Технологические меры борьбы с загрязнениями атмосферы
В связи с загрязнением атмосферы различными группами загрязняющих веществ (пылью, кислыми компонентами, оксидами углерода, галогенами и их соединениями, ртутью, растворителями, пестицидами и др.), различной концентрацией вредных примесей и их дисперсионным составом применяются разнообразные методы очистки пылегазовых смесей.
Для очистки газов от твердых дисперсных веществ применяются циклоны, электрофильтры, тканевые фильтры, абсорберы.
Для очистки газа в промышленности обычно применяет адсорбцию жидкостью или твердым веществом, химическое превращение вредных соединений в менее токсичные, в частности, путем сжигания (термического или каталитического).
Сухие пылеуловители. Циклоны. Широкое применение для сухой очистки газов получили циклоны различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4.
Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера через выходную трубу 3 (рис.1).
Циклоны изготавливаются цилиндрические (ЦН-11, ЦН-15. ЦН-2) и коническими (СК-ЦН-34, СДК-ЦН-33). Степень очистки в циклонах невелика и не превышает 95%, поэтому их часто применяют в комплексе с другим оборудованием, или в виде батарей (мультициклонов).
Ротационные пылеуловители относят к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм (4-1 групп по дисперсности). Обладают большой компактностью. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 3. Газ, обогащенный пылью, через пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4 (рис. 2). Перспективно использование ПРП - противопоточных ротационных пылеотделителей, состоящих из встроенного в кожух 1 полого ротора 2 с перфорированной поверхностью и колеса вентилятора 3. Ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал (рис.3).
Вихревые пылеуловители (ВПУ) способны очищать газ от тончайших фракций (<3-5 мкм), что позволяет им конкурировать с фильтрами.
Существуют две конструктивные разновидности ВПУ: соплового (рис.4а) и лопаточного (рис.4б) типов. Запыленный газ поступает в камеру 5 через изогнутый патрубок 4. Для предварительного закручивания запыленного газа в камеру 5 встроен лопаточный завихритель типа "розетки" 2. В ходе своего движения вверх к выхлопному патрубку газовый поток подвергается действию вытекающих из завихрителя 1 (наклонные сопла или наклонные лопатки) струй вторичного воздуха (чаще всего загрязненный или очищенный газ), которые придают потоку вращательное движение. Под действием центробежных сил частицы пыли устремляются к его периферии, откуда спиральными струями вторичного потока перемещаются к низу аппарата в кольцевое межтрубное пространство. Безвозвратный спуск пыли в бункер обеспечивается подпорной шайбой 3.
Радиальные пылеуловители используют для улавливания частиц крупнее 25-30 мкм (эффективность 65-85%). Отделение твердых частиц происходит при совместном действий гравитационных и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180° за срезом входной трубы 2 (рис.5).
Для разделения газового потока на очищенный газ и обогащенный пылью газ используют жалюзийные пылеотделители (рис.6). Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в жалюзийную решетку, а также за счет эффекта отражения частиц от поверхности решетки при соударении. Обогащенный пылью газ после жалюзийной решетки направляется к циклону, где очищается от частиц и вновь вводится в трубопровод за жалюзийной решеткой. Эффективность очистки 80% и более для частиц размером более 20 мкм.
Электрофильтры. Электрическая очистка - один из наиболее совершенных видов очистки газов от частиц пыли и тумана. Процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирущего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. В зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3. Напряжение (50 кВ) к электродам подается от выпрямителя 4 (рис.7). Основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде. Осевшая пыль периодически удаляется встряхиванием. Используются электрофильтры сухого и мокрого типов.
Фильтры. Широко используются для тонкой очистки газовых выбросов от примесей. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред.
По типу фильтрующие перегородки бывают с зернистыми слоями с гибкими пористыми перегородками, с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканные сетки, стружка, прессованные спирали), с жесткими пористыми перегородками (керамика, металлы и др.). По конструкции газовые фильтры делят на рукавные, ячейковые и рулонные.
Мокрые пылеуловители. Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, т к характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей (0,3-1 мкм). Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель жидкости либо пленки жидкости. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа, барботажно-пенные аппараты и др.
Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис 8) Основная часть скруббера - сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение.
К мокрым пылеуловителям относятся барботажно-пенные пылеуловители (рис.9). Эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 95-97%.
Очистка выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
Методы очистки от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на 5 групп:
промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция);
промывка выбросов .растворами реагентов, связывающих
примеси химически (хемосорбция);
- поглощение газообразных примесей твердыми активными
веществами (адсорбция);
термическая нейтрализация отходящих газов;
поглощение примесей путем применения каталитического
превращения.
Абсорбционный метод реализуется в скрубберах, орошаемых противоточных насадочных башнях. Поток газа орошается или проходит через слой растворителя.
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих малорастворимых соединении. Десорбция хемосорбента производится нагреванием. Очищают смеси от сероводорода, с применением мышьяково-щелочного раствора, очищают смеси от окислов азота с применением известкового раствора.
Метод адсорбции. Основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси.
В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества с большой удельной поверхностью (активированные угли, активированный глинозем, селикагель, цеолиты).
Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных компонентов (газы, пары, пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода, и высокой температуры. Высока эффективность обезвреживания, отсутствует шлам, низка стойкость очистки. Метод не применим для сжигания веществ, содержащих галогены, серу и фосфор из-за образования высокотоксичных продуктов.
Каталитическая нейтрализация используется для превращения токсичных компонентов промвыбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ - катализаторов.
Задание: обосновать применение определенного метода очистки предлагаемого преподавателем вида загрязнения; усвоить принципы работы аппаратов по очистке ПГС.
3. Рассеивание вредных веществ в атмосфере применяется для снижения концентрации компонента в районе его выброса. Применяется широко, хотя к эффективный методам защиты атмосферы его относить не следует.
На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают , состояние атмосферы, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота трубы, диаметр устья и т.п. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.
По мере удаления от трубы в направлении распространения промвыбросов выделяется три зоны загрязнения: 1) переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; 2) задымление с максимальным содержанием вредных веществ; 3) постепенное снижение уровня загрязнения (рис.10).
Рис. 10. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов
Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов предприятий является "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86".
Наибольшая концентрация каждого вредного вещества (Сm) в приземном слое воздуха не должна превышать ПДКм.р.
Максимальная концентрация загрязнения у земной поверхности достигается на оси факела выброса на расстоянии Хм (12…20 высот трубы) и рассчитывается по формуле:
где А - коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ, (для центральной части европейской территории А=180);
М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц (для газов и мелкодисперсных веществ равен 1, для пыли и золы в зависимости от степени очистки (ŋ) равен 2,5 при ŋ > 90% и 3 - при ŋ < 75%); m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода ПГС из устья трубы ( 0,8 < m < 1,5; 1 5 п < 3); Н -- высота трубы, м;
ΔT - разность температур выбрасываемой смеси (Тг) и воздуха (Тв), °С;
V1- обьем газовой смеси, м3/с;
Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу (ПДВ) - такой выброс его из одиночного источника, при котором обеспечивается концентрация загрязнения в приземном слое воздуха не превышающая ПДК.
При этом концентрация вредного вещества в отходящем газе около устья источника не должна превышать величины, определяемой по формуле:
Задание: уяснить зоны распределения концентраций при выбросе загрязнения из одиночного высокого источника, научиться рассчитывать См, ПДК, Смт, Н для условий выбросов, задаваемых преподавателем.
Минимальная высота трубы Н в первом приближении рассчитывается по формуле:
Материалы и оборудование: таблицы, схема устройств, справочники, счетная техника.