Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии

Юдашкин М.Я.

Металлургия, 1984 г.

СВОЙСТВА ПЫЛИ, СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В ГАЗАХ

Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо знать следующие основные свойства пыли, содержащейся в технологических и вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, форму и структуру частиц, дисперсность, токсичность, воспламеняемость и взрываемость, способность коагулировать.

Химический состав пыли.

Он всегда характерен для данного производства или технологического процесса. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из окислов этих металлов, флюсов и добавок; пыль, выделяющаяся в процессе холодной обработки металлов абразивным инструментом, содержит мелкие частицы металлов и абразивного инструмента; в производстве строительных материалов пыль состоит из их минеральных составляющих; текстильная пыль образуется из мельчайших частиц перерабатываемых волокон и т.п.

Если пыли, образующиеся при механической обработке, по своему химическому и вещественному составу почти не отличаются от исходного материала, то этого нельзя сказать о возгонах. При высоких температурах технологического процесса могут одновременно испаряться как металлы, так и флюсы. В процессе конденсации этих паров образуются частицы, которые могут содержать несколько веществ. Таким образом, возгоны отличаются от исходного материала и механической пыли химическими свойствами.

По химическому составу пыли судят о ее токсичности. Зная химический состав пыли, можно обоснованно выбрать мокрый или сухой способ очистки газа. Если пыль содержит компоненты, способные образовывать с водой или другой жидкостью, подаваемой на орошение аппаратов, соединения, которые при оседании на стенках аппаратов и газоходов трудно удалять, применять мокрый способ очистки газов нельзя. При наличии в руде серы во время металлургических процессов в газ переходят ее окислы, которые при мокром способе очистки образуют кислоты. В этом случае следует принимать меры по защите аппаратов и газоходов от коррозии и обеспечивать нейтрализацию шламовых вод. Поэтому для очистки таких газов целесообразнее применять сухой способ. При наличии в составе пыли окислов кремния и аналогичных им соединений принимают меры по защите аппаратов и газоходов от механического истирания.

Абразивность,т.е. истирающая способность пыли, зависит не только от химического состава ее, но и от формы и размера частиц, их плотности и твердости

Плотность пыли. Различают истиннуюплотность и плотность насыпной массы. Истинная плотность пыли обусловлена химическим составом материала, из которого она образована, и измеряется отношением массы пыли к занимаемому ею объему. В некоторых случаях внутри частиц пыли могут быть поры и пустоты. Величина пор и пустот зависит от формы и раз-Мера частиц. Плотность такой пыли называют кажущейся. Она будет несколько меньше истинной плотности, так как газ, находящийся в порах, весит меньше, чем пыль. На практике эти поры, как правило, не учитывают и считают кажущуюся плотность равной истинной.

В процессе очистки газа имеют дело с пылью, которая после выделения собирается в определенную емкость и образует насыпную массу. В этой насыпной массе между частицами пыли воздух. Плотность насыпной массы в отличие от истинной плотности учитывает наличие воздушных зазоров между отдельными частицами пыли и изменяется в зависимости от способа заполнения (уплотнения) пыли в заданном объеме. Величиной насыпной плотности пользуются для определения объема, который занимает пыль в бункерах. Чем меньше размеры частиц пыли, тем меньше поверхность их соприкосновения и больше количество пустот между отдельными пылинками в насыпной массе, а следовательно, меньше насыпная плотность по сравнению с истинной. Для крупной пыли насыпная плотность примерно в 2,5 раза меньше истинной плотности, а для мелкой пыли в 20 раз. Масса слежавшейся пыли в 1,2—1,5 раза больше насыпной. Следовательно, ее плотность будет больше плотности насыпной массы.

Плотность пыли играет большую роль при очистке от нее газа. Чем больше плотность частиц пыли, тем более полно они осаждаются в аппаратах, предназначенных для очистки газа. Обычно ее определяют с помощью пикнометра (небольшого стеклянного сосуда) по объему жидкости, вытесненной пылью, масса которой известна. Вследствие вакуумирования пикнометра воздух, находящийся между частицами пыли, удаляется. Частное от деления массы пыли на объем жидкости, вытесненной пылью, представляет собой плотность пыли. Плотность некоторых видов пыли приведена в Приложении 2.

Угол естественного откоса пыли. Представляет собой угол обрушения пыли в процессе или после наполнения пылью бункеров аппаратов газоочистки или других емкостей. Его отсчитывают между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, получаемого при насыпании пробы пыли на плоскость. По углу естественного откоса пыли делают угол наклона бункеров для сбора ее.

Смачиваемость пыли.  Характеризует ее способность смачиваться водой. Обычно ее выражают в процентах. Чем меньше размер частиц пыли, тем меньше их способность смачиваться. В частности, возгоны плохо смачиваются водой. Смачиванию препятствует газовая оболочка, образующаяся вокруг мелких частиц пыли. Чем крупнее частицы пыли и чем округлее их форма, тем слабее силы, удерживающие газовую оболочку вокруг поверхности частиц, и, следовательно, тем больше их способность смачиваться. Смачиваемость пыли зависит и от ее химического состава. Смоченные частицы лучше отделяются от газа в аппаратах газоочистки. Смачиваемость определяется путем измерения доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда порошка, насыпанного тонким слоем на поверхность воды.

Пыли по смачиваемости разделяют на три группы: гидрофобная (плохо смачиваемая, менее 30 %), умеренно смачиваемая (30—80 %), гидрофильная (хорошо смачиваемая, 80—100 %). В зависимости от химического состава некоторые пыли при смачивании водой схватываются (цементируются, затвердевают). Такие пыли при оседании на стенки аппаратов и

газоходов образуют трудно удаляемые отложения, которые уменьшают сечение для прохода газа и ухудшают условия газоочистки.

Удельное электрическое сопротивление пыли.  Оно представляет собой омическое сопротивление пыли в форме куба с гранями 1 м прохождению электрического тока (Ом-м). Эта характеристика имеет большое значение при очистке газа в электрофильтрах.

Форма и структура частиц пыли.  Пыль в аэрозолях состоит из частиц самой разнообразной формы. Возгоны большей частью имеют шарообразную или сферическую форму, или форму тетраэдра. Частицы, образованные в результате механического воздействия, представляют собой мелкие осколки самой разнообразной неправильной формы. Пыль, образованная в процессе сжигания или плавления материала, наряду с частицами неправильной формы содержит большое количество частиц с оплавленными гранями. По структуре пыль может быть аморфной, зернистой и волокнистой. К аморфной пыли относят частицы округлой формы и возгоны, к волокнистой— частицы, образованные в процессе текстильного производства.

Дисперсность пыли.  Размер частиц пыли является одной из основных характеристик, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Крупная пыль лучше, чем мелкая, оседает из газового потока и может быть уловлена в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газа. Размер частиц пыли выражают в микрометрах (мкм). Под дисперсностью пыли понимают совокупность размеров всех составляющих ее частиц. Доля частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве нижнего и верхнего пределов, называют фракцией.

Одной из классификаций пыли по размерам служит ее разделение на крупную пыль (размером более 10 мкм) и мелкую пыль (размером менее 10 мкм). Возгоны содержат частицы в основном размером менее 1 мкм. Пыль, образованная в результате механических операций (дробления, транспортировки и т.п.), обычно имеет размеры более 5—10 мкм. В любых технологических газах металлургического производства в зависимости от его физико-химических характеристик содержится пыль самого разнообразного дисперсного состава.

Токсичность пыли. Чем мельче частицы пыли, тем больше их способность проникать вместе с воздухом в органы дыхания человека и вызывать различные заболевания. Особенно опасны в этом отношении туманы. Токсичность пыли зависит и от материала, из которого она образована (например, свинец, мышьяк, ртуть и т.д.).

Воспламеняемость и взрываемость пыли.  Чем меньше размеры и пористее структура частиц, тем больше их удельная поверхность и выше физическая и химическая активность пыли. Высокая химическая активность некоторых видов пыли является причиной ее взаимодействия с кислородом воздуха. Окисление частиц пыли сопровождается повышением температуры. Поэтому в местах скопления пыли возможны ее самовоспламенение и взрыв. Ввиду большой удельной поверхности возгонов и наличия в ряде случаев в их составе неокисленных металлов, углерода и серы возгоны более склонны к самовозгоранию. Взрывоопасность пыли увеличивается с уменьшением ее зольности и влажности.

Коагуляция (укрупнение) пыли. Это — способность ее мелких частиц слипаться между собой и образовывать более крупные частицы. На скорость коагуляции влияют запыленность газа, размер и форма частиц, температура, вязкость и скорость газа, а также другие факторы, в частности колебание газа под воздействием звуковых волн, электрические заряды частиц. Чем выше скорость газа, тем больше его турбулентность и вероятность столкновения и укрупнения частиц пыли, находящихся во взвешенном состоянии в газе. Частицы пыли разного размера укрупняются лучше, чем частицы одинакового размера. Форма скомпилированной пыли может быть самой разнообразной шаровидной, в виде цепочки и пр.

Коагуляция частиц пыли размером более 0,1 мкм происходит вследствие их столкновения во время движения. Более мелкие частицы пыли коагулируют в процессе броуновского движения под действием молекулярных сил. Частицы ныли размером более 5—10 мкм почти не коагулируют в газовом потоке. Укрупнение находящихся в газовом потоке капелек жидкости называют коалесценцией. Такое укрупнение происходит при столкновении капелек в процессе их движения в газовом потоке.