СУХОЙ ИЛИ МОКРЫЙ ?
Так сложилось, что при очистке газа от пыли одновременно загрязняется вода. А ее-то очищать значительно труднее и дороже, ибо вода химически взаимодействует с пылью, растворяет в себе примеси хрома, мышьяка, серы, фосфора и других токсических веществ. Ничтожная их концентрация губительно действует на все живое. Общий расход воды за год на "мокрую" газоочистку, для одной мартеновской печи доходит до 1,5 млн. м3.
Почему же газы часто предпочитают очищать в мокрых пылеуловителях, а не в уже известных циклонах и электрофильтрах?
Циклон не улавливает пыль размером меньше 5 мкм. А пыль, выбрасываемая с газами из сталеплавильных конвертеров и мартеновских печей, на 90% состоит из частиц, размеры которых значительно меньше.
Что касается электрофильтров, то для их успешной работы скорость газов, проходящих через электроды, не должна превышать 1 м/с. А ведь мартеновская печь "выдыхает" около 300--400 тыс. м 3 газа в час. Поэтому площадь рабочего сечения электрофильтров должна составлять около 100 м2. Прямо-таки "цех" рядом с цехом...
Дымовые газы мартеновских печей и конвертеров имеют температуру 1500--1700°. Чтобы использовать уходящее с ними тепло, перед газоочисткой имеет смысл поставить котел-утилизатор, вырабатывающий пар.
Однако высокая запыленность газов неизбежно приведет к забиванию труб пылью. Из-за этого паропроизводительность котлов снизится примерно вдвое. Пыль очень прочно сцепляется с поверхностью труб, очистить ее очень трудно.
В среднем котел, стоящий за современной мартеновской печью, за год может дополнительно выработать свыше 70 тыс. т пара. А это производительность хорошей заводской котельной.
Остается устранить пыль. Но как это сделать? Электрофильтры для очистки газов с высокой температурой не поставишь. Электроды вскоре превратятся в труху. Но можно сделать иначе -- очищать раскаленные газы веществами, которые при высоких температурах превращаются в пылеулавливающую жидкость (авторское свидетельство No 264344).
Такими веществами могут быть обычные соли, например хлористые соли натрия и калия, которые плавятся при температурах 660--800°. Они дешевы и неядовиты. Отлично растворяются в горячей воде. При нагреве не разлагаются и, следовательно, совершенно безопасны.
Для того чтобы уловить пыль, ее сначала надо хорошенько смочить. Вода плохо смачивает окислы металлов и угольную пыль. А расплавы солей не только хорошо смачивают графит, но даже внедряются в его кристаллическую решетку.
Принципиальная схема солевой газоочистки довольно проста. Грязные раскаленные газы продуваются по трубе Вентури со скоростью 30--50 м/с. В трубу при этом непрерывно подается расплавленная соль, которая газовым потоком дробится на мелкие капли. Грязный газ, двигаясь сквозь взвешенный слой расплава, фильтруется от пыли, после чего поступает в каплеуловитель. Из каплеуловителя смесь пыли и расплавленной соли стекает в отстойник, где соль растворяется, а пыль осаждается в обычной грязной воде. Из отстойника пыль можо удалить транспортером. Концентрированный рассол из отстойника подается для выпаривания и расплавления соли прямо в камеру плавления. Оттуда его опять пускают в трубу Вентури для повторного улавливания пыли.
Ну а чистый раскаленный газ с температурой 800° или выше направляется в котел-утилизатор.
Солевая установка, стоящая за современной мартеновской печью, будет не только улавливать ежесуточно до 40 т пыли, но и снизит капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воздушного и водного бассейнов.
При выбросе 2 т/ч пыли, типичном для современных мартеновских печей, для каждой установки потребуется примерно один вагон соли. Воды же на ее регенерацию нужно будет около 10 т/ч, т. е. примерно в 20 раз меньше, чем для "мокрой" газоочистки.
Способ газоочистки, предложенный свердловскими инженерами, весьма перспективен. Однако для его практического внедрения необходимо решить сложные технические проблемы, связанные с коррозией трубопроводов и образованием в них отложений. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий...
АНТИЦИКЛОН
Казалось бы, циклон -- идеальное средство для обеспыливания воздуха. Но в самом его принципе есть такие противоречия, которые в некоторых случаях сводят на нет все его положительные качества. Для того чтобы развить в циклоне большую скорость запыленного потока и создать достаточную для отделения пыли центробежную силу, нужно затратить энергию. Чтобы частицы пыли образовали на стенках корпуса винтовую спираль и ссыпались в конусную часть, тоже нужна энергия. Чем больше витков спирали образует запыленный поток, тем больше для этого требуется энергии.
Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.
Многие виды пыли обладают парусностью. Если дунуть на обычную бытовую пыль, она взовьется в воздух и будет долго в нем парить. Одни пылинки летят вверх, другие медленно оседают, третьи беспорядочно пляшут в потоках воздуха. Особой парусностью обладают волокнистые частицы. Когда они попадают в циклон, то на них при вращении в потоке действуют две силы: одна -- центробежная, отталкивающая пылинку к стене, другая -- центростремительная. Последняя возникает потому, что на пылинку влияет уходящий из циклона воздушный смерч. Как парусник, попавший в ураган, пылинка несется вслед за потоком и вылетает из циклона. Чем больше таких частиц попадает в циклон, тем ниже его эффективность.
Известный специалист по вентиляции профессор Батурин, зная эти недостатки циклонов, предложил очистку воздуха от пыли производить в пылеосадочных камерах, конструктивно напоминающих анфиладу "комнат" со смещенными друг относительно друга дверными проемами. Запыленный воздух входит в дверь и за счет расширения теряет свою скорость. Ранее поддерживаемые струей крупные частицы пыли при этом также теряют скорость и падают. Освободившись от тяжелых частиц, воздух входит в следующую "комнату", и там из него выпадают более мелкие фракции. Затем следуют третья и четвертая "комнаты", затраты энергии на прохождение которых в камере Батурина очень незначительны. Ведь скорость движения воздушного потока здесь ничтожно мала.
Но кроме энергии есть и другая статья затрат -- стоимость самого аппарата. Ведь для того чтобы разместить на заводе анфиладу "комнат", нужно пожертвовать производственной площадью; чтобы сделать стенки камеры непроницаемыми, нужно вложить ценный материал и труд рабочих. Словом, экономия на электроэнергии полностью поглощается капитальными затратами.
Может быть, чтобы как-то сократить габариты камеры, в нее поместить коронирующие и осадительные электроды. Но тогда получится электрофильтр. Его сопротивление потоку воздуха тоже ничтожно, но электрооборудование, необходимое для создания потенциала, и его эксплуатация обходятся дорого. Построить камеру с дождевальной установкой -- возникает другая проблема: куда девать сточную воду? Поставить в камере генератор ультразвука -- опять нехорошо. На создание ультразвуковых волн расходуется очень много электроэнергии, к тому же они угнетающе действуют на организм человека. И, вообще, все это не ново. И электрофильтры, и оросительные камеры, и ультразвуковые пылеуловители применяются в промышленности, но пока обычный циклон остается вне конкуренции. Его дешевизна, компактность и, в общем-то, не такая уж высокая энергоемкость вполне устраивают многие предприятия. Но есть заводы, где циклоны давно потеряли право на жизнь. И стоят-то они там только потому, что до сих пор не было изобретено пылеуловителя, который обладал бы такой же компактностью, дешевизной и неприхотливостью в эксплуатации, как циклон.