Методы очистки и обезвреживания отходящих газов

Одним из следствий техногенного влияния на окружающую среду в ряде стран является заметное ухудшение состояния атмосферного воздуха.

Наиболее крупнотоннажные загрянители (млрд.т/год):

Углекислый газ (СО₂) - 2∙10⁴

Пыль – 250

СО – 200

SO₂ – 150

Углеводороды – более 59

NO_x – 50

Кроме того, в атмосферу выбрасываются в значительных количествах: H₂S, CS, NH₃, галогены и их производные, сажа, окислы металлов, различные соли и др.

С территории России выбрасывается (по данным 1997 г.):

Характеристика выбросов	Масса, млн. т
Твердые вещества	2,58
Газообразные вещества: SO2 NOx СО Углеводороды (без летучих органических соединений) Летучие органические соединения	13,26 5,71 1,56 3,78 1,1   0,9

Степень улавливания и обезвреживания выбросов в среднем составляет 80 %.

Классификация источников загрязнения воздуха:

а) по назначению

- технологические – хвостовые газы рекуперационных, абсорбционных, адсорбционных и других улавливающих установок, а также продувочные газы из аппаратов, устройств и установок (для этих источников характерны высокие концентрации вредных веществ и сравнительно малые объемы);

-вентиляционные (местные отсосы от оборудования и общеобменная вытяжка).

б) по месту расположения:

- незатенённые или высокие – высокие трубы и точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту более, чем в 2,5 раза выше производственного здания;

- затенённые или низкие (над зданием);

- наземные – вблизи земной поверхности (технологическое оборудование, колодцы промышленной канализации, проливы и др.)

в) по геометрической форме:

- точечные (трубы, шахты, крышные вентиляторы);

- линейные (аэрационные фонари, открытые окна, факелы и т.д.)

г) по режиму работы:

- непрерывного и периодического действия;

- мгновенные и залповые.

Классификация выбросов

По агрегатному состоянию:

- газообразные, жидкие, твердые и смешанные;

По характеру организации отвода и контроля:

- организованные и неорганизованные;

По режиму отвода:

- непрерывные и периодические

По температурному потенциалу:

-нагретые и холодные

По локализации:

- в основном, вспомогательном, подсобном производстве

По признакам очистки

- удаляемые, без удаления (организованные и неорганизованные) и после очистки (организованные)

По механизму образования:

-первычные выбросы (непосредственно от источников)

- вторичные (продукты превращений первичных выбросов, могут более токсичными и опасными, чем первичные)

Очистка газового потока - отделение от него или превращение в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с газовым потоком.

Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду и здоровье населения общеизвестно, поэтому необходимо соблюдать нормы по выбросам загрязняющих веществ.

Расчет предельно допустимого выброса (ПДВ)

Для предотвращения загрязнения окружающей среды и контроля за выбросами разработаны требования, предъявляемые к производственным выбросам и содержанию загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Выполнение этих требований контролируется специальными службами на соответствие измеряемых показателей регламентируемым ПДК и ПДВ. В таблице приведены действующие в России ПДК (в мг/м³) в воздухе для некоторых токсичных веществ):

Вещество	HF	Cl2	NH3	CS2	H2S	SO2	NOx
ПДКр.з.	0,5
ПДКм.р..	0,02	0,1	0,2	0,03	0,08	0,03	0,085
ПДКс.с.	0,005	0,03	0,2	0,005	0,008	0,005	0,085
Вещество	CO	HCl	Hg	SiF4	HCN	O3	С(сажа)
ПДКр.з.			0,01	-	0,3	0,1	3,5
ПДКм.р..		0,005	-	0,02	-	-	0,15
ПДКс.с.		0,005	0,0003	0,005	0,01	-	0,05

В зависимости от значения ПДК вещества в воздухе классифицируются по степени опасности. При одновременном присутствии в атмосфере n вредных веществ (с концентрациями С₁, С₂, С₃,....С_n) однонаправленного действия, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1.

Предельно допустимый выброс для нагретых загрязнений рассчитывается по формуле:

,

при этом концентрация вредного вещества в выхлопе около устья (например, дымовой трубы) должна быть не более некоторой максимальной концентрации:

Для холодных выбросов:

,

при этом концентрация вреднего вещества в выхлопе около устья (например, дымовой трубы) должна быть не более некоторой максимальной концентрации:

, где

Н – высота дымовой трубы, м

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с

∆Т – разница температур выбрасываемой смеси и атмосферного воздуха;

А₁, А₂ – коэффициенты, зависящие от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе, значения которых ≈ 120-240;

А – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания в воздухе вредных веществ (для газов F=1);

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из источника загрязнений;

D – диаметр устья трубы, м

Наиболее эффективное направление снижения выбросов – это создание безотходных технологических процессов, предусматривающих, например, внедрение замкнутых газовых потоков, однако до настоящего времени основным средством предотвращения вредных выбросов остается разработка и внедрение эффективных систем очистки газов.

Классификация методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей

Классификация представлена в таблице 1.

Очистка отходящих газов от аэрозолей

Аэрозоли – аэродисперсные системы, состоящие из двух фаз: сплошной газовой и дисперсной, представленной твердыми или жидкими частицами.

Аэрозоли

пыли дымы туманы

тв.частицы тв. частицы капельки жид.

5-50 мкм 0,1-5 мкм 0,3-5 мкм

Для очистки от аэрозолей используют сухие, мокрые и электрические методы.

При выборе способа отталкиваются от свойств подлежащей улавливанию пыли.

Основные свойства пылей и эффективность их улавливания

1. Плотность частиц

(истинная, насыпная, кажущаяся)

Насыпная плотность – учитывает воздушную прослойку между частицами пыли. При слёживани насыпная плотность увеличивается в 1,2-1,5 раза.

Кажущаяся плотность - отношение массы частиц к занимаемому ими объему, включая поры, пустоты и неровности.

1. Дисперсность частиц – основной параметр при выборе пылеуловителя.

Частицы промышленной пыли имеют разную форму (шарики, палочки, пластинки, иглы, чешуйки, волокна и т.д.), они могут коагулировать и объединяться в агломераты, поэтому понятие среднего размера условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость её осаждения, так называемым седиментационым диаметром.

Седиментационный диаметр – диаметр шара, скорость осаждения плотность которого равны скорости осаждения и плотности частицы. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают.

Для характеристики дисперсного состава пыли разбивают всю массу пылинок на некоторые фракции, образованные частицами определённого размера с указанием, какую долю в % по массе (или по числу частиц) они составляют.

1. Адгезионные свойства частиц – свойства частиц, определяющие их склонность к слипанию (может привести к забиванию аппарата).

Пыли, у которых 60-70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя как слипающиеся, пыли того же состава с диаметром, большим 10 мкм, обладают хорошей сыпучестью. Сыпучесть пыли оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии. Данные о сыпучести некоторых веществ приведены в таблице 2.

Табл.1 Классификафия методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов

Газообразные отходы

Таблица 2. Сыпучесть некоторых веществ

Характеристика пыли	Вид пыли
неслипающаяся	Сухая шлаковая, кварцевая, сухая глина
слабослипающаяся	Коксовая, магнезитовая сухая, апатитовая сухая, доменная, колошниковая летучая зола, содержащая много несгоревших продуктов, сланцевая зола
Среднеслипающаяся	Торфяная, влажная магнезитовая, металлическая, содержащая колчедан, оксиды свинца, цинка и олова, сухой цемент, летучая зола без недожига, торфяная зола, сажа, сухое момлоко, мука, опилки
сильнослипающаяся	Цементная, выделенная из влажного воздуха, гипсовая и алебастровая, содержащая нитрофоску, двойной суперфосфат, клинкер, соли натрия, волокнистая(асбест, хлопок, шерсть)

1. Абразивность частиц – характеризует интенсивность износа металла при одинаковых скоростях газов и концентрациях пыли и зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц (учитывается при выборе скорости газа, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).
2. Смачивоемость частиц – оказывает влияние на эффективность мокрых пылеуловителей. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, покрытой абсорбционно-газовой оболочкой.

По характеру смачиваемости материалы делят на:

1) гидрофильные (хорошо смачиваемые) – кальций, кварц, большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов;

2) гидрофобные (плохо смачиваемые) – графит, уголь, сера;

3) абсолютно гидрофобные – парафин, тефлон, битумы.

1. Гигроскопичность – способность впитывать влагу; гигроскопичность зависит от химического состава, размера, формы и степени шероховатости частиц (важно для аппаратов мокрого типа).
2. Электрическая проводимость слоя пыли.

Проводимость оценивают по удельному электрическому сопротивлению слоя пыли , которое зависит от свойств отдельных частиц (поверхностная и внутренняя электропроводность, форма и размер частиц), структуры слоя и параметров газового потока.

По удельному электросопротивлению пыли делят:

1) низкоомные< 10⁴ Ом∙см (мгновенно разряжаются на электроде, возможен вторичный унос);

2) пыли с = 10⁴-10¹⁰ Ом∙см (хорошо улавливаются в электрофильтрах);

3) пыли с = 10¹⁰-10¹³ Ом∙см (улавливание вызывает трудности, так как пыль образует на электродах пористый изолирующий слой).

1. Электрическая заряженность частиц – влияет на эфективность улавливания, на взрывоопасность и адгезионные свойства частиц и определяется (знак) способом образования, химическим составом и свойствами веществ, с которыми соприкасаются частицы.
2. Способность к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. При высокой поверхности контакта частиц (≈ 1 м²/г) интенсивность взрыва пыли зависит от её химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и т.д. Взрывоопасные пыли образуют, например, органические вещества, образующиеся при переработке красителей, пластмасс, волокон, пыли магния, алюминия, цинка.

Минимальная концентрация взрывоопасной пыли в воздухе (С_min) ≈ 200-500 г/м³; максимальная (С_max) ≈ 700-800 г/м³. Чем выше концентрация кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв, при концентрациях кислорода менее 16 % пылевое облако не взрывается.

Дата добавления: 2014-01-07