КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Способы очистки и снижения токсичности газовых выбросов
Двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на автосамосвалах, тепловозах, тракторах, бульдозерах, скреперах, экскаваторах небольшой емкости, погрузочных и других машин и механизмов, применяемых в карьерах, разделяются на две групппы: карбюраторные и дизельные. Для их работы используются углеводородные топлива: бензин, керосин и соляровое масло, которые при подаче количества воздуха, определяемого стехиометрическим коэффициентом воздуха должны давать нетоксичные конечные продукты окисления: двуокись углерода, азот и воду. Однако вследствие ряда причин возникают побочные продукты, большинство из которых токсичны. Одной из причин образования токсичных газов в карбюраторнмх двигателях является то, что максимальное значение мощности двигателей наблюдается при коэффи-циенте избытка воздуха 0,85 - 0,9, в результате чего не полностью сгорает топливо, представляющее сложную смесь различных соединений углерода и водорода. Это приводит к тому, что в отработавших газах содержатся ядовитые продукты: окись углерода, альдегиды (акролеин, формальдегид), углеводороды (этан, этилен, пропан, изобутан, ацетилен и т.д.), сажа и др. Образование окиси углерда в дизельных двигателях отличается рядом особенностей. Поскольку в дизельных двигателях коэффициент избытка возду-ха несколько выше (1,4-1,7), то образование окиси углерода происходит за счет других факторов в отличие от карбюраторных. Основным из них является несо-вершенство процесса горения топлива в цилиндрах двигателя, где одновремен-но происходят процессы снижения давления при поступлении топлива и испа-рения капель, при которых температура понижается и окисления пара при са-мых высоких давлении и температуре. Догорание отдельных капель при низких давлении и температуре приводит к образованию сажи, особенно при больших нагрузках. Сернистые газы, в основном SO2 образуются за счет окисления серы, содержание которой в дизельном топливе обычно не превышает 0,2% по весу. Абсорбция осуществляется в специальных аппаратах абсорберах. Прин-цип действия абсорберов заключается в том, что загрязненная газовая смесь двигается снизу вверх сквозь слой жидкого абсорбента, подаваемого сверху в виде капель. Скорость абсорбции зависит от поверхности соприкосновения жидкости с газом. С ее увеличением интенсивность абсорбция повышается. В зависимости от конструктивного исполнения абсорберы бывают пленочные, насадочные, трубчатые и др. В насадочные абсорберы по всей площди их поперечного сечения между двумя сетками помещают насадку. В качестве насадки, обеспечивающей значительную поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца с перфорированными стенками или какой либо другой геометрической формы. Материалами для изготовления насадки могут быть керамика, фарфор, уголь, пластмассы, металлы, которые выбираются исходя из соображений антикоррозионной устойчивости. Орошение колец абсорбентом осуществляется при помощи разбрызгивателей. В качестве адсорбентов применяют активный уголь, активированный гли-нозем, активированный оксид алюминия, синтетические или природные цеоли-ты или молекулярные сита. Широкое распространение получили активирован-ный уголь – мелкопористый продукт обугливания древесины и некоторых орга-нических полимеров, обработанный водяным паром или углекислым газом. Ак-тивированный уголь применяется для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в выб-росах. На рис.3.21 показана схема адсорбера с тонкими слоями. Слой адсорбен-та высотой до 10 см обычно удерживается между двумя вертикальными пласти-нами, предпочтительно перфорированными металлическими листами, а газ про-ходит через него в горизонтальном направлении. Гидравлическое сопротивление тонких слоев очень мало и необходимо следить за тем, чтобы толщина слоя была везде одинаковой и газ не мог про-ходить мимо адсорбента. Аппараты могут иметь плоскую, цилиндрическую или гофрированную форму (рис. 3.21). Промышленные цилиндрические аппа-раты имеют производительность около 0,012 м3/с, а большие гофрированные 0,35-0,50 м3/с. Адсорбционная емкость тонких слоев невелика и их целесооб-разнее всего использовать для обработки больших объемов газа с низким со-держанием загрязнителей.
1-крышка, 2-3 внутренняя и внешняя перфорированные оболочки, 4-гранулы активированного угля, 5-основание, 6-поток газа; а- циклический, б -гофрированный адсорбер
Рисунок 3.21 - Адсорберы с тонким слоем
Проблема снижения токсичности вредных газов двигателей внутреннего сгорания решается по нескольким направлениям: 1) увеличением использованием вместо дизелей электрического привода, 3) применением комплекса мероприятий по снижению токсичности. Регулировку топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания для обеспечения наиболее полного сжигания топлива следует осуществлять систематически. Ежесменно при выходе автомобилей на линию требуется контролировать содержание токсичных примесей в отработавших газах и в случае отклонения от установленных нормативов проводить регулировку. К менее токсичным двигателям по сравнению с обычными двигателями относятся газотурбинные, позволяющие уменьшить объем выбросов токсичных газов на 85-90%. Токсичность газовых турбин примерно в 10 раз меньше, чем у ди-зельных двигателей, применяемых на карьерных автосамосвалах.
А - кислород под давлением; Б - электролит; В - водород под давлением
Рисунок 3.22- Схема водородо-кислородного топливного элемента
К пористым платиновым электродам под давлением подводятся водород и кислород. Молекулы кислорода, проходя через электрод, захватывают с поверхности пор металла электроны, превращаются в отрицательно заряженные ноны, переходят в электролит и движутся к другому электроду. На электроде они, отдавая свои электроны, соединяются с молекулами водорода и образуют воду. Выделяемая при этом энергия расходуется на создание потока электронов. Таким образом между электродами создается электрический ток, который может использоваться в электродвигателях. При этом отсутствует выделение вредных примесей. Ведутся работы по использованию этого метода в практике. Загазованность при работе существующих двигателей можно снизить путем выбора соответствующих режимов эксплуатации, регулировок режимов работы двигателей, поддержания технического состояния двигателей, использования присадок к топливам и применения нейтрализаторов. Присадки к топливам позволяют изменить ход протекания реакций окис-ления углеводородов. В результате чего происходит более полное сгорание топлива и уменьшение содержания в отработавших газах некоторых токсичных компонентов. Для карбюраторных двигателей эффективными присадками являются смеси различных спиртов. Для дизельных двигателей применение присадок используется для снижения дымности отработавших газов. Эффек-тивнаяприсадка СЛД, включающая 19% бария, 1,5% серы и 32,5% сернистых шлаков, разработана в Бельгии. При добавлении присадки к топливу 0,25 - 1% по объему дымность отработавших газов уменьшается в десять и более раз. Na2SО3 +НСООН +Н2О → NaOH + CH2(NaSO3)OH (3.16) Двуокись азота растворяясь в воде, образуя азотную и азотистую кислоты: 2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2 (3.17) Одна из конструкций жидкостного нейтрализатора представлена на рис. 3.22.
1- основной бак; 2-3 - краны контроля уровня раствора; 4 - уголковый каплеотделитель, 5 - патрубок для выброса газов в атмосферу; 6 - горловина для заливки раствора: 7 - труба, соединяющая основной и дополнительный баки; 8 – дополнительный бак; 9 - верхний уровень раствора; 10- пробка для слива использованного раствора
Рисунок 3.22 - Жидкостный нейтрализаторфирмы «Зальцгиттер»
Отходящие от двигателя газы прходят через коллектор, расположенный в нижней части бака, очищаются в слое химического раствора и далееобезвре-живаютя в фильтрующем слое из металлической стружки и сепарационном устройстве и выходят в атмосферу. Раствор пополняется из дополнительньного бака, расположенного в основном баке. Их общая емкость составляет 100 л. Испытания жидкостного нейтрализатора показали, что он позволяет улавливать 50% окислов азота, 98% альдегидов и 100% сернистого ангидрида. Q=αkcqт м3/с (3.18) где α - коэффициент избытка воздуха; kc - коэффициент, учитывающий теоретически необходимый расход воздуха на сжигание 1 кг топлива и коли-чество газов, образующихся при его сгорании, м3/кг; qт - расход топлива, кг/с. Qт= Q0(1 + 0,00366tB), м3/c,(3.19) где t - температура газов на выходе из нейтрализатора. Расход раствора для очистки определяется по формуле: Gп = 0,001Qт (dк — dн), кг/с, (3.20) где dк — влагосодержание отработавших газов на выходе из очистителя, г/м3, Gоб = Gрtр + Gм, кг (3.21) где tp - продолжительность работы двигателям между двумя доливками или сменами раствора, с; Gм -минимально допустимое количество раствора в очи-стителе, определяемое по формуле Gм= γр∙S∙h (3.22) где γр - плотность раствора, кг/м3, S - рабочая площадь очистителя, м2, h – ми-нимальная высота раствора в очистителе, м.
где tк — время контактирования, 0,8-1 с.
Недостатком способа борьбы с токсичными газами с использованием воды и растворов является громоздкость конструкции, нечувствительность к нейтрализации окиси углерода и сложность эксплуатации при отрицательных температурах. Каталитическим способомпревращают токсичные компоненты газовых выбросов в безвредные или менее вредные вещества за счет введения в систему катализаторов. Каталитический способ отличается от термического тем, что обезвреживание токсических продуктов происходит при значительно меньших температурах. Катализаторы - это вещества, взаимодействующие с удаляемыми компонентами с образованием промежуточных веществ. Катализаторами могут быть металлы и их соединения (металлы платинового ряда, оксиды меди и мар-ганца т.д.). Для обеспечения максимальной поверхности контакта с газовым по-током катализаторы выполняют в виде шаров, колец, спиралей. Допустимая скорость обезвреживания находится в пределах 20 000 – 60 000 объемов газа на объем катализатора в час. Значительное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газа. Минимальная темпера-тура начала реакции зависит от природы и концентрации улавливаемых вредно-стей, скорости потока и типа катализатора. С повышением температуры эффек-тивность каталитического процесса увеличивается. Для каждого катализатора существует предельный температурный уровень, превышение которого приво-дит к снижению активности, а затем и к разрушению катализатора. К отравле-нию катализатора может привести наличие фосфора, свинца, мышьяка, железа. В качестве ктализаторов могут выступать природные минералы, активированные каталитически активными окислами. При каталитической нейтрализации выхлопных газов окись углерода пе-реходит в двуокись, углеводороды окисляются до воды и двуокиси углерода, окись азота восстанавливается до молекулярного азота. Таким образом веще-ства 1-2 классов опасности превращаются в вещества 4 класса, т.е. малоопас-ные. Химические реакции протекают следующим образом:
2CO + O2 = 2CO2 CXHY + O2 → CO2 + H2O (3.24) 2NO + 2CO = N2 + 2CO2
Каталитические нейтрализаторыобеспечивают эффективность очистки окиси углерода до 75%,углеводородов - 70%и альдегидов - 80% при температуре отработавших газов выше 3000С. Основным недостатком каталитических нейтрализаторов является резкое снижение эффективности очистки при температурах ниже 2500С. 1- корпус нейтрализатора, 2 - реактор, 3 - фланец, 4- затяжной болт, 5- 6 – про-кладка, 7 - катализатор
Рисунок 3.23 - Каталитический нейтрализатор НКД-243
Существует несколько видов каталитических нейтрализаторов. Один из них НКД-243 (нейтрализатор каталитический для дизельного двигателя) предназначен для очистки выхлопных газов дизельных двигателей автосамосвалов КрАЗ-256 (рис. 3.23). Он выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндра и состоит из двух основных частей: корпуса-кожуха и реактора. Кожух представляет собой полый цилиндр. Реактор образуют две металлические решетки с сетками, свернутыми в виде труб. В реактор помещается около 8 кг алюмоплатинового катализатора ШПК-2. Отработавшие газы поступают во внутреннюю полость реактора, проходят через слой катализатора, где обезвреживаются, и выбрасываются в атмосферу. Эффективность очистки составляет для оксида углерода 60 - 85%, для углеводородов 60-85% и альдегидов 60-100% при температуре выше 2500 С. Нейтрализатор устанавливается вместо глушителя. За рубежом широко используются весчьма эффективные каталитические нейтрализаторы фирм «Окси-Франс» и «Окси-Каталист». Применение нейтрализатора «Окси-Каталист» на одном из известняковмх рудников позволило снизить содержание окиси углерода на 90%, формальдегида на 95% и акролеина на 10-20%. Расход катализатора составлял 0,45 кг на 8 тыс. км пробега машины. Wk=Qт/vоб, м3, (3.25) где Wk - объем отработавших газов, очищаемых в нейтрализаторе, м3/ч; vоб – объемная скорость газоочистки (ч-1), принимаемая в зависимости от вида катализатора. Таблица 3.12 – Эффективность работы катализаторов
Помехой термокаталитического процесса окисления является наличие в очищаемых газах свинца, фосфора, железа и др., которые отравляют катализатор. Нельзя очистить выхлопные газы автомобиля, который использует этилированный бензин, так как добавка к топливу- тетраэтилсвинец является ядом. Мероприятия против газовыделений из отвалов вследствие окисления пород и особенно интенсивного при возникновении очагов горения включают в себя выбор рациональной формы отвала, отказ от терриконов и переход на от-валы плоской формы, послойный порядок отсыпки пород с уплотнением верх-них и боковых поверхностей отвалов и рекультивация их. Ограничение поступ-ления кислорода к окисляющимся породам за счет их изоляции слоем инертно-го материала (почвенного слоя, глины, суглинков, песка, перегорелых дробле-ных пород). Для доставки материала на поверхность отвала необходимо испо-льзовать землеройно-метательные машины. Машина срезает слой почвы у ос-нования отвала, струей газов от ТРД порода, выбрасывается на расстояние до 120 м, покрывая поверхность отвала. Эффективным средством пожарной профилактики и тушения горящих терриконов является нагнетание в них водоэмульсионной суспензии, которая также угнетает теоновые бактерии. Именно эти бактерии способны окислять метан в массиве горной породы, в результате температура в массиве терриконика достигает нижнего предела воспламеняемости горючих газов и они воспламеняются.
Контрольные вопросы 1. Перечислите основные источники выброса вредных веществ в атмосферу при разработке полезных ископаемых подземным способом. 2. Какие вредные вещества преобладают в выбросах в атмосферу при разработке газообильных угольных месторождений 3. Какой ингредиент является преобладающим в выбросах в атмосферу котельных на угле или мазуте 4. Перечислите процессы открытых горных работ при которых происходит выделение в атмосферный воздух пыли и вредных газов. 5. Перечислите источники выбросов вредных веществ, относящиеся к категории линейные 6. Что является причиной выделения пыли с поверхности площадных неорганизованных источников выброса в атмосферный воздух 7. В каком случае при производстве массовых взрывов необходимо установить величиу предельно допустимого выброса и массовые взрывы призводить с учетом погодных условий 8. Что является основным источником выделения пыли в карьерах и на отвалах 9. Перечислите общие мероприятия, способствующие улучшению сос-тояния воздушного бассейна в районе горного предприятия. 10. В каком случае эффективность пылеулавливания лучше: при приме-нении водо-воздушной или воздушно эмульсионной смеси 11. Какова величина слоя пены для снижения пылегазовыделения при производстве взрывных работ 12. Что используется для гидрозабойки скважин и шпуров в зимний период времени 13. Как предотвратить выход пылегазового блака за пределы карьера 14. Устройство циклона и принцип осаждения пыли в циклоне 15. Устройство и принцип работы коагулятора (трубы Вентури) 16. Устройство и принцип работы тканевого фильтра 17. Устрйство и принцип работы электрофильтра 18. Как снижается пылеобразование при погрузочных работах 19. Основные методы снижения пылевыделения при эксплутации карьерных автомобильных дорог. 20. Спосбы закрепления пылящих поверхностей на карьерах. 21. В чем существо метода каталитической очистки выхлопных газов автомобилей 22. Что является помехой для использования термокаталитического метода окисления выхлопных газов автомобилей
4 Защита водного бассейна при производстве горных работ
Дата добавления: 2014-10-15; Просмотров: 2257; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |