Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

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




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) = (Свх Q1 – Свых Q2) / Свх Q1, где М1, М2, М3 – масса примесей, содержащихся в газе до поступления в аппарат; уловленных в аппарате и содержащихся в очищенном потоке, соответственно, кг; Свх, Свых – 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 – (Свых/ Свх), 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 Свх и Свых - концентрации вредных примесей до и после сред­ства очистки. Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Рвх 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

Тема 7







Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 5179. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.029 сек.) русская версия | украинская версия