О.И.Жолондковский.
    Внимание, воздух!


   Раздел: Наука и техника / Инженерная экология
   Вопросы пылеулавливания, аппараты пылеулавливания.
   Жанр: научно - популярный
   Год издания: 1984
   OCR, spellcheck: Виктор Иванов (monday2000@yandex.ru)



51.21

Ж79

Рецензент --

кандидат технических наук

О. Л. Лебедев





Жолондковский
О. И.

Ж79       Внимание, воздух! -- М.: Моск. рабочий,
1985.--

159с.



С
загрязнением атмосферы вредными примесями нужно бороться. А  чтобы
борьба    была   успешной,    необходимо    хорошо   знать
врага. В книге рассказано о различных видах пыли и вредных газах, как и
откуда   они  появляются,  что   должны делать   люди  для    того,
чтобы воздух  над   городами
стал   чистым.   Много
внимания  уделено   изобретениям, помогающим в борьбе с
загрязнением атмосферы. Рассчитана на массового читателя.

Ж

4104020000--199


М172(03)--85

162--85



ББК 51.21

613



©
Издательство  "Московский рабочий",   1985 г.



*****************************************************************************





Академик Г.
М. Кржижановский рассказывал, что в один из солнечных дней 1922 года Владимир
Ильич Ленин обратил внимание на дым, валивший из труб первой московской
электростанции, и заметил: "Социализм немыслим без дружбы с природой...
Серьезно, очень серьезно подумайте об этом в Госплане".

Коммунистическая
партия и Советское правительство с каждым годом все больше внимания уделяют
вопросам борьбы с загрязнением воздуха. Создана сеть
санитарно-эпидемиологических станций и региональных инспекций для контроля за
вредными выбросами заводов, фабрик и энергетических предприятий. Ежегодно
увеличиваются капитальные вложения в строительство пылеулавливающих и
газоочистных устройств. В стране действуют несколько институтов, разрабатывающих
новые способы очистки воздуха, пылеуловители и газоочистные установки.

В "Основных
направлениях экономического и социального развития СССР на 1981--1985 годы и на
период до 1990 года" сказано, что необходимо "совершенствовать технологические
процессы и транспортные средства с целью сокращения выбросов вредных веществ в
окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей.
Увеличить выпуск высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов,
водоочистного оборудования, а также приборов и автоматических станций контроля
за состоянием окружающей природной среды".

Особенно
большое внимание охране воздушного бассейна уделяет общественность. В
коллективных договоpax,    заключаемых    ежегодно    между   администрацией предприятий и коллективом
рабочих и служащих, один из основных пунктов зачастую посвящен
совершенствованию существующих и строительству новых пылегазо-улавливающих
устройств, освоению безотходных, технологий. Безусловно, полностью безотходные
технологии -- оптимум для охраны окружающей среды, но для многих отраслей
промышленности -- это вопрос еще далекого будущего. Пока же приходится все более
и более совершенствовать очистные сооружения, организовывать системы контроля и
наладки действующих пылеуловителей. Проблема сейчас особенно остра не только
потому, что загрязненность атмосферы наносит огромный вред здоровью людей и
экологической среде, но и потому, что очень часто пыль представляет собой
ценное сырье для металлургических предприятий, заводов строительных материалов
и химии.

К сожалению,
новинки техники, направленные на борьбу с вредными выбросами, распространяются
все еще очень медленно. В современных учебниках и специальных книгах приводятся
те же устройства, что ив литературе 50-х годов.

В
предлагаемой книге вопросы газоочистки и пылеулавливания изложены в популярной
форме, в ней описаны признанные Госкомизобретений устройства для борьбы с
пылью, приводятся случаи из практики внедрения пылеуловителей. Выход книги
своевременен и потому, что в постановлении'III пленума ВСНТО от 18 мая 1984 г. об участии
организаций НТО в работе по охране окружающей среды, в частности, говорится и о
задачах, стоящих перед Научно-техническим обществом энергетики и
электротехнической промышленности имени Г. М. Кржижановского. Это быстрейшее
внедрение высокоэффективных золоулавливающих установок для мощных котлов,
парогенераторов, работающих на режимах, обеспечивающих максимальное подавление
окислов азота, создание установок по улавливанию сернистого ангидрида. Перед
НТО черной металлургии поставлена задача по внедрению новых методов очистки
коксовых газов от сероводорода, сокращению выбросов окислов азота, разработке и
внедрению установок, позволяющих предотвратить загрязнение атмосферы.

Подобные же
вопросы предстоит решить НТО цветной металлургии, Всесоюзному химическому
обществу имени Д. И. Менделеева, НТО нефтяной и газовой ромышленности имени
академика И. М. Губкина др.

Уже сейчас
первичные партийные, профсоюзные и комсомольские организации, НТО и ВОИР на
многих предприятиях участвуют в охране атмосферного воздуха.

О. И.
Жолондковский является энтузиастом охраны воздушной среды. Он не только
известный журналист-популяризатор по этой теме, но и автор многих конструкций
пылеулавливающих и газоочистных устройств, примененных на таких предприятиях,
как завод "Ростсельмаш", Московский чугунолитейный завод имени Войкова,
красногорский завод "Цеммаш", Магнитогорский металлургический комбинат и др.
Все это позволяет надеяться, что книга.О. И. Жолондковского поможет в решении
многих задач по очистке атмосферы. Итак, "Внимание, воздух!".



Б. А. СИМКИН,

заместитель
председателя ВСНТО, доктор технических наук, профессор



*****************************************************************************





Введение в пылевыведение



Еще в
середине XIX в. пылеулавливание
мало кого интересовало. Единственной мерой, которую лондонцы приняли против
пыли, было запрещение пользоваться каменным углем для отопления. В каминах
жарко потрескивали огромные поленья, и старые леди кутались в теплые пледы.

Может быть, в
один из таких зимних вечеров, сидя у камина, молодой физик Джордж Габриэль
Стокс задумался над тем, что настанет время и мельчайшая пылинка вырастет в
проблему угрожающих размеров. А какие силы влияют на свободное парение пыли?
Как применить здесь закон Ньютона, безошибочный при расчете падения крупных
тел? Ведь железный шарик размером в несколько микрометров при падении явно
чем-то тормозится. И сэр Джордж вывел закон, определяющий силу сопротивления,
действующую на твердый шар при медленном перемещении в вязкой среде.
Впоследствии закон лег в основу всех расчетов движения частиц в жидкости и
газе.

Если, купаясь
в реке, нырнуть, открыть глаза и взглянуть вверх с рыбьей точки зрения, увидишь
множество взвешенных частичек. Здесь и песок, и глина, и какие-то организмы, и
шарики мазута. Все это несется течением и никак не хочет осесть.

В воздухе
творится приблизительно то же самое. Только вязкость его намного меньше, чем
воды, поэтому и частицы в нем удерживаются лишь очень маленькие и легкие.

Декабрьским
днем 1952 г. над Лондоном появились барашки кучевых облаков. Погода была тихая.
Дымили трубы фабрик и заводов, работали дробилки и мельницы, врезались в металл
наждачные круги, полировальные шкурки драили дерево. А облачность росла. На
третий день затишья над городом образовался темный свод, через который едва
просвечивало солнце. Люди оказались в положении рыб, живущих в загрязненном
водоеме. И вдруг эта дымно-пылевая туча, получившая позже название
инверсионного слоя, стала выдавать обратно все, чем ее напитали люди. Пыль
больше не могла удержаться в верхних слоях атмосферы и стала оседать. С нею
спускались вниз гарь, капельки кислоты, газы.

Первыми
жертвами смога, а это был именно он, оказались легочные больные. За четыре дня
смог унес 4 тыс. жизней.

Лишь тогда засуетились
санитарные инспекции. Фирмы, выпускающие автомобили, начали разрабатывать
системы очистки и дожигания выхлопных газов. Вновь решили строить не
выдержавшие когда-то конкуренции электромобили. Под угрозой разорительных
штрафов к заводским трубам кое-где стали приделывать фильтры.

Владельца
одного из металлургических заводов посетил необычный визитер. Он предложил
избавить хозяина предприятия от всех неприятностей, связанных с требованиями
санитарной инспекции, а взамен просил пустяк -- разрешение поставить возле
дымовых труб свои фильтры. Хозяин, считая, что перед ним сумасшедший, тем не
менее дал согласие и обязался всю уловленную этим чудаком пыль отдавать ему
безвозмездно.

Прошло
несколько месяцев, на территории завода выросли какие-то башни, а вскоре их
владелец пришел к хозяину и предложил ему купить порошок металла, добытого из
пыли. И тут хозяин подсчитал, что ему намереваются ежемесячно продавать ровно
6% выпускаемого продукта без затрат на доставку сырья и оплату труда
плавильщиков...

Оказывается,
пылеулавливание -- выгодное дело! Из золы электростанций можно извлекать редкие
и даже драгоценные металлы, а основную массу сдавать как сырье на цементные
заводы. Из сернистого газа получать серу. Из, казалось бы, никому не нужной
минеральной пыли делать строительные блоки. И так далее -- без конца.
Пылеулавливание выгодно!

Сейчас, в
80-х годах, на большинстве предприятий тем или иным методом 90% пыли из газов
все-таки ловят. В воздух летят 10%. Конечно, можно сказать: "Подумаешь, всего
десять процентов!" Но правильней воскликнуть: "Целых десять процентов!" Нужно
воевать даже за доли процента. "Воевать", но уместно ли здесь это слово? Ведь
на каждом заводе есть специализированные службы, в обязанности которых входит
контроль за работой пылеуловителей. Конечно, это так, но силы загрязнителей и
очистителей атмосферы несоизмеримы. Службе газоочистки без помощи
рационализаторов не справиться со смогом. Значит -- война?

Но чтобы
воевать, нужно знать врага. В данном случае-- физико-химические свойства пыли и
газов. Нужно владеть оружием -- знать весь арсенал средств, уже придуманных
инженерами и учеными.

В любой
патентной библиотеке вы найдете массу таких изобретений, как советских, так и
зарубежных. Каких только систем нет: и пылеосадочные камеры, где пыль осаждается
за счет расширения газа, и рукавные фильтры из шерстяной фланели, в которые
загоняют газ и заставляют его выходить наружу через поры материи. Фильтров
построено множество, но чтобы их поры очистить от пыли, рукава надо трясти,
продувать и выколачивать, а это гибельно для ткани. Ведь в дырявом мешке пыль
не удержать.

Очень много
патентов на электрофильтры. Если в пылеосадочной камере подвесить проволочные
электроды и подвести к ним высокое напряжение, то заряженные частицы,
образующиеся из воздуха, начнут двигаться по силовым линиям электрического,
поля. По пути они захватят с собой частицы пыли и тумана и доставят их к
электроду. Потом электроды встряхнут, и пыль с них упадет в бункер. Но и этот
пылеуловитель имеет ряд недостатков. Он очень громоздок, его
электрооборудование сложно в эксплуатации, а во время встряхивания часть пыли с
электродов все же уносится в атмосферу.

Есть другой
фильтр -- полная противоположность этому: не громоздок, не требует никакого
электрооборудования, эксплуатировать его просто. На основе электрического,
точнее электростатического, явления химики создали фильтрующие материалы из
ультратонких волокон. Частицы пыли, пробиваясь между паутинками этой ткани,
трутся о них. На волокнах возникают мощные электрические заряды, притягивающие
даже не видимые глазом частицы. Но и это не абсолютный пылеуловитель. Горячий
газ в него подавать нельзя -- ткань расплавится, как капроновый чулок. После
загрязнения вторично использовать ткань невозможно, старую приходится
выбрасывать и ставить новую.

Одно время
многие инженеры большие надежды возлагали на ультразвуковой способ.

В библейской
легенде рассказывается о том, как стены Иерихона рухнули от рева множества труб
осаждающей его армии. Это, может быть, одно из первых упоминаний о работе,
проделанной звуком. В трудах немецкого физика Августа Кундта описан один из его
опытов: стеклянную трубку, заполненную дымом, "озвучивали" свистком. Результат
-- дым моментально исчезал. На стенках трубки оставались лишь крупные частицы
сажи. Под действием ультразвука частицы дыма соударялись и слипались друг с
другом. Кундт сделал вывод: если озвучивать поток частиц достаточно долгое
время, от соударений они превратятся в крупинки-драже, которые могут легко
выпасть из потока воздуха.

На этой
основе были созданы более мощные, чем свисток, ультразвуковые генераторы. Газ
пробовали обрабатывать прямо в дымовой трубе. Но мощность "неслышимого",
ультразвука, так велика, что рядом с таким пылеуловителем просто невозможно
находиться. Так что пока не прижилось и это устройство.

Пытались
конструкторы копировать, и природу. Вот прошел дождь. Пыль прибило, и воздух
посвежел. Решили подражать дождю. Построили оросительную камеру, включили
форсунки. Ливень обрушился на запыленный газ, но... Одни пылинки сразу смыло
водой, а другие летят себе дальше, пройдя, казалось бы, непроходимую водяную
завесу. Оказывается, все дело в зарядах. Пылинки, имеющие разноименные с
каплями воды заряды, притягиваются к ним и улавливаются, а с одноименными
зарядами старательно обходят каждую каплю. Следовательно, перед улавливанием
нужно всю пыль зарядить одноименным зарядом? Но как это сделать? Надо
приспособить "заряжающее" устройство, которое будет напоминать уже знакомый
электрофильтр. Но получится нагромождение двух известных аппаратов?! Да, двухступенчатые
пылеуловители -- не абсурдное решение. О некоторых вариантах спаривания двух
разных систем мы еще поговорим.

Итак, звучат
мощные сирены, бушуют фонтаны воды, сверкают высоковольтные разряды, а
зловредная пылинка продолжает летать.

Зайдите в
прачечную и посмотрите на цвет воротника рубашки в том месте, где он касается
шеи, и вы сразу узнаете, в каком районе города живет клиент.

Коричневый
цвет -- цвет окислившегося железа: человек обитает где-то у металлургического
завода; синий -- это кубовый краситель: клиент -- сосед анилино-красочного
производства; серый -- цвет окиси алюминия; зеленый -- меди. Над каждым заводом
облако своей пыли.

Как же
изловить сверхлетучую пылинку? Снизить бы вязкость воздуха! Но этого мы не
умеем, а если и умели, не стали бы применять этот способ. Через атмосферу,
лишенную вязкости, нас атаковал бы дождь мелких метеоритов.

Может быть,
поможет химия? Представьте себе какое-то очень дешевое микропенистое или
микропористое активное вещество, через которое газ проходит легко, а все частицы
задерживаются. Загрязнился этот очиститель -- его убрали вместе с пылью. Но для
этого он должен быть крайне дешевым...

На любой ТЭЦ
горячий воздух, газы, дым проходят через дымосос. Там вращается ротор -- большое
колесо, как у водяной мельницы. Взгляните, до какого блеска отполированы его
лопасти. Это сделала тончайшая зола.

Я видел
фотографии газовых потоков, возникающих между лопастями ротора. Вот гаа поток
газа и частичек золы набегает быстро вращающийся ротор. Зола ударяется о его
лопасти, скользит по металлу, как бы полирует его. Лопасти быстро
срабатываются. Местами они утоньшаются до толщины бумажного листа. Были попытки
использовать соударения пылинок и лопастей ротора для осаждения пыли, но
сводились они к прикреплению на лопастях разных ловушек, лабиринтов и изгибов --
всего того, что пагубно сказывается на коэффициенте полезного действия
дымососа. И все же заставить дымосос по совместительству вылавливать частицы
золы-- задача разрешимая.

Возможных
решений -- множество. Но в идеале нужен совершенно универсальный и эффективный
абсолютный пылеуловитель, сокращенно АПУ, Он должен не бояться высокой
температуры, иметь ничтожное сопротивление воздуху, не требовать больших затрат
электроэнергии, не загрязнять водоемы пульпой, иметь удобное устройство для извлечения
уловленной пыли. Задача такого АПУ -- ловить, ловить и ловить пыль. Магнитную и
немагнитную, грубую и тонкую, электропроводную и изоляционную, гладкую и
пушистую. АПУ ждут. На него надежда проектировщиков домен, конвертеров и
химических реакторов.

Изобретательские
предложения нужны остроумные, с элементом неожиданности, но не скороспелые.
Надо помнить не только об эффективности пылезадержания, но и об экономике.
Иначе можно прийти к абсурдным конструкциям. Например, один француз предложил
нагнетать дым в многокилометровый подземный тоннель с тем, чтобы он
фильтровался через слой земли и выходил очищенным наружу через мельчайшие поры.
Было также высказано предложение надевать на дымовую трубу большой валяный
сапог. Слов нет, и первая, и вторая конструкции работоспособны. Но во что
обойдется прокачка газа через землю и как часто придется менять прогоревшие
валенки?!

И еще. Встав
на путь изобретательства, любой новатор обязательно должен ознакомиться не
только с технической литературой по избранному направлению, но и начать
регулярный просмотр "Бюллетеня изобретений и товарных знаков". Правда, там
публикуются только чертежи и формулы изобретений, но зачастую этого достаточно
для того, чтобы узнать, как развивается данная отрасль техники.

Словом, не
изучив вопроса, изобретать лучше не браться. Девятьсот девяносто девять шансов
из тысячи, что вы пойдете уже хоженым путем.

Борьба с
промышленным загрязнением атмосферы стала осознанной необходимостью миллионной
армии инженеров. Дают свои предложения Всесоюзный научно-исследовательский
институт охраны труда, Научно-исследовательский институт очистки газов,
Всесоюзный НИИ санитарной техники и еще множество НИИ, КБ и ОКБ. В
Государственный комитет по делам изобретений и открытий СССР одна за другой
поступают заявки на. фильтры для газов, на новые бездымные способы
производства. И комитет, и технические советы предприятий с особым вниманием
подходят к работам, посвященным охране окружающей среды.

Автор ставит
перед собой задачу -- помочь новаторам сориентироваться в потоке информации,
посвященной пылеулавливанию и газоочистке, уберечь от ошибок, которые
неизбежны, если за дело берется неспециалист, и тем не менее привлечь и их к
работе по охране атмосферного воздуха. Ведь самые оригинальные идеи,
позволяющие решить вопрос, стоящий перед специалистами многие и многие годы,
зачастую рождаются у исследователей, работающих в других отраслях науки и
техники, свободных от целого ряда "цеховых" предрассудков.



ЛОВЦЫ ПЫЛИНОК



ЧТО ТАКОЕ
ПЫЛЬ ?



Английский
ботаник Роберт Броун, наблюдая под микроскопом движение цветочной пыльцы в
воде, подумал, что перед ним микроорганизмы. Пылинки, как живые существа,
суетились, расталкивая друг друга. Он нагрел воду до температуры, при которой
никакая жизнь невозможна, и с удивлением увидел, что движение пылинок осталось
прежним. Ученый решил исследовать поведение тонкодисперсной пыли в воздухе,
заключенном в сосуд. Пляска частиц продолжалась. Позже стало понятно, что
пылинки движутся под влиянием молекул окружающей среды. В честь первооткрывателя
это явление назвали броуновским движением.

Так был
сделан основополагающий вклад в физику, и в частности в теорию пылеулавливания,
с которой читателю хотя бы вкратце нужно ознакомиться. Прежде всего уточним,
что такое пыль? Пыль -- это   мельчайшие  твердые
вещества, витающие в воздухе или промышленных газах.

Наиболее
распространена та, с которой мы боремся в обиходе и которую поднимаем на
дорогах. С ней, кстати, труднее всего бороться, но она и наименее вредна.
Прочая -- это те неуловимые 10%, о которых я упоминал раньше,-- основной враг и
предмет данного разговора.

По
происхождению пыль делится на органическую -- из растительных материалов,
неорганическую -- из металлических, минеральную и смешанную. Взвешенные частицы
пыли значительно отличаются от родственного вещества в нераздроб