Технологии очистки воздуха

Газоочистная установка для промышленных предприятий

Газоочистная установка

Газоочистная установка ГОУ – промышленный газовоздушный фильтр для удаления вредных и токсичных примесей

Газоочистная установка — определение понятия и назначение

Газоочистная установка ГОУ – очень широкое и размытое понятие. Как следует из самого термина «установка», такие системы, (как правило, многоступенчатые), могут быть построены на базе широкого спектра индустриальных газовых фильтров различных типов и принципов действия.

Разумеется, в понятие обычно включается и вся сопутствующая оснастка: газоходы, вентиляторы, насосы, бункеры, отстойники, теплообменники, автоматика, системы контроля. Главное условие – обеспечение высокого КПД очистки газов.

Если взглянуть технологически непредвзято и принять в расчет тот факт, что воздух представляет собой сложную газообразную смесь, выражение «газоочистная установка» может с полной оправданностью применяться и к промышленным воздухоочистным (вентиляционным и аспирационным) аппаратам и комплексам.

абсорбционные башни

ГОУ на базе абсорбционных башен

Современная промышленность эксплуатирует невообразимое множество технологических процессов, большинство из которых подразумевают критическую необходимость очистки / пурификации циркулирующих потоков и / или нейтрализации (утилизации) отходящих выбросов: газов, дымов, паров, туманов, аэрозолей, суспензий, эмульсий и механических пылевых включений.

На сегодняшний день разработаны многочисленные методики воздушного и газового очищения. Рассмотрим ключевые типы фильтров и результативные подходы к промышленной воздухо- и газоочистке. В конце данной страницы мы подведем итог и составим сводную таблицу эффективности наиболее распространенных и востребованных ГОУ (газоочистная установка).

Газоочистная установка ГОУ сухого типа действия

Широкая группа газовоздушных фильтров представлена устройствами сухого действия. Такие аппараты показывают достойный КПД в захвате пылевых и газовых конденсатов, не содержащих или содержащих минимальное количество жидкой фазы (воды, иного влажного пара, аэрозоля, тумана).

Газоочистная установка циклон

Газоочистная установка циклонного типа – несмотря на то, что Пользователи поисковых систем и Клиенты-промышленники формулируют свой запрос именно так – не является газоочистной системой в прямом смысле этого слова.

Циклоны представляют собой класс, пожалуй, простейших – после пылеосадочных камер и жалюзи –пылеуловителей, хорошо справляющихся с удалением средне- и крупнодисперсной сухой неволокнистой пыли нецементирующейся природы. Это древесная стружка, неорганическая пыль, опилки, сыпучие и строительные смеси, крупы, лузга, зерноотходы, шелуха, резиновая крошка, пластиковая, полимерная, каменная, минеральная, металлическая пыль (при обработке высокоабразивного механического партикулята рекомендуется футерование рабочей камеры стойкими к истиранию материалами).

циклонные пылеосадители

Циклонные пылеосадители

Сухие циклоны принципиально не способны на фильтрацию газов.

Принцип работы – ротационно-инерционный. Запылённый поток тангенциально нагнетается в конусообразную камеру, где, завихряясь, сталкивает механический загрязнитель с внутренними стенками аппарата, в результате чего пыль/стружка теряет кинетическую энергию, замедляется и под силой тяжести опадает в пылесборный бункер циклона.

Для увеличения производительности и снижения общего сопротивления нередко объединяются в т.н. батареи.

Адсорберы

Не менее широко используются в современной промышленности и сухие адсорберы. Эффективность таких устройств обеспечивается микропористыми твердыми адсорбентами в виде пеллет, таблеток или гранул.

Фильтрационным субстратом заполнена рабочая камера газоочистной установки. Загрязненный поток вводится в камеру и, проходя через фильтрующий массив, селективно (выборочно) «теряет» на поверхности адсорбента нежелательные или токсичные газы.Самым распространенным адсорбентом является микропористый активированный уголь: прогрессивные методы активации карбона позволяют достигать КПД ≈ 100% в улавливании множества высокотоксичных и технологически неприемлемых примесей.

https://www.youtube.com/embed/pGty-CRXXwM

Процесс адсорбции

Помимо прочего, активность адсорбента может быть «усилена» катализатором, например, алюминием, магнием, медью, никелем и другими металлами, металлическими и неметаллическими оксидами. В этом случае к физическому захвату присовокупляется химическое (каталитическое) действие, что еще сильнее повышает результативность технологии.

Впрочем, использование адсорбционных модулей накладывает некоторые ограничения. Для достижения номинального коэффициента полезного действия ГОУ (газоочистная установка) газопоток должен иметь относительную влажность не выше 70% и быть чистым от механической пыли (при высокой влажности и / или запыленности среды рекомендуется комплектация установки предварительным осушителем и / или пылеосадителем).

Разновидностью адсорбции является фотокатализ, принцип которого, в целом, соотносится с сухой адсорбцией, но – вдобавок ко всему – каталитически модифицированный оксидом титана наполнитель облучается ультрафиолетом, что позволяет результативно уничтожать бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Фотокатализ широко эксплуатируется в устройствах кондиционирования, бытовой и автомобильной вентиляции.

Электростатические, плазменные (холодная плазма) и газоразрядные фильтры

Отдельным классом газо- и воздухоочистных систем являются ГОУ (газоочистная установка) на базе электрических (электромагнитных и электростатических) фильтров.

Главный принцип работы таких устройств в разрезе улавливания пылегазовых поллютантов – воздействие на электрические полюса элементов загрязнителя сильным электромагнитным полем.

Поле, в котором происходит захват сорбата, в зависимости от типа аппарата, может генерироваться пластинчатыми или трубчатыми электродами (коронирующими и осадительными), нитями, неравновесной холодной плазмой (англ. Nonthermal plasma), газоразрядниками и иными электроизлучателями. Главное условие – обеспечить стабильное течение ионных токов между катодом и анодом.

Такой подход демонстрирует высочайшую результативность в отношении электрически НЕ-нейтральных молекулярных конгломератов (анионов и катионов) и «заряженных», особенно – микродисперсных металлических, пылей.

Несмотря на достойную продуктивность захвата токсических и микробных компонентов, электрофильтры относятся к ГОУ (газоочистная установка) повышенной сложности и находят в промышленности ограниченное применение (энергетика, металлургия, химия).

Газоочистная установка

Фильтр электростатический

При практически отсутствующем пневматическом сопротивлении, электростатические фильтраторы малоэффективны в процедурах очистки влажных, аэрозольных, сложносоставных газовоздушных сред; нерациональны они и для процессинга больших объемов газа / пыли высокой концентрации.

Даже используясь в тандеме с рукавными, кассетными и иными волоконными пылегазоосадителями, они почти всегда проигрывают современным, гибким и универсальным аппаратам мокрой очистки газов в части производительности, способности к самоочистке и многим другим параметрам.

Ячеистые бумажные и лабиринтные картонные гофры, «гармошки»

Вкратце затронем бумажные и картонные лабиринтные фильтры, использование которых в большинстве случаев ограничивается предприятиями по производству ЛКМ, (красок, клеев и стройсмесей), а также окрасочными участками, где требуется системная очистка воздуха после покрасочных камер.

Обладая высоким пневмосопротивлением и не демонстрируя никакой эффективности в задержании токсичных газов, сплошные бумажные и картонные фильтры хорошо задерживают мелкодисперсный партикулят, и в редких случаях используется в качестве вспомогательных пылеулавливающих ступеней газоочистных установок.

бумажный гофрированный фильтр

Бумажный гофр-аккордеон на волоконной подложке

«Лабиринты» же имеют сопротивление не выше 5 Па и работают по инерционному принципу: струя завихряется внутри ходов – происходит скапливание загрязнителя на стыках формирующих плоскостей и в уголках гофрированной гармошки. Все фильтры такого типа – одноразовые и обычно не предусматривают утилизацию захваченных компонентов.

Волоконные / рукавные, матерчатые и нетканые пылегазоуловители

Несмотря на то, что войлок, ватин и другие валянные материалы давно используются для предварительной воздухоочистки, современные продвинутые технологии изготовления тонкодисперсных нетканых композитов в форме рукавов, полотен, кассет и картриджей позволяют осуществлять очистку от газокомпонентов.

Газоочистная установка на основе рукавных нетканых фильтроматериалов нередко используется для улавливания пыли и газов на АБЗ, на энергетических предприятиях и на других участках, имеющих в качестве побочных продуктов опасные/ кислые газы, пары и пылемеханические взвеси.

нетканые фильтрующие рукава

Рукава из нетканого материала

Технологии наделения рукавов жаростойкими и водостойкими свойствами медленно, но уверенно развиваются, что позволяет использовать волоконные рукава, полотна, кассеты и картриджи во все большем количестве производственных сфер. Вопреки попыткам производителей удешевить и упростить конструкции, «бутылочным горлышком» установок ГОУ (газоочистная установка) рукавного / матерчатого и смежных типов остается усложненный механизм самоочистки, который обычно реализован через встряхивание рукавов (или всего агрегата), ультразвуковую или инфразвуковую бомбардировку материала или комбинацию этих подходов.

Мембраны

В этом разделе также следует упомянуть и о мембранных патронах. Мембранные капсюли, как правило, представляют собой сменные цилиндры для установок абсолютной стерилизации и биологического обеспложивания газовоздушных сред. Используются в стерильных зонах (по стандартам ISO2-ISO6) трансплантологического, фармацевтического, пищевого (пиво- и виноварение) назначения, в цехах оптической и микроэлектронной / интегрально-микросхемной сборки.

мембранный воздухоочистительный сменный патрон

Мембранный патрон

Газоочистная установка ГОУ мокрого типа

Обширнейший класс оборудования мокрой газоочистки представлен скрубберами и абсорберами водяного и реагентного типов.

Скрубберы (газопромыватели) и абсорберы

Несмотря на различие в терминологии, как скрубберы, так и абсорберы реализуют различные модификации подходов мокрой сорбции газов и пыли. Традиционно мокрые сорбционные установки подразделяются на нижеследующие типы.

Орошаемые циклоны / промыватели СИОТ

Мокрые циклоны и промыватели СИОТ можно отнести к наиболее простым решениям водно-реагентной пылегазоочистки. Как и в сухом циклоне, поток вводится в корпус аппарата и, радиально закручиваясь, устремляется к стенкам рабочей камеры. Но, в отличие от циклонных ГОУ (газоочистная установка), полые скрубберы и СИОТ оснащены водоподающей системой форсунок, орошающих внутреннюю полость и стенки аппарата.

Газопылевые включения, таким образом, сорбируются в микропленочном слое ГОУ (газоочистная установка), покрывающем внутреннюю полость агрегата, (а также, частично, в жидкостном тумане), и непрерывно стекают в составе воды в шламоприемный бункер под силой гравитации.

Газоочистная установка

Мокрый центробежный сепаратор СИОТ

Небольшим отличием скоростного сепаратора от традиционного полого скруббера является то, что высокая радиальная скорость воды на поверхности внутренних стенок позволяет опадать вниз лишь внешним, утяжеленным поллютантом, жидкостным слоям. Внутренние же слои воды продолжают вращение по окружности (сила Кориолиса), ожидая захвата и утяжеления. Вопреки расхожему мнению, сорбционная емкость обычной технической воды, (особенно – охлажденной), достаточно высока, чтобы эффективно захватывать не только средне- и микродисперсную механику, но и, в некоторой степени, вредные или нежелательные газы.

Газоочистная установка Вентури

Скрубберные установки системы Вентури используют в качестве основного технологического элемента т.н. трубку / конус Вентури. Согласно закону Бернулли, при неизменном давлении и сужении трубы, скорость среды пропорционально возрастает.

При постоянстве входящего давления газовый поток разгоняется в конусе до десятков метров в секунду и встречает на своем пути водяную завесу, генерируемую форсуночным блоком. Жидкость (или реагент) разбивается в микротуман, который с предельной результативностью захватывает из потока пылегазовые компоненты.

Пенные абсорберы

Барботажно-пенные абсорберы преимущественно используются для улавливания комплексных пылегазовых и дымовых смесей, обладающих химической / коррозионной активностью.

В качестве фильтра выступает самоподдерживающийся слой нестабильной пены или реагента, образующийся на перфорированных тарелках за счет прохождения потока через отверстия барботажных поддонов.

На поверхности пузырьков происходит эффективная нейтрализация вредных, токсических или технологически нежелательных веществ, а также «мягких» пылемеханиеских конденсатов – пепла, золы, копоти, сажи.

Схлопываясь, пузырьки обращаются в более тяжелую, чем пена, жидкость, и переливаются через края барботеров, уводясь (вместе с загрязнителем) из активной зоны газообработки.

Насадочные абсорберы со стационарным слоем (хемосорберы)

Радикально иной подход мокрой сорбции реализован в абсорберах с неподвижной насадкой. Рабочая камера газоочистительной установки заполнена т.н. насадкой (кольца Палля, кольца Рашига, Инталлокс) – физическими телами определенной геометрии и топологии, которые обеспечивают огромную площадь контакта при небольшом объеме.

Полезная поверхность может исчисляться сотнями квадратных метров на 1 кубический метр насадки.

Форсуночный блок орошает водой или химическим раствором стационарные тела; вместе с этим в камеру подводится загрязненный газопоток. Относящиеся к аппаратам химической газоочистки, насадочные абсорберы (хемосорберы) способны оперировать широким спектром химически активных жидких реагентов, что позволяет достигать ≈ 100% КПД в нейтрализации кислых газов (SOx, NOx, H2S, CO), паров кислот, щелочей, растворителей, спиртов, тяжелых углеводородов, галогенов.

Химические скрубберы и абсорберы изготавливаются из инертных материалов: полипропилена, полиэтилена, фторопласта, стеклопластика, нержавеющей стали или титана.

Масляные фильтры для очистки воздуха

В промышленной вентиляции и нефтяной сфере иногда применяются и воздушно-газовые фильтры масляного типа. В настоящее время встречаются 2 типа масляных воздухоочистителей:

  1. Абсорберный тип. Рабочая камера заполнена керамической или металлической насадкой, смоченной невысыхающим, дезодорированным минеральным маслом с требуемыми характеристиками. Недостаток метода – требование к регулярно чистке насадки с помощью горячего каустического раствора.
  2. Самоочищающийся ленточно-цепной фильтр со смачиваемыми пластинами. Пластины подвешены на замкнутую ленту, которая в течение каждого цикла единожды проходит над масляной ванной, где происходит очистка пластинок и «обволакивание» их чистым сорбентом. Недостатки – сложность конструкции, включение в конструкцию электродвигателя.
Газоочистная установка

Промышленные масляные фильтры

Микробиологические методы газоочистки

Нельзя обойти вниманием и, наверное, наиболее прогрессивный – микробиологический метод газоочистки. Несмотря на то, что технология все еще находится в зародышевом состоянии, кое-какие результаты ученые-исследователи уже представили широкой публике.

Так, например, грязевые протобактерии вида Desulfobulbus propionicus способны «питаться» оксидами серы, превращая их в присутствии металлов в сульфиды и сульфаты, а микроорганизмы Kuenenia stuttgartiensis, экстрагированные из морской воды, эффективно утилизируют чистый аммиак, выделяя элементарный азот и значительное количество тепла.

бактерии

Микроорганизмы Desulfobulbus Propionicus под микроскопом

Конечно же, микробиологический подход все еще представляет лишь экспериментальный интерес, но, кто знает, может быть, в обозримом будущем такие технологии будут главным драйвером продвинутых, безотходных газоочистных установок нового поколения.

Газоочистная установка ГОУ входит в справочник наилучших доступных технологий (НДТ (22 раздел) Очистка вредных выбросов).

ПОДОБРАТЬ УСТАНОВКУ

whatsapp Очистка воздуха