Аппараты, применяемые для очистки воздуха от пыли, подразделяются на два основных вида: воздушные фильтры и пылеуловители. Такое разделение оборудования несколько условно, но позволяет довольно четко обозначить область его применения. Воздушные фильтры служат для очистки наружного воздуха, подаваемого в производственные помещения, пылеуловители – для очистки воздуха, удаляемого системами аспирации, от пыли перед выбросом его в атмосферу.

Современная техника пылеулавливания позволяет добиться практически полного осаждения пыли. Однако следует иметь в виду, что с увеличением эффективности пылеулавливающей установки возрастают затраты на очистку воздуха. Требования к очистке вентиляционных выбросов устанавливаются в зависимости от степени вредности выбрасываемой пыли и экономических соображений.

Эффективность пылеосаждения определяется, прежде всего, величиной осаждаемых частиц. Чем крупнее пыль, содержащаяся в запыленном воздухе, тем легче ее осадить, применив даже простейшие аппараты. Кроме того, на эффективность пылеулавливания влияют и другие свойства пыли: слипаемость, влажность, удельный вес, геометрическая форма пылинок и др. Учесть столь многочисленные факторы при расчете эффективности пылеуловителей – задача чрезвычайно сложная. В конструкциях всех известных аппаратов используются немногочисленные принципы осаждения пылевых частиц. Пылевые частицы могут выделяться из воздушного потока под действием гравитационных сил. Эти силы невелики, поэтому пылеуловители, основанные на использовании этих сил, не могут удовлетворить современным требованиям, предъявляемым к очистке газов. Широкое применение нашли пылеуловители, основанные на действии инерционных и электрических сил, а также пылеулавливание с помощью фильтрации запыленного воздуха через пористые материалы и осаждения пыли на смоченные поверхности.

Силы молекулярной диффузии при выделении частиц из воздуха проявляются в большей мере при уменьшении их крупности. При размере частиц d£ 0,2 мкм молекулярная диффузия является основным фактором, определяющим их осаждение. Турбулентная диффузия оказывает большое влияние на осаждение частиц размером до 30 мкм. Такие частицы полностью увлекаются турбулентными пульсациями. Поэтому при диффузионном осаждении частиц силы инерции играют важную роль, а в практике обеспыливания запыленного воздуха являются определяющими.

Инерционное отделение частиц в криволинейных воздушных потоках происходит под действием центробежной силы.

Инерционное отделение частиц в прямолинейных потоках происходит при обтекании препятствий. Осаждение пылевых частиц в этом случае обусловливается отклонением воздушных потоков при соприкосновении с перфорированными поверхностями, волокнами, каплями жидкости и т. п. Эффективность осаждения определяется соотношением числа частиц, соударяющихся с препятствием, с числом частиц, которые пересекли бы контур препятствия, если бы последнее не отклоняло воздушный поток. Выделение частиц объясняется торможением потока, несущего частицы, вблизи передней критической точки обтекания - точки застоя, образующейся у препятствия. Скорость частиц замедляется, они теряют инерцию и в результате действия поперечных составляющих скорости потока выносятся параллельно поверхности.

Осаждение частиц на препятствии происходит в случае их соприкосновения. Эффект осаждения существенно увеличивается, когда размеры частиц соизмеримы с размерами препятствия. В высокоэффективных матерчатых и нетканых пылеуловителях диаметр волокон является величиной одного порядка с размерами улавливаемых частиц. Это не относится к крупным частицам, которые в этом случае улавливаются как ситом.

Существенное влияние на осаждение частиц оказывает способность их к смачиванию. Если частицы плохо смачиваются, то поверхность жидкости около частицы приобретает вогнутую форму, т.е. силы поверхностного натяжения жидкости препятствуют погружению в нее частицы. Для снижения сил поверхностного натяжения воды и улучшения смачивания вводят специальные вещества – ингибиторы. Смачиваемость пылевых частиц уменьшается с уменьшением их крупности. Даже такой гидрофильный минерал, как кварц, в виде порошка трудно смачивается водой. Независимо от вида материала частицы менее 5 мкм относятся к несмачиваемым.

Пленками воды в мокрых пылеуловителях удерживаются частицы, движение которых характеризуется значением Re >5. Частицы пыли, погружающиеся в пленку воды на глубину, меньшую своего радиуса, при плохом смачивании водой могут быть снова вынесены воздушным потоком. При значении Re > 1000 и толщине пленки воды менее 10 диаметров частиц возможен отскок частиц от твердой поверхности, покрытой водяной пленкой, и их унос воздушным потоком [1].

Осаждение частиц пыли в пористых слоях происходит в результате одновременного действия всех рассмотренных механизмов пылеосаждения. Теория фильтрации в пористых слоях разработана недостаточно полно, так как учесть многочисленные факторы, влияющие на осаждение пыли, - задача чрезвычайно трудная. Расчет эффективности пылеуловителей производится главным образом на основе опытных данных.

Методы обеспыливания с помощью звуковых генераторов требуют дальнейших исследований. Существенным недостатком акустических методов обеспыливания являются значительная стоимость оборудования и большие эксплуатационные издержки. В нашей стране эти методы пока не нашли широкого применения и в настоящей работе не рассматриваются.

Выбор метода очистки и пылеуловителя в основном зависит от дисперсного состава и свойств пыли, а также требований, предъявляемых к полноте осаждения частиц. В зависимости от размеров эффективно улавливаемых частиц пыли пылеуловители подразделяются на пять классов

Системы аспирации дымовых и леточных газов производства карбида кальция

Широко применяемые в строительстве и при реконструкции инженерных систем маний и сооружений процессы газопламенной резки и сварки металлов основаны на использовании ацетилена, для получения которого требуется значительное количество карбида кальция.

Технологический процесс производства карбида кальция состоит из следующих стадий: подготовка, транспортировка и хранение сырья; приготовление и транспортировка шихты; получение карбида кальция; охлаждение, кристаллизация и упаковка карбида кальция; очистка реакционного газа; очистка дымовых газов; утилизация реакционного газа с получением пара.

Обожженная известь из известково-обжигательных печей по ленточному транспортеру поступает в двухситовой грохот, где происходит рассев ее на три фракции: 0-20 мм, 20-80 мм и свыше 80 мм. Известь грануляции с размерами свыше 80 мм из грохота поступает на доработку, дробится до 80 мм и поступает в бункер, где хранится фракция с размерами 20-80 мм. При необходимости фракция 20-80 мм дозируется лотковыми электровибраторами. Дозировка шихты производится автоматически весами-дозаторами: на 100 кг извести подается 670-800 кг кокса. Процесс образования карбида кальция осуществляется в карбидной электрической печи с рядовым расположением электродов. Ванна печи имеет вид прямоугольника с закругленными краями. Именно она является одним из основных источников пылевыделения. Над ванной печи установлен зонт, из которого пылегазовая смесь отсасывается и направляется в дымовую трубу.

Другим источником пылевыделения является летка, по которой происходит слив карбида кальция. Слив полученного карбида кальция из печи осуществляется периодически: при нагрузке на печь свыше 28 МВт производится не менее трех сливов в час с интервалами не более 10 мин. По окончании слива течка забивается глиняной пробкой вручную. Дымовые газы, образующиеся при сливе карбида кальция из летки печи, отсасываются дымососами и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

При нарушении режима плавки шихты в печных агрегатах также возможны технологические выбросы пылегазовой смеси, в состав которой входят оксид углерода, диоксид серы и оксиды азота, пыль извести, кокса и карбида кальция. Образующиеся в производстве карбида кальция газы способствуют коррозии машин и оборудования, разрушению зданий и сооружений. Однако наиболее вредное воздействие на окружающую среду и человека оказывает известковая пыль. Она разъедает ткани, вызывает ожоги, иногда тяжелые, поражение верхних дыхательных путей, пневмокониозы; попадание известковой пыли в глаза в некоторых случаях вызывает стекловидный оттенок и помутнение роговицы.

В настоящее время выброс пыли от карбидного производства Волгоградского ОАО «Химпром» осуществляется без очистки и составляет 4800 т/год. Поэтому устройством исследование пылеулавливающих систем и аппаратов, позволяющих существенно снизить концентрации пыли в выбросах предприятий по производству карбида кальция при минимальном числе ступеней и сокращении затрат материальных ресурсов, является актуальной экологической и технико-экономической проблемой.

Проведенный дисперсионный анализ показал, что пыль, содержащаяся в дымовых и леточных газах карбидных производств, представляет собой многокомпонентный полидисперсный продукт. Максимальный эквивалентный диаметр частиц пыли карбида кальция в дымовых газах равен 1 00 мкм, в леточных - 70 мкм. При этом число частиц размером менее 5 мкм составляет 40,7%. Следовательно, для очистки выбросов карбидных производств от пыли необходимо применение аппаратов с высокой эффективностью улавливания мелкодисперсных частиц.

В последние годы в России и за рубежом из средств сухой очистки получили распространение вихревые инерционные аппараты со встречными закрученными потоками с искусственно создаваемым и поддерживаемым винтообразным движением аэрозоля. В ходе лабораторных исследований и промышленной эксплуатации установлено, что такие аппараты, обеспечивая высокую эффективность, в меньшей степени, чем циклоны, подвержены забиванию, налипанию на стенки корпуса и абразивному износу.

Важной особенностью вихревых пылеуловителей является то, что степень очистки зависит от соотношения расходов первичного и вторичного потоков и от концентрации твердой фазы в пылегазовом потоке. Например, в аппаратах ПВВЗП и ВИП оптимальная эффективность достигается при отношении расхода, подаваемого на нижний вход аппарата, к общему, поступающему на очистку, в пределах от 0,23 до 0,27. Это требует точного регулирования аппаратов.

Кроме того, организация отсоса из бункерной зоны пылеуловителя позволяет: предотвратить пылевыделение при выгрузке из аппарата уловленного продукта; уменьшить абсолютное значение давления в аппарате, что в свою очередь приведет к снижению выбивания пыли; исключить установку шлюзового питателя, что также обеспечивает уменьшение количества пыли, выбивающейся из пылеотделителя; повысить надежность работы системы аспирации в результате снижения вероятности забивания пылеуловителя.

Результаты экспериментальных исследований показали, что при компоновке систем пылеулавливания из блоков аппаратов на встречных закрученных потоках и разделителя-концентратора диапазон изменения отношения расхода, подаваемого через нижний вход пылеуловителя, и общего, подаваемого на очистку, при котором достигаются максимальная эффективность очистки и минимальное аэродинамическое сопротивление, расширяется и составляет 0,2-0,3. Таким образом, использование разделителей-концентраторов не только позволяет повысить степень очистки, но благодаря более широкому интервалу изменения соотношения расходов обеспечивает более устойчивую работу системы пылеочистки в целом.

Основной частью системы очистки являются блоки пылеуловителей на встречных закрученных потоках и концентраторах. Запыленные газы сначала подаются на пылеконцентратор, установленный на входе в аппарат. После разделения в концентраторе на два потока высококонцентрированный первичный поток направляется по воздуховоду на второй пылеконцентратор, а вторичный поток – в верхнюю часть аппарата. Для улучшения условий оседания частиц из бункерной части аппаратов организован отсос. Отводимый от бункерной части пылегазовый поток по рециркуляционной линии вновь поступает в систему [7].

В результате внедрения опытно-промышленной установки пылеочистки максимальная запыленность газов, выбрасываемых в атмосферу, снизилась с 3950 до 840 мг/м³, а валовые выбросы пыли от источников карбидного производства сократились с 4800 до 1300 т/год.

Заключение

Для повышения эффективности работы систем обеспыливания необходимо знать особенности методов обеспыливания воздуха, устройство и принцип действия пылеулавливающих аппаратов, правила их выбора и эксплуатации при различных технологических процессах. Комплексное решение указанных задач на предприятиях строительной индустрии позволит обеспечить высокую эффективность очистки воздуха и защиту атмосферы.

В результате создания и внедрения технологических процессов и оборудования, отвечающих требованиям научно-технического прогресса, а также ввода в действие новых эффективных газоочистных установок и аппаратов, технического усовершенствования действующих пылеулавливающих систем, внедрения в промышленность современных эффективных методов очистки достигается значительное сокращение вредных выбросов предприятиями строительной индустрии.

Литература

1. Красовицкий Ю.В., Батищев В.В., Иванова В.Г., Новый подход к проблеме энергосберегающего сухого пылеулавливания при производстве строительных материалов. // Строительные материалы. № 4, 2004. ж. с. 2

2. Байтренас П.Б. Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов. М., 1990. – 15-17 с.

3. Бобровников Н.А. Охрана воздушной среды на предприятиях строительной индустрии. М., 1981. – с. 6-9, 52-54

4. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. М., 1979. – с. 56-59, 160-163

5. Азаров В.Н., Системы аспирации дымовых и леточных газов производства карбида кальция. // Стройматериалы.№ 11, 2002, с. 20-21

6. Гришин П.Г. Шлегель И.Ф. Булгаков А.Н., Система очистки дымовых газов в линии подготовки пресс порошка ШЛ310 // Стройматериалы. 6 / 2002, стр. 44-45.