Технические средства и технологии очистки выбросов
Очистка пылегазовых выбросов является основным мероприятием по защите и восстановлению воздушного бассейна. Существуют различные методы очистки выбросов от твердых, жидких и газообразных примесей. На основе этих методов разработано большое количество устройств и аппаратов, при комплексном использовании которых может быть достигнута высокоэффективная очистка пылегазовых выбросов. В целях экономии производственных площадей эти устройства и аппараты раз-
198 Экология города мещают, как правило, в верхних ярусах цехового пространства. Извлеченные из пылегазовых выбросов вещества обычно являются либо готовым продуктом, либо ценным видом вторичного сырья. Для очистки газов от твердых и жидких частиц применяют технологии сухой инерционной очистки газов, мокрой очистки газов, фильтрации, электростатического осаждения. Для очистки газов от газо- и парообразных компонентов применяют методы абсорбции, адсорбции, термическую и термокаталитическую очистку, биохимические реакторы. К основным требованиям, предъявляемым к аппаратам пыле- и газоочистки, относятся высокая эффективность и эксплуатационная надежность. Следует учитывать, что чем выше требуемая степень очистки газов и чем мельче улавливаемые частицы, тем большими оказываются удельные капитальные затраты на сооружение установок и расходы на их эксплуатацию. Для обеспечения оптимального выбора технологии и конструкции аппарата очистки выбросов проводится технико-экономическая оценка. Газоочистные установки, как правило, не дают прямой прибыли. Возможность использовать улавливаемый продукт покрывает только незначительную часть затрат. Поэтому в числе технико-экономических показателей следует учитывать предотвращенный ущерб от возможного загрязнения атмосферного воздуха в случае отсутствия очистки, что создает предпосылки установления рентабельности и ожидаемой прибыли от внедрения систем и аппаратов очистки выбросов. Технико-экономическая оценка проводится путем сравнения показателей внедряемого объекта пылегазоочистки с лучшими действующими аналогами. Оценка эффективности систем пылегазоочистки проводится с использованием следующих показателей: Степень или эффективность очистки газов — это отношение количества уловленного загрязняющего вещества к количеству, поступающему в аппарат, определяется по формуле:
где Мул, Мвх, Мвых — соответственно количество уловленного в аппарате, входящего и выходящего из аппарата загрязняющего вещества, кг/с; Свх, Свых — концентрация загрязняющего вещества в единице объема сухого газа соответственно на входе и выходе из аппарата, г/м3; Qвх, Qвых — расход газа соответственно на входе и выходе из аппарата, м3. При работе газоочистного аппарата без утечек и подсосов воздуха, существенного изменения температуры, давления и влажности очищаемого газа степень очистки определяется следующим образом:
Раздел 4. Воздушная среда города 199 Коэффициент проскока — отношение количества загрязняющего вещества, выходящего с выбросами из аппарата пылегазоочистки, к количеству, поступившему в него:
Степень (эффективность) очистки и коэффициент проскока выражаются в долях единицы или в %. Эффективность улавливания частиц пыли (степень очистки) зависит от ее дисперсного состава. В первую очередь улавливаются крупные частицы пыли. Эффективность пылеулавливающего оборудования характеризуется достигаемой фракционной или парциальной степенью очистки. Фракционная степень очистки — отношение количества пыли данной фракции, уловленной в аппарате, к количеству входящей пыли той же фракции. Парциальная степень очистки — отношение количества частиц данного размера, уловленных в аппарате, к количеству частиц данного размера на входе в аппарат. Наиболее широко в практике применяются аппараты сухой инерционной очистки газов. Принцип действия этих аппаратов состоит в осаждении пыли в результате изменения направления и скорости движения очищаемого газового потока и ударения частиц пыли о стенки и поперечные преграды. Эти аппараты отличаются простотой конструкции и изготовления. Простейшими установками для улавливания крупнодисперсной пыли, работающими по принципу гравитационного осаждения, являются пылеосадитель-ные камеры. Они используются в качестве первой ступени очистки газов для улавливания наиболее крупных частиц (30—100 мкм), позволяют избежать осаждения пыли в газоходах и снижают нагрузку на последующие ступени очистки. Рис. 4.7. Пылеосадительная камера: 1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 — выходной патрубок; 4 — бункера для пыли Устройство и принцип действия пылеосадительной камеры показаны на рис. 4.7. Степень очистки зависит от времени пребывания частиц в камере. Частицы, движущиеся в газовом потоке, опускаются под действием силы тяжести на дно бункера. Скорость газового потока в пылеосадительной камере не должна вызывать уноса осевших частиц пыли. В зависимости от плотности, формы и размера частиц она составляет 1,7—7,0 м/с.
200 Экология города К числу сухих инерционных пылеуловителей относятся жалюзийные, вентиляторные и радиальные пылеуловители. Они эффективно улавливают частицы размером от 20—30 мкм. Более тонкая очистка от пыли обеспечивается с помощью циклонов. Циклон — один из широко распространенных пылеулавливающих аппаратов, предназначенный для улавливания частиц размером 5—20 мкм и более. Устройство и принцип действия циклона показаны на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Циклон: 1 — входной патрубок; 2 — цилиндрическая часть корпуса; 3 — коническая часть корпуса; 4 — пылевыпускное отверстие; 5 — бункер для пыли; 6 — пылевой затвор; 7 — выхлопная труба; 8 — раскручивающая улитка; 9 — выходной патрубок; 10 — наклонная крышка Вращение газового потока достигается путем его тангенциального ввода в циклон или путем использования специального завихрителя. В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса циклона и выпадают из потока. Очищаемый поток газа, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, изменяет направ-
Раздел 4. Воздушная среда города 201 ление движения на 180° и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, опускаются под действием силы тяжести и поступают в бункер. По мере наполнения бункера пыль через пылевой затвор отгружается на утилизацию или захоронение. Очищенный воздух через выходной патрубок отводится из циклона. Рекомендуемая скорость газа в цилиндрической части циклона — 2,5— 4,5 м/с. Диаметр циклона не следует задавать более 1000 мм. Для повышения эффективности очистки циклоны компонуют в группы с общим подводом и отводом очищаемого воздуха. Такие циклоны называют батарейными. Этим достигается существенная экономия капитальных и эксплуатационных затрат. К высокоэффективным типам аппаратов сухой очистки газов относятся фильтры. В основе работы фильтров всех видов лежит фильтрация запыленного воздуха через пористую перегородку, в процессе которой частицы пыли, взвешенные в газе, задерживаются перегородкой, а газ беспрепятственно проходит через нее. Пористые перегородки могут представлять собой ткани, бумагу, волокнистые материалы, керамику, металлические сетки, зернистые слои. В отличие от аппаратов инерционной очистки фильтры могут с достаточной эффективностью задерживать частицы любого размера. Наиболее целесообразно использовать фильтры для улавливания частиц пыли размером менее 5 мкм. Скорость процесса фильтрования определяется перепадом давления на пористой перегородке. По мере накопления на фильтре частиц пыли скорость прохождения газа постепенно снижается. Перегородку необходимо периодически подвергать регенерации путем освобождения от уловленной пыли. Это существенно осложняет эксплуатацию фильтров. Степень очистки газа в фильтре зависит от пористости фильтрующего материала, толщины фильтрующего слоя, объема фильтровального материала в единице объема фильтра и суммарного коэффициента захвата частицы пыли фильтрующим волокном, величина которого в свою очередь зависит от механизма процесса фильтрования. Тканевые фильтры предназначены для очистки их от твердых частиц отходящих газов плавильных печей предприятий черной и цветной металлургии, печей обжига в стекольной и керамической промышленности и котельных. В качестве фильтрующего материала применяют бельтинг, лавсан, капрон и др. Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукавный фильтр (рис. 4.9).
202 Экология города
Рис. 4.9. Рукавный фильтр: 1 — вход запыленного газа; 2 — рукава; 3 — корпус фильтра; 4 — воздуховод очищенного газа; 5 — воздуховод продувочного воздуха; 6 — механизм встряхивания; 7 — клапаны; 8 — бункер для сбора пыли Запыленный газ, поступающий через входной патрубок в нижнюю часть корпуса фильтра, подводится внутрь рукавов. После прохождения через фильтрующую ткань очищенный воздух удаляется из аппарата. Частицы пыли оседают на фильтрующей поверхности рукава, в результате чего его сопротивление постепенно увеличивается. Когда оно достигает некоторого предельного значения, фильтр переводится в режим регенерации. Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Для повышения эффективности регенерации рукавов их могут встряхивать при помощи специальных механизмов. Камеры фильтра переводят в режим регенерации по очереди и таким образом обеспечивают его непрерывную работу. Степень очистки от мелкодисперсной пыли в рукавном фильтре может достигать 99,9%. Скорость прохождения очищаемого газа через фильтрующую ткань составляет 0,5 — 1 м/с. Волокнистые фильтры предназначены для очистки от пыли слабозапыленных потоков воздуха с концентрацией пыли не более 5 мг/м3. Они представляют собой пористые перегородки, составленные из беспорядочно расположенных равномерно распределенных по сечению волокон (рис. 4.10).
Раздел 4. Воздушная среда города 203
Рис. 4.10. Волокнистый фильтр: 1 — вход газа; 2 — выход газа; 3 — боковая стенка; 4 — фильтрующий материал Из-за глубокого проникновения улавливаемых частиц пыли вглубь пористого материала регенерация волокнистых фильтров затруднена. По окончании срока службы отработавший фильтрующий материал обычно заменяется новым. В волокнистых фильтрах используются как естественные, так и специально изготовленные волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм (отходы текстильного производства, шлаковая вата, стекловолокно и др.). Степень очистки при улавливании мелкодисперсной пыли может достигать 99%. Рекомендуемая скорость фильтрации — 0,01 — 0,1 м/с. Зернистые фильтры применяются при очистке газов с высокими температурами (до 500—800 °С) в условиях агрессивной среды при резких изменениях давления и температуры. Они представляют собой емкость, заполненную фильтрующим материалом, в качестве которого могут быть применены песок, щебень, шлак, опилки, крошка руды, угля, графита, пластмасс и др. В качестве фильтрующего слоя в зернистых фильтрах используются насыпные материалы. Зернистые фильтры применяются для улавливания слипающихся и абразивных пылей в тех случаях, когда затруднено применение аппаратов другого типа. В некоторых случаях в зернистых фильтрах возможен возврат фильтрующего слоя в технологический процесс, если в качестве зерен используется исходное сырье (частицы угля, используемые в качестве зерен фильтра при очистке воздуха от угольной пыли, можно возвращать в топку котла). Разновидностью зернистых фильтров являются фильтры сорбционной очистки, где в качестве фильтрующей загрузки используются катализаторы и сорбенты. Сорбционные фильтры предназначены для улавливания газообразных примесей. В зависимости от вида улавливаемой пыли и зерен фильтра степень очистки может достигать 95—99,5%, скорость фильтрации — 15 — 35 м/с.
204 Экология города Электрофильтры предназначены для очистки промышленных газов от твердых частиц, выделяющихся при различных технологических процессах. Эти аппараты незаменимы при очистке выбросов цементных, известковых, гипсовых и других производств, где содержатся пылевидные частицы, подверженные схватыванию при контактах с влагой. Уловленная в электрофильтрах пыль является ценным готовым продуктом или вторичным минеральным сырьем. К преимуществам электрофильтров относится высокая степень очистки, достигающая 99%, возможность улавливания частиц широкого диапазона размеров, стабильная работа при высокой запыленности и температуре газа, высокая производительность и возможность полной автоматизации процесса очистки. К недостаткам электрофильтров следует отнести высокую чувствительность к параметрам очищаемого газа (температура, влажность, электрическое сопротивление), невозможность использования для очистки взрыво- и пожароопасных смесей, относительно высокую стоимость аппарата и повышенные требования к технике безопасности при эксплуатации. Установка для электростатической очистки выбросов состоит из электрофильтра, агрегатов питания, системы транспортировки уловленной пыли. Электрофильтр (рис. 4.11) монтируется в металлическом корпусе прямоугольного сечения. Внутри него располагаются осадительные и коронирующие электроды. На входе в электрофильтр устанавливается газораспределительное устройство, обеспечивающее равномерное распределение газа в активной зоне аппарата. В нижней части корпуса установлены бункера для сбора и системы для транспортировки пыли.
Раздел 4. Воздушная среда города 205 Основой процесса очистки является ионизация пылевидных частиц и молекул газа под воздействием электростатического поля. Заряженные частички оседают на поверхность электрода с противоположным электрическим зарядом. Осажденные частицы удаляются с электродов встряхиванием или промывной водой. Уловленная пыль (шлам) поступает в бункер электрофильтра и далее в систему удаления.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Технические средства и технологии очистки выбросов» з дисципліни «Екологія міста»
