Эффективность пылеулавливания

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РФ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ 

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  АКАДЕМИЯ 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по дисциплине « Техника защиты окружающей среды»

на тему:

  «Эффективность пылеулавливания  » 
 
 
 
 

Выполнил : студент  группы 4334-С ____________  Салахова М.Р. 

Проверил :                                            ____________  Мифтахов М.Н. 
 
 
 

г. Набережные Челны 

2011 г.

Содержание 

 Введение                                                        3

1.1.Очистка и переработка технологических газов, дымовых отходов и вентиляционных выбросов.                                                                                              5

1.1.Классификация устройств для очистки воздуха от пыли                                        8

1.2.Пылеуловители для очистки выбросов в атмосферу                                             11    

1.2.1. Пылеосадочные  камеры                                                                                        11 

1.2.2.Инерционные  пылеуловители                                                                               12                                                                              

2.Циклоны                                                                                                                         15

2.1.Общая характеристика                                                                                              15

2.2.Батарейные циклоны                                                                                                 16

3.Ротационные  пылеуловители                                                                                      18                                                                                                          3.1.Вихревые пылеуловители                                                                                         18

3.2.Фильтрационные  пылеуловители                                                                            20                                                                                                             4.Аппараты мокрой очистки газов                                                                                 24

4.1.Полые и  насадочные аппараты                                                                                 24                                                                                              4.2.Барботажные и пенные аппараты                                                                             25                                                                                      

4.3.Аппараты  ударно-инерционного типа                                                                     27                                                                                  

4.4.Аппараты  центробежного типа                                                                                28

4.5.Скруббер  Вентури                                                                                                     29

5.Электрические  фильтры                                                                                              30

6.Гибридные  фильтры                                                                                                     32

Заключение                              33

Список  литературы                  34  
 
 
 
 
 
 

      ВВЕДЕНИЕ 

      Проблема  защиты окружающей среды от выбросов загрязненного газа чрезвычайно  актуальна. По данным ООН, ежегодно в атмосферу выбрасывается 2,5 млн. т пыли. По мнению американских экологов  количество пыли, образующейся в промышленности, будет увеличиваться ежегодно на 4% за счет общего роста промышленного производства. По словам министра природных ресурсов РФ Ю.П. Трутнева, эксплуатируемые запасы нефти у нас иссякнут в 2015 г. На третьем Всероссийском форуме «ТЭК России в XXI веке» (Москва, Кремль, 21-25 марта 2005 г.) прозвучали следующие прогнозы: «Скорее всего, нефтяное блаженство нашей страны к 2015 г. закончится. С газом то же самое произойдет к 2025 г. С 2030 по 2040 первенство займут уголь и атомная энергетика» . Запасов каменного угля, по данным различных источников, должно хватить на 400 лет. Такие изменения в топливно-энергетическом балансе в мире и в России будут сопровождаться загрязнением атмосферы токсичными выбросами и твердыми частицами, образующимися при сжигании органического топлива , что потребует совершенствования используемого пылеочистного оборудования. В соответствии с экологической доктриной Российской Федерации, одобренной правительством РФ в 2002 г., для обеспечения экологической безопасности страны необходимо соблюдение ряда основных принципов, в первую очередь предотвращение негативных экологических последствий в результате хозяйственной деятельности . В связи с этим очевидна актуальность работ, направленных на исследование и повышение эффективности процесса очистки отходящих газов от пыли (особенно мелкодисперсной) во всех технологических процессах, при которых происходит пылевыделение. Для пылеулавливания применяют большое число аппаратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по способу осаждения взвешенных частиц. Наибольшее распространение среди различных видов пылеуловителей получили механические сухие пылеулавливающие аппараты, среди них одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые пылеуловители, как отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации. Применение их обусловлено также возможностью очистки газов с большой начальной запыленностью и выделением пыли в сухом виде. Высокоэффективное разделение двухфазных систем может быть достигнуто в прямоточных циклонах, основными преимуществами которых являются: возможность эффективного разделения в широком диапазоне варьирования расхода газа и концентрации пыли при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении, надежность и простота конструктивного оформления. При примерно равных затратах энергии и производительности прямоточные циклоны превосходят противоточные по эффективности разделения, особенно для частиц с размерами менее 5-10 мкм. Поэтому для очистки отходящих газов в промышленности часто используются прямоточные циклоны (особенно в качестве первой ступени очистки).Для конструирования новых и эффективного использования известных вихревых аппаратов необходимо совершенствовать методы расчета двухфазных закрученных потоков, которые нашли широкое применение в технических устройствах для интенсификации массообменных и сепарационных процессов (сушка дисперсных материалов, обеспыливание воздуха, энергоразделение в трубках Ранка и т. д.).Наиболее существенными характеристиками циклонных пылеуловителей являются эффективность сепарации и гидравлическое сопротивление, определяющие качество очистки и энергозатраты на его достижение. Именно по этим показателям производят выбор пылеуловителя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Очистка  и переработка  технологических  газов, дымовых  отходов и вентиляционных  выбросов.

      Пылеулавливание - очистка газов от взвешенных в  них мелкодисперсных твердых  частиц пыли или дыма. Производится для защиты от загрязнений атмосферного воздуха (особенно при выбросе отходящих промышленных газов), технологической подготовки газов и извлечения из них ценных продуктов. Пылеулавливание осуществляют с помощью пылеуловителей, встроенных в основное технологическое оборудование, а также выносных. Эффективность пылеулавливание определяется, как правило, отношением массы частиц пыли, уловленных (осажденных) в пылеуловителе, к массе частиц пыли на его входе.

Процесс очистки  газов от твердых и капельных  примесей в различных аппаратах характеризуется рядом параметров, в том числе общей эффективностью очистки:

η=(Свх-Свых)/Свх,

 где Свх  и Свых - массовые концентрации  примесей в газе до и после  пылеуловителя (фильтра).

 Если очистка  ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки

η=1-(1-η1)(1-η2)...(1-ηn),

 где η1, η2, ..., ηn - эффективность очистки 1-го, 2-го и n-го аппаратов. 

 В ряде  случаев используется понятие  фракционной эффективности очистки: 

ηi=(Свхi-Свыхi)/Свхi

 где Свхi и Свыхi - массовые концентрации i-и фракции загрязнителя до и после пылеуловителя.

 Для оценки  эффективности процесса очистки  также используется коэффициент  проскока К частиц через пылеуловитель: 

К=Свых/Cвх,

 Как следует  из формул  , коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К=1-η.

 Гидравлическое  сопротивление пылеуловителей Ар  определяется как разность давлений  воздушного потока на входе  рвх и выходе рвых из аппарата. Величина Ар находится экспериментально  или рассчитывается по формуле

Δр=рвх-рвых=ζρω2/2, (4)

 где ρ и  ω - плотность и скорость воздуха  в расчетном сечении аппарата; ζ - коэффициент гидравлического  сопротивления. 

        Величина гидравлического сопротивления  имеет большое значение для  расчета гидравлического сопротивления всей пневмосистемы и определяет мощность привода устройства для подачи воздуха к пылеуловителю. Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление пылеуловителя изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное рнач и конечное значение ркон. При достижении р=ркон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) пылеулавливающего устройства. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров.

      В технике пылеулавливания применяют  большое число аппаратов, отличающихся конструкцией и принципом осаждения взвешенных частиц. По способу их отделения от потока газа пылеуловители обычно подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрической очистки. Работа любого пылеуловителя основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц. Вклад каждого определенного механизма осаждения в эффективность работы пылеуловителя можно качественно охарактеризовать соответствующим безразмерным параметром.

      Большое число современных химико-технологических  процессов связано с дроблением, измельчением и транспортированием сыпучих материалов. При этом неизбежно  часть материалов переходит в  аэрозольное состояние, образуя  пыль, которая с технологическими или вентиляционными газами выбрасывается в атмосферу.    Пылевые частицы имеют большую суммарную поверхность, вследствие чего их химическая и биологическая активность очень высока. Некоторые вещества в аэродисперсном состоянии приобретают новые свойства, например способность взрываться. Частицы промышленной пыли имеют различные форму и размеры. Понятие размера частицы ввиду большого разнообразия форм условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр (диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности сравниваемой частицы). При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают. Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли.

      В настоящее время известно несколько  сотен различных конструкций аппаратов для очистки газов от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где использованы немногие основные принципы осаждения или задержания взвешенной фазы.В зависимости от природы сил, используемых в пылеулавливающих аппаратах для отделения частиц пыли от газового потока, их подразделяют на четыре основные группы пылеосадительные камеры и циклоны, аппараты мокрой очистки газов, пористые фильтры, электрические фильтры.

      1.1.Классификация устройств для очистки воздуха от пыли 

      Пылеулавливающее  оборудование при всем его многообразии может быть классифицировано по ряду признаков: по назначению, по основному  способу действия, по эффективности, по конструктивным особенностям. Классификация пылеулавливающего оборудования дана в ГОСТ 12.2.043-80. Оборудование пылеулавливающее. Классификация.

      Оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха в системах вентиляции, кондиционирования  и воздушного отопления, а также  для защиты от загрязнения пылью воздушной среды зданий, сооружений и прилегающих к ним территорий, метрополитенов, подземных и открытых горных выработок, подразделяется на следующие типы:

• оборудование, применяемое для очистки от взвешенных частиц пыли воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления – воздушные фильтры;
• оборудование,  применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами вытяжной вентиляции – пылеуловители.

      Пылеулавливающее  оборудование в зависимости от способа отделения пыли от  воздушного потока применяют следующих исполнений: оборудование для улавливания пыли сухим способом, при котором отделенные  от воздуха частицы пыли осаждаются на сухую поверхность; оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

      Пылеулавливающее  оборудование по принципу действия подразделяется на группы, по конструктивным особенностям – на виды и действует по сухому (табл. 1) и мокрому (табл. 2) способу.

      Таблица 1.

      Группы  и виды пылеулавливающего  оборудования для  улавливания пыли сухим способом.

      Примечание. Знак «+» означает применение; знак «-»  означает неприменение.

      Таблица 2.

      Группы  и виды пылеулавливающего  оборудования для  улавливания пыли мокрым способом.

      Примечание. Знак «+» означает применение; знак «-» означает неприменение.

      Пылеулавливающее  оборудование, в котором отделение  пыли от воздушного потока осуществляется последовательно в несколько  ступеней, отличающихся по принципу действия, конструктивным особенностям и способу  очистки, относят к комбинированному пылеулавливающему оборудованию.

      Классификация пылеулавливающего оборудования согласно ГОСТ 12.2.043-80 приведена на схеме. На схеме  дополнительно показан вид пылеулавливающего  оборудования – биофильтр, применяемый  для очистки выбросов, от ряда органических пылей. 
 
 
 

      1.2.Пылеуловители  для очистки выбросов  в атмосферу. 

      Пылеуловители, применяемые для очистки воздуха, удаляемого системами вытяжной вентиляции, делятся на пять классов в зависимости  от размеров эффективно улавливаемых частиц пыли, отнесенной к соответствующей группе по дисперсности (табл. 3). 

      Таблица 3.

      Классификация пылеуловителей

      Под эффективным улавливанием понимают улавливание с эффективностью более 95%. Однако, эффективность улавливания частиц данной группы пыли, приведенная в табл. 7 является в основном ориентировочной, поскольку зависит от концентрации пыли в очищаемом воздухе, от ее слипаемости, волокнистости, которые значительно влияют на коагуляцию пыли.

      Разработаны и эксплуатируются значительное количество пылеуловителей во всех отраслях промышленности. Число конструкций  составляет тысячи. Имеется возможность  рассмотреть здесь лишь наиболее распространенные, характерные и  перспективные. Будут рассмотрены аппараты, применяемые преимущественно для очистки вентиляционных выбросов, а также устройства, используемые главным образом в системах очистки технологических выбросов. Четкой границы провести нельзя. Например, циклоны широко применяются, как в системах вентиляции, так и в технологических установках. В то же время некоторые аппараты преимущественно служат для технологической очистки (пылеуловители Вентури, электрофильтры и др.).

1.2.1. Пылеосадочные камеры

      Пылеосадочные камеры являются простейшими пылеулавливающими устройствами. Они относятся к группе гравитационного оборудования, в которую входят два вида оборудования – полое и полочное.

      Пылевая частица, внесенная в камеру потоком  воздуха, находится под действием  двух сил: силы инерции, под воздействием которой она стремится перемещаться горизонтально, и силы тяжести, под действием которой она осаждается на дно камеры.Для осаждения тонких фракций пыли в камере должно быть обеспечено ламинарное движение воздуха, при котором не было бы перемещения воздуха поперек потока. Для этого пришлось бы устраивать камеры громадных размеров, что практически неосуществимо.

      В реальных условиях в пылеосадочных  камерах наблюдается турбулентный или переходный режим.Для увеличения эффекта осаждения за счет использования сил инерции применяются камеры, к потолку которых подвешены цепи, стержни.

      Преимуществом пылеосадочной камеры является простота устройства, несложность эксплуатации, долговечность. Пылеосадочные камеры могут быть изготовлены из кирпича, бетона и других неметаллических материалов, устойчивых к коррозии. Потери давления в пылеосадочных камерах обычно не превышают 20 – 150 Па. В то же время пылеосадочные камеры имеют существенные недостатки, из-за которых применение этого вида пылеуловителей значительно сократилось.

      В пылеосадочной камере, даже усовершенствованной  конструкции, можно осуществить  осаждение наиболее крупных фракций  пыли преимущественно со значительной плотностью. Мелкие фракции выносятся  из камеры воздушным потоком. Пылевые  камеры занимают много места. Степень очистки воздуха в пылеосадочных камерах не превышает 50 – 60 %. Это устройство может применяться лишь для предварительной очистки воздуха от крупнодисперсной пыли со значительной плотностью. Для осаждения взрывно- и пожароопасной пыли устройство пылеосадочных камер не допускается.

1.2.2. Инерционные пылеуловители

      Действие  инерционного пылеуловителя основано на том, что при изменении направления  движения потока запыленного воздуха (газа) частицы пыли под действием  сил инерции отклоняются от линии тока и сепарируются из потока. К инерционным пылеуловителям относится ряд известных аппаратов: пылеотделитель ИП, жалюзийный пылеуловитель ВТИ и др., а также простейшие инерционные пылеуловители (пылевой мешок, пылеуловитель на прямом участке газохода, экранный пылеуловитель и др.).

      Инерционные пылеуловители улавливают крупную  пыль – размером 20 – 30 мкм и более, их эффективность обычно находится  в пределах 60 – 95 %. Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. По этой причине инерционные аппараты применяют обычно на первой ступени очистки с последующим обеспыливанием газа (воздуха) в более совершенных аппаратах. Преимуществом всех инерционных пылеуловителей является простота устройства и невысокая стоимость аппарата. Этим и объясняется их распространенность. Рассмотрим основные конструкции инерционных пылеуловителей.

      Инерционный пылеуловитель ИП представляет собой конус, образованный коническими кольцами постепенно уменьшающегося диаметра. Очищаемый воздух входит в основание конуса со скоростью 18 м/с и движется к основанию конуса.

      По  ходу движения воздух выходит через  щели между кольцами, а пылевые  частицы под действием сил  инерции, продолжая движение в прямолинейном  направлении, ударяются о стенки и отбрасываются в массу потока. По мере движения потока концентрация в нем пыли возрастает. У вершины конуса в пылевоздушной смеси остается лишь 5 – 10 % воздуха, поступившего в аппарат. Выйдя из аппарата, пылевоздушная смесь направляется в циклон. Пыль отделяется от воздуха и поступает в бункер, а обеспыленный воздух возвращается к вентилятору.

      Таким образом, в установке ИП-циклон воздух подвергается двухступенчатой очистке, общая эффективность которой  порядка 90 %. При улавливании пескоструйной пыли эффективность, как показывали испытания, находилась в пределах 92,5 – 95,9 %.

      Преимуществом ИП является компактность и простота устройства. Аппарат может применяться  в качестве первой ступени при  очистке воздуха от крупнодисперсной пыли. Разработано несколько номеров ИП, рассчитанных на различную производительность.