Газоснабжение

У пінних апаратах газ, що очищується, рухається крізь  шар піни, яка утворюється за рахунок  високої швидкості руху газів, що є вищою за швидкість виринання  бульбашок (рис. 31).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пінний уловлювач  пилу з провальними тарілками  являє собою колону, по висоті якої встановлена одна або декілька тарілок (решіток). Підведення газу у зону контакту з рідиною та відведення рідини з  цієї зони здійснюється крізь дірчасті або щілинні отвори. Площа перетину отворів складає 10 ¸ 40% від перетину апарату. Оптимальна швидкість газу у розрахунку на увесь перетин апарату становить 2 ¸ 2,5 м/с. При швидкості більше, ніж 3,5 м/с, частина рідини у вигляді бризок виноситься з решітки газами, що відходять. Висота шару піни над решіткою 100 ¸ 200 мм. Пінні апарати забезпечують високу ступінь очищення пилу розміром більше, ніж 2 мкм.

Для інтенсифікації масообміну використовують також апарати  з рухомою  кульовою насадкою з  поліетилену, полістиролу та інших  пластмас. У корпусі між нижньою  опорно – розподільчою та верхньою обмежувальною решітками розташований шар порожнистих куль. У такому апараті швидкість газу до 8 ¸ 9 м/с і за рахунок псевдо зрідження кульової насадки вона не забивається, оскільки знаходиться у постійному русі і пил змивається рідиною.

Принцип роботи відцентрових апаратів мокрого очищення такий же, як і сухого очищення. Відцентровий скрубер (рис. 32) призначений для  очищення газів від твердих частинок та агресивних домішок. Внутрішня поверхня корпусу та конічного днища його для запобігання корозії та абразивного  зношування футерується кислототривкою керамічною плиткою. Уведення газу до корпусу виконується тангенційно. Внутрішня поверхня корпусу зрошується водою за допомогою сопел, що встановлені  рівномірно по периметру. Вода у вигляді  плівки з частинками пилу стікає по стінках донизу та відводиться через  гідравлічний затвор. Питома витрата  води становить (0,1 ¸ 0,2)10^-3 м³ на 1 м³ газу. Швидкість газів у вільному перерізі апарату 4 ¸ 5 м/с. Ступінь уловлювання пилу з розміром частинок 15 ¸ 20 мкм більше 95%, з розміром 2 ¸ 5 мкм – біля 90%.

В ударно –  інерційних апаратах (рис. 33) контакт  газу з рідиною здійснюється за рахунок  удару газового потоку о поверхню рідини або різкої зміни напряму  руху газу над поверхнею рідини.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В уловлювачі пилу ПВМ при включенні вентилятора  газ, що очищується, прямує у щілину між перегородками і захоплює з собою рідину. Турбулизований шар  рідини спочатку відхиляється верхньою перегородкою донизу, а потім нижньою  перегородкою уверх. Утворюється суцільна водяна завіса, крізь яку проходить  газ, що очищується. Пил уловлюється  за рахунок інерційних сил, що діють  на поворотах, та при проходженні  газу крізь водяну завісу.  

У динамічних промивачах газ, що очищується, контактує  з рідиною, яку розбризкує обертовий  елемент – вал з лопатями, перфоровані  диски і т.д. (рис. 34). Це механічні  скрубери, дезінтегратори, вентиляторні скрубери. При обертанні валу рідина, що захоплюється дисками, змочує їх поверхню та розбризкується. Пил осаджується  частково цими краплями рідини, частково на змочені диски, з яких змивається при обертанні. Ці апарати використовують для очищення від пилу розміром більше 7 мкм. Вони потребують великих витрат енергії, є складними у експлуатації та ремонті і знайшли обмежене застосування.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип роботи турбулентних промивачів газу заснований на дробінні рідини газовим потоком, захопленні краплями частинок пилу, їх коагуляції і осадженні у уловлювачі крапель інерційного типу. Вони використовуються для очищення від мікронного та субмікронного  пилу. Найбільш розповсюдженими з  них є швидкісні уловлювачі пилу або скрубери Вентурі (рис . 35).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У цих апаратах у потік запилених газів, що рухається  зі швидкістю 30 і більше м/с, уводиться  вода, яка дробиться на дрібні краплі. Частинки пилу поглинаються краплями рідини, котрі потім уловлюються  у простіших уловлювачах крапель, наприклад, циклонах.

Розпилення  рідини виконується у трубі Вентурі. Вона складається з частини, що звужується, - конфузора, вузький частини –  горловини та частини, що розширюється – дифузора. Рідина подається у  горловину або у конфузор. Газ  проходить з високою швидкістю  горловину і надходить у дифузор, де відбувається зниження його швидкості  за рахунок розширення потоку. На прискорення  та розпилення води витрачається енергія  газового потоку. Тому гідравлічний опір труби Вентурі за рахунок подавання  води у розпилювач зростає і чим  він більший, тим вище ступінь  очищення газу. Наприклад, для уловлювання  великих частинок швидкість газу у горловині складає 50 ¸ 80 м/с, витрата води (0,2 ¸ 0,7)10^-3 м³/м³, гідравлічний опір 3 ¸ 5 кПа. Для тонкого очищення швидкість газу повинна бути 100 ¸ 150 м/с, питома витрата води (0,5 ¸ 1,2)10^-3 м³/м³, гідравлічний опір 10 ¸ 20 кПа.                                                                                                                                               

На схемі  рис. 35а рідина подається через  горловину крізь периферійні  отвори та відділюється від газу у  циклоні. У схемі рис. 35б здійснюється центральне введення рідини через сопло, а сепараційним пристроєм є бак. Оптимальні співвідношення розмірів труб Вен турі: довжина горловини l₂ = 0,15d₂, де d₂ – її діаметр; кут звуження конфузору a₁ = 15 ¸ 28⁰; кут розширення дифузора a₂ = 6 ¸ 8⁰. Швидкості руху газу на вході та виході труби Вентурі становлять звичайно 18 ¸ 20 м/с.

Наведемо основні відомості  щодо основ процесу фільтрації, а  також розглянемо найбільш поширені види фільтрів.

Процес очищення газів від твердих або рідких частинок за допомогою пористих середовищ  називають фільтрацією. Частинки, що є завислими у газовому потоці, осаджуються на поверхні або у  об’ємі пористого середовища за рахунок сил дифузії, зачеплення, інерційних, електростатичних та гравітаційних сил. Апарати для очищення фільтрацією називають фільтрами. Вони можуть бути з рухомим та нерухомим, з сухим та змоченим шаром. За методом регенерації фільтруючих елементів вони діляться на апарати з промивними пристроями, зі струшуванням або вібраційним струсом, зворотною, пульсуючою або струминною продувкою, з відцентровою регенерацією.

Зернисті  фільтри можуть працювати в умовах високих температур та агресивного  середовища. Вони поділяються на два  типи:

1.Власно зернисті  насадкові або насипні, у яких  уловлюючи елементи – пісок,  гравій, шлак, керамічні кільця і  т.д. не зв’язані жорстко один  з одним. Це статичні (нерухомі) та динамічні (рухомі) шарові фільтри  з гравітаційним переміщенням  сипучого середовища; фільтри псевдозрідженого  шару.

2.Жорсткі  пористі фільтри, у яких зерна  зв’язані шляхом спікання, пресування  або склеювання. Це пориста кераміка, пористі метали, пластмаси. Вони  володіють високою кислото –  та термостійкістю (біля 400⁰С); ефективність уловлювання пилу у них – 99,99%. Але вони дуже дорого коштують і є малопродуктивними. Використовуються такі фільтри для виділення цінних пилоподібних продуктів або у ядерних установках.

У пористому  волокнистому фільтрі гази пропускають  крізь шар волокнистого матеріалу, на поверхні якого затримуються частинки пилу. Найбільш розповсюдженими є  рукавні фільтри (рис. 36).

У корпусі  такого фільтра розміщені мішки  – рукави з тканини. Їх нижні відкриті кінці закріплені на патрубках загальної  трубної решітки, а верхні мають  кришки, що висять на загальній рамі. При проходженні запиленого газу зсередини рукавів зовні на внутрішній поверхні і в порах тканини  осаджується пил, а очищений газ  видаляється через вихлопну трубу. З накопиченням пилу усередині та на поверхні тканини зростає аеродинамічний опір фільтра і зменшується його пропускна здатність.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для регенерації  тканини, тобто видалення з неї  пилу, виконують періодично струшування  рукавів за допомогою кулачкового  механізму. Інколи поряд зі струшуванням виконують зворотну продувку рукавів  повітрям. Пил потрапляє у конічне  днище та видаляється за допомогою  шнека.

Рукавні фільтри  збирають з декількох секцій, які  почергово відключають на розвантаження  пилу при забезпеченні неперервної  роботи системи у цілому. Для виготовлення рукавів використовують до температури 65⁰С бавовняні тканини, до 80 ¸ 90⁰С шерстяні. Для попередження зволоження тканини та покриття її гряззю нижня межа температури газу, що надходить на очищення, повинна бути на 10⁰С вищою за точку роси. Використовують також синтетичні тканини та тканини зі скловолокна, які можуть працювати до температури 150 ¸ 250⁰С.

Перевагою рукавних фільтрів є висока ступінь очищення від тонко дисперсного пилу, а  недоліками – швидке зношування або  закупорювання тканини, непридатність  для очищення гарячих та вологих  газів. Використовують також фільтри  з напівжорсткими пористими перегородками  у вигляді комірок – касет, у яких між сітками затиснутий шар скловолокна, що змочений спеціальним  мастилом, або металевої стружки. Для дуже тонкого очищення використовують фільтри з ультратонких волокон.

Для уловлювання  крапель, що виносяться з апаратів мокрого  очищення газу, використовуються уловлювачі крапель. Простішими з цих пристроїв  камері осадження та інерційні уловлювачі крапель, принцип роботи яких є аналогічним  до принципу роботи камери осадження  пилу та інерційного уловлювача пилу. У якості уловлювачів крапель  використовують також насадки з  кілець Рашига, шлаку, стружки і т.д. Оптимальна швидкість руху газу у  насадці 3 ¸ 5м/с. Найбільш розповсюдженими є відцентрові уловлювачі крапель, причому часто з цією метою використовують звичайні циклони.

Для очищення газів від туманів використовують волокнисті та сітчасті фільтри. Принцип  роботи уловлювача туману заснований на захопленні рідких частинок волокнами  при їх пропусканні крізь волокнистий  шар з неперервним відводом з  нього уловленої рідини (рис. 37).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип дії  електрофільтрів заснований на ударній  іонізації газу, тобто на розщепленні  його молекул на позитивно та негативно  заряджені іони. У газі у звичайних  умовах завжди присутня деяка кількість  вільних електронів та іонів. У електричному полі вони рухаються до протилежно заряджених електродів і утворюють  електричний струм. При достатньо  великий напрузі швидкість цих  заряджених частинок зростає настільки, що вони стають здатними іонізувати при  стиканні нейтральні молекули. При  деякій напрузі відбувається замикання  електродів – іскровий пробій. Для  запобігання цьому явищу у  електрофільтрах створюють неоднорідне  електричне поле з максимальною напругою навколо електрода, що коронує. З  віддаленням від нього напруженість електричного поля знижується і швидкість  руху носіїв заряду стає недостатньою для підтримання процесу утворення  нових іонів.

Явище ударної іонізації поблизу  електрода називається коронуванням або коронним розрядом. Неоднорідність електричного поля досягається шляхом устрою електродів у вигляді центрального проводу усередині труби (трубчастий електрофільтр) або у вигляді  ряду проводів між пластинами (пластинчастий  електрофільтр). Електрод, що коронує, приєднується до негативного полюсу джерела струму, оскільки при цьому  досягається більш висока напруга  без виникнення іскрового розряду.

Негативно заряджені  іони та електрони під дією електричного поля виходять з області коронного  розряду та переміщуються зовні  корони до позитивно зарядженого  електроду – електрода осадження. При зустрічі з частинками пилу або  рідини у газі вони віддають ним  свій заряд, що вимушує рухатися ці частинки до електрода осадження. На електроді осадження частинки розряджаються  та скидаються з нього за рахунок  сили тяжіння або при струшуванні. Живлення електрофільтра здійснюється постійним струмом високої напруги (40 ¸ 75 кВ).

Для пластинчастого електрофільтра (рис. 38) маса пилу, що утримується  у об’ємі між електродного простору довжиною dx на відстані х від входу газу у електричне поле складає:

М_Х = Z_X в 2с dx,

де  Z_X – запиленість газу;

в – висота електрода осадження;

с – відстань між електродами осадження та коронування.

Кількість пилу, що осаджена за час dt з виділеного об’єму 2всdx на поверхні електродів осадження df = 2вdx становить:

dМ_Х = - Z_X w_Д 2в dx dt,

де w_Д – швидкість руху частинок у напрямі електродів осадження, тобто швидкість дрейфу, що залежить від напруженості електричного поля. Знак мінус вказує на зменшення вмісту пилу у газі по мірі його руху між електродами. Після розділення наведених виразів один на одного отримуємо:

.

Позначимо запиленість  газу на вході та виході електрофільтра Z₁ та Z₂, час проходження газу через увесь електрофільтр через t. Тоді отримуємо:

;         ;         .

Якщо позначити  час руху газу у електрофільтрі через  його довжину L та швидкість руху газу w_Г, то можна отримати вираз для визначення вмісту пилу після очищення:

t = L/w_Г;    

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ступінь уловлювання  пилу:

.

Швидкість газу у фільтрі залежить від об’ємної витрати газу, що проходить очищення, V та числа каналів активного перерізу електрофільтра n: