Системы очистки воздуха

Улавливание пыли из газопылевых выбросов

Принцип улавливания основан на отделении взвешенных частиц от воздушного потока за счет сил тяжести, инерции или центробежных сил. По конструкции это пылеосадительные камеры и циклоны.

Пылеосадительные каме­ры. За счет увеличения сечения воздуховода скорость пыле­вого потока резко падает, вследствие чего частицы пыли выпадают под действием сил тяжести. Пылеосадительные камеры (рис. 17.1) исполь­зуют для очистки от крупных частиц пыли и применяют в основном для предварительной очистки воздуха.

Циклоны Эффективными пылеуловителями являются инерционные аппара­ты, в которых пылевой поток резко изменяет направление своего дви­жения, что способствует выпадению частиц пыли. Широко распространенными инерцион­ными пылеуловителями являются циклоны. В них частицы пыли дви­жутся вместе с вращающимся газовым потоком и под воздействием центробежных сил оседают на стенках. Циклоны широко применяют­ся для улавливания частиц размерами около 10 мкм. По конструкции они подразделяются на циклические, конические и прямоточные. Цик­лический циклон (рис. 17.2) состоит из двух цилиндров: наружного 1, к которому в верхней части по касательной подсоединен патрубок 2, а в нижней части — конус и пылесборник (бункер) 5, и внутреннего 3, к которому в верхней части подсоединяется труба, отводящая очищен­ный воздух. Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса, где совершается нисходящее спиралеобразное движение вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы частицы пыли прижимаются к внутрен­ним стенкам наружного цилиндра и скатываются в пылесборник. В бункере поток воздуха меняет направление на 180°, теряет скорость, вследствие чего происходит выпадение частиц пыли из потока. Осво­бодившись от пыли, газовый поток образует вихрь, выходит из бункера и выбрасывается через выхлопную трубу.

Фильтры В ряде случаев для очистки газового потока от взвесей применяют фильтры, в которых газовый поток проходит через волокно (фильтру­ющий материал), при этом частицы, обладающие инерцией, сталки­ваются с ним и захватываются. Весьма эффективные тканевые и во­локнистые фильтры изготавливаю! из очень тонких (5—10 мкм) стек­лянных или асбестовых волокон или синтетических материалов. С течением времени на волокне образуется слой пыли, который удаля­ется встряхиванием или обратной продувкой.

Электрические фильт­ры Наиболее совершенными и универсальными аппаратами для очи­стки выбросов от взвешенных частиц являются электрические фильт­ры. Электрофильтры применяются для очистки воздуха от взвешенных частиц и туманов. Метод основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда. При этом происходит передача заряда частицам примесей и осаждение частиц на осадительных электродах.

Установки состоят из двух частей: агрегатов питания и собственно электрофильтра (рис. 17.3). Агрегаты питания включают повышаю­щий трансформатор 2 с регулятором напряжения 1 и высоковольт­ный выпрямитель 3. Собственно электрофильтр состоит из корпуса 7 с входным 13 и выходным 8 патрубком, бункером 11 для сбора улов­ленной пыли, пылевыпускпым патрубком 12. В корпусе расположе­ны осадительные 9 и коронирующие 10 электроды. Осадительные электроды в виде труб или пластин подключаются к 'заземлению 4 и положительному полюсу выпрямителя 3. Коронирующие электроды, выполняемые чаще всего в виде проволоки, изолированы от земли с помощью изоляторов 6, и к ним подводится по кабелю 5 выпрямлен­ный электрический ток высокого напряжения (до 50—80 кВ) отрица­тельной полярности.

Улавливание частиц пыли в электрофильтре включает следующие стадии: электрическая зарядка взвешенных в газе частиц; движение заряженных частиц к электродам; осаждение их на электродах и уда­ление осажденных частиц с электродов.

Рис. 17.3. Принципиальная схема электрофильтра

Метод элекгроосаждения заключается в следующем. Частицы пыли сначала получают заряд от ионов газа, которые образуются в ■электри­ческом поле высокого напряжения, а затем движутся к заземленному осадительному электроду. Попав на заземленный уловитель, частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает сло­ем частиц, они стряхиваются «постукиванием» и собираются в бункере.

Мокрые пылеуловители. Для очистки воздуха от пылей размером более 0,3-1 мкм применяют мокрые пылеуловители. Принцип их действия – осаждение частиц пыли на поверхность капель или пленки жидкости за счет сил инерции и броуновского движения. Мокрые пылеуловители разделяются на скубберы Вентури, форсуночные и центробежные скубберы, аппараты ударно-инерционного типа, пенные агрегаты.

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.

Сокращение выбросов автотранспорта

На его долю прихо­дится более половины всех загрязняющих веществ, поступающих в воздушную среду крупных городов. В состав отработанных выхлоп­ных газов входят около двухсот различных веществ. Многие из них весьма токсичны: монооксид углерода, оксиды азота, аэрозоли свинца, полициклические ароматические углеводороды, включая бензпирен. В связи с этим возникла острая необходимость разработки таких мероприятий, которые бы позволили снизить выбросы автотранспор­та или ослабить их негативное воздействие на качество среды обита­ния в городах.

Градостроительные мероприятия - размещение жилой заст­ройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки — oт магистрали — размещаются здания пониженной этажности, затем --дома повышенной этажности и в глубине застройки — детские и ле­чебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напря­женным движением многорядными древесно-кустарниковыми посад­ками).

Улучшению качества атмосферного воздуха в сочетании со сниже­нием шума способствует применение электрического транспорта (трам­вая, троллейбуса).

Контроль выброса токсичных веществ. Для снижения загазован­ности воздушной среды необходимо ограничить количество вредных веществ, выделяемых каждым, автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами. Соответствие ав­томобилей указанным стандартам (в частности, по содержанию окси­да углерода и углеводородов в выхлопных газах) проверяют инспек­торы ГИБДД.

Отметим при этом, что такое простое мероприятие, как регули­ровка двигателей, может резко снизить токсичность выхлопных газов.

Изменение состава топлива. Известно, что в целях предотвраще­ния детонации горючего в двигателях автомашин в него добавляют тетраэтилсвинец, который делает выхлопные газы особо токсичными. Поэтому большие усилия были затрачены на замену указанного веще­ства на менее опасные, а также на получение стойкого к детонации бензина. При введении в топливо так называемых присадок, можно существенно уменьшить количество некоторых токсичных веществ: сажи,альдегидов, оксида углерода и других. Так, для карбюраторных двигате­лей самыми эффективными оказались смеси различных спиртов.

Использование энергии торможения. Заметного сокращения расхо­да энергии, а значит, количества сжигаемого топлива и уменьшения загрязнения воздушной среды, можно достичь, если использовать энер­гию, затрачиваемую на торможение. Указанная рекуперация была впер­вые успешно реализована на электрическом транспорте. Ныне по­строены и успешно используются в автобусах маховичный и гидро­пневматический рекуператоры. При этом экономия топлива составила 27—40%, объем выхлопных газов снизился на 39—49%.

Перевод автомобилей на сжиженный газ приводит к тому, что в выхлопе газобаллонных автомобилей содержится в 3—4 раза меньше оксида углерода, нежели в выхлопе бензиновых двигателей. При за­грузке в баллоны 300 л сжиженного газа автобус способен пройти без заправки до 500 км. Если добавить к этому, что газ дешевле бензина, то достоинства газобаллонного автомобиля становятся еще более на­глядными.

Нейтрализаторы выхлопных газов. К настоящему времени выпускаются нейтрализаторы следующих видов: каталитические (исполь­зуются твердые катализаторы), пламенные (дожигание примесей в от­крытом пламени), термические (метод беспламенного окисления) и жидкостные (с помощью химического связывания примесей жидкими реагентами). При этом широкое распространение получили катали­тические нейтрализаторы, которые превращают токсичный оксид углерода в малоопасный диоксид.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Например, в США разработан карбюратор с раздельным смесеобразованием. Он позволяет кроме обычной смеси получать обогащенную, которая по­дается в специальную предкамеру со свечой зажигания. Благодаря этому происходит полное сгорание рабочей смеси, что в свою оче­редь позволяет свести до минимума содержание оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах. Создан карбюратор, благодаря которому возможно использовать низкооктановые сорта бензина без антидетонационных добавок. В этом устройстве, состоящем из теп­лообменника, смесителя и реактора, бензин не только распыляется, но и расщепляется с помощью катализатора на более простые газы, например метан.

Во многих странах мира разрабатываются новые, более совершен­ные двигатели, которые можно устанавливать на серийные автомоби­ли. В частности, указывают на перспективность роторно-поршнево-Го двигателя Ванкеля, который компактнее поршневых двигателей: объем в среднем на 30%, а масса на 11% меньше.

Альтернативное топливо. Весьма перспективным заменителем традиционного топлива для автомобилей является водород. Двига­тель, работающий на жидком водороде, не дает никаких запахов, не выделяет таких токсичных веществ, как свиней, оксиды азота, угле­рода. Жидкий водород почти в десять раз легче бензина. На одном из международных автомобильных конкурсов первое место занял «фольксваген», для которого топливом служил водород. Интересно, что его отработанные газы были чище городского воздуха, который засасывался в карбюратор.

Признается перспективным автомобиль с размещенным на его шасси химическим реактором, в котором вырабатывается водород из углеводородов. Расчеты показали, что иметь такой реактор на маши­не экономичнее, нежели возить это топливо в специальных баллонах.

Преградами на пути широкого внедрения водорода в качестве топ­лива для автомобильных двигателей является сложность получения его в достаточно больших количествах и необходимость обеспечения высокого уровня безопасности при осуществлении процесса горения водорода.

К другим видам альтернативного топлива можно отнести этило­вый и метиловый спирты и их смеси. В США создан двигатель, в котором вместо бензина используется жидкий азот. Бак с охлажден­ным до жидкого состояния азотом соединен с испарителем, окружен­ным «рубашкой», в которой циркулирует воздух. Жидкий азот, попа­дая в испаритель, превращается вследствие быстрого повышения тем­пературы в газ, который выходит под большим давлением из испарителя и приводит в действие электрогенератор. Вырабатываемый последним ток после выпрямления подается для питания электродвигателей, ус­тановленных на колесах. Выхлопные газы такого автомобиля состоят из чистого азота, который, естественно, не загрязняет атмосферу.

Электромобили. Весьма перспективным является проект массо­вого перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигате­лями на электромобили, которые действуют от батарей-аккумулято­ров, подзаряжаемых на станциях.

Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения не токсич­ны, они просты в управлении, а эксплуатация значительно эконо­мичнее, особенно в городах. Этому способствует относительно не­большой среднесуточный пробег автомобилей в городе, ограничение скорости и возможность организации сети зарядных станций для ба­тарей-аккумуляторов.

Сейчас в мире эксплуатируется сотни тысяч электромобилей раз­личного назначения, и парк их непрерывно растет. Дальнейшие ус­пехи в разработке электромобилей в основном будут зависеть от ре­шения ряда технических проблем (создания компактных, недорогихи легких аккумуляторов, разработка быстродействующих зарядных ус­тройств). Укажем также на необходимость резкого увеличения резер­вных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подзарядка многих миллионов электромобилей.

Перспективно широкое внедрение так называемых гибридных дви­гателей, в городе при относительно небольших скоростях должен ис­пользоваться только электромотор, питающийся от небольших бата­рей и обеспечивающий запас хода на 40—50 км, а при выезде за город должен включаться обычный двигатель. Одновременно элект­ромотор может быть использован как генератор для подзарядки акку­мулятора.

Солнечный автомобиль использует солнечную (или световую) энер­гию, которая улавливается при помощи специальных солнечных ба­тарей. Электромобиль на спиральных гидридно-никелевых батареях прошел несколько лет назад без подзарядки 601 км.

Дата добавления: 2014-01-07