Биргер - Справочник по пыле- и золоулавливанию (1983)
В книге, первое издание которой вышло в
ПРЕДИСЛОВИЕ
Защита воздушного бассейна от выбросов промышленных предприятий и энергетических объектов является одной из важнейших проблем современного производства. Загрязнение воздушной среды может вызывать нарушения экологических систем, ухудшить санитарно-гигиеническое состояние атмосферного воздуха и нанести ущерб народному хозяйству. Именно это послужило основанием для принятия постановлений Партии и Правительства, направленных на осуществление необходимых мер по предотвращению выбросов в атмосферу, своевременному строительству очистных сооружений, разработке и освоению серийного производства новых видов газоочистного и пылеулавливающего оборудования. Помимо защиты окружающей среды очистка промышленных газов от содержащихся в них твердых и жидких взвешенных частиц необходима в целом ряде технологических процессов: для извлечения из газов ценных продуктов; примесей, затрудняющих проведение технологического процесса, уменьшения износа оборудования; улучшения условий труда.
Настоящая книга является вторым изданием справочника по пыле- и золоулавливанию, вышедшего в издательстве «Энергия» в
Авторы справочника ставили своей целью объединить в одной книге основные материалы, необходимые для работы в области пыле и золоулавливания. За годы, прошедшие после выхода первого издания справочника, во многих научно-исследовательских институтах и проектных организациях значительно расширился объем работ, направленных на создание более совершенного газоочистного оборудования, повышение уровня проектных решений систем пыле- и золоулавливания, был разработан ряд новых методов определения физико-химических свойств подлежащих улавливанию частиц, созданы более эффективные газоочистные установки, появились новые нормативные материалы, используемые при проектировании систем пыле- и золоулавливания. Поэтому подготовка справочника к переизданию была связана со значительным обновлением его содержания
Первый раздел справочника, в котором рассматриваются физико-химические свойства подлежащих улавливанию частиц, параметры очищаемых газов и оценка эффективности систем пыле- и золоулавливания, дополнен материалами, разработанными Семибратовским филиалом НИИОГаз, РТМ 26-14-10-78 «Пыль промышленная Лабораторные методы исследования физико-химических свойств» и РТМ 26 14-07-77 «Электрофильтры Способ определения удельного электрического сопротивления».
Наряду с этим в книге не приведены описания таких традиционных методов определения дисперсного состава частиц, как ситовый анализ, воздушная сепарация, жидкостная седиментация и микроскопия, которые остаются в числе методов исследования при оценке технологических свойств порошкообразных материалов, но постепенно утрачивают свое значение в технике пыле- и золоулавливания.
Во втором разделе, посвященном осадительным камерам и аппаратам сухой инерционной очистки газов, в более простой форме изложен метод расчета эффективности седиментационного осаждения частиц из турбулентного потока газов и значительно сокращен параграф, относящийся к мало применяемым в настоящее время жалюзийным пыле- и золоуловителям; несколько расширены параграфы, в которых рассматриваются циклоны и батарейные циклоны.
В третьем разделе, касающемся охлаждения газов до температур, на которые рассчитаны те или иные пыле- и золоулавливающие аппараты, за счет сокращения сведений о малоприменяемых для этой цели поверхностных теплообменниках расширен объем материалов по охлаждению газов в контактных теплообменниках.
В четвертом разделе, в котором рассматриваются аппараты мокрой очистки газов, несколько сокращены материалы описательного характера и сведения с переставших находить достаточно широкое применение пыле- и золоуловителях, таких, например, как пенные пылеуловители с переливными тарелками, золоуловители ЦС-ВТИ и МП-ВТИ Раздел дополнен техническими характеристиками и нормативными материалами, относящимися к ряду новых аппаратов, принятых к серийному изготовлению отечественной промышленностью. К последним относятся тарельчатые аппараты ПВПР, гидродинамические пылеуловители ГДП, скрубберы СЦВБ-20, скрубберы Вентури с горловиной кольцевого сечения, мокрые скоростные золоуловители МС-ВТИ и др. Значительно расширен параграф, в котором рассматриваются пути интенсификации работы аппаратов мокрой очистки газов).
Пятый раздел, посвященный очистке газов фильтрацией, переработан с учетом освоения промышленностью новых видов фильтрующих материалов, изменения номенклатуры серийно выпускаемых тканевых и волокнистых фильтров.
В шестом разделе приведены данные о новых типах электрофильтров и агрегатов их питания, освоенных промышленностью на основе выполненных в последние годы исследований раздел дополнен сведениями, характеризующими зависимость работы электрофильтров от таких факторов, как вторичный унос осажденных частиц, удельное электрическое сопротивление слоя частиц, высота электродов и др. Приведены данные по расчету электрофильтров, применяемых в теплоэнергетике.
В разделах с седьмого по десятый обновлены технические характеристики запорных, регулирующих и предохранительных клапанов, вентиляторов и дымососов, устройств для выгрузки уловленной золы или пыли, теплоизоляционных покрытий и ряда других устройств, применяемых в системах пыле- и золоулавливания.
Несколько расширен раздел одиннадцатый, содержащий ряд практических рекомендаций по проектированию систем пыле- и золоулавливания.
В отличие от первого издания справочника большинство вопросов, связанных с эксплуатацией систем пыле- и золоулавливания, рассматриваются не в отдельном» разделе, а в параграфах и в разделах, относящихся к тем или иным видам оборудования, из которого компонуются эти системы.
Так же как и в первом издании, не рассматриваются вопросы, связанные с очисткой дымовых газов мощных тепловых электростанций и аспирационных выбросов атомных, поскольку проектированием и эксплуатацией соответствующих газоочистных установок занято сравнительно небольшое число специализированных организаций, располагающих необходимыми для этого материалами.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛЫ ИПЫЛЕЙ. ПАРАМЕТРЫ ОЧИЩАЕМЫХ ГАЗОВ. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПЫЛЕ- И ЗОЛОУЛАВЛИВАНИЯ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Надежность и эффективность работы систем газоочистки зависят от физико-химических свойств частиц, подлежащих улавливанию, и от основных параметров пылегазовых потоков. Ниже рассматривается главным образом влияние этих свойств и параметров на работу систем пыле- и золоулавливающих и на выбор для них соответствующих аппаратов. Из многочисленных методов и приборов для определения физико-химических свойств частиц и параметров газовых потоков кратко рассматриваются только те, которые, во-первых, специфичны именно для техники пыле- и золоулавливания, и во-вторых, по своей простоте и доступности приобретения или изготовления необходимого оборудования могут найти достаточно широкое применение на многочисленных промышленных предприятиях и электростанциях, в отделах технической помощи проектных организаций. В остальных случаях приведены ссылки на соответствующую литературу.
В зависимости от изучаемого свойства частиц и выбранного метода определения соответствующий анализ может быть выполнен либо с непосредственным отбором твердой фазы в соответствующий прибор либо с использованием заранее отобранной и доставленной в лабораторию пробы золы или пыли. В последнем случае необходимо тщательно отобрать представительную первичную пробу частиц и правильно подготовить ее к анализу.
Первичная проба частиц, содержащихся в газах, поступающих в пыле- или золоуловитель, представляет собой совокупность всех проб частиц, отобранных в сечении газохода перед газоочистным аппаратом за равные промежутки времени в течение одного опыта. Первичная проба частиц, содержащихся в очищенных газах, представляет собой совокупность всех проб, отобранных в сечении газохода после газоочистного аппарата за равные промежутки времени в течение одного опыта.
Первичная проба частиц, уловленных пыле- или золоулавливающим аппаратом, представляет собой совокупность всех равных по массе проб, отобранных в течение опыта через равные промежутки времени из системы пыле- или золоудаления. Если масса первичной пробы больше, чем необходимо для анализа, проба подвергается перемешиванию и сокращению.
Перемешивание пробы производится по способу конуса, заключающемуся в постепенном насыпании порций частиц в коническую кучу таким образом, чтобы насыпаемый материал равномерно распределялся относительно оси конуса. Для этого целесообразно применять воронку, укрепленную на штативе и постепенно поднимаемую по мере увеличения высоты конуса. После того как вся проба насыпана в коническую кучу, производят повторное перемешивание. Для этого, передвинув штатив с воронкой на другое место, начинают насыпать новый конус, забирая порции материала из нижних наружных слоев первого конуса со всех сторон. Операцию такого перемешивания повторяют 3—4 раза.
Сокращение пробы производят методом квартования. Для этого перемешанную и насыпанную в виде конуса пробу сплющивают, в результате чего получается усеченный конус небольшой высоты, который делят на четыре равных сектора крестовиной, спаянной из двух взаимно перпендикулярных жестяных полос. Часть пробы, содержащейся в одной паре противоположных секторов, отбрасывают, а оставшуюся используют для дальнейшей такой же переработки до тех пор, пока не будет получена проба необходимой для данного анализа массы. Перед каждым квартованием пробу перемешивают по методу конуса.
Первичные пробы частиц, отобранные из сечений газоходов до и после газоочистного аппарата, часто столь невелики, что целиком используются для анализа.
Методы отбора первичных проб частиц из сечений газоходов см. в § 1.15. Если проба слишком мала для перемешивания по способу конуса, ее можно перемешать следующим образом — на гладкий квадратный лист бумаги высыпают пробу частиц, разравнивают и приподнимают один край листа до тех пор, пока валик пробы, перекатываясь, не достигнет противоположного края бумаги. Затем поднимают этот край и повторяют описываемый процесс до тех пор, пока валик пробы не займет ширину листа. После этого перекатывание производят в перпендикулярном направлении Эту процедуру повторяют не менее 5—6 раз. Пробу для анализа забирают шпателем из различных мест образовавшегося валика
1.2. ПЛОТНОСТЬ ЧАСТИЦ
В технике пыле- и золоулавливания принято различать истинную, кажущуюся и насыпную плотность твердых частиц. Истинная плотность твердой частицы определяется как отношение массы ее вещества к занимаемому ею объему за вычетом объема пор и газовых включений, которые может иметь частица.
Кажущаяся плотность определяется как отношение массы частицы к занимаемому ею объему, включая объемы пор и газовых включений. Для гладких монолитных твердых частиц (так же как и для жидких) кажущаяся плотность совпадает с истинной.
Ощутимое снижение кажущейся плотности по сравнению с истинной наблюдается у пылей, склонных к коагуляции или к спеканию частиц, таких как сажа, окислы цветных металлов и др.
Например, истинная плотность частиц газовой сажи составляет 1,8—1,9 г/см3, а кажущаяся — около 0,13 г/см3 Кажущаяся плотность частиц золы может изменяться в пределах от долей грамма на 1 см3 для вспученных пористых частиц недожога топлива до нескольких граммов на 1 см3 для частиц, содержащих железо, восстановленное из окислов, входящих в состав минеральной части топлива.
Для расчетов, связанных с выбором или оценкой работы пыле- и золоулавливающих аппаратов, необходимы данные о кажущейся плотности частиц, так как именно кажущаяся плотность наряду с некоторыми другими факторами определяет поведение частиц в газовых потоках
Достаточно точные методы определения кажущейся плотности позволяют находить ее значение лишь для отдельно взятой частицы и поэтому пригодны в основном для научных исследований в области механики аэрозолей. При решении практических вопросов нужны данные о некотором усредненном значении кажущейся плотности, найденном для всей совокупности частиц в пробе, в которой могут встречаться и частицы, различные по своему химическому составу. Подобные данные могут быть получены методом пикнометрии с применением жидкости, не смачивающей частицы и, следовательно, не заполняющей имеющихся в них пор [1.2]. Однако воспроизводимость полученных при этом данных обычно невысока.
В литературе по пыле- и золоулавливанию и по контролю пылеулавливающих установок, как правило, отсутствуют не только методики определения кажущейся плотности частиц, но и достаточно ясные указания о том, что в большинство расчетных зависимостей для определения эффективности осаждения частиц в явном или скрытом виде входит именно кажущаяся плотность частиц, которая, как это было показано на примере с сажей, может на порядок величины отличаться от истинной плотности.
В связи с трудностью получения данных о кажущейся плотности частиц широко используется прием косвенного учета этого параметра в соответствующих расчетах. В основные из уравнений, используемых при расчете эффективности систем пыле- и золоулавливания, в явной или скрытой форме входит определяющее инерционные свойства подлежащих улавливанию частиц отношение их размера к кажущейся плотности.
Методы дисперсионного анализа, распространенные в настоящее время, основаны на разделении частиц по размерам в зависимости от их инерционных свойств. Следовательно, в уравнения, используемые при обработке экспериментальных данных дисперсионного анализа, так же как и при расчете эффективности газоочистных аппаратов, необходимо подставлять значения кажущейся плотности частиц. Но поскольку в конечном счете основное значение имеют именно инерционные свойства частиц, а не абсолютные значения параметров, влияющих на эти свойства, при обработке экспериментальных результатов дисперсионных анализов оказывается возможным условно принимать кажущуюся плотность анализируемых частиц равной 1000 кг/м3 и находить после этого такие размеры частиц, при которых они будут обладать такими же инерционными свойствами, как и анализируемые частицы с реальными значениями их размеров и кажущейся плотности. Таким образом, во многих практически встречающихся случаях оказывается возможным обходиться без экспериментального определения кажущейся плотности подлежащих улавливанию частиц.
Насыпная плотность определяется отношением массы свеженасыпанных твердых частиц к занимаемому ими объему, при этом учитывается наличие воздушных промежутков между частицами.
Величиной насыпной плотности пользуются для определения объема, который занимают зола или пыль в бункерах сухих газоочистных аппаратов. С увеличением однородности частиц по размерам их насыпная плотность уменьшается, так как увеличивается относительный объем воздушных прослоек. Насыпная плотность слежавшейся пыли оказывается в 1,2—1,5 раза больше, чем свеженасыпанной.
1.3. ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ ЗОЛЫ И ПЫЛЕЙ
Основные положения
В технике пыле- и золоулавливания принято различать первичные размеры частиц, свойственные им в момент их образования; размеры агрегатированных частиц, возникающих в процессе коагуляции частиц в пылегазовых трактах; размеры частиц в виде хлопьев и комочков после выделения их из газовой фазы.
В первых двух случаях используется понятие о так называемых стоксовских размерах частиц. Под стоксовским размером любой, в том числе агрегатированной частицы неправильной формы понимается размер сферической частицы, имеющей такую же скорость седиментации, как и данная несферическая частица или агрегат.
Из-за трудности определения действительной кажущейся плотности частиц (см. § 1.2) эта величина при определении стоксовского размера частиц обычно принимается равной 1000 кг/м3 (1г/см3). Одни методы и приборы для экспериментального определения дисперсности частиц позволяют находить их фактические размеры, другие — стоксовские диаметры. Кроме того, в одних случаях может быть найдено распределение частиц по первичным размерам, в других — с учетом степени их агрегации в газовых потоках.
При решении большинства вопросов, связанных с очисткой газов, основной интерес представляют распределения по стоксовским размерам, приобретаемым частицами в пылегазовых трактах и определяющим их поведение в пыле- и золоулавливающих аппаратах. С этой точки зрения исследования дисперсного состава золы и пылей целесообразно выполнять с помощью методов, позволяющих разделять частицы на фракции непосредственно в газоходах
По результатам дисперсионного анализа можно составить таблицу фракционного состава пыли. Фракцией называют относительную долю частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов. Можно также составить таблицу, из которой будет видно, какую долю частиц составляют частицы крупнее определенного размера.
В табл. 1.1 и 1.2, иллюстрирующих рассмотренные способы представления результатов дисперсионных анализов, приведены характеристики летучей золы, образующейся при различных способах сжигания наиболее распространенных видов топлива.
Результаты дисперсионных анализов могут быть изображены графически. Принимая равномерным распределение частиц по размерам внутри каждой фракции, можно построить ступенчатый график, называемый гистограммой. По оси абсцисс откладываются размеры частиц, а по оси ординат — относительные содержания фракций, т. е. процентное содержание каждой фракции, отнесенное к массе всего материала.
Если процентное содержание каждой фракции разделить на разность размеров частиц, принятых в качестве граничных, и найденные значения отложить в системе координат, как ординаты точек, абсциссы которых равны среднему для соответствующих фракций размеру частиц, то через полученные точки можно провести плавную дифференциальную кривую распределения частиц по размерам (рис. 1.1,6).
Однако наиболее удобным является графическое изображение результатов дисперсионных анализов в виде интегральных кривых, каждая точка которых показывает относительное содержание частиц с размерами больше или меньше данного размера (рис. 1.1.в).
Обозначения D и R на осях ординат соответствуют начальным буквам немецких слов Durchgang (проход) и Ruckstand (остаток), так как вначале характеристики зернового состава пылевидных материалов давались в основном по результатам ситового анализа и соответствующие значения отвечали относительной доле материала, прошедшего сквозь сито с ячейками данного размера или оставшегося на нем.
...