Материал: Загрязнение почвы отходами машиностроительных предприятий

К достоинствам весового метода относится то, что он измеряет массовую концентрацию пыли, и на его показания не влияют изменения химического и дисперсного состава пыли, формы частиц, их оптических, электрических и других свойств. Метод позволяет измерять большие концентрации пыли. Техника измерения сравнительно проста, но сам процесс измерения довольно длителен и трудоемок. С точки зрения непрерывного промышленного пылевого контроля весовой метод не удовлетворяет основному требованию - непрерывности измерения. Однако в последнее время найден способ получения непрерывной информации о мгновенном значении концентрации пыли в выбросах, который состоит в следующем. Поскольку накопление пыли на фильтре является процессом интегрирования, то, имея непрерывный сигнал о нарастании массы осевшей пыли, можно автоматически дифференцировать его, чтобы получить выходной сигнал, соответствующий мгновенному значению концентрации пыли. Осуществление метода требует полной автоматизации всех измерительных операций, что обусловливает сложность и высокую стоимость аппаратуры.

Несмотря на указанные недостатки, весовой метод нашел самое широкое применение при осуществлении пылевого контроля выбросов промышленных предприятий; в настоящее время он является общепринятым методом измерения концентрации пыли. Все существующие и вновь разрабатываемые пылемеры, основанные на других методах измерения, градуируют, используя весовой метод в качестве контрольного. Однако это не всегда метрологически правильно, поскольку разрабатываемые методы, как правило, превосходят по точности весовой метод.

Денситометрический метод основан на предварительном осаждении частиц пыли на фильтре и определении оптической плотности пылевого осадка. Он включает все операции весового метода, исключая взвешивание пробы, которое заменено фотометрированием. Оптическую плотность осадка определяют путем измерения поглощения или рассеяния им света.

Пьезоэлектрической метод основан на изменении собственной частоты колебаний пьезокристалла во время осаждения на его поверхности частиц пыли. При малых амплитудах колебаний кристалла уменьшение частоты колебаний последнего прямо пропорционально массе осевшей на нем пыли.

Метод, основанный на измерении перепада давления на фильтре. Он включает прокачивание порции пылегазового потока через фильтр и измерение разности давлений на входе и выходе фильтра. Результаты измерения пропорциональны массовой концентрации пыли. Достоинством метода является сравнительная простота его реализации. Однако требует строгой стабилизации основных параметров пылегазового потока (скорости, температуры и др.).

Существенным недостатком методов первой группы является влияние на полученный результат изменения дисперсного состава и других свойств пыли.

. Методы измерения концентрации пыли без предварительного ее осаждения.

Преимуществами методов второй группы являются возможность непосредственных измерений в самом пылегазовом потоке без использования пробоотборного устройства, непрерывность измерений, высокая чувствительность, практическая безинерционность, возможность полной автоматизации процесса измерений. Во время измерений поток не подвергается аэродинамическому искажению.

Электрические методы. К группе пылемеров, разработанных на базе этого метода, относится контактно-электрический. Он основан на способности пылевых частиц электризоваться при контактировании с преградой, выполненной из контактно-активного материала, и отдавать приобретенный поверхностный заряд токопроводящим элементам преграды. Основными элементами контактно-электрического измерительного преобразователя являются электризатор, в котором происходит зарядка частиц, и токосъемный электрод. Зависимость массовой концентрации частиц от силы зарядного тока в цепи токосъемного электрода имеет линейный характер при концентрации пыли до 2 г/м3, когда большая часть частиц пыли контактирует с внутренней поверхностью электризатора и токосъемного электрода и суммарная величина регистрируемого заряда пропорциональна количеству частиц.

Акустический метод основан на измерении параметров акустического поля при наличии частиц пыли в рабочем зазоре между источни­ком и приемником звука.

Фотометрический метод. Этот метод основан на изменении светового импульса при прохождении через узкий пучок света частиц. Световые импульсы регистрируются фотоэлектронным умножителем, связанным с катодным осциллографом или счетным устройством.

. Процесс очистки газов от твердых и капельных выбросов в различных аппаратах характеризуется общей эффективностью очистки

η = (Свх - Свых ) / Свх

где Свх, Свых - массовые концентрации примесей до и после аппарата очистки.

Эффективность пылеулавливающей системы, включающей не - сколько последовательно установленных аппаратов, эффективность каждого из которых соответственно равна η1, η2…, ηn, определяется по формуле

η = [1 - (1 - η1) (1 - η2)… (1 - ηn)]

Работа пылеуловителей характеризуется другим важным показателем - энергозатратами. Для сравнения величин энергозатрат различных типов пылеуловителей, рассчитанных на разную производительность, энергозатраты пересчитывают на 1000 м3/ч очищенного газа и называют удельными энергозатратами. Энерго затраты пылеулавливания ΔW включают энергию, которая тратится на преодоление гидравлического сопротивления аппарата ΔWр, и прочие виды дополнительной энергии ΔWп, расходуемой, например, на поддержание тока короны в электрофильтрах, на подачу и диспергирование жидкости в мокром аппарате и т. д.:

ΔW = ΔWp + ΔWп

Удельные энергозатраты (кВтч/ 1000 м3), связанные с преодолением гидравлического сопротивления аппарата ΔWр, определяются по формуле

ΔWР =

где Q - объемный расход газа, проходящего через аппарат, тыс. м3/ч; Δp - гидравлическое сопротивление пылеуловителя, Па;

ηв - коэффициент полезного действия воздуходувной машины.

Величина Δр (Па) определяется по формуле

где ξ - приведенный коэффициент сопротивления аппарата к его характерному сечению, например площади поперечного сечения цилиндрической части циклона;

ρ и υ - плотность и усредненная скорость газового потока в характерном сечении, кг/м3 и м/c соответственно.

. В сухих инерционных пылеулавливающих устройствах очистка газового потока от пыли осуществляется за счет гравитационных, инерционных и центробежных сил. Под действием гравитационных сил пыль осаждается в пылеосадительных камерах

Рисунок 1 - Схема пылеосадительной камеры

Принцип действия аппарата. Запыленный газ, движущийся с высокой скоростью по газоходу, входит в камеру, имеющую значительно большую площадь поперечного сечения, чем сам газоход. Вследствие этого скорость газового потока резко снижается. Содержащаяся в газовом потоке пыль выпадает из него под действием гравитационных сил или сил тяжести. Условия осаждения пыли в инерционных камерах должны быть такими, чтобы частицы осели на дно камеры раньше, чем из нее выйдет газовый поток. Для сбора уловленной пыли дно камеры выполняют в виде бункеров, в которых происходит накопление пыли. Чем меньше плотность газового потока, тем меньшее сопротивление он оказывает пылевым частицам при их осаждении. Плотность газа уменьшается при понижении температуры, т. е. при более низкой температуре эффективность действия этих камер возрастает. Такие пылеосаждающие камеры строили обычно из кирпича, бетона или металла. В них происходит удовлетворительная очистка газопылевого потока от частиц пыли размером более 40 мкм. Так как пылеосадочные камеры имеют довольно значительные размеры, а эффективность не велика, то применение их ограничивается в качестве очистителей первой ступени перед аппаратами, предназначенными для очистки газового потока от мелкодисперсной пыли.

Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов (рис. 2). В зависимости от дисперсного состава пыли и требований, предъявляемых к очистке газа, циклоны могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве аппаратов для предварительной грубой очистки газопылевого потока в комплексе с аппаратами для тонкой очистки.

Рисунок 2 - Циклон: 1 - выхлопная труба; 2 - входной патрубок; 3 - кольцевое пространство; 4 - коническая часть корпуса; 5 - пылевыпускное устройство; 6 - бункер; 7 - пылевой затвор; 8 - винтообразная лопасть

Запыленный газовый поток поступает в циклон через входной патрубок 2, который расположен в верхней части аппарата по касательной к цилиндрической части корпуса. Газовый поток при входе в циклон приобретает вращательное движение. Он поступает сверху вниз в кольцевом пространстве 3 между внешней поверхностью выхлопной трубы 1 и внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса циклона. Для усиления эффективности вращения сразу за входным патрубком устроена винтообразная лопасть 8. При вращении вместе с газовым потоком частицы пыли подвергаются действию центробежных сил, которые отбрасывают их к внутренней поверхности цик лона. Поток газа вместе с пылью образует в циклоне нисходящий кольцевой вихрь. Для увеличения скорости газопылевого потока перед попаданием его в бункер 6 за цилиндрической частью корпуса изготовлена коническая 4. Данное конструкторское решение необходимо для того, чтобы пылевидные частицы газопылевого потока приобретали более высокую скорость. За счет этого из него удаляются оставшиеся частицы пыли через пылевыпускное устройство 5 в бункер 6. В самом бункере газопылевой поток резко теряет скорость. Вследствие этого из него удаляются оставшиеся частицы пыли. Поток газа, освободившись от пыли, разворачивается на 180о и за счет разряжения, возникающего в центральной части циклона, всасывается через пылевыпускное отверстие в выхлопную трубу 1, создавая внутренний вихрь (сплошная линия). Внизу, в бункере, установлен пылевой затвор 7, через который пыль удаляется из аппарата. Такие центробежные циклоны способны улавливать частицы пыли с размером менее 10 мкм. Аппараты рассчитаны на работу при давлении или разряжении 2500 Па, способны производительно работать при температуре газопылевого потока до 400 С. Для очистки больших количеств запыленного газа устанавливают батареи из таких циклонов (рис. 3)

Батареи состоят из большого числа параллельно установленных циклонных элементов 1. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами.

Ротационные пылеуловители относятся к аппаратам центробежного действия и представляют собой машину, которая одновременно с перемещением воздуха очищает его от относительно крупных фракций пыли (>5-8 мкм). Обладают большой компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате. В результате этого при монтаже и эксплуатации таких машин не требуется дополнительных площадей, которые необходимы для размещения специальных пылеулавливающих устройств при перемещении запыленного потока обыкновенным вентилятором.

Рисунок 3 - Батарейный циклон: 1- циклонный элемент

Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рис.4. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 4. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4.

фильтр газ твердый капельный

Рисунок 4 - Пылеуловитель ротационного типа: 1 - вентиляторное колесо; 2 - спиралеобрзный кожух; 3 - пылеприемное отверстие; 4 - выходной патрубок

Для повышения эффективности пылеуловителей такой конструкции необходимо увеличивать переносную скорость очищаемого потока в спиральном кожухе (это ведет к резкому повышению гидравлического сопротивления аппарата) или уменьшать радиус кривизны спирали кожуха (это снижает его производительность). Такие машины обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха при улавливании сравнительно крупных частиц пыли (свыше 20-40 мкм).

Фильтрация запыленного газа через ткань - надежный способ улавливания очень тонких фракций пыли. Фильтры обеспечивают улавливание частиц разных размеров. Эффективность фильтров 99%. Фильтры, используемые в технике: волокнистые, тканевые, пористые, зернистые.

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов от примесей имеют тканевые рукавные фильтры (рис. 5). В корпусе фильтра 2 устанавливается необходимое число рукавов 1, во внутреннюю полость которых подается запыленный газ от входного патрубка 5. Частицы загрязнений за счет ситового и других эффектов оседают в ворсе и образуют пылевой слой на внутренней поверхности рукавов. Очищенный воздух выходит из фильтра через патрубок 3. При достижении определенного перепада давления на фильтре его отключают от системы и производят регенерацию встряхиванием рукавов с обратной их продувкой сжатым газом. Регенерация осуществляется специальным устройством 4. При очистке ткани удаляется значительная часть пылевого слоя, но внутри ткани между волокнами остается достаточное количество пыли, что обеспечивает высокую эффективность очистки газов в фильтре после его регенерации.

Для изготовления рукавов применяют различные ткани и войлоки. Рукавные тканевые фильтры используются при входных концентрациях примесей до 60 г/м3 и обеспечивают эффективность очистки выше 0,99. Гидравлическое сопротивление фильтров обычно не превышает 500-2000 Па. Производительность по газу зависит от числа рукавов, объединенных в общий корпус. В крупногабаритных фильтрах большой производительности число рукавов может достигать нескольких сотен штук.

Одним из условий нормальной работы рукавных фильтров является поддержание температуры очищаемых газов по газовому тракту фильтра в определенных пределах. Температура газа на входе в фильтр, с одной стороны, не должна превышать максимально допустимую для ткани и, с другой стороны, быть выше температуры точки росы на 15-30° С.

Рисунок 5 - Рукавный фильтр: 1 - фильтрующая ткань; 2- корпус; 3 - выходной патрубок; 4 -устройство регенерации; 5 - входной патрубок

. Мокрые пылеуловители обладают рядом преимуществ перед другими типами пылеуловителей: являются высокоэффективными пылеуловителями, способными конкурировать с фильтрационными пылеуловителями и электрофильтрами; успешно применяются для обеспыливания высокотемпературных газов, взрыво- и пожароопасных сред, когда применение эффективных пылеуловителей другого типа невозможно или нецелесообразно. С помощью аппаратов мокрого действия можно одновременно решать задачи пылеулавливания и чистки газового потока от газообразных компонентов, охлаждения и увлажнения газов. Многие типы мокрых пылеуловителей работают при высоких скоростях газа в проточной части аппарата, и данный фактор делает их малогабаритными, менее металлоемкими по сравнению с аппаратами других типов. Иногда, такие аппараты, обладающие высокими адгезионными свойствами, являются единственным типом пылеуловителей.

Недостатки, которые ограничивают область применения мокрых пылеуловителей: необходимость наличия систем шламоудаления и оборотного водоснабжения, что приводит к удорожанию процесса пылеулавливания. Работа аппаратов сопряжена с неизбежными потерями дефицитной в настоящее время воды. Процессы утилизации уловленной пыли в виде шлама в большинстве случаев значительно дороже процессов вторичного использования пыли в сухом виде. Мокрые аппараты и отводящие газоходы подвержены коррозии, особенно при очистке агрессивных газов. Поэтому такие аппараты требуют дополнительных мероприятий по антикоррозионной защите.

Можно считать, что экономическая целесообразность применения мокрых пылеуловителей ограничивается следующими условиями их применимости.

1. Мокрые пылеуловители можно устанавливать тогда, когда сухие аппараты оказываются неработоспособным и если требуемая эффективность пылеулавливания может быть достигнута только с применением аппарата мокрой очисти.

. Применение мокрых пылеуловителей целесообразно в том случае, когда наряду с пылеулавливанием ставятся задачи улавливания газообразных компонентов и охлаждения газов.