Образование за рубежом

PlayPhrase.me - Учи английский

6.4. Технічні засоби і технології очищення викидів

Очищення пилогазових викидів є основним заходом щодо захисту і відновленню повітряного басейну.

Існують різні методи очищення викидів від твердих, рідких і газоподібних домішок.

Для очищення газів від твердих і рідких часток застосовують технології сухого інерційного очищення газів, мокрого очищення газів, фільтрації, електростатичного осадження.

Для очищення газів від газо- і пароподібних компонентів застосовують методи абсорбції, адсорбції, термічне і термокаталітичне очищення, біохімічні реактори.

Газоочисні установки, як правило, не дають прямого прибутку. Можливість використовувати продукт, що уловлюється, покриває тільки незначну частину витрат. Тому в числі техніко-економічних показників варто враховувати биток від можливого забруднення атмосферного повітря у випадку відсутності очищення, що створює передумови встановлення рентабельності й очікуваного прибутку від упровадження систем і апаратів очищення викидів.

Техніко-економічна оцінка проводиться шляхом порівняння показників впроваджуваного об’єкта пилогазоочищення з кращими діючими аналогами.

Оцінка ефективності систем пилогазоочищення проводиться з використанням наступних показників:

Ступінь або ефективність очищення газів — це відношення кількості уловленого забруднюючої речовини до кількості, що надходить в апарат, визначається по формулі:

де Мул, Мвх, Мвих — відповідно кількість уловленого в апараті, що входить і виходить з апарата забруднюючої речовини, кг/з; Свх, Свих — концентрація забруднюючої речовини в одиниця об’єму сухого газу відповідно на вході і виході з апарата, г/м3; Qвх, Qвих — витрата газу відповідно на вході і виході з апарата, м3.

При роботі газоочисного апарата без витоків і підсмоктувань повітря, істотної зміни температури, тиску і вологості газу, що очищається, ступінь очищення визначається в такий спосіб:

Коефіцієнт проскакування — відношення кількості забруднюючої речовини, що виходить з викидами з апарата пилогазоочистки, до кількості, що поступили в нього:

Ступінь (ефективність) очищення і коефіцієнт проскакування виражаються в частках одиниці або в %.

Ефективність уловлювання часток пилу (ступінь очищення) залежить від її дисперсної сполуки. У першу чергу уловлюються великі частки пилу. Ефективність пиловловлюючого устаткування характеризується досяганням фракційним або парціальним ступенем очищення.

Фракційний ступінь очищення — відношення кількості пилу даної фракції, уловленої в апараті, до кількості вхідного пилу тієї ж фракції.

Парціальний ступінь очищення — відношення кількості часток даного розміру, уловлених в апараті, до кількості часток даного розміру на вході в апарат.

Найширше в практиці застосовуються апарати сухого інерційного очищення газів. Принцип дії цих апаратів складається в осадженні пилу в результаті зміни напрямку і швидкості руху газового потоку, що очищається, і терті часток пилу об стінки і поперечні перешкоди. Ці апарати відрізняються простотою конструкції і виготовлення.

Найпростішими установками для уловлювання крупнодисперсного пилу, що працюють за принципом гравітаційного осадження, є пилеосадні камери. Вони використовуються як перший ступінь очищення газів для уловлювання найбільших часток (30—100 мкм), дозволяють уникнути осадження пилу в газоходах і знижують навантаження на наступні ступіні очищення.

Пристрій і принцип дії пилеосадної камери показані на малюнку. Ступінь очищення залежить від часу перебування часток у камері. Частки, що рухаються в газовому потоці, опускаються під дією сили ваги на дно бункера. Швидкість газового потоку в пилеосадній камері не повинна викликати віднесення осілих часток пилу. У залежності від щільності, форми і розміру часток вона складає 1,7—7,0 м/с.

Рис. Пилоосадна камера:
1 — вхідний патрубок; 2 — корпус; 3 — вихідний патрубок; 4 — бункера для пилу

До числа сухих інерційних пиловловлювачів відносяться жалюзійні, вентиляторні і радіальні пиловловлювачі. Вони ефективно уловлюють частки розміром від 20—30 мкм. Більш тонке очищення від пилу забезпечується за допомогою циклонів. Циклон — один із широко розповсюджених пиловловлюючих апаратів, призначений для уловлювання часток розміром 5—20 мкм і більш.

Пристрій і принцип дії циклона показані на малюнку.

Рис. Циклон:
1 — вхідний патрубок; 2 — циліндрична частина корпуса; 3 — конічна частина корпуса; 4 — пиловипускний отвір; 5 — бункер для пилу; 6 — пиловий затвор; 7 — вихлопна труба; 8 — равлик, що розкручує; 9 - вихідний патрубок; 10 - нахилена кришка

Обертання газового потоку досягається шляхом його тангенціального введення в циклон або шляхом використання спеціального пристрою. У результаті дії відцентрових сил частки пилу, зважені в потоці газу, відкидаються на стінки корпуса циклона і випадають з потоку. Потік газу, що очищається, звільнений від пилу, продовжуючи обертатися, змінює напрямок руху на 180° і виходить з циклона через розташовану на осі вихлопну трубу. Частки пилу, що досягли стінок корпуса, опускаються під дією сили ваги і надходять у бункер. В міру наповнення бункера пил через пиловий затвор відвантажується на утилізацію або поховання. Очищене повітря через вихідний патрубок виділяється з циклона.

Швидкість газу, що рекомендується, у циліндричній частині циклона – 2,5 – 4,5 м/с.

До високоефективних типів апаратів сухого очищення газів відносяться фільтри.

В основі роботи фільтрів усіх видів лежить фільтрація запиленого повітря через пористу перегородку, у процесі якої частки пилу, зважені в газі, затримуються перегородкою, а газ безперешкодно проходить через неї.

Пористі перегородки можуть являти собою тканини, папір, волокнисті матеріали, кераміку, металеві сітки, зернисті шари.

Швидкість процесу фільтрування визначається перепадом тиску на пористій перегородці. В міру нагромадження на фільтрі часток пилу швидкість проходження газу поступово знижується. Перегородку необхідно періодично піддавати регенерації шляхом звільнення від уловленого пилу. Це істотно ускладнює експлуатацію фільтрів.

Ступінь очищення газу у фільтрі залежить від пористості фільтруючого матеріалу, товщини фільтруючого шару, обсягу фільтрувального матеріалу в одиниця об’єму фільтра і сумарного коефіцієнта захоплення частки пилу фільтруючим волокном, величина якого у свою чергу залежить від механізму процесу фільтрування.

Тканинні фільтри призначені для очищення їх від твердих часток газів плавильних печей, що відходять, підприємств чорної і кольорової металургії, печей випалу в скляній і керамічній промисловості і котельнях. Як фільтруючий матеріал застосовують бельтинг, лавсан, капрон і ін.

Найбільш розповсюдженим типом тихорєцького фільтра є рукавний фільтр (малюнок).

Рис. Рукавний фільтр:
1 — вхід запиленого газу; 2 — рукава; 3 — корпус фільтра; 4 — повітровод очищених газів; 5 — повітровод продувного повітря; 6 — механізм струшування; 7 — клапани; 8 — бункер для збору пилу

Запилений газ, що надходить через вхідний патрубок у нижню частину корпуса фільтра, підводиться усередину рукавів. Після проходження через фільтруючу тканину очищене повітря віддаляється з апарата.

Частки пилу осідають на фільтруючій поверхні рукава, у результаті чого його опір поступово збільшується. Коли він досягає деякого граничного значення, фільтр переводиться в режим регенерації. Найчастіше регенерація здійснюється зворотною продувкою. Для підвищення ефективності регенерації рукавів їх можуть струшувати за допомогою спеціальних механізмів.

Ступінь очищення від мелкодисперсного пилу в рукавному фільтрі може досягати 99,9%. Швидкість проходження газу, що очищується, через фільтруючу тканину складає 0,5-1 м/с.

Волокнисті фільтри призначені для очищення від пилу слабозапилених потоків повітря з концентрацією пилу не більш 5 мг/м3. Вони являють собою пористі перегородки, складені з безладно розташованих рівномірно розподілених по перетині волокон (малюнок).

Рис. Волокнистий фільтр:
1 — вхід газу; 2 — вихід газу; 3 — бічна стінка; 4 — фільтруючий матеріал

Через глибоке проникнення часток пилу, що уловлюються, усередину пористого матеріалу регенерація волокнистих фільтрів утруднена. По закінченні терміну служби відпрацьований фільтруючий матеріал, звичайно заміняється новим.

У волокнистих фільтрах використовуються як природні, так і спеціально виготовлені волокна товщиною від 0,01 до 100 мкм (відходи текстильного виробництва, жужільна вата, скловолокно й ін.). Ступінь очищення при уловлюванні мєлкодисперсного пилу може досягати 99%. Швидкість фільтрації, що рекомендується – 0,01 – 0,1 м/с.

Зернисті фільтри застосовуються при очищенні газів з високими температурами (до 500—800° С) в умовах агресивного середовища при різких змінах тиску і температури. Вони являють собою ємність, заповнену фільтруючим матеріалом, у якості якого можуть бути застосовані пісок, щебінь, шлак, обпилювання, крихта руди, вугілля, графіту, пластмас і ін. Як фільтруючий шар у зернистих фільтрах використовуються насипні матеріали.

Зернисті фільтри застосовуються для уловлювання пилу, що злипається й абразивного пилу у тих випадках, коли утруднене застосування апаратів іншого типу.

Різновидом зернистих фільтрів є фільтри сорбуючого очищення, де як фільтруюче завантаження використовуються каталізатори і сорбенти. Сорбуючі фільтри призначені для уловлювання газоподібних домішок.

У залежності від виду пилу, що уловлюється, і зерен фільтра ступінь очищення може досягати 95 – 99,5%, швидкість фільтрації – 15 – 35 м/с.

Електрофільтри призначені для очищення промислових газів від твердих часток, що виділяються при різних технологічних процесах. Ці апарати незамінні при очищенні викидів цементних, вапняних, гіпсових і інших виробництв, де утримуються пилоподібні частки, що піддаються схоплюванню при контактах з вологою. Уловлений в електрофільтрах пил є коштовним готовим продуктом або вторинною мінеральною сировиною.

До переваг електрофільтрів відноситься високий ступінь очищення, що досягає 99%, можливість уловлювання часток широкого діапазону розмірів, стабільна робота при високій запиленості і температурі газу, висока продуктивність і можливість повної автоматизації процесу очищення.

До недоліків електрофільтрів варто віднести високу чутливість до параметрів газу, що очищається, (температура, вологість, електричний опір), неможливість використання для очищення вибухо- і пожежонебезпечних сумішей, відносно високу вартість апарата і підвищені вимоги до техніки безпеки при експлуатації.

Установка для електростатичного очищення викидів складається з електрофільтру, агрегатів харчування, системи транспортування уловленого пилу.

Електрофільтр (малюнок) монтується в металевому корпусі прямокутного перетину. Усередині нього розташовуються осажуючі і короніруючі електроди. На вході в електрофільтр установлюється газорозподільний пристрій, що забезпечує рівномірний розподіл газу в активній зоні апарата. У нижній частині корпуса встановлені бункери для збору і системи для транспортування пилу.

Рис. Електрофільтр:
1 — корпус; 2 — осаджуючі електроди; 3 — короніруючі електроди; 4 — газорозподільний пристрій; 5 — бункери для збору пилу; 6 — система транспортування пилу

Основою процесу очищення є іонізація пилоподібних часток і молекул газу під впливом електростатичного поля. Заряджені часточки осідають на поверхню електрода з протилежним електричним зарядом. Обложені частки видаляються з електродів струшуванням або промивною водою. Уловлений пил (шлам) надходить у бункер електрофільтра і далі в систему видалення.

У залежності від конструкції електрофільтра швидкість проходження газів, що очищаються, коливається в межах 0,8 – 1,7 м/с.

Мокре очищення викидів є одним з найбільш ефективних і широко розповсюджених методів пилегазовловлення. При мокрому очищенні досягається високий ступінь витягу твердих, рідких і газоподібних домішок.

Основою процесу мокрого очищення є осадження часток пилу на краплях або на шарі рідини. Як рідина найчастіше використовується вода. Апарати мокрої газоочистки відрізняються простотою конструкції й експлуатації, та невисокою вартістю. У них можна очищати викиди будь-якої вологості, а також пожежо- і вибухонебезпечні суміші.

До недоліків мокрого способу пило-газоочистки варто віднести: утворення стічних вод і шламу, що вимагають подальшої обробки; корозію устаткування при впливі агресивних зволожених газів і рідини; відносно високі питомі витрати електроенергії.

Найпростішим апаратом мокрого очищення викидів є форсунковий скрубер. Він призначений для уловлювання часток розміром більш 10—15 мкм, а також для охолодження і зволоження викидів, що очищаються.

Форсунковий скрубер (на малюнку) являє собою циліндричну ємність, оснащену патрубками для підведення і відводу очищеного повітря. У верхній частині корпуса розташовані один або кілька ярусів форсунок для розпилення рідини, що зрошує. Рідина у виді дощу з діаметром крапель 0,6—1 мм як би промиває газ, що очищається, що рухається противотоком, тобто знизу нагору, зі швидкістю 0,7—1,5 м/с. При великих швидкостях відбувається винос вологи і відкладення пилу на внутрішніх поверхнях вихідного патрубка скрубера. Питома витрата води в скруберах складає 1—6 л/м3.

У механічному скрубері розпилення рідини провадиться за допомогою обертового диска. У скрубері Вентури розпилення рідини відбувається за рахунок турбулентного руху потоку газу, що очищається, через конфузор труби Вентури (малюнок). Проходячи далі через інерційний краплеуловлювач, потік газу звільняється від крапель рідини, що утримують частки пилу, звідкіля рідина виділяється через гідрозатвор.

Рис. Форсунковий скрубер:
1 — циліндричний корпус; 2 — вхідний патрубок; 3 — патрубок для відводу очищеного газу; 4 — підведення води на зрошення; 5 — контрольно-вимірювальні прилади параметрів води; 6 — регулююча засувка; 7 — форсунки верхнього і нижнього ярусу зрошення; 8 — гідрозатвор

Рис. Скрубер Вентури:
1 — вхід газу, що очищається; 2 – вихід очищеного газу; 3 – пристрій, що зрошує; 4 – конфузор труби Вентури; 5 – горловина; 6 – дифузор; 7 – краплеуловитель; 8 – гідрозатвор

Розмір часток, що уловлюються в скрубері Вентури, — від 0,2 мкм і вище. При цьому ступінь очищення може досягати 96—99%. Швидкість газу в горловині труби Вентури досягає 100—180 м/с, питома витрата рідини, що зрошує – 0,5 – 1,5 л/м3.

Принцип дії і конструкція відцентрового скрубера аналогічні циклонові (малюнок). Під впливом відцентрових сил, що виникають при обертанні газового потоку в апараті, частки пилу відкидаються на спіраль скрубера, відкіля змиваються рідиною, що подається через сопла, розташовані по окружності у верхній частині корпуса.

Рис. Відцентровий скрубер:
1 — тангенціальний патрубок для входу газу, що очищається; 2 – вихід очищеного газу; 3 – система подачі води; 4 – циліндричний корпус; 5 – гідрозатвор.

Швидкість газу в циліндричному перетині корпуса досягає 4—5 м/с; ступінь очищення досить високий і залежить від розміру і щільності частки пилу, а також діаметра відцентрового скрубера.

Барботажні пінні апарати призначені для очищення невеликих об’ємів газу від часток пилу розміром не менш 5 мкм.

Процес барботажа складається в проходженні газу, що очищається, через шар рідини.

Барботажний пінний апарат (малюнок) являє собою корпус, перегороджений горизонтальними ґратами з рівномірно розташованими дрібними отворами. Запилений газ подається під ґрати і виділяється з верхньої частини апарата.

Рис. Барботажний пінний апарат:
1 — корпус; 2 — вхід газу, що очищається; 3 – вихід очищеного газу; 4 – зрошувач; 5 – відвід рідини в переливний відсік; 6 – ґрати; 7 – відвід рідини, що пройшла через ґрати

При швидкості газу до 1 м/с спостерігається барботажний режим, при якому повітря проходить через шар рідини у виді окремих пухирців. При підвищенні швидкості барботажний режим переходить у пінний.

Діаметр корпуса барботажного апарата звичайно складає 2—2,5 м, діаметр отворів ґрат — 4—8 мм, швидкість газів при проходженні ґрат 6—10 м/с.

Методи очищення промислових викидів від газо- і пароподібних домішок по характері протікання фізико-хімічних процесів підрозділяється на наступні групи:

  • промивання викидів розчинних домішок (адсорбція);

  • промивання викидів розчинами реагентів, що зв’язують домішки хімічно (хімосорбція);

  • поглинання газоподібних домішок твердими активними речовинами (адсорбція);

  • термічна нейтралізація шкідливих домішок газів, що відходять, (процеси спалювання);

  • каталітичне очищення газів;

  • біохімічне очищення газів.