ДОННТУ ПОРТАЛ МАГИСТРОВ ДОННТУ

Долженко Елена Геннадиевна

Тема магистерской работы:

Проблема наличия диоксинов в газовых выбросах предприятий черной металлургии и способы ее решения



РЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ


ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА


ССЫЛКИ






ГЛАВНАЯ


«Черные металлы» июль-август, 2004

Тканевый фильтр для снижения выброса вредных веществ

Хагеман В., Петцольд О.

При улавливании пыли, образующейся на промышленных установках, особое внимание обращается на удаление высокодисперсной пылевой фракции. За счет подбора соответствующей фильтрующей среды можно снизить выброс высокодисперсных частиц и адсорбированных ими вредных веществ до того уровня, который позволяет говорить о соответствии нормативам по выбросам тяжелых металлов и диоксинов.

На протяжении многих лет пыль, образующаяся на промышленных установках, улавливалась с помощью тканевых или рукавных фильтров.
В последнее время по ряду причин особое значение приобрело улавливание высокодисперсных частиц (с аэродинамическим диаметром не более 0,1 мкм) и наночастиц (размером от нескольких нм до 0,1 мкм).
Определенные высокодисперсные частицы оказываются особенно опасными для здоровья из-за их повышенной способности к проникновению в легкие. В связи с этим законодательные органы в Германии и за рубежом обсуждают нормативы для фракций всех частиц, крупность которых не превышает 10 мкм или 2,5 мкм.
Многие отрасли промышленности работают со сверхтонкими частицами, необходимыми для производства изделий с улучшенными свойствами (например, определенные пигменты, высокодисперсные порошки, пирогенные кремниевые кислоты, продукция, получаемая при помощи нанотехнологий). Кроме того, для высокодисперсных частиц характерна относительно большая удельная поверхность, поэтому они уносят с собой основную долю адсорбированных веществ. Это особенно важно для термических процессов, так как определенные микроконцентрации вредных веществ присутствуют в газообразном виде (ртуть, диоксин, полициклические ароматические углеводороды, полихлорированный бифенил и т. д.), и даже могут частично адсорбироваться на частицах летучей (витающей) пыли. Улавливание сверхтонкой фракции летучей пыли позволяет резко уменьшить и выбросы газообразных вредных веществ, присутствующих на уровне микроконцентраций. Например, соблюдение требований по концентрации диоксинов 0,1 нг/м3 (в токсическом эквиваленте) возможно только при почти полном улавливании высокодисперсной пыли. В черной металлургии уже накоплен соответствующий опыт.

Установки для пылеулавливания

Установки с тканевыми фильтрами, как правило, классифицируются по способу регенерации. Разработано несколько типов тканевых фильтров со встряхивающим устройством (со встряхиванием рукавов, с обратной промывкой, с импульсной продувкой). На рис. 1 показана схема рукавного фильтра.

Cхема рукавного фильтра
Рисунок 1 - Cхема рукавного фильтра

Наиболее передовым способом регенерации фильтров является процесс импульсной продувки, разработанный фирмой MikroPul, который в настоящее время уже применяется в качестве стандартного. При этом рукава фильтра продуваются снаружи внутрь, а опорная корзина придает рукаву необходимую устойчивость. Регенерация на установках с импульсной продувкой осуществляется за счет интенсивного воздействия воздушной струи, которая обеспечивает раздувание рукава, удаляет фильтровальный кек (осадок на фильтре) за счет передачи импульса и изменяет направление воздушного потока на короткое время. В большинстве случаев регенерация может производиться и «на ходу» - в ходе рабочего цикла фильтрования.

Фильтрующие материалы

Раньше в качестве фильтрующих материалов использовались простые ткани и нетканые материалы (полученные иглопробивным способом), которые объединялись в фильтрующие элементы. Обычно чем плотнее и тяжелее был фильтрующий элемент, тем выше была его фильтрующая способность; однако при этом возрастало и его сопротивление проходу фильтрующейся среды. Следующим по важности параметром является волокнистость используемых материалов. Механизмы осаждения частиц на волокнах фильтра в значительной степени определяются диаметром волокна. В связи с этим при использовании обычных фильтрующих материалов стараются обеспечить эффективность действия фильтра за счет уменьшения диаметра волокон и возможно более равномерной плотности войлока - без существенного повышения сопротивления фильтра.
Другой эффект при улавливании пыли с помощью войлочного фильтра заключается в осаждении и отложении частиц в глубинных слоях фильтрующего материала. Внутренний, так называемый первичный фильтровальный кек способствует существенному повышению эффективности фильтрования (закрываются крупные поры, увеличивается турбулентность потока в фильтрующем материале); однако все это способствует постоянному снижению напора при работе фильтра.
Желательно, чтобы на поверхности фильтрующей среды образовывался плотный слой пыли. Обычные современные материалы, обеспечивающие улавливание пыли преимущественно на поверхности, представляют собой различные сорта войлока - каландрированные, слоеные или с особо тонкими волокнами. Выбор материала волокон определяется производственными условиями - температурой, химической средой и режимом эксплуатации. Руководство по выбору фильтрующих материалов приведено в таблице 1, которая составлена с учетом важнейших производственных параметров.

Таблица 1 - Применимость различных фильтрующих материалов или подложек в фильтрах типа Gore-Tex

Фильтрующий материал,
подложка фильтра
Т1,
°С
Т2,
°С
Мине-
ральные кислоты
Органи-
ческие кислоты
Щелочи Соли Оксид-
ные соеди-
нения
Раство-
рители
Водяной пар Типичные области применения
Сложный полиэфир 135 150 + ++ - ++ + ++ -- Мельницы, вытяжная вентиляция, пневмотранспорт
Полипропилен (РР) 70 93 ++ ++ ++ ++ -- - ++ Химическая и пищевая промышленность
Арамид (Nomex) 204 220 - - + - - + - Сушилка, размольно-сушильный агрегат (высокие температуры)
Полиакрилнитрил (PAN) 125 140 + ++ - + + ++ + Сушилка, размольно-сушильный агрегат (низкие температуры)
Стекловолокно, Superflex 260 280 + ++ - - ++ ++ ++ Обжиговые печи, установки сжигания, вагранки, электродуговые печи
Фторопласт (PTFE)(Тефлон, Rastex Gore-Tex) 260 260 ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ Установки для сжигания (мусоросжигательные установки, особые виды мусора), химическая промышленность, электродуговые печи
Полифениленсульфид (PPS) (Ryton) 180 190 ++ ++ + + -- + ++ Установки для сжигания (мусоросжигательные установки, древесина, биомасса)
Примечание.
Т1 - максимальная температура (длительное воздействие);
Т2 - максимальная температура (краткосрочное воздействие);
++ = высокостойкий;
+ = стойкий;
- = условно стойкий;
-- = нестойкий

Механизм поверхностной фильтрации идеально реализуется при использовании мембранных фильтрующих материалов. При этом нагрузка ложится на одну только мембрану. Мембранные фильтры типа Gore-Tex делаются двухслойными. Сторона набегающего потока представляет собой микропористую мембрану из фторопласта. Второй слой выполнен из войлока или ткани и предназначен для механической стабилизации фильтрующего материала. На рис. 2 представлено поперечное сечение подобного материала мембраны, полученное с помощью электронного микроскопа.

Поперечный разрез мембранного фильтра типа Gore-Тех
Рисунок 2 - Поперечный разрез мембранного фильтра типа Gore-Тех

В мембранных фильтрах вся пыль задерживается поверхностью мембраны. При этом не возникает постоянной потери напора, происходящей при внедрении пыли в слой войлока. Удаление фильтровального кека происходит намного легче и полнее, если он образуется на поверхности с антиадгезионными свойствами, выполненной из фторопласта и препятствующей внутреннему истиранию подложки, что в конечном счете приводит к увеличению срока службы рукавов фильтра. Влажные и липкие пылевые отложения также удаляются без особых сложностей.

В НАЧАЛО СТРАНИЦЫ

ДОННТУ ПОРТАЛ МАГИСТРОВ ДОННТУ