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

Тема 6

Способы борьбы с загрязнением атмосферы основаны на применении конкретных приемов:

– усо­вершенствовании технологических процессов (работа по замкну­тому циклу, безотходные технологии);

– снижении до минимума количества отходов комплексным использованием сырья (на неф­техимических и металлургических предприятиях сооружают сер­нокислотные цеха, используя выбрасываемый сернистый ангид­рид);

– внедрении прогрессивных методов горения (бездымное ту­шение кокса);

– использовании для газообразных выбросов высоких дымовых труб, чтобы снизить концентрацию вредных веществ у поверхности земли.

Но использование высоких труб приводит к загрязнению удаленных районов. Коренное решение этого вопроса заключается в эффективной очистке от вредных газов и пыли до их выброса в атмосферу. В зависимости от дисперсного состава пыли, влажности и других факторов применяют соответствующий тип пылеуловителя. При этом основным критерием является степень очистки и экономические затраты (стоимость оборудования, мон­тажа, потребной электроэнергии, эксплуатационных и амортиза­ционных расходов).

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 на проектных показателях;

– 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.

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 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 2.

Таблица 2 – Классификация пылеулавливающего оборудования

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

Методы и средствазащиты 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 человека. 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 осуществ­ляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо с 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 вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно пере­мешиваются и образуют принудительно равновесный поток, ко­торый в целом обладает свойствами жидкости.

Рисунок 2 – Схема тепловой электростанции с использованием дожигания топочных газов и впрыскиванием сорбента

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 (рисунок 3) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также элек­трофильтры и фильтры.

Рисунок 3 – Системы и методы очистки вредных выбросов

Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперси­онной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вслед­ствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тя­жести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции — образование элемента из не­скольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавли­ванию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), при­нимаются специальные меры: смачивание осадительной поверх­ности, снижение скорости потока, повышение его влажности.

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. Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все они основаны на принципах осаждения взвешенной фазы. Пылегазовые смеси представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперси­онной среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести частиц и сила диффузии частиц вслед­ствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тя­жести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному электроду; процесс коагуляции — образование элемента из не­скольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавли­ванию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), при­нимаются специальные меры: смачивание осадительной поверх­ности, снижение скорости потока, повышение его влажности.

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 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:

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

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) (рисунок 4).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.

Рисунок 4 – Циклон

На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха и пылеосаждения (рисунок 5). 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.

Рисунок 5 – Пылеотделители

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 (рисунок 6). 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.

Рисунок 6 – Пылеуловитель ротационного типа

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 скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов (рисунок 7).

Рисунок 7 – Классификация мокрых пылеуловителей

Наибольшее практическое применение находят скрубберы Вентури (рисунок 8), (аппарат для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов) 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 узком сечении (с 10...20 до 100...150 м/с).

Рисунок 8 – Скруббер Вентури

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 представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсу­нок, число которых может достигать 14...16 по сечению колонны. В насадочном скруббере 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 (рисунок 9).

Рисунок 9 – Скруббер ударно-инерционного действия

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 (рисунок 10).

Рисунок 10 – Схема расположения электродов в электрофильтре

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 (рисунок 11).

Рисунок 11 – Схема процесса фильтрации

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 (рисунок 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.

Рисунок 12 – Схема рукавного фильтра

Для тонкой очистки запыленных газов и улавливания ценных аэрозо­лей из отходящих газов применяется металлокерамическип фильтр ФМК. Фильтрующие элементы, собранные из металлокерамических трубок, за­креплены в трубной решетке и заключены в корпус фильтра. На наружной поверхности фильтрующего элемента образуется слой уловленной пыли. Для разрушения и частичного удаления этого слоя предусмотрена обрат­ная продувка сжатым воздухом. Степень очистки газов от пыли составля­ет 99,99 %.

В промышленности для тонкой очистки газов от пыли и токсичных примесей широко используется большое количество конструкций фильт­ров из пористых материалов. К ним относятся фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками из ультратонких полимерных материа­лов (фильтры Петрянова), обладающих термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью. Среди множества конструкций фильтров этого типа наиболее широкое распространение получили ра­мочные фильтры (рис. 4.19).

Фильтр собирается из трехсторонних рамок таким образом, чтобы торцевая сторона оказывалась попеременно то справа, то слева. Фильтро­вальная перегородка 2 укладывается так, как показано на схеме (рис. 4.19, д). Воздух проходит в щели между рамками, фильтруется через фильтровальную перегородку и выходит очищенным с другой стороны. Пакет из рамок помещается в корпус 4. Чтобы полотна не соединялись друг с другом под напором воздушного потока, между ними ставят гоф­рированные сепараторы 3 (рис. 4.19, а, б, в, г, д). Со стороны входа запы­ленного потока на корпусе имеется фланец 5 с наклеенной резиновой прокладкой 6. Корпус фильтра изготавливается из фанеры, пластмасс, ме­талла.

Известно много конструкций посадочного фильтра коробчатого типа с насадкой из стекловолокна, шлаковаты и других волокнистых материалов.

Коробчатые, или кассетные, фильтры ис­пользуются обычно для очистки вентиляционных газов при низких температу­рах (30–40 °С) и небольшой начальной запыленности порядка 0,1 г/м³.

Для санитарной очистки вентиляционного воздуха, содержащего ту­ман и брызги кислот, щелочей и других аэрозолей, широко используются волокнистые фильтры типа ФВГ-Т (рис. 4.20). Внутри корпуса фильтра размещены кассеты с фильтрующим материалом, наложенным на каркас и прижатым решеткой из пруткового материала. Кассеты изготавливают­ся в виде вертикально расположенных складок. Установка и смена их осуществляется через монтажный люк. Фильтр работает в режиме накоп­ления уловленного продукта на поверхности фильтрующего материала с частичным стоком жидкости. По достижении перепада давления 500 Па фильтр подвергается периодической промывке (обычно один раз в 15–30 сут) с помощью переносной форсунки, вводимой через люк. Разработаны и выпускаются фильтры пяти типоразмеров производи­тельностью от 3,5 до 80,0 м³/ч. Фильтр ФВГ-1,6 изготавливается в правом и левом исполнении в зависимости от стороны обслуживания, осталь­ные – с двусторонним обслуживанием. Фильтрующим материалом служит войлок (диаметр волокон около – 70 мкм) с толщиной слоя 4–5 мм.

Одним из энергоэконо­мичных, эффективных и на­дежных в эксплуатации пы­леуловителей является во­локнистый орошаемый кас­сетный фильтр (рис. 4.21), состоящий из корпуса 1, волокнистых перегородок 2, опорной решетки 3 и каплеотделителя 5. Запылен­ный поток газа поступает в корпус фильтра и фильт­руется через иглопробив­ной материал, который по­стоянно или периодически орошается с помощью распылительных форсунок 4, При этом одновременно происходит улавливание пыли, а также токсичных газов и паров и самоочищение волокнистого слоя.

Улавливание примесей на волокнистом слое, орошаемом жидкостью, состоит из нескольких взаимосвязанных процессов:

• дробление капель жидкости при попадании их на волокнистый слой;

• передвижение капель жидкости внутри волокнистого слоя и обра­зование дисперсионно-пенного слоя (ДП-слоя), в котором происхо­дит столкновение капель жидкости с волокнами, захват аэрозолей и сорбция газов;

• коагуляция капель жидкости и удаление ее из слоя.

Кроме этих основных процессов одновременно протекает ряд других явлений, влияющих на процесс массообмена:

• движение жидкости в нижнюю часть слоя;

• теплообмен между газом и жидкостью и, как следствие, испарение жидкости и конденсация пара;

• ионный обмен при использовании ионообменных волокнистых ма­териалов;

• адсорбция частиц на поверхности волокна;

• адгезия.

Все перечисленные процессы протекают одновременно, четкой грани­цы между ними не существует, но они отличаются по степени участия в процессе массообмена. Дробление капель жидкости и перемешивание их в ДП-слое являются наиболее существенными факторами в интенсифика­ции массообмена, другие факторы менее значимы и мало влияют на эф­фективность массопередачи или даже препятствуют ей, например движе­ние жидкости вниз волокнистого слоя и абсорбция частиц на волокне. Наиболее стабильным является такой режим улавливания, при котором жидкая фаза свободно проходит через слой волокна и в слое отсутствуют такие процессы, как коагуляция капель и стекание жидкости в нижнюю часть волокнистого слоя. В этом случае во всем волокнистом слое проис­ходит интенсивный процесс массообмена и ДП-слой образуется по всей толщине волокнистого материала. Такой режим улавливания возможен только при высоких скоростях газового потока и зависит от плотности на­бивки волокнистого материала, степени его гидрофобности и дисперсно­сти жидкой фазы.

В качестве волокнистого материала в этих фильтрах используются по­липропиленовые, лавсановые или ионообменные волокна типа ВИОН АС-1 или ВИОНАН-1.

Интересной конструкцией фильтра с использованием ионообменных волокон является рамный ионообменный фильтр, разработанный в Мин­ске Институтом физико-органической химии Национальной академии на­ук Беларуси и НПО «Экофил-Деко». Общий вид фильтра представлен на рис. 4.22. Рамные ионообменные фильтры (РИФ) предназначены для очистки газов от токсичных газообразных и аэрозольных примесей (диоксид серы, фторид и хлорид водорода, диоксид азота, сероводород,

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим их стеканием под действием гравитационных сил (рисунок 13). В пространстве между двумя цилиндрами 3, изго­товленными из сеток, размещается волокнистый фильтрующий материал 4. Жидкость, оседающая на фильтрующем материале, стекает через гидрозатвор 6 в приемное устройство 7. Крепление к корпусу туманоуловителя 1 осуществляется фланцами 2 и 5.

В качестве материала фильтрующего эле­мента используется войлок, лавсан, полипро­пилен и другие материалы толщиной 5...15 см. Эффективность туманоуловителей для разме­ров частиц менее 3 мкм может достигать 0,99.

Для улавливания кислотных туманов применяются также сухие электрофильтры.

Рисунок 13 – Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя

В настоящее время в целом по промышленности улавливается около 90 % пыли, образующейся на различных стадиях производства, и только 10 % различных аэрозолей выбрасывается в атмосферный воздух. Такого нельзя сказать о газо- и парообразных примесях вредных веществ, содер­жащихся в газовоздушных выбросах промышленного производства. Не­смотря на то, что эти примеси представляют собой большую опасность для окружающей среды, их улавливается или обезвреживается только около 10 %, а более 90 % вредных газов и паров поступает в воздушный бассейн.

Сложность решения этой проблемы и предопределила путаницу в тер­минологии методов обработки выбросов. Так, в современной научно-технической и даже учебной литературе часто под термином «очистка» подразумеваются все остальные способы обезвреживания, обеззаражива­ния и дезодорации газовоздушных выбросов, что совершенно необосно­ванно. Терминологические разночтения затрудняют и разработку соответ­ствующих методов обработки отходящих от производства выбросов.

В связи с изложенным приводим основные определения терминов.

Очистка - удаление (выделение, улавливание) примесей из различ­ных сред.

Обезвреживание - обработка примесей до безвредного для людей, животных, растений и в целом для окружающей среды состояния.

Обеззараживание - инактивация (дезактивация) микроорганизмов различ­ных видов, находящихся в газовоздушных выбросах, жидких и твердых средах.

Дезодорация - обработка одорантов (веществ, обладающих запахом), содержащихся в воздухе, воде или твердых средах, с целью устранения или снижения интенсивности запахов.

Способы очистки выбросов от га­зообразных и парообразных примесей можно разделить на две основные группы: абсорбция жидкостями и адсорбция твердыми поглотителями.

Абсорбция – это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями – абсорбентами. Различают фи­зическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсор­бента в химическую реакцию. При этом над раствором существует опре­деленное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фа­зе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химиче­ское взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя но­вое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным и обратимым. Избира­тельность – это поглощение конкретного целевого компонента (аб­сорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Про­цесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

Методы и системы очистки от газообразных примесей. Метод абсорбции заключается в разделе­нии газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсор­бентом) с образованием раствора. Состав аб­сорбента выбирается из условия растворения в ней поглощаемого газа. Например, для уда­ления из технологических выбросов таких га­зов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве погло­тительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических уг­леводородов (из коксового газа) — вязкие масла.

Установки, реализующие метод аб­сорбции, называются абсорберами. В абсорберах жидкость дробится на мел­кие капли для обеспечения более высо­кого контакта с газовой средой. В оро­шаемом скруббер-абсорбере насадка размещается в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадки используют кольца с перфо­рированными стенками, изготавли­ваемыми из металла, керамики, пла­стмассы и других материалов с макси­мальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуще­ствляется из разбрызгивателей. За­грязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подверга­ясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления: чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции. Все аппараты жидкостной абсорбции делят­ся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы.

Метод хемосорбцииоснован на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химиче­ских соединений. Реакции хемосорбции экзотермические.

Метод адсорбцииоснован на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример ад­сорбента с ультрамикроскопической структурой – активирован­ный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

Конструктивно адсорберы выпол­няются в виде вертикальных или гори­зонтальных емкостей, заполненных ад­сорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоз­душной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - ка­тализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (плати­на, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль уско­рителя химического процесса.

Добавка благородных металлов в ви­де пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

Термический метод или высокотемпературное дожигание, ко­торый иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного произ­водства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9...0,99, температура в зоне горения - 500...750°С.

Серьезной проблемой современности являются значительные выбросы сернистого ангидрида и окислов азота, которые разно­сятся на огромные расстояния и выпадают в виде «кислотных дож­дей», заражая водоемы, зеленые насаждения, грунтовые воды. Выбросы этих вредных веществ наблюдаются в металлургии, при производстве серной кислоты и минеральных удобрений.

Наиболее перспективным направлением развития сернокислот­ного производства считают получение кислоты по схеме ДКДА (двойное контактирование – двойная абсорбция). Общая степень контактирования в процессе достигает 99,8%, дополнительной очистки газа от сернистого ангидрида не требуется, выбросы S0₂ в атмосферу в два-три раза ниже, чем при одностадийном контак­тировании; повышается коэффициент использования сырья.

Крупная сернокислотная система эксплуатируется на Черепо­вецком ПО «Аммофос», оснащенном печами КС-450 с водотруб­ными котлами-утилизаторами, системой сухой газоочистки с по­мощью сухих электрофильтров. Улавливание тумана и брызг сер­ной кислоты осуществляется в волокнистых брызгоуловителях. Отходящие серосодержащие газы сернокислого производства очищаются аммиачно-сульфатным, азотно-каталитическим, кис­лотно-каталитическим или аммиачно-циклическим методом. Аммиачно-сульфатный метод заключается в абсорбции диоксида серы раствором сульфита и бисульфита аммония с последующим раз­ложением этого раствора серной кислотой. Выделяющийся при этом диоксид серы направляется на сжижение или в основное серно­кислое производство. Образующийся раствор сульфата аммония перерабатывается в сухой продукт или используется при произ­водстве минеральных удобрений. Метод обеспечивает надежную очистку отходящих газов до требований санитарных норм. К недо­статкам метода можно отнести необходимость затраты серной кис­лоты на разложение сульфит-бисульфитных растворов, аммиака и переработки сульфата аммония.

В аммиачно-циклическом процессе в раствор, выводимый с установки улавливания газов, добавляют аммиак: часть получен­ного раствора (при содержании бисульфита аммония 820 г/л) по­дают в отгонную колонну для получения 100% S0₂, а остальное — выводится как товарный продукт.

Вопросы для самопроверки

1. Системы и методы очистки вредных выбросов в атмосферу

2 Схемы и методы очистки воздушных выбросов от пыли

3 Воздушные фильтры, виды и принципы работы.

4 Циклоны, устройство, принципы работы.

5 Скрубберы, принципы работы, типы скруберров

6 Абсорбция, адсорбция, хемосорбция, характеристика и примеры использования.

7 Сухие и мокрые пылеуловители, эффективность работы

Дата добавления: 2014-12-07