Автор: О.В. Губанова (АО «НИИК»)

Опубликовано на портале «Химическая техника», ноябрь 2022

Основными источниками выделения пыли на производстве минеральных удобрений являются узлы пересыпки поточно-транспортных систем и получения товарной формы: устаревшие башни приллирования, не имеющие собственных систем пылеочистки, а также установки грануляции в кипящем слое.

Неэффективная пылеочистка может привести к следующим последствиям:

  • загрязнению атмосферы;
  • потере выработки продукции;
  • осаждению пыли на оборудовании и в помещении рабочей зоны;
  • снижению культуры производства.

В ходе выполнения работы на одном из предприятий было установлено, что всего на одном узле пересыпки поточно-транспортной системы в течение суток может выделяться более 1 т пылевидного продукта!

Таким образом, потери продукта весьма значительны, и организация в цехе эффективной системы пылеочистки выгодна для любого предприятия.

Для очистки от пыли используют различные аппараты, однако не все они обладают достаточной эффективностью. Например, скрубберы Вентури имеют ряд технологических и эксплуатационных недостатков: высокое сопротивление, склонность к изнашиванию, высокие затраты на эксплуатацию. Обычные скрубберы характеризуются повышенной металлоёмкостью при изготовлении, имеют ограничения по диапазону нагрузки, а при работе – унос раствора.

В АО «НИИК» разработана инновационная система пылеочистки «мокрого» типа – пенный гидрофильтр (ПГФ АО «НИИК»), рис. 1. Установка используется для очистки от смачиваемых и растворимых в воде пылевых частиц.

Рис. 1. Пенный гидрофильтр

На рис. 2 показана схема работы ПГФ.

Рис. 2. Схема работы пенного гидрофильтра

Запыленный воздух проходит сквозь диспергирующую решетку снизу вверх, а орошающая жидкость свободным истечением подается на нее сверху. В результате их смешивания формируется турбулентный дисперсный газожидкостной слой, обеспечивающий высокоэффективную промывку воздуха. Иначе говоря, создается пенный слой (первая отличительная особенность ПГФ), проскок пылевых частиц через который практически исключается. Очищенный воздух перед выходом из ПГФ проходит через сепараторы, которые являются второй отличительной особенностью установки и обеспечивают полное отделение капельной влаги от очищенного воздуха. Движущей силой процесса является разрежение, создаваемое вытяжным вентилятором. Очистка воздуха происходит в результате интенсивного смачивания пылевых частиц и растворения их в орошающей жидкости.

Полученный на установке очистки раствор направляется в технологическую схему. В производстве карбамида это 10–20%-ный раствор, который подается в общий сборник и далее в узел выпаривания.

Эффективность пенного гидрофильтра обеспечивается диспергирующей решёткой особой конструкции (рис. 3), создающей пенный слой, для которого характерна развитая площадь поверхности контакта и высокая скорость обновления поверхности.

Рис. 3. Диспергирующая решетка

Диспергирующая решетка набирается из множества одинаковых элементов. Струи очищаемого газа, формируемые отверстиями каждого такого элемента, имеют наклон в разные стороны. Над решеткой такие струи образуют взаимно перекрещивающуюся структуру. В процессе взаимного проникновения струй друг в друга, скачкообразно растут относительные скорости между газовой средой и каплями жидкости в этих струях. Такая газодинамическая структура течения струй обеспечивает равномерное распределение жидкости над всей поверхностью и взаимное перемешивание газа и жидкости над решеткой по всему сечению корпуса ПГФ без предварительного распыления орошающей жидкости форсунками.

Как показывает практика, система пылеочистки ПГФ очень долговечна и стабильна в работе, для неё характерна высочайшая степень надежности.

Среди конкурентных преимуществ ПГФ можно выделить следующие:

  • высокую степень очистки;
  • высокую надёжность и значительный ресурс работы;
  • низкие требования к степени чистоты поглотительного раствора, в качестве которого можно использовать как очищенную сточную воду, так и конденсат сокового пара;
  • отсутствие каких-либо расходных материалов и, следовательно, низкую стоимость эксплуатации.

Кроме того, следует отметить:

  • модульный тип конструкции, что позволяет осуществлять лёгкое расширение (масштабирование) установки;
  • возможность монтажа установки в систему любой мощности;
  • определение конфигурации аппарата индивидуально для каждого случая.

В зависимости от типа задачи установка ПГФ может иметь разные варианты исполнения (рис. 4).

Рис. 4. Варианты ПГФ

Может быть изготовлен новый аппарат, а при наличии на предприятии подходящего корпуса скруббера его можно оборудовать диспергирующей решёткой и сепараторами системы ПГФ, что позволит достичь аппарату аналогичной эффективности.

При изготовлении новой установки большую часть расходов (~97 %) составляет стоимость корпуса, вентилятора, насоса и технологической обвязки. При этом на элементы, которые непосредственно обеспечивают эффективную пылеочистку, приходится всего около 3 % общей стоимости! Следовательно, если на предприятии есть подходящие корпус, вентилятор, насос и ёмкость, можно организовать систему пылеочистки, выполнив лишь дооборудование существующего корпуса. Например, в ценах 2021 года стоимость комплекта решётка + сепараторы для установки производительностью 100 000 м3/ч составляла около 2 000 000 руб.

Отдельно хотелось бы остановиться на вопросе локальной пылеочистки на узлах пересыпки.

Нашей компании хорошо известна проблема организации пылеочистки на производствах минеральных удобрений (рис. 5). Для систем отведения пыли, в которых реализовано объединение нескольких запылённых потоков, характерно неполное удаление пыли из мест её образования. Причиной этого является наличие нескольких газоходов значительной протяжённости, каждый из которых обладает индивидуальным, изменяющимся в процессе эксплуатации сопротивлением. Задача поддержания постоянного расхода запылённого воздуха от каждого источника является трудновыполнимой и требует повышенного внимания со стороны персонала цеха.

Рис. 5. Пример организации системы пылеочистки на производстве

В цехах, оснащённых подобными аспирационными системами, со временем сталкиваются с невозможностью отведения пыли от всех источников её образования. Таким образом, система пылеочистки в целом перестаёт быть эффективной даже при наличии эффективного пылеуловителя, так как из-за несовершенства системы пыль не может достигнуть пылеочистного устройства, а осаждается в газоходах. Зачастую система пылеочистки с протяжёнными газоходами становится неработоспособной.

Предпочтительным вариантом организации пылеочистки в данном случае являются локальные пылеочистные установки ПГФ – одна установка на один источник пылевыделения.

На рис. 6 показан принцип размещения пылеочистной установки ПГФ на узле пересыпки поточно-транспортной системы.

Рис. 6. Компактная полнофункциональная версия ПГФ для поточно-транспортных систем

До внедрения данной установки в цехе наблюдалось большое количество пыли на оборудовании и строительных конструкциях, так как отсутствовала возможность регулярного ее удаления. В настоящее время благодаря организации специального укрытия над транспортёрной лентой в зоне пересыпки обеспечивается отведение всей образующейся пыли на установку очистки. После поглощения пыли установкой ПГФ очищенный воздух выходит в производственное помещение.

Среди преимуществ использования локальных установок пылеочистки можно выделить следующие:

  • установка располагается в непосредственной близости от источника пылеобразования, таким образом, нет необходимости в протяжённых газоходах;
  • установка имеет в своём составе все необходимые узлы, поэтому требуется только подключить её к электросети, подать орошение и отвести раствор;
  • благодаря высокой эффективности пылеочистки очищенный воздух можно отводить в помещение.

Для организации локальной пылеочистки могут быть изготовлены установки производительностью от 2 500 до 20 000 м3/ч. В общем случае (на известных всем нам поточно-транспортных системах производств карбамида и аммиачной селитры) достаточным будет использовать установки производительностью 2 500 м3/ч.

Для работы с гигроскопичной пылью разработана специальная версия установки пылеочистки (рис. 7).

Рис. 7. Специальная версия локальной установки ПГФ для очистки воздуха от гигроскопической пыли

Её основное отличие заключается в изменении конфигурации узла ввода запылённого воздуха. Благодаря внесённым в конструкцию изменениям удалось добиться стабильной работы без пылевых отложений на внутренних поверхностях установки, а также упростить и ускорить проведение технического обслуживания.

В ходе гарантийных испытаний установок был достигнут показатель по эффективности пылеочистки более 99,99 %. Содержание пыли в очищенном воздухе составило менее 1 мг/нм3 (ниже порога измерения). Одна установка за сутки улавливала до 1176 кг карбамида. Уловленный карбамид в виде раствора был возвращён в технологический процесс.

Наглядно эффективность очистки воздуха от пыли выглядит следующим образом. Фото, представленные ниже, получены в ходе проведения опытных испытаний на демонстрационной установке АО «НИИК». На рис. 8 показан поток воздуха до включения установки пылеочистки, на рис. 9 – тот же поток воздуха, но уже после включения установки.

Рис. 8. Поток запыленного воздуха до включения установки пылеочистки
Рис. 9. Поток воздуха после включения установки пылеочистки

Сотрудники АО «НИИК» готовы по запросу приехать на предприятие с мобильной демонстрационной установкой и, подключив ее к источнику выделения пыли, подтвердить эффективность системы пылеочистки. Далее АО «НИИК» разработает проект, поставит необходимое оборудование, проведет пуско-наладочные работы и выполнит гарантийные испытания.

СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА