УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ И ХИМИЧЕСКОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

Предлагаемое устройство относится к группе технических средств, призванных обеспечить высокую степень нейтрализации промышленных газовых выбросов, содержащих токсичные компоненты и механические частицы, загрязняющие атмосферу.
Области применения известных аппаратов такого назначения ограничены интервалом наиболее выгодных для каждого из них значений различных характеристик процесса, таких, например, как объем газовых выбросов, уровень энергопотребления, дисперсность механических включений и т.д. [1].
Рост пропускной способности аппаратов распылительного и насадочного типа ограничен требованием исключения уноса жидкости, приводящего к захлебыванию аппаратов, из-за чего предельно допустимые скорости газа при атмосферном давлении не должны превышать 0,5÷0,8 м/с, а в аппаратах барботажного типа 1,0÷1,5 м/с [2]. Повышение производительности таких аппаратов по газу возможно только при увеличении габаритных размеров, что ведет к увеличению веса аппаратуры, стоимости транспортировки и монтажа, снижению эффективности очистки.
Пылеосадительные камеры, ротационные пылеотделители, насадочные, пенные и полые скрубберы применяются в основном для улавливания крупнодисперсной пыли. Для улавливания высокодисперсной пыли (или золы) обычно используются электростатические, тканевые, волокнистые и бумажные фильтры, а также скоростные промыватели (скрубберы) Вентури.
Электрофильтры, принцип действия которых основан на использовании зарядки частиц коронным разрядом и их осаждения на электродах, отличаются незначительным гидравлическим сопротивлением, достаточно эффективны и надежны, наиболее автоматизированы из известных устройств. Однако для обеспечения улавливания частиц размером менее 1 мкм в электрофильтрах необходимо поддерживать низкую скорость потока и тщательно подготавливать очищаемые газы: увлажнять, охлаждать, проводить грубую очистку. Это значительно усложняет схемы очистки и увеличивает расходы на эксплуатацию. Кроме того, теория и практика электростатического пылеулавливания показывают, что электрофильтры не могут обеспечить полной очистки газов от пыли с очень низким или, наоборот, очень высоким удельным электрическим сопротивлением.
Аппараты фильтрационного действия (тканевые, волокнистые, бумажные и др.), разделение в которых происходит вследствие зацепления и инерционного взаимодействия частиц с фильтрующим материалом, при определенных условиях могут обеспечить высокую степень улавливания довольно мелкой пыли. Однако, такие аппараты рассчитаны на небольшую скорость фильтрации и низкую концентрацию дисперсной фазы, их эксплуатация требует периодической регенерации фильтрующего материала. Внедрение тканевых фильтров часто сдерживается ограниченным выбором термостойких и химически стойких фильтрующих тканей.
2
Разнообразные прямоточные и вихревые аппараты (циклоны) обеспечивая высокую эффективность разделения фаз пылегазового потока [3], не способны нейтрализовать токсичные свойства газовой составляющей (например, CO, выбросы которого уже реально угрожают климату Земли).
Общим недостатком известных устройств является отсутствие надежной изоляции средств обеспечения напорного течения газовой смеси от ее вредного воздействия, что требует дополнительных затрат на их техническое обслуживание (смазка и защита взаимодействующих рабочих поверхностей, чистка фильтров, охлаждение и т.д.).
Предлагаемое устройство решает задачу эффективной очистки газовых выбросов, содержащих механические включения в широком диапазоне значений различных характеристик процесса (объем газовых выбросов, дисперсность механических включений), в том числе, эффективной нейтрализации их токсичных свойств.
Эта задача в предлагаемом устройстве для механической очистки и химической нейтрализации газовых выбросов с механическими включениями и токсичными компонентами, содержащем средства энергетического обеспечения процесса и каналы для транспортировки газовых выбросов под слой рабочей жидкости (предназначенной для сепарации механических включений и нейтрализации токсичных компонентов), решается тем, что роль механического средства, обеспечивающего транспортировку пылегазовой смеси, выполняет известная применением в микробиологической промышленности [4] турбинная самовсасывающая мешалка, внутренний объем которой является продолжением канала для прохода газовой смеси, а вращение лопастей обеспечивается силовым приводом; при этом канал для прохода газа может быть дополнительно снабжен средством, инициирующим увеличение расхода газа, например, в виде лопастного вентилятора. (Практика применения турбинных самовсасывающих мешалок в микробиологической промышленности [4] показывает, что расход газа через мешалку может быть существенно повышен приданием дополнительного импульса принудительного течения).
На рис.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства, применяемого, например, для улавливания газовых выбросов котельной установки. Обозначения на рис.1: 1 - котел; 2 - топка; 3 - канал для прохода отработанных газов; 4 - емкость для газоочистки; 5 - турбинная самовсасывающая мешалка; 6 - вал турбины; 7 - электродвигатель: г - газ, ж - жидкость, г-ж - газожидкостная смесь.
Устройство работает следующим образом:
электродвигатель 7 сообщает вращение турбине мешалки 5; жидкость, содержащаяся в емкости 4, под действием центробежных сил истекает из мешалки 5 (которая сообщается вблизи оси вращения с каналом 3 для прохода газа, а на периферии - с емкостью 4 через окна в корпусе мешалки), в радиальном направлении, создавая зону разрежения внутри корпуса мешалки, куда поступает газ из канала 3; струя жидкости эжектирует газовую смесь и транспортирует ее под слой жидкости в емкость 4; потребная степень разряжения, а значит и расход газа по каналу 3 обеспечивается регулировкой мощности электродвигателя
7; одновременно жидкость из емкости 4, поступающая через окна внутрь корпуса мешалки, образует замкнутый в вертикальной плоскости контур сильно турбулизированного воронкообразного течения. При этом легкие (мелкая фракция) механические включения флотируют и могут быть отобраны с поверхности жидкости. Тяжелые механические включения (крупнодисперсные) под действием центробежных сил относятся в периферийные зоны емкости 4 и оседают на ее дно, откуда могут быть удалены через технологические отверстия. Токсичные компоненты связываются химическими реагентами, входящими в состав рабочей жидкости. Канал 3 может быть дополнительно снабжен лопастным вентилятором для увеличения расхода газа
Технический результат применения предлагаемого устройства состоит в обеспечении нейтрализации газовых выбросов, содержащих токсичные компоненты и механические включения, в широком диапазоне их объемов и без ограничений по дисперсности частиц, при этом надежность устройства обеспечивается эффективной изоляцией средств создания напорного течения газа от его воздействия. Кроме того, регулировкой мощности электродвигателя можно управлять ходом технологического процесса в источнике газового выброса, например, интенсивностью горения в топке котельной установки в схеме на рис.1.
Источники информации
1. Сугак Е.В. Моделирование и интенсификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках. Дисс... д.т.н. - Красноярск. 1999. - 318 с.
2. Николаев А.Н., Гортышев Ю.Ф.. Очистка промышленных газовых выбросов в аппаратах вихревого типа. // Химическая промышленность. 1998, №9, с.49-52.
3. Ершов A.И., Плехов И.М., Бершавенц А.И. Новые конструкции сепараторов для очистки промышленных газов. Обзорная информация. - Минск: БелНИИНТИ. 1973. - 36 с.
4. Виестур У.Э., Кузнецов A.M., Савенков В.В. Системы ферментации. / ЗИНАТНЕ. - Рига. 1986. - 368 с.