Очистка дымовых газов в электрофильтрах

Содержание: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    До  определенного этапа развития человеческого общества, в частности индустрии, в природе существовало экологическое равновесие, т.е. деятельность человека не нарушала основных природных процессов или очень незначительно влияла на них. Экологическое равновесие в природе с сохранением естественных экологических систем существовало миллионы лет и после появления человека на Земле. Так продолжалось до конца XIX в. Двадцатый век вошел в историю как век небывалого технического прогресса, бурного развития науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства. Одновременно как сопровождающий фактор росло и продолжает расти  вредное воздействие индустриальной деятельности человека на окружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемое изменение экосистем и всего облика планеты Земля.

    В настоящее время с ростом и  бурным развитием промышленности большое  внимание уделяется ее экологической  обоснованности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов. Этими факторами обосновывается  актуальность темы данного реферата – «Очистка дымовых газов в электрофильтрах».

    Цель  работы – рассмотреть очистку  газов в электрофильтрах, а именно:

    - действие  электрических сил;

    - электрофильтры: принцип действия и классификация;

    - степень очистки газов в электрофильтре;

    - сферы  применения электрофильтров. 
 
 
 

1. Классификация газообразных промышленных выбросов

 

    В газообразных промышленных выбросах вредные  примеси можно разделить на две группы:

    а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых  веществ — пыль, дым; жидкостей — туман;

    б) газообразные и парообразные вещества.

    К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицы неорганического и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана). Пыль – это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных частиц, чем дымы и туманы. Счетная концентрация (число частиц в 1 см³) мала по сравнению с дымами и туманами. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Промышленная пыль органического происхождения – это, например, угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др. К дымам относятся аэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Дымы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результате химических реакций, например при взаимодействии аммиака и хлороводорода, при окислении паров металлов в электрической дуге и т.д. Размеры частиц в дымах много меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. менее 0,1 мкм. Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислоты: серной, фосфорной и др. Вторая группа – газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выхлопах, гораздо более многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены и галогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов.

    В настоящее время, когда безотходная  технология находится в периоде  становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

      В таблице 1 выборочно приведены  ПДК некоторых атмосферных загрязнителей./1,с.342/ 

    Таблица 1 – ПДК некоторых атмосферных  загрязнителей.  

 

    При содержании в воздухе нескольких токсичных соединений их суммарная концентрация не должна превышать 1, то есть 

    с₁/ПДК₁ + с₂/ПДК₂ + ... + с_n/ПДК_n = 1,   (1)

    где c₁, с₂, …, с_n – фактическая концентрация загрязнителей в воздухе, мг/м³;

    ПДК₁, ПДК₂, …, ПДК_n – предельно допустимая концентрация, мг/м³.

    При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда применяют многократное разбавление токсичных веществ или выброс газов через высокие дымовые трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы в зависимости от высоты трубы и других факторов связано с законами турбулентной диффузии в атмосфере и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижних слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формулам, например:  

     ,     (2)

    где ПДВ – предельно допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, г/с;

    Н — высота трубы, м; V – объем газового выброса, м³/с;

    Dt –разность между температурами газового выброса и окружающего воздуха, °С;

    A – коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе, с^2/3- (^ОС)^1/3 (например, для района Урала А = 160);

    F— безразмерный коэффициент, учитывающий скорость седиментации вредных веществ в атмосфере (для Cl₂, HCl, HF  F = 1);

    т — коэффициент, учитывающий условия выхода газа из устья трубы, его определяют графически или приближенно по формуле 

     ,     (3)

    где – средняя скорость на выходе из трубы, м/с;

    D_T — Диаметр трубы, м.

    Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.

    В соответствии с характером вредных  примесей различают методы очистки газов от аэрозолей и от газообразных и парообразных примесей. Все способы очистки газов определяются в первую очередь физико-химическими свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.

2. Электрофильтры

 

    Электрофильтры  в настоящее время становятся неотъемлемой частью основного технологического оборудования. Они хорошо улавливают как крупные, так и тонкие частицы. При электроочистке газов можно получить любую желаемую степень улавливания, целесообразность которой определяется только экономическими показателями.

    В ряде случаев злектроочистка является единственно возможным способом. Электрофильтр может работать при давлениях как выше атмосферного, так и ниже. Температура газов может достигать 500°С. Процесс электроочистки поддается полной автоматизации. С помощью электрофильтров можно очищать большие объемы газов. Эксплуатационные затраты обычно ниже, чем при других способах достижения аналогичной эффективности.

2.1 Устройство и принцип действия электрофильтров

 

    В электрофильтрах очистка газов  от пыли происходит под действием  электрических сил. Принципиальная схема электрофильтра представлена на рис.1. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц (коронирующий электрод). Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам. Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов. Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0,5 мкм, второй — менее 0,2 мкм, Для частиц диаметром 0,2 — 0,5 мкм эффективны оба механизма. Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм — диаметру частицы.

    

 

Рис. 1 Принципиальная схема электрофильтра 

    Величину  заряда q (кА), приобретаемого проводимой частицей сферической формы под воздействием электрического поля, рассчитывают по формуле 

    q = 3 πd²_ч ε _оЕ 

    где ε₀ — относительная диэлектрическая проницаемость (ε о=8,85*10^-12 Ф/м);

    Е — напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.

    Величину  заряда, приобретаемого непроводимой частицей, определяют по формуле 

    q = З ε /( ε+2) πd²_ч ε _оЕ 

    где ε — относительная диэлектрическая проницаемость частицы.

    Таким образом, электроочистка включает процессы образования ионов, зарядки пылевых частиц, транспортирования их к осадительным электродам, периодическое разрушение слоя накопившейся на электродах пыли и сброс ее в пылесборные бункеры.

    Практически для получения промышленной очистки  используется множество таких электрофильтров. На рис.2 представлен пример использования электрофильтров. В одном корпусе электрофильтра может быть расположено несколько независимых, последовательно расположенных систем электродов электрофильтра пылеочистки. 
 

    

 

Рис. 2 Технологическая схема пылеочистки с помощью 3-х польных электрофильтров 
 
 

2.2 Классификация электрофильтров

 

    Электрофильтры  можно классифицировать по многим признакам. По расположению зон зарядки и  осаждения электрофильтры подразделяют на однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зоны зарядки и осаждения совмещены, а в двухзонных коронирующие и осадительные электроды разделены и размещены в разных конструктивных зонах. В соответствии с направлением движения газового потока фильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые, трубчатые и иногда шестигранные. В зависимости от числа последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельно работающих секций — односекционные и многосекционные. Вывод уловленной пыли из электрофильтра может осуществляться в сухом виде посредством встряхивания электродов и в мокром виде смывом водой. В соответствии с этим различают сухие и мокрые электрофильтры.  

    В зависимости от условий эксплуатации, состава, температуры, давления и влажности  газов, физико-химических свойств пыли, требуемой степени очистки, создано  много различных конструкций  электрофильтров. Эти конструкции, часто значительно отличающиеся друг от друга, включают следующие основные элементы: корпус электрофильтра; узлы подвода, распределения и 
отвода очищаемых газов; электроды (коронирующие и осадительные); устройства для удаления уловленной пыли с электродов; изоляторные коробки — узлы для подачи на электроды высокого напряжения; устройства для сбора и вывода уловленной пыли из аппарата. Корпус электрофильтра выполняют из листовой стали, бетона, кирпича и других материалов в зависимости от температуры и агрессивности газов. При необходимости корпус футеруют или снабжают наружной теплоизоляцией. Корпус может быть прямоугольным и цилиндрическим. В нем размещаются коронирующие и осадительные электроды и собирается уловленная пыль. Подвод газов к электрофильтру и отвод из него должны обеспечивать равномерное распределение газов в аппарате. Сечение подводящих и отводящих газопроводов определяют исходя из скорости газа (около 20 м/с), исключающей осаждение пыли в газопроводе. При присоединении газопроводов к электрофильтру устанавливают диффузоры и конфузоры, необходимые для осуществления плавного перехода от скорости газа в газопроводе к значительно более низкой скорости газа в электрофильтре и обратно. При многосекционных электрофильтрах конструкция газопроводов должна позволять отключать отдельные секции. На входе газов в электрофильтр устанавливают специальные устройства, выравнивающие скорости газа в сечении электрофильтра: направляющие аппараты, распределительные решетки. Основным технологическим элементом, решающим образом влияющим на работу электрофильтра, являются электроды (коронирующие и осадительные). Коронирующие электроды могут быть гладкими или иметь фиксированные точки разряда. Гладкие электроды могут быть круглого, квадратного, звездообразного или ленточного сечений. Коронирующие электроды с фиксированными точками разряда снабжены иглами, на которых и возникает коронный разряд. Меняя шаг и их высоту, можно получать определенное значение тока короны. Чаще всего применяют электроды из ленты со штампованными зубцами или шипами.