Экологическая проблема и экотехническое оборудование | От осадительной камеры до первых электрофильтров
Научные разработки и промышленные внедрения | От типоразмерного ряда к эксклюзивной конструкции
Контроль и расчет, монтаж и ремонт, услуги и поставки

2. «АТЛАС ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЫЛЕЙ»

С целью изучения свойств пыли в Семибратовском филиале НИИОГАЗ еще в 60-х гг. прошлого столетия была создана лаборатория физико-химических исследований аэрозолей. Здесь определялись основные характеристики пылевидных материалов: дисперсный состав, плотность, электрическое сопротивление, химический состав, адгезионная способность, внешний вид и форма частиц пыли.

Этим исследованиям предшествовала подготовительная работа по уточнению перечня исследуемых параметров, изучению существующих методов их определения, отбору и унификации методов исследования применительно к решению задач пылеулавливания.

Именно в это время на базе сектора физико-химических исследований и группы КИП в СФ НИИОГАЗ предполагалось организовать лабораторию автоматики и измерений, в задачу которой входило бы усовершенствование методов анализа и создание новых приборов для изучения физико-химических свойств пыли в лабораторных и промышленных условиях, измерения скорости, давления, температуры запыленного газового потока. Для повышения эффективности работы филиала и ускорения сроков внедрения в промышленность результатов исследований предусматривалось создание собственной производственно-технологической базы филиала. Хотя этот план так и не был осуществлен, в то время он являлся вполне реальным.

В книге «За чистое небо», опубликованной в 2002 г. к 40-летию Семибратовского филиала НИИОГАЗ», так рассказывалось об этом периоде деятельности лаборатории № 9 – бывшего сектора физико-химических исследований:

«Лаборатория № 9 проводит исследования физико-химических свойств промышленных пылей. Выявление параметров этих пылей позволяет исследователям глубже понимать процессы, происходящие в пылеулавливающих аппаратах, а проектировщикам обеспечивает правильный выбор соответственной технологии для улавливания конкретных пылей. Для этой цели в лаборатории разработаны методики определения физико-химических свойств промышленных пылей: плотности и насыпной плотности, углов естественного откоса (статического и динамического), разрывной прочности пылевого слоя, абразивности, химического состава, равновесной влажности, реакции водной вытяжки, дисперсного состава и удельной поверхности. Для обеспечения единства измерений в лаборатории составлен руководящий технический материал «Пыль промышленности. Лабораторные методы исследования физико-химических свойств». В настоящее время разработанные лабораторией методики широко применяются во многих отраслях промышленности. Изучены промышленные пыли энергетики, черной и цветной металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, пищевой промышленности и т.д. На каждую пыль заполняется паспорт физико-химических свойств, включающий 14 параметров. Эти паспорта используются проектировщиками в различных отраслях при проектировании и реконструкции пылеулавливающего оборудования. Фонд паспортов пылей по различным отраслям и технологическим пределам постоянно пополняется, а дополнения периодически публикуются. Для расширения возможности жидкостной седиментации в области частиц малых размеров разработан метод седиментации в центробежном поле. Исследован и разработан вибрационный пылепитатель с высокой степенью равномерности подачи пыли. Разработано устройство ПОУ-1 для определения технологических параметров пылеулавливающих аппаратов. Большая партия этих узлов изготовлена Семибратовским заводом газоочистительной аппаратуры для комплектования служб контроля за работой пылеулавливающих установок».

Всего в СФ НИИОГАЗ было исследовано около 100 видов промышленных пылей различных производств, результаты исследований были обобщены в «Атласе промышленных пылей». Первое издание атласа вышло в 1980–1982 гг., его переиздание было осуществлено холдинговой группой «Кондор Эко – СФ НИИОГАЗ» в 2007 г.

Автор и составитель книги – Л.Я.Скрябина – заведующая сектором физико-химических исследований СФ НИИОГАЗ. Принимала участие в разработке и внедрении ротационного анализатора дисперсности РАД-1, руководила темой по исследованию физико-химических свойств пыли для составления «Атласа промышленных пылей».

Атлас включает в себя описание методик определения физико-химических свойств пыли и газа-носителя, результаты определения свойств летучей золы и некоторых других пылей электростанций, сжигающих каменный уголь, торф, мазут; представлены пыли металлургической, машиностроительной, химической, строительной и пищевой промышленности.

Раздел «Методы, примененные при определении свойств пыли и газа-носителя» содержит главы. Отбор и подготовка пылевых проб» и «Физико-химические параметры пыли и основные принципы их определения».

Пробы пыли отбирались в промышленных условиях и в герметичных сосудах доставлялись в лабораторию, где исследовались физико-химические свойства пылей по единой методике.

Для удобства пользования атласом сведения о пыли представлены в виде отдельных паспортов на каждую исследованную пыль. Паспорт включает наименование (вид) пыли, сведения о пылеобразующем агрегате и режиме его работы во время отбора пробы пыли, характеристику используемого сырья и результаты определения свойств пыли.

Для определения физико-химических свойств использовались как пробы пыли, отобранные из пылегазового потока, так и пробы пыли из бункеров пылеуловителей. Пыль, отобранная в различных точках газохода методом внутренней или внешней фильтрации, смешивалась для получения усредненной пробы. Пыль из бункеров использовалась главным образом для исследований, требующих сравнительно большой массы пыли в пробе (определение углов откоса, абразивности, насыпной плотности). В отдельных случаях проба из бункера использовалась для определения всего комплекса параметров. Пробы из бункера отбирались пробоотборником с соблюдением существующих правил отбора проб. Пробы пыли из аппаратов, имеющих несколько бункеров (многопольные электрофильтры), отбирались из каждого бункера и смешивались в соотношении, пропорциональном эффективности пылеулавливания каждым полем. Для повышения представительности проба отбиралась в избыточном количестве, затем тщательно перемешивалась и сокращалась до нужного объема методом квартования.

Отобранные пробы упаковывались в герметичные сосуды и направлялись на исследование в лабораторию. В лаборатории перед проведением исследований пылевые пробы высушивались в сушильном шкафу при температуре 105° С (органические пыли при температуре не выше 60° С) до постоянной массы и хранились в эксикаторе с силикагелем. Значения физических параметров пыли, приведенные в паспорте, получены усреднением результатов нескольких параллельных анализов.

При отборе пылевых проб измерялись параметры пылегазовой среды: температура, запыленность, скорость и влажность газа. Химический состав газа определялся газоанализаторами марок ГХ-1, ГХП-ЗМ, ВТИ. Температура точки росы по воде определялась психрометрическим или конденсационным методом. Для определения кислотной точки росы применялся прибор, разработанный институтом обогащения твердого топлива.

Морфологическое описание препарата дано на основании исследования с помощью микроскопов МБИ-3, МБИ-6 в проходящем или отраженном свете при различной кратности увеличения. Тонкодисперсные препараты исследовались с помощью электронного микроскопа.

Дисперсный состав приведен в виде таблицы с указанием доли g (в мас. %) частиц, имеющих размер более стоксовского диаметра d (мкм). Указывается также медианный размер частиц d₅₀ (мкм).

В производственных условиях дисперсный состав определялся, где это представлялось возможным, в газоходе перед системой пылеулавливания с помощью ротационного анализатора дисперсного состава пыли РАД. В тех случаях, где применение ротационного анализатора было затруднено, дисперсный состав пыли определялся в лабораторных условиях методом жидкостной седиментации или ротационным анализатором на лабораторном стенде.

При исследовании грубодисперсных пылей применялся рассев на ситах. Просеивание производилось через набор сит модели 026 с помощью прибора для определения зернового состава (модель 029). В паспорте указан метод и условия определения дисперсного состава пыли. В случае анализа методом жидкостной седиментации указана использованная дисперсионная среда.

Удельная поверхность, равная отношению поверхности частиц к их массе, определялась методом измерения воздухопроницаемости слоя при давлении, близком к атмосферному, на приборе Т-3.

Плотность, т.е. масса единицы объема вещества, определялась пикнометрическим методом. Метод заключается в измерении объема жидкости, вытесненной навеской пробы пыли. Величина плотности вычисляется как частное от деления массы пробы на вытесненный ею объем жидкости. При выборе жидкости, которая должна быть инертной по отношению к веществу пыли, использовался указатель дисперсионных жидкостей для различных материалов. С целью удаления газовых включений над поверхностью жидкости создавался вакуум до 2-4 кПа (15- 30 мм рт. ст.).

Насыпная плотность представляет массу частиц, отнесенную к единице занятого ими объема, включая объем пор и промежутки между частицами. В паспорте приведены значения насыпной плотности пыли в неуплотненном состоянии и при максимальном уплотнении. Первая определялась взвешиванием известного объема свободно засыпанной пробы. Насыпная плотность при максимальном уплотнении определялась взвешиванием известного объема пробы в состоянии плотной упаковки частиц, достигаемой путем встряхивания сосуда с пробой с помощью виброуплотнителя до прекращения уменьшения объема.

Динамический и статический углы естественного откоса. Динамический угол естественного откоса представляет угол между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, полученного при насыпании пробы пыли на плоскость. Определяется с помощью прибора Меринга, усовершенствованного Барановым. Величину динамического угла естественного откоса определяют по угломерным шкалам, нанесенным на боковые стенки, образующие прямой пространственный угол, в который засыпается исследуемая проба.

Статический угол, или угол обрушения, определялся с помощью прибора, представляющего стеклянный прямоугольный сосуд, одна из стенок которого съемная. После заполнения сосуда пылью съемная стенка осторожно удаляется, часть находящейся в сосуде пыли высыпается. У оставшейся в сосуде пыли поверхность располагается под некоторым углом к горизонтальной плоскости, который и является статическим углом естественного откоса.

Разрывная прочность слоя характеризует слипаемостъ или аутогезионную способность пыли. Определялась с помощью прибора конструкции НИИОГАЗ. Основная часть прибора – разъемный цилиндр, в который засыпается исследуемая пыль. После уплотнения пыли стандартной нагрузкой 50 кПа к верхней части цилиндра прикладывают с помощью пружины постепенно нарастающее направленное вверх усилие, которое, достигнув определенной величины F_k (г), разрывает пылевой столбик в плоскости разъема. Величина разрывной прочности слоя Р рассчитывается по формуле:

, г/см² (10²·Па),

где G_k – вес трубки с пылью, г;

S – площадь поперечного сечения слоя пыли, см².

Промышленную пыль по слипаемости разделяют на четыре группы:

Абразивность пыли дана в виде коэффициента абразивности, определяемого по потере в весе образца, истираемого частицами, взвешенными в потоке воздуха. Для определения коэффициента абразивности применялся прибор конструкции КазНИИэнергетики.

Исследуемая пыль пылепитателем подается в разгонное устройство, вращаемое электродвигателем. Во вращающейся трубке частицы разгоняются под действием центробежных сил, ударяются о поверхность стандартного образца и истирают ее. Взвешиванием образца до и после опыта определяют потерю массы образца, характеризующую его массовый износ. Коэффициент абразивности исследуемой пыли рассчитывается по формуле:

К_a = B Δ G ,

где ΔG – потеря массы образца, кг;

В – постоянная прибора, определяемая по эталонному абразиву, для которого величина К_a известна.

Зная коэффициент абразивности пыли, можно рассчитать время абразивного износа элемента аппарата на заданную глубину по формуле:

ч,

где h – линейный износ, м;

c / q – массовая концентрация абразива, кг/с²/м²;

W – скорость газового потока, м/с;

E – коэффициент вероятности попадания частиц на изнашиваемую поверхность, в долях единицы;

K_a – коэффициент абразивности исследуемой пыли по отношению к изнашиваемому материалу, м²/кг.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) слоя пыли – омическое сопротивление куба пыли со стороной, равной 1 м , прохождению электрического тока.

В паспорте приводятся значения удельного электрического сопротивления при различных температурах.

Измерения проводились на измерительной ячейке, выполненной в виде двух соосных цилиндрических электродов, расстояние между которыми (2,5 мм) фиксируется с помощью изоляционной шайбы из фторопласта. На нижний электрод наносится слой пыли свободной засыпкой – с последующим уплотнением (нагрузка 100 Па). Измерительная ячейка помещается в камеру, в которой регулируемым электрическим обогревом создается необходимая температура. На электроды подается напряжение U постоянного тока, гальванометром измеряется ток I в цепи.

УЭС пыли вычисляется по формуле:

, Ом·м,

где S – площадь электрода, м²;

l – расстояние между электродами, м.

Для золы, содержащей более 15 % недожога, приведено УЭС минеральной части, полученной прокаливанием золы при 550° С.

Химический состав золы от сжигания углей, торфа и древесных отходов определялся по ГОСТ 10538-72. Состав золы высокосернистого мазута, включающей сажу, коксик и минеральную часть (сульфаты железа, кальция, алюминия, меди и низкоплавкие соединения ванадия), исследовался по специальной методике, основанной на анализе минералов и легированной стали.

Гигроскопичность – способность пыли поглощать (адсорбировать) влагу из окружающей среды. Для водонерастворимых веществ процесс адсорбции протекает до тех пор, пока давление над поверхностью частиц пыли не станет равным парциальному давлению паров воды в окружающем газе. В условиях равновесия каждому значению относительной влажности воздуха соответствует определенное содержание влаги в веществе (равновесная влажность вещества). Для определения равновесной влажности пыли определялись привесы высушенных образцов пыли, выдержанных до постоянной массы в атмосфере с заданной относительной влажностью.

Равновесную влажность пыли вычисляют по формуле:

,

где G₁ – масса пыли в бюксе при достижении равновесия, г;

G – масса сухой пыли, г.

Смачиваемость пыли (%) характеризует ее способность смачиваться водой. Смачиваемость определялась путем измерения доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда порошка, насыпанного тонким слоем на поверхность воды (метод пленочной флотации).

Для измерения величины смачиваемости применялся прибор, состоящий из вращающегося столика, на котором укрепляется сосуд с водой, и бункер с вибрационным питателем над ним. Медленное вращение столика с сосудом способствует равномерному распределению пыли, высыпаемой из вибрационного приспособления, по всей поверхности жидкости. Количество пыли, время ее просыпания и экспозиция во всех опытах одинаковы.

Осевшую на дно сосуда в процессе опыта пыль отфильтровывают, высушивают и взвешивают.

Исходя из практических наблюдений на основе метода пленочной флотации, пыль по смачиваемости можно разделить на следующие группы:

плохо смачиваемая...................... 0–30 %

умеренно смачиваемая................ 30–80 %

хорошо смачиваемая................... 80–100 %

В обзоре содержатся сведения по физико-химическим свойствам летучей золы и некоторых пылей тепловых электростанций, сжигающих каменный уголь перспективных месторождений, торф, высокосернистый мазут, а также изложены методы исследования свойств пыли и газа. В обзоре использованы данные опубликованных отечественных и зарубежных изданий. Обзор рассчитан на широкий круг инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, наладкой и эксплуатацией систем пылеулавливания. Наглядное представление о содержании «Атласа промышленных пылей» дает перечисление исследованных пылей:

Часть I. Летучая зола тепловых электростанций

1. Эстонские сланцы

2. Уголь Березовского месторождения

3. Уголь Назаровского месторождения

4. Угли (смесь) Назаровского и Ирша-Бородинского месторождений

5. Уголь Ирша-Бородинского месторождения

6. Уголь Башкирского месторождения

7. Уголь Харанорского месторождения

8. Уголь Райчихинского месторождения

9. Уголь Чихезского месторождения

10. Уголь Ангренского месторождения

11. Уголь Гусиноозерского месторождения

12. Уголь Бакинского месторождения

13. Уголь Черемховского месторождения

14. Уголь Львовско-Волынского месторождения

15. Уголь Подмосковного бассейна

16. Уголь марки «Г» Донецкого бассейна

17. Уголь марки «Т» Донецкого бассейна

18. Уголь Воркутинского бассейна

19. Уголь Интинского месторождения

20. Уголь Карагандинского месторождения

21. Уголь Нерюнгринского месторождения

22. Уголь марки «СС» Междуреченского месторождения Кузнецкого бассейна

23. Уголь марки «Т» Кузнецкого бассейна

24. Уголь марки Донецкого бассейна

25. Уголь марки «А» Донецкого бассейна

26. Уголь (смесь) Донецкого бассейна

27. Уголь (смесь) Кузнецкого бассейна

28. Уголь марки «СС» Экибастузского бассейна типа ЦК-39

29. Уголь марки «СС» Экибастузского бассейна типа ПК-39-П

30. Фрезерный торф месторождения Ярославской области

31. Высокосернистый мазут

32. Древесные отходы

33. Угольная пыль, образующаяся при помоле угля Ирша-Бородинского месторождения

34. Угольная пыль, образующаяся при термическом разложении угля Ирша-Бородинского

месторождения

35. Угольная пыль, образующаяся при сушке угля Карагандинского месторождения

36. Сланцевая пыль

Часть II. Пыли предприятий металлургии, машиностроения и строительной промышленности

1. Формовочная земля

2. Пыль электродуговой печи

3. Пыль шахтной вагранки

4. Пыль бессемеровского конвертора

5. Пыль галтовочного барабана

6. Пыль очистки чугунного литья в пескоструйной камере

7. Пыль очистки чугунного литья дробью

8. Пыль заточных станков

9. Пыль печи спекания бокситной шихты

10. Пыль печи кальцинации

11. Пыль печи получения кремния

12. Пыль медеплавильного конвертора

13. Пыль обжига ртутьсодержащей руды Белокаменного карьера

14. Пыль обжига ртутьсодержащей руды Сахалинского месторождения

15. Пыль разложения сурьмяной руды

16. Пыль системы саночистки плавильного цеха сурьмяного комбината

17. Пыль литейного двора

18. Пыль агломашины

19. Пыль сортировки агломерата

20. Пыль участка подготовки сырья

21. Пыль доменная

22. Пыль мартеновская

23. Пыль, выделяющаяся при помоле известняка

24. Пыль, выделяющаяся при обжиге известняка

25. Пыль, выделяющаяся при обжиге доломита

26. Пыль, выделяющаяся при сушке известняка

27. Пыль, выделяющаяся при сушке доменного шлака

28. Пыль, выделяющаяся при помоле смеси известняка, шлака и колошниковой пыли

29. Пыль вращающейся печи обжига клинкера

30. Пыль печи обжига клинкера

31. Пыль сушильных барабанов АБЗ

32. Пыль кабин оцинкования деталей

Часть III. Пыли предприятий химической и пищевой промышленности

1. Огарок

2. Двуосновная соль гипохлорита кальция

3. Сульфат натрия

4. Мышьяковистый ангидрид

5. Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-219

6. Краска порошковая эпоксидная П-ЭП-971

7. Магнезит

8. Белая сажа марки У-333

9. Белая сажа марки БС-50

10. Технический углерод /сажа/

11. Пыль печных газов при производстве желтого фосфора

12. Пыль переработки сои

13. Соевый шрот

14. Зерновая пыль

15. Пыль, выделяющаяся при производстве сухого молока

16. Пыль, выделяющаяся при производстве крахмала

17. Пыль, выделяющаяся при производстве энтобактерина

18. Пыль, выделяющаяся при производстве энтобактерина на предприятии биохимических

препаратов

19. Пыль, выделяющаяся при производстве амилосубтилина

20. Пыль, выделяющаяся при производстве бациллихина

21. Пыль, выделяющаяся при производстве протосубтилина

22. Пыль, выделяющаяся при производстве синтетического моющего средства «Айна»

23. Пыль распределительной сушилки фирмы «Баллестра» производства синтетического

моющего средства «Кристалл»

24. Пыль распределительной сушилки фирмы «Кестнер» производства синтетического

моющего средства «Кристалл»

25. Пыль, выделяющаяся при производстве синтетического моющего средства «Нева»

26. Пыль, выделяющаяся при производстве синтетического моющего средства «Лотос»

27. Пыль, выделяющаяся при развеске ингредиентов резиновой смеси

28. Пыль, выделяющаяся при просеве ингредиентов резиновой смеси

29. Пыль, выделяющаяся при сушке цинкового крона

30. Пыль, выделяющаяся при сушке калийного удобрения

31. Пыль, выделяющаяся при сушке сульфанола в смеси с сульфатом натрия

32. Пыль, выделяющаяся при сушке ферментного препарата

33. Пыль, выделяющаяся при сушке кормовых дрожжей

34. Пыль, выделяющаяся при сушке апатито-нефелинового концентрата

35. Пыль, выделяющаяся при сушке фосфоритового концентрата

36. Пыль, выделяющаяся при сушке калийно-магниевого концентрата

37. Пыль, выделяющаяся при прокаливании красного пигмента

38. Пыль, выделяющаяся при прокаливании катализаторной массы (марки НКТ-4)

39. Пыль, выделяющаяся при прокаливании катализаторной массы (марки ГИАП-16)

40. Пыль, выделяющаяся при прокаливании катализаторной массы (марки НКМ-1).

Для примера приведем паспорт на смесь углей Кузнецкого бассейна:

ПАСПОРТ № 27

Зола от сжигания углей (смесь) Кузнецкого бассей­на марок «Т» и «Г» в соотношении 17:3 ( Q_н^p = 26,2 МДж/кг, А^p = 15%, W^p = 10,2%, S^p = 0,4%) на Черепетской ГРЭС в котле ТПП/110. Проба отобрана из газохода перед электрофильтром.

Морфология частиц золы. Частицы размером до 50 мкм сферической и неправильной формы с оплавленными гранями. Крупные частицы (размером более 100 мкм) черного цвета, неправильной формы с развитой поверхностью (недожог). Сферические частицы блестящие, желтоватые в проходящем свете, частицы неправильной формы пластинчатые, белого цвета в отраженном свете. В общей массе цвет пыли темно-серый.

Дисперсный состав

(ротационная сепарация в производственных условиях)

d₅₀ = 23 мкм; σ = 3,44; S_уд = 3280 см²/г

Механические свойства золы

ρ_м =2120 кг/м³; ρ_н/у=920 кг/м³; ρ_y=1120 кг/м³;

α_ст=55°; α_д=31°; Р=36 Па; К_a =2,1·10^-11м²/кг

УЭС слоя золы при различных температурах

В числителе значения УЭС для исходной золы,

в знаменателе – для прокаленной при 550 ° С

Химический состав золы

рН водной вытяжки : 7,3

Равновесная влажность золы φ п при различной относительной влажности воздуха φ в

Смачиваемость : 92%

Характеристика газа-носителя

t_г = 163° С; z = 20,7 г/нм³; f = 12 г/нм³

Содержание в газе, об.% : СO₂ – 12,9; О₂ – 7,3; СО – 0,1; SO₂ – 0,043

Диаграмма областей применения пылеулавливающих установок по данным фирмы Бет

d – размер частиц в мкм, характеризующий дисперсный состав пыли)

1 – дождевые капли; 2 – формовочный песок; 3 – промышленные выбросы: 4 – капли орошающего устройства; 5 – пыль от сжигания бурого угля; 6 – кукурузный крахмал; 7 – флотационные отходы; 8 – цветочная пыльца; 9 – летучая зола сжигания пылевидного угля; 10 — ликоподий; 11 – споры грибов; 12 – пыль от вагранок; 13 – летучая зола каменного угля; 14 – летучая пыль; 15 – пыль в угольных шахтах; 16 – природный туман; 17 – цинковая пыль; 18 – колосниковая пыль; 19 – порошок молока; 20 – бактерии; 21 – продукты возгонки окиси цинка; 22 – туман концентрированной H₂SO₄; 23 – пыль красителей; 24 – туман щелочей; 25 – металлургическая пыль; 26 – силикозо-опасная пыль; 27 – туман контактной H₂SO₄; 28 – отходящие газы химических производств; 29 – сажа; 30 – дым аммонийных солей; 31 – смоляной туман; 32 – продукты возгонки от конверторов; 33 – масляный туман; 34 – сажи из специальных масел; 35 – продукты возгонки от мартеновских печей; 36 – дым окиси магния; 37 – дым окиси цинка; 35 – атмосферная пыль; 39 – табачный дым; 40 – вирусы.

назад | главная | содержание | вперед

Экология | Экотехника | Пылегазоочистка
Промышленные фильтры | Газоочистные аппараты | Пылеулавливающие устройства
Элекрофильтры | Рукавные фильтры | Циклоны