонитрильных и других волокон), а также тканей из стекловолокна, асбеста и металлизированных волокон.
Обычная фильтрующая ткань состоит из нитей основы и утка диаметром порядка 500 мкм, расположенных на расстоянии 100— 200 мкм друг от друга и образующих «сетку» с относительно большими отверстиями, которые частично заполнены тонкими отдельными волокнами диаметром 5—15 мкм. Такая среда весьма неэффективна до тех пор, пока на поверхности ткани не образуется пылевой слой (пористостью порядка 80—95%), способный задерживать даже субмикронные частицы. Чтобы не допустить уплотнения пылевого слоя, необходимо работать при низких скоростях фильтрации (0,3—1,8 м/мин).
Метод регенерации (или удаления пылевого слоя с ткани) является существенной особенностью конструкций тканевых фильтров с точки зрения обеспечения эффективности улавливания пыли при минимальном сопротивлении и увеличения срока службы ткани. Обычным методом регенерации является встряхивание запыленных рукавов вручную или с помощью электрического и пневматического привода через определенные промежутки времени или по достижении заданного сопротивления фильтра. Одним из методов регенерации является принцип обратной струйной продувки (ру-

Рис. 7.17. Фильтр с обратной струйной продув кой с движущимися продувочными кольцами: /—обратная струя; 2 — фильтрующий рукав.


кавные фильтры Херсея): кольцо со щелью, в которое нагнетается сжатый воздух, медленно перемещается по рукавам вверх и вниз (рис. 7.17). Радиальная струя продувочного воздуха проходит навстречу фильтруемому газу через материал рукава и выдувает пыль, которая падает в бункер. Такое устройство позволяет поддерживать более или менее постоянное сопротивление без отключения секций для регенерации.
Выбор ткани определяется ее термо- и химической стойкостью (табл. 7.5) и свойствами фильтруемой пыли в том смысле, что следует учитывать соотношение электрических зарядов, возникающих при фильтрации на частицах пыли и на материале. Сведения о материалах для различных пылей с этой точки зрения приведены Фредериком [14].
Сопротивление незапыленного тканевого фильтра, равное обычно 50 мм вод. ст., возрастает при эксплуатации до 150 — 200 мм вод. ст.
Недавними исследованиями установлено, что нанесение искусственного фильтрующего слоя на поверхность ткани может значительно улучшить эффективность тканевых фильтров, увеличивая таким образом обычный эффект осаждения, зависящий от образования слоя пыли на поверхности [16].
Таблица 7.5 Свойства некоторых фильтрующих материалов


Химическая стойкость

Максималь

Цена, отн. ед.

Материал ткани

в кислотной среде

в щелочной среде

но допустимая температура газа, 0C

Хлопок

Плохая

Достаточно

83

1,0

Шерсть

Хорошая

хорошая
Плохая

102

2,4

Нейлон

Плохая

Хорошая

107

2,6

Асбест



135

3,8

Нитрон

Хорошая

Плохая

135

4—5

Стекло (обработанное силиконами)

»


260—343



Наиболее подходит для этой цели асбест, тонкие волокна которого быстро образуют поперечные «своды» над отверстиями ткани. Получена эффективность свыше 99,9% даже для субмикронных частиц, однако более точных сведений нет.
По опыту автора ожидаемые степени очистки в рукавных фильтрах по пыли с частицами диаметром менее 5 мкм на практике не всегда подтверждаются. Для некоторых, материалов эффективность по метиленовой голубой составляла 50—60%, хотя ожидали получить до 99%. Необходима дальнейшая проверка тканевых фильтров с использованием современных термостойких материалов и устройств, улучшающих рабочие характеристики фильтров. Их применение в качестве предфильтров весьма перспективно, например, на 'бериллиевых заводах, где запыленность газов, отсасываемых от дуговых печей плавки и разливочных площадок, относительно высока и весьма желательно возвратить металл в производство.
Волокнистые фильтры промышленного типа
Масляные фильтры. В так называемых масляных (или висцино- вых) фильтрах волокнистый мат или непрерывная лента из перекрывающихся металлических сеток либо из перфорированных пластин размещается в раме и покрывается слоем липкого масла, удерживающего уловленную пыль. Для регенерации кассетных (ячейковых) фильтров такого типа их разбирают, промывают, смазывают и собирают вновь. Можно создать автоматические самоочищающиеся фильтры (рис. 7.18).
Масляные фильтры применяются для очистки приточного воздуха при высоких концентрациях пыли (до 40 мг/м3) и при высоких скоростях воздуха (до 3 м/сек), чтобы увеличить осаждение за счет инерционного эффекта. Сопротивление их незначительно, например 3 мм вод. ст. в чистом виде и 12 мм вод. ст. в забитом фильтре. Если плотность набиваемых волокон увеличивается с лобовой стороны к замыкающей, то на выходе получают низкие концентрации.

Фильтры такого типа обеспечивают эффективность до 85% при улавливании атмосферной пыли, но они едва ли будут эффективными для субмикронных частиц, таких, как в табачном дыме.
Мокрые фильтры. Эти аппараты похожи на масляные фильтры (рис. 7.19). Фильтрующей средой в них служат слои стеклянных или металлических волокон, постоянно смачиваемые водой [17].
Эти фильтры с успехом применяются в тех случаях, когда наряду с улавливанием частиц необходимо обеспечить поглощение пара или газа. А вообще эффективность и сопротивление их почти такие же, как и масляного и сухого фильтров.
3 .



Сухие фильтры. Подробное описание сухих фильтров, использующих в качестве фильтрующей среды волокнистые слои, бумагу из текстильных волокон или стекловолокнистые маты, дано в других разделах книги. Обычно среда таких фильтров не регенерируется, хотя, по сообщению Биллцнгса [18], ударная волна может привести к агломерации уловленной пыли, которую можно удалить обратной продувкой небольшим количеством воздуха. Далее загрязненный воздух направляется в циклон.
В качестве сухого волокнистого фильтра предварительной очистки перед высокоэффективными фильтрами можно применять автоматический катушечный фильтр (рис. 7.20).
Электростатические фильтры. В одном промышленном грубоволокнистом фильтре используется наложение электрического поля на фильтрующий мат. Фильтрующий материал укладывается обыч
ным способом между ^-образными опорными решетчатыми рамами и проводами, изолированными от рамы. На металлические провода подается отрицательный потенциал относительно рамы, поэтому волокна фильтрующего материала, являющиеся хорошими диэлектриками, также заряжаются.
Отмечается заметное повышение эффективности, особенно при наличии мелких частиц.
<< | >>
Источник: Уайт П., Смит С.. Высокоэффективная очистка воздуха. 1967

Еще по теме ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ВОЗДУХА OT ПЫЛИ:

  1. Очистка воздуха от табачного дыма
  2. ОЧИСТКА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА
  3. Уайт П., Смит С.. Высокоэффективная очистка воздуха, 1967
  4. 21.4. Предварительное решение, в том числе предварительный судебный запрет, деклараторные решения и консультативные заключения
  5. ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ
  6. ПОДАЧА ВОЗДУХА
  7. Аппараты для очистки газов
  8. Системы комплексной очистки газопылевых выбросов
  9. ФИЛЬТРЫ ГРУБОЙ очистки
  10. ОТКУДА ПОЯВИЛИСЬ ВОДА И ВОЗДУХ?
  11. § 4. Экологические преступления в сфере уголовно-правовой охраны атмосферного воздуха
  12. Предварительные цели
  13. 7.2. Предварительный контроль
  14. Нелетающая авиация - I Гитлер - враг Германии в воздухе (реактивная авиация)