Защита воздушного бассейна, промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов промышленных предприятий

Тема 10.

.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ОЧИСТКА – это очистка газов с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного газа или превращенного в безвредное состояние продукта (ГОСТ 17.2.1.04 – 77). Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса при этом технологическое оборудование связано друг с другом материальными потоками в соответствии с обвязкой аппаратов. При организации любого производства, и в особенности мало- и безотходного промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов – необходимая стадия технологической схемы. САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА – это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющих веществ, при котором обеспечивается соблюдение установленных для последнего ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений. Эта очистка осуществляется перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух и именно на этой стадии необходимо предусматривать возможность отбора проб газов с целью контроля их на содержание вредных примесей и оценки эффективности работы очистных сооружений. Выбор способа очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов: объемом и температурой отходящих газов, агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей, концентрацией и составом примесей, необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс; капитальными и эксплуатационными затратами, экологической обстановкой в регионе. Прежде чем выбрать оборудование для очистки промвыбросов необходимо провести комплекс организационно-технических мероприятий для снижения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу. Рекуперация – от лат. получение вновь, техническое улавливание и использование отходов производства, обратное получение веществ, расходуемых при технологических процессах (растворителей, смазочных масел). Установки очистки газа по ГОСТ 17.2. 1.04 – 77 – это комплекс сооружений, оборудования и аппаратуры, предназначенный для отделения от поступающих из промышленного источника газа или превращение в безвредное состояние веществ загрязняющих атмосферу. В зависимости от агарегатного состояния улавливаемого или обезвреживаемого вещества установки подразделяются на газоочистные и пылеулавливающие. АППАРАТ ОЧИСТКИ ГАЗА – элемент установки, в котором непосредственно осуществляет избирательный процесс улавливания или обезвреживания веществ, загрязняющих атмосферу. В зависимости от метода очистки газоочистные аппараты подразделяют на 7 групп:

1 группа (С) – сухие механические пылеуловители (гравитационные, сухие инерционные и ротационные);

2 группа (М) – мокрые пылеуловители (инерционные, конденсационные), скрубберы (механические, ударно-инерционные, полые, насадочные, центробежные), скрубберы Вентури;

3 группа (Ф) – промышленные фильтры (рукавные, волокнистые, карманные, зернистые), с регенерацией (импульсной обратной промывкой ультразвуком), с механическим и вибровстряхиванием;

4 группа (Э) – электрические пылеуловители (сухие и мокрые электрофильтры);

5 группа (Х) – аппараты сорбционные (химической) очистки газа от газообразных примесей (адсорберы, абсорберы);

6 группа (Т) – аппараты термической и термокаталитической очистки газов от газообразных примесей (печи сжигания, каталитические реакторы);

7 группа (Д) – аппараты других методов очистки. Работа газоочистных установок в промышленных условиях характеризуются СТЕПЕНЬЮ ОЧИСТКИ, которая определяется по одному из следующих соотношений: η = М₂ / М₁ = (М₁ – М₃) / М₁ = М₂ / (М₂ + М₃) = (С_вх Q₁ – С_вых Q₂) / С_вх Q₁, где М₁, М₂, М₃ – масса примесей, содержащихся в газе до поступления в аппарат; уловленных в аппарате и содержащихся в очищенном потоке, соответственно, кг; С_вх, С_вых – средние концентрации примесей в отходящих газах до и после очистки, соответственно, г/м³; Q₁ , Q₂ – объемные расходы отходящих газов до и после очистки, приведенные к нормальным условиям. Иногда эффективность работы газоочистного оборудования вычисляют по упрощенной формуле η = 1 – (С_вых/ С_вх), но только в случае одинаковых газовых потоков до и после очистки. Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура. Влажность газового потока, дисперсность и плотность пыли. Способность ее к коагуляции и гидратации, заряд частиц пыли, физико-химические свойства примесей, пожаро- и взрывоопасность. Объемный расход очищаемого газа, метало- и энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м³ газа). Основные требования к эксплуатации газоочистного оборудования состоят в следующем:

Надежная и бесперебойная работа с показателями, соответствующими проектным;

Все установки очистки газа должны быть зарегистрированы в органах Минприроды РБ, иметь паспорт, журнал учета работы и неисправностей;

Установки должны подвергаться проверке на эффективность периодически (не реже одного раза в год) с оформлением соответствующего акта. Установки, предназначенные для очистки выбросов с токсичными примесями, проверяют на эффективность не реже 2-х раз в год. При переходе установки на новый режим работы (постоянный), при работе на измененном режиме более 3-х месяцев, после капремонта или реконструкции установки, после строительства;

Основной величиной, характеризующей работу газоочистных устано­вок в промышленных условиях, является степень очистки, которую опре­деляют по одному из следующих соотношений:

ц=М₂Щ = (М₁~М₃)/М₎ =М₂/(Л/₂ + Л/з) =

= (с_вх<21-с_выхез)/с_вх<2,

где М_ь М₂, М₃ - масса примесей, содержащихся в газе до поступления в аппарат, уловленных в аппарате и содержащихся в очищенном потоке со­ответственно, кг; С_вх, С_вых - средние концентрации примесей в отходящих газах до и после очистки соответственно, г/м³; 0,\ и Из - объемные расхо­ды отходящих газов до и после очистки, приведенные к нормальным ус­ловиям, м³/ч.

Иногда для определения эффективности работы газоочистного обору­дования применяют упрощенное выражение

П = 1-(С.ых/С_к),

справедливое только при условии одинаковых объемных расходов газово­го потока до и после очистки.

Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура, влажность газового потока, дисперсность и плотность пы­ли, способность ее к коагуляции и гидратации, заряд.частиц пыли, физи­ко-химические свойства примесей, пожаро- и взрывоопасность, объемный расход очищаемого газа и т. д.), металле- и энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м³ газа и др.

Основные требования к эксплуатации газоочистного оборудования за­ключаются в следующем:

· надежная, бесперебойная работа с показателями, соответствующи­ми проектным;

· все установки очистки газа должны быть зарегистрированы в орга­нах Минприроды Беларуси, должны иметь паспорт, журнал учета работы и неисправностей;

· установки должны подвергаться проверке на эффективность пе­риодически (не реже одного раза в год) с оформлением соответст­вующего акта, а также при работе технологического оборудования на измененном режиме более трех месяцев, при переходе его на но­вый постоянный режим работы и после строительства, капитально­го ремонта или реконструкции установки. Установки, предназна­ченные для очистки выбросов с токсичными примесями, проверяют на эффективность не реже 2 раз в год;

· эксплуатация технологического оборудования при отключенных установках очистки газа запрещается;

· увеличение производительности технологического оборудования без соответствующего наращивания мощности существующих установок очистки газа не разрешается;

· при эксплуатации установок очистки газа, предназначенных для очистки газов с высоким содержанием горючих, взрывоопасных, агрессивных, абразивных веществ, следует строго соблюдать пра­вила эксплуатации и следить за герметичностью оборудования и исправностью всех его систем и устройств.

Пылеулавливающее оборудование. В соответствии с ГОСТ 12.2.043-80 пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пы­ли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаж­даются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей.

Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделя­ется на группы, а по конструктивным особенностям на виды, которые представлены в таблице.

Таблица. Классификация пылеулавливающего оборудования

Группа оборудования	Вид оборудования
Сухой способ	Мокрый способ
Гравитационное	Полое	-
	Полочное	-
Инерционное	Камерное	Циклонное
	Жалюзийное	Ротационное
	Циклонное	Скрубберное
	Ротационное	Ударное

Методы и средства защиты атмосферы.

Основные методы защиты атмосферы от химических примесей

Все известные методы и средства защиты атмосферы от хими­ческих примесей можно объединить в три группы. • В первую группу входят мероприятия, направленные на сни­жение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбра­сываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обра­ботки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нор­мированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройст­вах, так и в регионе в целом.

Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

- замену менее экологичных видов топлива более экологичными;

- сжигание топлива по специальной технологии;

- создание замкнутых производственных циклов. В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, по­этому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на че-Йовека. Так, для сланцев он равен 3,16, подмосковного угля - 2,02, экибастузского угля - 1,85, березовского угля - 0,50, природ­ного газа - 0,04.

Сжигание топлива по особой технологии (рис. 4.2) осуществ­ляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предвари­тельной их газификацией.

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошко­образное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ ^инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдува-1отся в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно пере­мешиваются и образуют принудительно равновесный поток, ко­торый в целом обладает свойствами жидкости.

Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтя­ные топлива, однако на практике чаще всего применяют газифи­кацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концен­трации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут ми­нимальными.

Одним из перспективных способов защиты атмосферы от хи­мических примесей является внедрение замкнутых производст­венных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. пре­вращая их в новые продукты.

Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделя­ются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промыш­ленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости.

Системы очистки воздуха от пыли (рис. 4.3) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также элек­трофильтры и фильтры.

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тон­кой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м³.

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называе­мых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зави­сят от выбранного метода очистки. По характеру протекания фи­зико-химических процессов выделяют метод абсорбции (про­мывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (про­мывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации.

Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция.несмотря на кажущуюся простоту связана с преодолением ряда технических трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очист­ки или применимость того или иного метода.

Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, кото­рое представляет систему элементов, включающую пылеулови­тель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вен­тилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют раз­нообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, опреде­ляющей скорость ее осаждения, - седиментационным диамет­ром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.

Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей приме­няют различные конструкции улавливающих аппаратов, рабо­тающих по принципу:

- инерционного осаждения путем резкого изменения направ­ления вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под действием инерционных сил будут стремиться дви­гаться в прежнем направлении и попадать в приемный бункер;

- осаждения под действием гравитационных сил из-за раз­личной кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости движения которого направлен горизонтально;

- осаждения под действием центробежных сил путем прида­ния выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются центробежной силой к сетке, так как центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ус­корения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы;

- механической фильтрации - фильтрации выброса через по­ристую перегородку (с волокнистым, гранулированным или по­ристым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полно­стью проходит через нее.

Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гид­равлическим сопротивлением, производительностью. Общая эф­фективность очистки показывает степень снижения вредных при­месей в применяемом средстве и характеризуется коэффициентом

где Е, - коэффициент гидравлического сопротивления; р и v — плотность (кг/м³) и скорость воздуха (м/с) в системе очистки со­ответственно.

где С_вх и С_вых - концентрации вредных примесей до и после сред­ства очистки. Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Р_вх и выходе Р,_ых из системы очистки:

Производительность систем очистки показывает, какое коли­чество воздуха проходит через нее в единицу времени (м³/ч).

Системы и аппараты пылеулавливания

Сухие пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся та­кие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти сис­темы называются инерционными, так как в них при резком изме­нении направления движения газового потока частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о по­верхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере.

Для сухой очистки газов наиболее употребительны центро­бежные обеспыливающие системы (циклоны) (рис. 4.3).Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона 1 через патрубок 2, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлении к бункеру 4. Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный газовый поток выходит из бункера через патрубок 3. Особенностью таких систем очистки является обязательная гер­метичность бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу.

На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха и пылеосаждения (рис.4.4). В зависимости от конструк­тивного исполнения различают циклоны:

- осевые, в корпусе которых входящие и выходящие потоки газа движутся вдоль его оси, при этом они могут двигаться в одном направлении (прямоточные) или в противоположных (противоточные);

- с тангенциальным входом, при этом входящий газ движется по касательной к окружности поперечного сечения корпуса аппарата и перпендикулярно к оси корпуса;

- с винтовым входом, при этом движение входящего потока газа приобретает винтовой характер с помощью тангенциального входного патрубка и верхней крышки с винтовой поверхностью;

- со спиральным входом, когда соединение выпускного патрубка с корпусом аппарата выполнено спиральным.

В общем случае частицы пыли выделяются в циклоне под дей­ствием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с. Эффек­тивность их зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 0,98 при размере частиц пыли 30...40 мкм, 0,8 - при 10 мкм, 0,6 - при 4...5 мкм. Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубических метров в час. Пре­имущество циклонов - простота конструкции, небольшие разме­ры, отсутствие движущихся частей; недостатки - затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Кроме циклонов, применяются и другие типы сухих пылеуло­вителей, например ротационные, вихревые, радиальные. При об­щих принципах действия они различаются системами пылеулавли­вания и способами подачи воздуха. К наиболее эффективным сле­дует отнести ротационный пылеуловитель (рис. 4.5). Основной частью здесь является вентиляционное колесо 1, при работе ко­торого частицы пыли под действием цен­тробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и, оседая на стенках, попадают в пылеприемник 3, а чистый воздух выходит через патрубок 4. Благодаря активному действию такие системы имеют эффектив­ность 0,95...0,97.

Мокрые пылеуловители. Особенностью этих систем очистки является высокая эф­фективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очи­стки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского дви­жения. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсу­ночные скрубберы¹ и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов (рис. 4.6).

Наибольшее практическое применение находят скрубберы Вентури (рис. 4.7), которые работают следующим образом. Через патрубок 4 газ подается в устройство 2, которое называется со­плом Вентури. Сопло Вентури имеет конфузор (сужение), в кото­рый через форсунки 1 подается вода на орошение. В этой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума в самом

¹ Скруббер - аппарат для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов.

узком сечении (с 10...20 до 100...150 м/с). Увеличение скорости способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла Вентури скорость потока мокрых газов уменьшается до 10...20 м/с. Этот поток подается в корпус 3, где под действием сил гравита­ции происходит осаждение за­грязненных пылью капель. В верхнюю часть корпуса выходит очищенный газ, а в нижнюю попадает шлам. Эффективность скрубберов Вентури 0,97...0,98. Расход во­ды составляет 0,4...0,6 л/м³.

Полый скруббер (рис. 4.8а) представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсу­нок, число которых может достигать 14...16 по сечению колонны. В насадочном скруббере (рис. 4.86) используется система попереч­ного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффектив­ность таких систем достигает 0,9.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия (рис. 4.9). В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. Один из вариантов такого скруббера состоит из цилиндрического кожуха 3, сливного кони­ческого бункера 9, корпуса 4 и выхлопной трубы 5 для вывода очищенного воздуха (газа).

Запыленный воздух поступает через воздуховод 6 в вертикаль­ный стояк 7. Перед поворотом на 180° воздух ударяется о поверх­ность воды А - А, вследствие чего сепарируются крупные части­цы пыли. Далее воздух проходит через решетку 1 с отверстиями. На нее же через трубу 2 подается вода, излишки которой слива­ются через трубу 8 и частично через отверстия решетки 1. Между решеткой и уровнем В - В образуется водяная пена, которая за­тем распространяется в объеме К, заполненном короткими фар­форовыми цилиндрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме К.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли – электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана. Основной принцип работы - ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рис. 4.10).

Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Силовые линии 3 на­правлены от осадительного электрода к коронирующему.

Загрязненные газы, попав между электродами, способны проводить элек­трический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число ионов растет, пока не наступит пре­дельное насыщение и все ионы не ока­жутся вовлеченными в движение от од­ного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно за­ряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрица­тельный заряд, основная масса пыли осаждается на положитель­ном осадительном электроде, с которого пыль легко удаляется.

Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0,9...0,99, производительность их— до 1 млн м³/ч.

Фильтры. Широко используются для тонкой очистки про­мышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воз­духа через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в кор­пусе 1 фильтра расположена возду­хопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3 (рис. 4.11).

В фильтрах применяются пе­регородки различных типов:

1) в виде зернистых слоев, на­пример гравия (неподвижные сво­бодно насыпанные материалы);

2) гибкие пористые (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан);

3) полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спи­рали и стружка);

4) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы).

Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей механического происхождения (дробилок, грохота, мель­ниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0,99.

Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки - малая термостой­кость, низкая прочность.

Фильтры 3-го типа, изготавливаемые из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широ­ком диапазоне частот до 1000 К, в агрессивных г.пр.пях

Фильтры 4-го типа, изготавли­ваемые из пористой керамики и по­ристых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойко­стью, жаростойкостью; они техноло­гичны, находят широкое применение для очистки горючих газов и жидко­стей, выбросов дыма, туманов, ки­слот, масел.

В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры (рис. 4.12). В корпусе фильт­ра устанавливается необходимое чис­ло рукавов, на которые подается за­грязненный воздух, при этом очи­щенный воздух выходит через патрубок. Частицы загрязнений осе­дают на фильтре. Насыщенные за­грязненными частицами рукава про­дувают и встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффек­тивность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером бо­лее 0,5 мкм.

Дата добавления: 2014-01-11