3.7.3. Зернистые фильтры

Фильтрующий слой в этих фильтрах образован зернами сферической или другой форме. Могут использоваться при высоких температурах – до 500 – 800°С, в условиях воздействия агрессивной среды. Зернистые фильтры распространены значительно меньше, чем тканевые фильтры. Различают насыпные зернистые фильтры, в которых элементы фильтрующего слоя не связаны жестко друг с другом, и жесткие зернистые фильтры, в которых эти элементы прочно связаны между собой путем спекания, прессования, склеивания и образуют прочную неподвижную систему.

Зернистые жесткие фильтры керамические, металлокерамические и др. обладают значительной устойчивостью к высокой температуре, коррозии, механическим нагрузкам. Их недостаток – высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление, трудность регенерации.

В насадке насыпных фильтров используют песок, гравий, шлак, дробленые горные породы, кокс, крошку резины, пластмасс, графита и др. материалы в зависимости от требуемой устойчивости и к воздействию температуры, химических веществ и др.

Зернистый фильтр может быть единственной ступенью в установке или первой ступенью перед более эффективным фильтром, например с материалами ФП.

Регенерация осуществляется путем рыхления слоя вручную или механически, промывки водой, замены слоя.

Пример такого фильтра – зернистый гравийный фильтр для улавливания пылей с наличием абразивных частиц и агрессивных газов от дробилок, грохотов, сушилок, мельниц, транспортирующих устройств предприятий по производству цемента, извести, гипса, фосфорных удобрений и др. Удельная нагрузка на фильтр – 17 – 50 м³/(м²×ч), сопротивление фильтра – в пределах 0,5 – 1,5 кПа. Эффективность очистки – до 99,8 %.

3.8. Аппараты мокрой очистки газов

Одним из простых и эффективных способов очистки промышленных газов от взвешенных частиц является мокрый способ, получивший в последние годы значительное распространение в отечественной промышленности и за рубежом.

Аппараты мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц и небольшой стоимостью по сравнению с аппаратами сухой очистки.

Некоторые типы аппаратов мокрой очистки (турбулентные газопромыватели) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

Аппараты мокрой очистки газов по степени очистки могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры не могут быть применены вследствие высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов.

В аппаратах мокрой очистки газов одновременно со взвешенными частицами можно улавливать парообразные и газообразные компоненты. К недостаткам мокрой очистки следует отнести: необходимость обработки образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и необходимость защиты аппаратов от коррозии при обработке агрессивных сред. Несмотря на эти недостатки, мокрые газоочистные аппараты с успехом применяют в химической промышленности.

Аппараты мокрой очистки часто используют в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения газов. В этом случае газоочистные аппараты служат еще и теплообменниками смешения, где охлажденный газовый поток непосредственно контактирует с охлаждающей жидкостью.

Среди аппаратов для очистки газов от пыли мокрые пылеуловители отличаются наибольшим многообразием, что обусловливается силами, воздействующими на газо-жидкостные потоки. При этом жидкая фаза находится в аппарате в виде пленки, струи, капель, пены или различных сочетаний.

По принципу работы аппараты мокрой очистки газов делятся на следующие группы: полые и насадочные, барботажные и пенные, аппараты ударно-инерционного типа, центробежного типа, динамические и турбулентные промьватели.

3.8.1. Полые и насадочные аппараты

В полых и насадочных аппаратах запыленные газы пропускают через поток распыляемой, разбрызгиваемой или стекающей по насадке жидкости. При этом частицы пыли захватываются потоками промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

В полых скрубберах промывку газов осуществляют с помощью разбрызгивания жидкости навстречу движущемуся очищаемому потоку. Для орошения скрубберов применяют форсунки грубого распыления. Высокая эффективность очистки газов достигается в том случае, если промывная жидкость распыливается с образованием капель 0,5 — 1 мм. Обычно скруббер представляет собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения. Форсунки устанавливают в одном или нескольких сечениях по высоте аппарата.

Для снижения брызгоуноса скорость газа в аппарате не должна превышать 1 - 1,2 м/с. Гидравлическое сопротивление полого скруббера невелико и обычно не превышает 250 Па. Расход воды составляет 5 - 10 м³/ч на 1 м² площади поперечного сечения. Наиболее полно в этих аппаратах улавливаются частицы пыли более 10 мкм.

Характерной особенностью насадочных скрубберов является то, что процесс выделения пыли происходит на смоченной поверхности насадки в результате многочисленных изменений движения газового потока в аппарате. Насадочные скрубберы заполняют насадочными элементами различной конфигурации, которые удерживаются на опорных решетках. К беспорядочной насадке относятся кольцевая (при загрузке навалом), седлообразная, кусковая; в регулярной - хордовая, блочная, уголковая.

Недостатками насадочных скрубберов являются частые забивки насадки при обработке запыленных газов, что ограничивает область их применения в технике пылеулавливания. Насадочные колонны целесообразно применять только при улавливании хорошо смачиваемой пыли, особенно в тех случаях, когда процессы улавливания сопровождаются охлаждением или очисткой газов от других компонентов.

3.8.2. Барботажные и пенные аппараты

В барботажных аппаратах очищаемые газы в виде пузырьков проходят через слой жидкости; при этом вследствие большой поверхности соприкосновения газов с жидкостью протекает процесс очистки газов от взвешенных частиц. Очищаемые газы барботируют в жидкость через трубки, опущенные в слой жидкости. Для дробления газов на мелкие пузырьки край барботажной трубки часто делают зубчатым. Эффективность подобных аппаратов достаточно велика, однако из-за сложности изготовления они имеют ограниченное применение в промышленности.

В пенных аппаратах пылеулавливающий эффект достигается в результате движения очищаемого газа через слой пены. Пена в этих аппаратах может формироваться различными способами: на решетке, куда подается жидкость, продуваемая снизу воздушным потоком или при ударе воздушного потока о зеркало жидкости.

Пенные пылеуловители широко распространены в химической промышленности. Они просты по конструкции и достаточно эффективны. В отличие от барботеров в пенных пылеуловителях газы проходят через жидкость со скоростью, превышающей скорость свободного всплывания пузырьков, что создает условия для образования высокотурбулизованной пены.

Пенные газопромыватели представляют собой вертикальный аппарат круглого или прямоугольного сечения, во внутренней полости которого установлены перфорированные или щелевые решетки. Очищаемые газы поступают к решеткам снизу. В результате интенсивного перемешивания газа с жидкостью в слое пены происходит смачивание и выделение из потока пылевидных частиц, которые выводятся из аппарата в виде шлама, а очищенные газы выходят через патрубок, расположенный в верхней части аппарата.

Существуют пенные пылеуловители с провальной (а) и переливной (б) решетками. В первом из них жидкость как бы «проваливается» сквозь отверстия в решетке, через которые по­ступает очищенный поток. Аппараты с переливными решетками могут работать со свободным сливом пены через сливной порог. Для эффективной работы аппаратов как с провальными, так и переливными решетками важно, чтобы жидкость и газ равномерно распределялись по поверхности решеток.

В пенных аппаратах с переливными решетками расходуется примерно в три раза меньше жидкости и допустимы значительные колебания нагрузки по газу и жидкости, чем в аппаратах с провальными решетками. Однако решетки провального типа меньше забиваются пылью, поскольку стекающая в отверстия вода смывает осадок с решеток.

Необходимо отметить, что при скорости газа более 1,0—1,2 м/с в пенных аппаратах возможен сильный унос капель воды. Поэтому в сечении аппарата над слоем пены должен быть установлен каплеуловитель. Последними исследованиями в области совершенствования пенных аппаратов было установлено, что над основной решеткой должен быть расположен специальный выпрямитель высотой 60 мм в виде сот с ячейками (35х35 мм). Соты выравнивают слой пены по всей площади решетки и позволяют увеличить скорость газа в сечении корпуса аппарата до 3 м/с.            

В целях интенсификации массо- и теплообменных процессов в последние годы получил распространение аппарат, в котором подвижной насадкой служат полые и сплошные шары из полиэтилена, полистирола и других пластические масс.

В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной решеткой и верхней ограничительной решеткой помещается слой полых шаров. Эти аппараты успешно применяли для мокрого обеспыливания газов в процессах, сопровождающихся образованием взвесей и осадков, когда другие аппараты оказывались непригодными.

При гидравлическом сопротивлении от 1500 до 2000 Па в аппарате с псевдоожиженной шаровой насадкой улавливается до 99% частиц размером от 2 мкм и более.

Пенные пылеуловители ЛТИ используют для тонкой очистки технологических, дымовых и выхлопных газов, а также вентиляционного воздуха от пыли, туманов и других загрязнений, обеспечивая более высокую степень очистки по сравнению с мокрыми пылеуловителями другие типов.

3.8.3. Аппараты ударно-инерционного типа

Мокрые газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.  

Мокрый ударно-инерционный пылеуловитель представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 180°) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы натравляются в выходной газопровод. Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла.

Среди мокрых пылеуловителей ударного действия можно выделить еще два наиболее распространенных в промышленности аппарата: статический пылеуловитель ПВМ, типа ротоклон и скруббер ударного действия (скруббер Дойля).

Производительность промышленных ротоклонов составляет от 2500 до 90000 м³/ч. Эксплуатационным достоинством ротоклонов является возможность изменения производительности (в пределах 25% от номинальной) без заметного снижения эффективности. Институтом Гипротяжмаш был разработан пылеуловитель производительностью до 40000 м³/ч. Он оборудован устройством для автоматической водоподпитки и поддержания уровня воды в аппарате. Аппарат показал хорошие результаты по эффективности очистки аспирационного воздуха и рекомендован к применению для очистки вентиляционных выбросов от неслипающихся и нецементирующихся пылей.

В скруббер Дойля газ на очистку поступает через трубы, в нижней части которых установлены конусы, увеличивающие скорость газовых потоков (до 35—55 м/с). С этой скоростью газовый поток ударяется о поверхности жидкости, создавая завесу из капель. Уровень жидкости в скруббере на 2—3 мм ниже кромки газоподводящей трубы, а гидравлическое сопротивление составляет 1500 Па. Техническая характеристика скруббера Дойля приведена в табл. 11

Таблица 11.