А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология
Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006

Глава 9. Инженерные средства и методы защиты окружающей среды

9.2. Очистка промышленных газов

Охрана и оздоровление воздушного бассейна осуществляются при помощи конструктивно-технологических, санитарно-технических и планировочных мероприятий. К основным из них относятся разработка и применение технологий производства, обеспечивающих по возможности максимальное использование сырья, внедрение безотходной и малоотходной технологий, предотвращающих или существенно уменьшающих количество вредных выбросов.

Промышленные выбросы подразделяют на технологические выбросы с высокой степенью концентрации вредных веществ и вентиляционные выбросы, характеризующиеся сравнительно более низким содержанием вредных примесей.

Выбросы, содержащиеся в вентиляционных и технологических газах промышленных предприятий, представляют собой механическую пыль или возгоны. Частицы механической пыли имеют размер от нескольких микрометров до десятков микрометров. Возгоны - это аэрозоли, образовавшиеся в процессе химических реакций либо в результате конденсации в технологических процессах, с размером частиц от десятых до сотых долей микрометра.

Для сокращения вредных выбросов из труб на промышленных предприятиях используются различные технические средства пылеулавливания, основанные на инерционном и мокром способах очистки, электростатические уловители, фильтры, аппараты химической очистки и другие инженерные устройства.

Рассмотрим технические средства очистки промышленных газов.

Рис.9.1. Пылеосадительные технические средства инерционного действия: а)простейшая пылеосадительная камера; б) многополочная камера; в) камера с перегородками; г) камера с цепными и проволочными завесами; д) пылевой мешок с центральным подводом газа; е) пылевой мешок с боковым подводом газа; ж) пылеосадитель с отражательной перегородкой

К простейшим пылеосадителям относятся аппараты с инерционным пылеулавливанием (рис.9.1). В пылеосадительных камерах наряду с действием сил тяжести используются инерционные силы, благодаря которым пылевые частицы при резком повороте газового потока выпадают в бункер. Инерционный пылеуловитель нашел применение в черной и цветной металлургии (см.рис.9.1,д). В пылевых мешках, устанавливаемых непосредственно за доменными печами на заводах черной металлургии, скорость газов в цилиндре принимают 1,0 м/с, во входной цилиндрической части - 10 м/с и более, высота приблизительно равна диаметру; гидравлическое сопротивление мешков составляет 150–390 Па, или 15–40 мм вод. ст.

Наиболее распространенным техническим средством для очистки воздуха от пыли являются циклоны. В циклонах используется центробежная сила, развивающаяся при вращательно-поступательном движении газового потока. При вращении отходящих газов частицы пыли или золы под действием центробежной сипы вместе с частью газов попадают в бункер. Отделение частиц от попавших в бункер газов происходит при перемене направления движения под действием сил инерции (рис.9.2).

Рис.9.2. Примеры конструкций циклонных пылеуловителей: а) и б) – циклоны Чехословацкой конструкции; в) циклон Мельстроя; г) циклон улиточного типа; д) циклон Давидсона; е) циклон с двойной стенкой; ж) циклон с перфорированной выхлопной трубой

Для повышения эффективности очистки воздуха при значительной запыленности газа вместо одного циклона большого размера устанавливают несколько циклонов либо батарейный циклон (рис.9.3).

Газы с высокой запыленностью поступают через патрубок 1 в распределительную камеру 2, равномерно распределяются по отдельным циклонным элементам 3 и, вращаясь, опускаются вниз. Дойдя до конца потока, вихрь поворачивается вверх, а частицы пыли, золы, капли выпадают в общий пылесборник 4. Очищенные газы поступают в камеру 5, откуда через патрубок 6 выходят из очистного устройства. Направляющие элементы циклона 3 могут быть винтообразной либо розеточной конструкции.

Рис.9.3. Усиленный циклон батарейного типа

Рис.9.4. Полый скруббер мокрого пылеулавливания

Чтобы повысить эффективность аппарата с применением второй ступени очистки, используют устройства мокрой очистки. Работа аппаратов мокрого пылеулавливания основана на промывании запыленного газового потока жидкостью, подаваемой в виде брызг или тумана (рис.9.4).

Полый аппарат 1 применяют для очистки газа от пыли и одновременного охлаждения газов. Загрязненный газ входит сверху в вертикальный полый цилиндр с коническим днищем 2; пройдя через распределительную решетку 3, состоящую из перфорированных секторов, поворачивающихся для очистки от пыли; очищенный газ выводится снизу, а жидкость с пылью - через смонтированный в днище 2 гидрозатвор. Подача воды осуществляется черев сопла форсунки 4.

Для очистки больших объемов газов в химической, металлургической, газовой и других отраслях промышленности, там, где приходится очищать от пыли самые разнообразные аэрозоли и туманы, применяется электростатическая очистка. Она основана на электризации пыли и выделении ее из газа под действием электростатического поля (рис.9.5).

Рис. 9.5. Электростатический аппарат для очистки промышленных гагов

Частицы пыли заряжаются отрицательно, а затем притягиваются к положительно заряженным пластинам. Технические средства для электростатической очистки подразделяют на сухие и мокрые. Сухие служат для очистки газов с температурой до 400-450°С. Они очищаются встряхивающими приспособлениями. Мокрые электрофильтры применяют для очистки газа от тумана серной кислоты, мышьяка, селена. Пыль с электродов очищается промыванием.

Химическая очистка применяется в тех случаях, когда химические примеси представляют собой ценное сырье, например, для использования в производстве плавиковой, соляной, азотной кислот, сероуглерода и других веществ. Основана эта очистка на способности газа при соприкосновении с жидкостью растворяться в ней.

Для улавливания пыли применяют также ультразвуковую и звуковую коагуляцию, суть которой заключается в том, что под действием звуковых или ультразвуковых колебаний происходит коагулирование, т.е. слипание частичек пыли. Технические средства такого рода включают генератор звука, коагуляционные камеры и различные осадители типа циклона. Эффективность пылеулавливания оценивают в заводских лабораториях путем многопоточного отбора проб загрязненного и очищенного воздуха.

Для очистки пылегазовых выбросов от радиоактивных аэрозолей применяют пылеуловители различных видов.

Для очистки вентиляционных выбросов от радиоактивных инертных газов (РИГ) применяют адсорбционные колонны или газгольдеры. Очищаемый газ подается к теплообменнику для охлаждения и далее - к сепаратору и аэрозольному фильтру.  Отфильтрованный газ поступает в цеолитовые колонны для глубокой осушки. При осушке интенсивно выделяется тепло, поэтому после колонн газ подается к теплообменнику  и далее - к угольному адсорберу. Движение газа обеспечивается воздуходувкой, а регулирование расхода в цеолитовых колоннах - с помощью вентилей. Цеолитовые колонны работают периодически: в одной происходит осушка газа, в другой - регенерация горячим воздухом, который нагревается в электрокалорифере с предфильтром.

В учебной и специальной литературе широко и подробно описаны технологические процессы и существующие конструкции самых разнообразных технических средств для очистки воздуха.