Воздуха!

«Воздуха, воздуха! Самую малость бы, самую, самую!» Роберт Рождественский, написавший эти вдохновенные строки, не жил в таких экологически тяжелых, «усталых» городах, как Нижний Тагил, Новокузнецк, Днепропетровск, Днепродзержинск, Запорожье, Мариуполь. Последний, несмотря на статус полукурортного города на берегу теплого Азовского моря, похвалиться целебным морским воздухом, увы, не может: его атмосферу успешно отравляют крупнейшие меткомбинаты страны — ММК им. Ильича и «Азовсталь», коксохимический комбинат «Маркохим» и гигант «Азовмаш». В такой ситуации актуальность разработок, направленных на очистку атмосферного воздуха от промышленных выбросов, трудно переоценить.

Решением этих и многих других проблем занимается Приазовский государственный технический университет, мощный научно-образовательный металлургический центр Мариуполя, где рождаются и вводятся в реальное производство десятки научных разработок, изобретений, патентов, промышленных образцов.

Именно здесь разработана серия сухих регенерируемых фильтров Немцова «Альфа» (ФН-А), предназначенных для очистки выбросов в атмосферу от электродуговых печей, мельниц, систем пневмотранспорта, установок дробеструйной очистки изделий, абразивной обработки, смесителей и других установок и агрегатов металлургического производства. Они также могут использоваться для очистки запыленного воздуха, подаваемого в помещения, масла, топлива и воздуха в двигателях. Отличаются ФН малыми габаритами, простотой конструкции и обслуживания, надежностью, эффективностью очистки (до 99%), повышенной пылеемкостью (около 8 кг/м2), высокой степенью регенерации от уловленной пыли, малым гидравлическим сопротивлением (порядка 500 Па). В процессе фильтрования и регенерации не требуют подачи воды (как в скрубберах, трубах Вентури), компрессорного воздуха (как в рукавных фильтрах), электрического тока высокого напряжения (как в электрофильтрах). В отличие от циклонов и осадительных камер, не улавливающих самую опасную для человека тонкодисперсную пыль менее 5 мкм, задерживают мелкие фракции пыли, например цемента, муки, сажи.

…Идея их создания родилась не сегодня — еще в 1975 году было получено авторское свидетельство на изобретение. Новые фильтры выгодно отличались от существующих, и главное — не имели их коренных недостатков. Они были разного диаметра, очень технологичны в производстве и применении и, что немаловажно для предприятий, недорогие. И все же их путь к потребителю, даже в условиях большой загрязненности окружающей среды, был очень долгим. Казалось бы, что еще нужно — берите изобретение, испытывайте, устанавливайте в цехах метзаводов. Все же рядом, в Мариуполе: не нужно ехать за тридевять земель, платить большие доллары и евро. Но нет! Все хвалят: хорошая идея, отлично, что недорогие, прекрасно, что так быстро устанавливаются, не нужно ни производство останавливать, ни тратить материалы особые и дефицитные. Но берут очень мало. Да, интересный мы народ!..

Такой вот разговор состоялся у автора с заслуженным изобретателем Украины Николаем Немцовым три года назад. В 2005-м автор 50 изобретений в 80-летнем возрасте покинул этот мир. Но, как ни банально звучит, дело его живет!

Для очистки отходящих газов от пыли ранее предлагались различные варианты. Учитывая, что газы имеют температуру до 1000°С, рекомендовалось устанавливать мокрые пылеуловители — трубы Вентури и скрубберы. Специалистам известно, что для обеспечения их нормальной работы нужна техническая вода под давлением, требуются насосная станция для ее подачи, станция откачки шламов, а также пруд-накопитель и отстойник. Все это связано с большими капитальными и энергозатратами, содержанием постоянного штата дежурного персонала для обслуживания насосных станций. Применение известных электрофильтров требует строительства дорогостоящих агрегатов и решения вопросов защиты персонала от поражения электрическим током при напряжении в десятки и сотни киловольт. Известные инерционные пылеуловители типа циклонов и пылеосадительных камер имеют слишком малую эффективность улавливания мелкой пыли. Рукавные фильтры имеют большие габариты, особенно по высоте, что не позволяет разместить их в цехе — требуется возведение специального здания для них, а это неизбежно влечет значительные финансовые затраты. Эффективными устройствами для очистки выделяемых из электросталеплавильных печей газов могли бы быть объемные фильтры, которые благодаря своей высокой эффективности называют абсолютными. Однако известные объемные фильтры практически не регенерируются, после их забивания уловленной пылью вся фильтровальная масса выбрасывается и заменяется новой.

Повышение требований к чистоте атмосферного воздуха приводит к необходимости совершенствования методов и аппаратов пылеочистки. Результатом исследований ученых Приазовского ГТУ стал материал, способный изменять объем пор. Это особые нити, синтетические или хлопчатобумажные. При их натяжении происходит увеличение объема пор, что позволяет провести более эффективную регенерацию. В сжатом состоянии нити обладают хорошими фильтрационными свойствами. Особенность их в том, что в процессе работы они изменяют объем и плотность, позволяют легко группировать их в ряды с зазорами между ними, по которым можно производить эвакуацию осадка. Фильтр Немцова представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого размещена насадка из таких специально обработанных ворсистых текстурированных нитей. В момент фильтрования решетки, которых в устройстве четыре, сжимают нити, при этом формируется толстый (около 250 мм) слой, проходя через который газ или жидкость очищается от примесей, оседающих на многочисленных ворсинках.

Запыленный газ очищается от пыли за счет эффектов касания, притяжения, броуновского движения и др. Пылеемкость такой насадки довольно высока — 5—10 кг/м2. После заполнения фильтровального слоя пылью осуществляется регенерация насадки. Для этого включается бросковый механизм, и нижняя решетка падает вниз, увлекая и растягивая нити. При этом они выстраиваются рядами с зазорами, по которым эвакуируется пыль с нитей в бункер-накопитель. Удаление пыли происходит за счет эффекта инерционного встряхивания, вибрации, а также мощного потока воздуха, возникающего при перетекании газа из бункера в верхнюю часть фильтра. После 15—20 бросков нижней решетки скопившаяся на нитях пыль удаляется, а нижняя решетка поджимается к верхней и фиксируется в таком положении. Частота регенераций зависит от концентрации пыли в пылегазовом потоке, продолжительности работы печей и других факторов.

Фильтры Немцова уже показали свою надежность и эффективность в различных производственных условиях и областях промышленности: в металлургии, энергетике, огнеупорном и цементном производстве, переработке сыпучих материалов. Выпускаемая серия фильтров ФН-Альфа рассчитана на широкий диапазон производительности (1800—35000 м3/ч.)

Рассказывает один из создателей фильтра, кандидат технических наук Наталья Шаганова: — Высокая эффективность пылеулавливания фильтрами ФН аналогична эффективности объемных фильтрующих материалов (набивные маты), которые осуществляют фильтрацию всем своим объемом и обеспечивают высокую степень улавливания мельчайших частиц при относительно низком аэродинамическом сопротивлении. Эффект от наших фильтров тот же, но за счет особенностей конструкции и структуры волокнистого фильтровального слоя. Волокна имеют высокую прочность и могут использоваться в течение нескольких лет. В случае обрыва, износа или выпадения части нитей-волокон их место при сжатии насадки между решетками занимают другие, вследствие чего плотность фильтровального слоя практически не нарушается.

О судьбе изобретения рассказал автору заведующий отделом маркетинга ПГТУ Александр Рябухин:

— Сегодня фильтры Немцова внедрены уже на многих металлургических предприятиях Украины: ММК им. Ильича, «Азовсталь», «Запорожсталь», коксохимических производствах — «Маркохим», Авдеевский КХЗ, машиностроительных — «Азовмаш», МЗМО, огнеупорных, цементных, строительных, а также в России, Беларуси, Латвии, на Кипре. Запатентованы они также в России, ФРГ, Японии, Франции, Швеции, Австрии, США и других странах, оформлена торговая марка. Мариупольские ученые вместе со специалистами предприятий отслеживают работу фильтров. Так, ФН-А, установленный на «Азовмаше», имеет сравнительно малые габариты — диаметр 3,5 м и высоту около 6 м. Устройство удачно вписалось в сравнительно невысокое помещение цеха вблизи от вентилятора. Для его размещения не потребовалось строительства специального здания, прокладки протяженных газопроводов через корпуса цеха, подачи компрессорного воздуха, воды, электроэнергии, высокого напряжения и содержания штата спецперсонала по уходу за фильтром. Вентиляционная установка обеспечивает отсос воздуха и газов в объеме примерно 30 тыс. кубов в час, что позволяет эффективно удалять отходящие газы и направлять их через раздвижной зонт по подземному газоходу на вентилятор, а затем в фильтр. Как показали испытания в заводских условиях, эффективность очистки газов составляет 93%. Аналогичный результат получен и на Донецко-Кураховском машиностроительном заводе, где установлен фильтр ФН 1000А на участке выплавки металла в индукционной печи.

Тем не менее мариупольские ученые не почивают на лаврах, они продолжают совершенствовать свою разработку. Как сказала в завершение нашей встречи Наталья Шаганова, в настоящее время ведутся исследования по использованию в фильтровальном элементе высокотемпературных нитей. Этот материал позволит расширить область применения ФН «Альфа», а значит, и дышать жителям промышленных городов станет легче.