Лекции по "Охране атмосферного воздуха"

Из пористых фильтров наибольшее распространение получили рукавные фильтры, что обусловлено и созданием в последнее время новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей, например, стекловолокно выдерживает температуру 250°С.

Корпус фильтра (рис. 6.6) представляет собой металлический  шкаф, разделенный вертикальными  перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер со шнеком для выгрузки пыли.

 

В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между  нитями составляет 100—200 мкм. Остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10—50 мг/м³. Эффективность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером более 0,5 мкм. Удельный расход энергии — 0,3—0,6 кВтч на 1000 м³ газа.

В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц (коронирующий электрод). Ионы адсорбируются на поверхности пылинок, а затем под действием электрического поля пылинки перемещаются к осадительным электродам.

Установки состоят из двух частей: агрегатов питания и собственно электрофильтра (рис. 6.7). Агрегаты питания включают повышающий трансформатор 2 с регулятором напряжения 1 и высоковольтный выпрямитель 3. Собственно электрофильтр состоит из корпуса 7 с входным 13 и выходным 8 патрубком, бункером 11 для сбора уловленной пыли, пылевыпускным патрубком 12. В корпусе расположены осадительные 9 и коронирующие 10 электроды.

Осадительные электроды  в виде труб или пластин подключаются к заземлению и положительному полюсу выпрямителя 3. Коронирующие электроды, выполняемые чаще всего в виде проволоки, изолированы от земли с помощью изоляторов 6, и к ним подводится по кабелю 5 выпрямленный электрический ток высокого напряжения (до 50—80 кВ) отрицательной полярности.

По способу удаления осажденной на электродах пыли электрофильтры делятся на сухие и мокрые. В сухих электрофильтрах пыль удаляется с электродов путем встряхивания. Нормальная работа сухих аппаратов обеспечивается при температуре очищаемых газов выше температуры точки росы, что необходимо для предотвращения конденсации влаги и увлажнения осажденной пыли. Появление влаги в сухих аппаратах может вызвать осложнение при удалении пыли с электродов и их коррозию.

В мокрых электрофильтрах удаление пыли производится путем смыва ее с поверхности электродов орошающей жидкостью. Температура очищаемого газа при этом должна быть выше или близкой к температуре точки росы. Мокрые электрофильтры могут также применяться для улавливания из газовых потоков жидких частиц в виде тумана или капель. В этом случае применяются аппараты без устройства для промывки электродов, так как осажденная влага самостоятельно стекает с них.

Электрофильтры способны очищать большие объемы газов  от пыли с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при температуре газов до 400— 450°С. Затраты электроэнергии составляют 0,36—1,8 МДж на 1000 м³ газа. Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств пыли и газа, скорости запыленного потока в сечении аппарата и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

Эксплуатационные затраты  на содержание и обслуживание электрофильтров, установленных на электростанциях, составляют около 3% общих расходов.

Достоинства электрофильтров: высокая степень очистки, улавиваются  частицы любого размера, недостатки: высокая стоимость, наличие устройства для очистки  осадительных электродов, зависимость эффективности работы электрофильтра  от физико-химических свойств  улавливаемой пыли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные принципы выбора метода и аппаратуры очистки

газовых выбросов от твердых частиц и аэрозолей

 

Выбор метода и оборудования, обеспечивающих необходимую степень очистки, зависит от большого числа параметров, среди которых основным является эффективность работы системы по отношению к преобладающим в газовом потоке частицам. Приведенная в табл. 6.1 информация позволяет провести первоначальную оценку возможностей различных пылеочистных устройств. В процессе выбора оборудования необходимо учитывать степень неравномерности газового потока, так как 10%-ное отклонение от номинальных регламентированных значений является обычным явлением на предприятии.

 

Таблица 6.1 Зависимость эффективности улавливания от фракционного состава твердых частиц и аэрозолей в газовом потоке для различных типов оборудования (А.В. Зайцев, 1999 г.)

 

Тип оборудования	Общая эффективность, %	Эффективность улавливания, %
		<5 мкм	5-10 мкм	10-20 мкм	20-40 мкм	>40 мкм
1	2	3	4	5	6	7
Пылеосадитепьная камера	58,6	7,5	22	43	80	90
Обычный циклон	65,3	12	33	57	82	91
Циклон с удлинённым конусом	84,2	40	79	92	95	97
Электрофильтр	97	72	94,5	97	99,5	100
Полый скруббер, орошаемый  водой	98,5	90	96	98	100	100
Скруббер Вентури	99,5	99	99,5	100	100	100
Рукавный фильтр	99,7	99,5	100	100	100	100

 

На выбор оборудования и материалов для его изготовления оказывают влияние химические и физические свойства загрязнителей, а также их концентрация в очищаемом газе, поскольку при высоких ее значениях (выше 230 г/м³) обычно вводится стадия предварительной очистки. Необходимо принимать во внимание также температуру, давление, влажность газового потока, возможность остановки газоочистного оборудования для текущего ремонта и ряд других факторов.

Поскольку с развитием  техники происходит постоянное изменение отдельных характеристик газоочистного оборудования, детальное сравнение различных устройств следует проводить по соответствующим каталогам. Однако основные принципы выбора наиболее широко используемого оборудования неизменны.

Так, циклоны обычно используются в тех случаях, когда пыль крупнодисперсная, ее концентрация превышает 2 г/м³ и не требуется высокой эффективности улавливания.

Скрубберы мокрого типа целесообразно использовать, если 1) мелкие частицы должны улавливаться с относительно высокой эффективностью, 2) желательно охлаждение газа, а повышение его влажности не служит препятствием, 3) газы представляют опасность в пожарном отношении и 4) необходимо улавливать как твердые, так и газообразные вещества.

Тканевые фильтры (рукавные) используются в тех случаях, когда  необходима очень высокая эффективность улавливания, пыль представляет собой ценный продукт, который необходимо собрать в сухом виде, объемы очищаемых газов относительно невелики, температура относительно низка (лимитирует термостабильность материала ткани).

Электрофильтры применяют, если для улавливания мелких частиц необходима высокая эффективность, обработке подлежат очень большие объемы газа и необходимо утилизировать ценные продукты.

 

 

Очистка выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей

С этой целью разработаны  три основные группы методов очистки:

1) Абсорбционный метод;

2) Адсорбционный метод;

3) обезвреживание примесей путем каталитического превращения в менее опасные вещества.

 

 

Сорбционная очистка газов

Сорбцией  называют поглощение твердым телом (адсорбция) или жидкостью (абсорбция) вещества из окружающей среды. Обратный процесс называют десорбцией; более часто его осуществляют повышением температуры или снижением давления сорбируемого вещества. Процессы сорбции проводят периодически (в аппаратах с неподвижным слоем сорбента) и непрерывно — в аппаратах с движущимся или кипящим слоем сорбента, а также в аппаратах с неподвижным слоем, если сорбционные установки имеют несколько параллельно включенных аппаратов.

Сочетание абсорбции  с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Однако при очистке газов во многих случаях проводить десорбцию не обязательно, так как поглощенные вещества подлежат обезвреживанию.

На рис. 3.6 показана схема  абсорбера. В абсорбер поступает  очищаемый газ с парциальным давлением вредного вещества Р'_г, барботирует через слой жидкости (в виде пузырьков) и выходит из аппарата с минимальным парциальным давлением вредного вещества Р", Поглощающая жидкость противотоком поступает в аппарат через разбрызгиватель / и выходит через патрубок 4. Процесс абсорбции является гетерогенным, протекающим на границе газ — жидкость, поэтому для его ускорения применяют различные устройства, увеличивающие площадь контакта газа с жидкостью.

Рис. 3.6. Абсорбер:

1 — распределитель жидкости; 2 — насадка; 3 — опорная решетка; 4 — выход жидкости; 5 — выход очищаемого газа

 

Для повышения эффективности  очистки газов вместо растворителя применяют химические поглотители вредных газов, как правило, водные растворы электролитов (кислот, щелочей, солей). Так, для очистки газов от диоксида серы, сероводорода и метилмеркаптана их нейтрализуют раствором  щелочи, в результате чего получают соль: S0₂ + 2NaOH = Na₂SO₂ + H₂0.

Адсорбционный метод  поглощения получил развитие в последнее время в связи с освоением промышленного производства высокоэффективных адсорбентов: активных углей, силикагелей, синтетических цеолитов. Адсорбционный метод позволяет решить задачи глубокой очистки технологических и отходящих промышленных газов, содержащих разнообразные вредные вещества. Если правильно выбраны технологический регламент, схема и аппаратура процесса, примесь может быть удалена этим методом практически полностью. Кроме того, наряду с очисткой отходящих промышленных газов, адсорбционный метод позволяет еще улавливать и возвращать в технологический процесс некоторые ценные вещества, например растворители.

Наибольшее распространение  в промышленности адсорбционные  методы получили для улавливания  различных растворителей. Улавливание растворителей проводят в рекуперационных установках. Степень извлечения растворителя обычно составляет 95—99 %, а его остаточное содержание в отхо-

дящем из адсорбера газе не превышает 0,5 г/м^!. В качестве адсорбента в этом случае применяют только активный уголь, что обусловлено его гидрофобностью. Кроме того, активный уголь обладает высокой адсорбционной способностью по парам органических веществ, небольшой удерживающей способностью, достаточно прочен и т. п.

 

 

 

Каталитическая  очистка газов

Каталитическая очистка  газов заключается в обезвреживании газовых выбросов путем химического превращения вредных веществ, содержащихся в газе, в безвредные в присутствии катализатора. Для каталитической очистки газовый поток, как правило, пропускают через слой катализатора, соблюдая технологические условия эффективного превращения (температуру, расход газа и др.). Катализаторы обладают специфичностью действия, поэтому обезвреживанию подвергают только те компоненты, для которых они предназначены.

В качестве примера реактора каталитической очистки газа рассмотрим устройство и принцип действия автомобильного нейтрализатора выхлопных газов. Назначение нейтрализатора заключается в глубоком (не менее 90 % (об.)] окислении СО и углеводородов в широком интервале температур (250—800 °С) в присутствии влаги, соединений серы и свинца. В нейтрализаторах обычно применяют платиновый катализатор, что обусловлено способностью платины ускорять самые различные реакции. Катализаторы этого типа характеризуются низкими температурами начала эффективной работы, высокой температуростойкостью, долговечностью и способностью устойчиво работать при высоких скоростях газового потока. Основным недостатком катализаторов этого типа является их высокая стоимость.

Каталитические нейтрализаторы конструктивно  состоят из входного и выходного устройств, служащих для подвода и вывода нейтрализуемого газа, корпуса и заключенного в него реактора, представляющего собой активную зону, где и протекают каталитические реакции. Реактор-нейтрализатор работает в условиях больших температурных перепадов, вибрационных нагрузок, агрессивной среды. Обеспечивая эффективную очистку отработанных газов, нейтрализатор по надежности не должен уступать основным узлам и агрегатам двигателя.