Лекции по "Охране атмосферного воздуха"

Лекция  №6-7 Охрана атмосферного воздуха

 

методы  ЗАЩИТЫ атмосферного воздуха

основные методы охраны атмосферного воздуха подразделяются на активные  и косвенные.

Активные  методы:

1. применение мало и безотходных технологии (г. Аксу – ферросплавный завод – продают свои отходы в Китай по 100 $ за 500 кг ферроотходов, использование отходов для дорожного полотна);
2. применение малотоксичного сырья (Экибастузский  уголь по себестоимости дешевый, но дает большие выбросы в атмосферу);
3. применение аппаратов очистки.

Косвенные методы:

1. снижение  приземной концентрации  за счет  увеличения  высоты трубы, за счет рассеивания ( в Алмате раньше было много миникотельных с невысокими трубами, и целесообразней стало введение нескольких более мощных котельных с  более высокими трубами);

Высота трубы  рассчитывается таким образом, чтобы  она обеспечивала   приземную  концентрацию не превышающую ПДК. Но увеличивать бесконечно нельзя, так  как при увеличении высоты трубы  увеличивается вероятность трансграничного  загрязнения. Норильский комбинат  полиметаллических руд имел очень высокую трубу и выбросы через Северно–ледовитый  океан достигли Скандинавских стран.

Для энергетических предприятий установлена высота трубы не выше 250 м, для других отраслей -  не выше 200 м. Только Экибастузский ТЭЦ имеет высоту трубы 420 м – после установки всех  необходимых аппаратов очистки МООС  дало разрешение на такую высокую трубу.

 

Основные  характеристики очистных устройств

 

Для выбора очистного  устройства и расчета всей системы  очистки необходимо знать основные  характеристики, в т.ч. эффективность, гидравлическое сопротивление  и производительность.

Размер  улавливаемых частиц

Общая эффективность очистки определяется по соотношению:

С_вх,С_вых – массовые концентрации  примеси в газе  до и после аппарата (фильтра).

Если последовательно  соединено несколько аппаратов,  то общая  эффективность  очистки  будет:

η=1-(1- η ₁)(1- η ₂)…… (1- η _n)

η ₁, η ₂, η _n – эффективность очистки 1-го, 2-го и n- го аппаратов очистки.

  Гидравлическое  сопротивление

где ρ и V - плотность и скорость воздуха в расчетном сечении аппарата; ε – коэффициент гидравлического сопротивления.

Производительность  систем  очистки показывает, какое  количество  воздуха  проходит  через нее в единицу времени (м³/ч).

 

ОЧИСТКА, ВЫБРАСЫВАЕМОГО ПРЕДПРИЯТИЯМИ

В АТМОСФЕРУ  ВОЗДУХА, ОТ ВРЕДНЫХ ГАЗОВ И ПЫЛИ

По количественному  и качественному составу вредных  выбросов промышленные производства можно разделить на четыре группы:

1. производства, выбрасывающие в атмосферу условно чистые технологические и вентиляционные выбросы с содержанием вредных веществ, не превышающим предельно допустимые концентрации в рабочей зоне производственных помещений;
2. производства, выбрасывающие в атмосферу неприятно пахнущие газы;
3. производства со значительными выбросами газа, содержащего   нетоксичные   или   инертные   вещества;
4. производства, выбрасывающие в атмосферу токсичные и канцерогенные вещества.

Техника очистки газов  весьма разнообразна как по характеру  конструкций аппаратов удаления пыли и вредных газов, их масштабу, так и по методам удаления пыли и вредных газов. Очистка газов может быть механической (очистка от твердых частиц и капелек жидкости), сорбционной и основанной на химическом превращении вредных газов в безвредные (каталитическое  окисление,  термическое  разложение  и  т.  д.).

Выбор метода очистки  газов определяется в первую очередь их химическими и физико-химическими свойствами, характером производства, свойствами участвующих в производстве веществ, объемом выбрасываемого газа и пыли, возможностью рекуперации или утилизации уловленных продуктов и т. п.

Механическая  очистка газов

Основной параметр, характеризующий  взвешенные частицы, — это их размер, который колеблется в широких  пределах —от 0,1 до 850мкм. Из этой гаммы наиболее опасны для человека частицы от 0,5 до 5 мкм.

Аппараты обеспыливания  газов можно разбить на 4 группы: 1) сухие пылеуловители — механические устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы; 2) мокрые аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью; 3) пористые фильтры, на которых оседают мельчайшие частицы пыли; 4) электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет электрической ионизации газа и содержащихся в них пылинок.

Сухие пылеуловители. К этим устройствам относятся осадительные камеры, инерционные пылеуловители, циклоны.

Весьма простыми устройствами являются пылеосадительные камеры, в которых за счет увеличения сечения воздуховода скорость пылевого потока резко падает, вследствие чего частицы пыли выпадают под действием сил тяжести. Пылеосадительные камеры (рис. 6.2) используют для очистки от крупных частиц пыли и применяют в основном для предварительной очистки воздуха. Эффективность улавливания в них зависит от времени пребывания газов в камере и расстояния, проходимого частицами под действием гравитационных сил. В свою очередь время пребывания газов зависит от объема камеры и скорости потока.

Инерционные пылеуловители представлены камерой с перегородкой. В этих аппаратах  наряду с  действием  силы тяжести используются инерционные силы благодаря которым  частицы стремятся сохранить направление движения  после поворота потока газов уловленная пыль падает  в бункер. Достоинства инерционных пылеуловителей: дешевизна и простота в эксплуатации, недостаток: низкая степень очистки

Широко распространенными инерционными пылеуловителями являются циклоны. В них частицы пыли движутся вместе с вращающимся газовым потоком и под воздействием центробежных сил оседают на стенках. Циклоны широко применяются для улавливания частиц размерами около 10 мкм при скоростях газового потока от 5 до 20 м/с. По конструкции циклоны подразделяются на циклические, конические и прямоточные. Циклический циклон (рис. 6.3) состоит из двух цилиндров: наружного 1, к которому в верхней части по касательной подсоединен патрубок 2, а в нижней части — конус и пылесборник (бункер) 5, и внутреннего 3, к которому в верхней части подсоединяется труба, отводящая очищенный воздух. Запыленный воздух поступает в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса, где совершается нисходящее спиралеобразное движение вдоль корпуса к бункеру. Под действием центробежной силы частицы пыли прижимаются к внутренним стенкам наружного цилиндра и скатываются в пылесборник. В бункере поток воздуха меняет направление на 180°, теряет скорость, вследствие чего происходит выпадение частиц пыли из потока. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь, выходит из бункера и выбрасывается через выхлопную трубу.

 

 

Достоинство циклонов: простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки — затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую  компоновку циклонов (батарею). Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонными элементами.

 

Мокрые  пылеуловители. Указанные устройства имеют одну весьма важную особенность: они обладают высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной (менее 1 мкм) пыли. Имеются и другие достоинства, среди которых: I) относительно небольшая стоимость и высокая эффективность улавливания взвешенных частиц; 2) возможность очистки газов при относительно высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгорания и взрывов очищенных газов или уловленной пыли. В качестве существенного недостатка можно указать на то, что уловленная пыль представлена в виде шлама, а это вызывает необходимость обработки сточных вод, т. е. удорожает процесс.

К недостаткам процесса мокрого пылеулавливания относят: а) возможность щелочной или кислотной коррозии при очистке некоторых газов; б) ухудшение условий последующего рассеивания через заводские трубы очищенного, но увлажненного газа, тем более охлажденного (снижается подъемная сила); в) происходит загрязнение отводимой из аппарата воды вредными для водоемов ПАВ.

Работают указанные  системы 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 других типов (рис. 6.8).

Большое распространение (в основном из-за простоты конструкции) получили полые форсуночные скрубберы (рис. 6.9). Они представляют собой колонну круглого сечения, в которой осуществляется контакт между запыленным газом и каплями жидкости (обычно водой). Высота скруббера составляет =2,5 ее диаметра. Удельный расход орошающей жидкости выбирают в пределах 0,5—8 л/м³ газа.

Более эффективными мокрыми  пылеуловителями являются скрубберы Вентури (рис. 6.10).

Очищенный газ через  патрубок 4 подается в устройство 2, называемым соплом Вентури. Последнее имеет сужение (конфузор), 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). Благодаря этому происходит осаждение частиц пыли на каплях воды. Напротив, в диффузорной части сопла Вентури скорость потока мокрых газов снижается до 10—20 м/с. Далее поток поступает в корпус 3, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. Очищенный газ выходит в верхнюю часть корпуса, шлам попадает в нижнюю часть.

 

 

 

 

У скрубберов Вентури  эффективность очистки достигает 0,97— 0,98, расход воды 0,4—0,6 л/м³ газа. Полый скруббер (рис. 6.9а) представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсунок, число которых может достигать 14—16 по сечению колонны. В насадочном скруббере (рис. 6.9, б) используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9. Достоинства насадочного скруббера: высокая степень очистки, недостаток – невозможность использовать при низких температурах.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность отмечена в скрубберах 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 газа (рис.6.11).

Запыленный (газ) воздух поступает через воздуховод 6 в  вертикальный стояк 7. Перед поворотом на 180° газ ударяется о поверхность воды А^А, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее газ 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.

Надежной и простой конструкцией мокрого пылеуловителя является промывная башня (скруббер), заполненная кольцами Рашига, стекловолокном или другими насадками (рис. 6.12).

Запыленный газ подается снизу вверх через распыляющее  устройство. Одновременно сверху вниз поступает вода. В том случае, когда пыль является плохо смачиваемым веществом, в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Расход энергии составляет 2 кВгч/1000 м³ газа.

Весьма эффективны комбинированные методы очистки от пыли. Так, хорошие результаты дает очистка агломерационных газов в батарейных циклонах с последующей доочисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах.

 

В основе работы пористых фильтров, предназначенных для тонкой очистки, лежит процесс фильтрации газов через пористую перегородку, в результате чего твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее. На рис. 6.5 представлена схема процесса фильтрования: в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой оседают улавливаемые частицы 3.

Перегородки, применяемые  в фильтрах, могут быть различных  типов:

1. в виде неподвижных зернистых слоев, например гравия. Такие фильтры дешевы, просты в эксплуатации, их эффективность 0,99. Они используются для очистки от пылей механического происхождения (мельниц, дробилок, грохота);
2. гибкие пористые (различные ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан). Указанные фильтры широко используются для тонкой очистки газов от примесей, но имеют и недостатки: относительно низкая термостойкость, малая прочность;
3. полужесткие пористые (прессованные спирали и стружка, вязанные сетки). Такие фильтры изготавливаются из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов. Они могут работать при повышенных температурах и в агрессивных средах;
4. жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы). Фильтры указанного типа технологичны и находят широкое применение для очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел, так как материалы (керамика, металлы) обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью (выдерживают 500°С).