 |
Очистка атмосферного воздуха
|
|
|
|
Методы очистки газовых выбросов от гетерогенных примесей
В большинстве промышленных стран проблемы предотвращения загрязнения воздуха относятся к разряду важнейших и контролируются государством.
В серии мер, направленных на снижение уровня загрязнения воздуха, наиболее действенными являются технические методы. Все они направлены на минимизацию выбросов.
Среди них выделяют:
• применение совершенных методов очистки отходящих газов;
• замена источников энергии, приводящая к снижению выбросов, внедрение энергосберегающих технологий переработки топлива;
• замена сырья и переход на те его виды, которые содержат меньшее количество загрязняющих веществ;
• совершенствование технологических процессов за счет коренного изменения технологии производства для достижения минимальных выбросов.
В состав загрязняющих компонентов газа могут входить гетерогенные (твердые и жидкие частицы) и гомогенные примеси.
Твердые загрязняющие вещества образуются в результате природных явлений и техногенной деятельности человека. К природным загрязнителям относят космическую и метеоритную пыль; неорганическую (геологическую пыль, а также пыль, образующуюся при вулканической деятельности, природных пожарах, песчаных бурях и т.д.) и органическую (пыльца растений, планктон, семена растений и т.д.) пыль.
Источниками промышленной пыли служат крупные производства, например топливная промышленность. Получение тепловой, электрической энергии и пара базируется на сжигании твердых, жидких и газообразных топлив. В результате процессов горения в воздух поступает наибольшее количество твердых и газообразных выбросов. В газовую фазу выделяются частицы негорючих (минеральных) составляющих топлива или не полностью сгоревшие частицы органических компонентов в виде сажи или кокса.
|
|
|
Основными источниками твердых выбросов в металлургической промышленности (производство черных и цветных металлов и литье полупродуктов) является производство сырого чугуна (агломерация и доменные печи), производства стали (кислородные конверторы и тандем-печи), литейные производства, получение ферросплавов и вспомогательные процессы, такие, как коксование.
В промышленности цветных металлов большое количество пыли образуется при производстве алюминия (в зависимости от способа производства получают отходящие газы с температурой от 100 до 250 °С и содержанием пыли от 15 до 80 г/м3).
При работе обогатительных фабрик, проведении операций грохочения, сепарации, измельчения, сушки и гранулирования твердых материалов образуются мелкие частицы, которые уносятся потоком воздуха.
В машиностроительных производствах твердые выбросы, переходящие в газовую фазу, образуются на всех стадиях обработки металлов.
Еще один источник твердых загрязняющих материалов — предприятия строительной промышленности (производство цемента, кирпича и других строительных материалов). Самые крупные поставщики пыли в атмосферу — цементные заводы, известковые печи, установки по производству магнезита.
В химической промышленности значительное количество пыли образуется при производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений, сажи, пигментов органических красителей.
Жидкие загрязнения (туман, капли) образуются при конденсации паров, распылении или разливе жидкостей, в результате вторичных химических или фотохимических реакций.
Пары могут конденсироваться в результате охлаждения их в смеси с воздухом или другим неконденсирующимся газом. В зависимости от точки плавления конденсирующихся веществ образуются жидкие или твердые частицы, методы удаления которых во многом основаны на аналогичных принципах. Поэтому далее они будут рассмотрены совместно.
|
|
|
Различают четыре основные группы методов очистки промышленных газов от взвешенных частиц: сухая механическая газоочистка; мокрая газоочистка — промывка газа жидкостью, которая поглощает взвешенные в газе частицы; фильтрация газа; электрическая очистка газа.
Механические методы основаны на использовании в аппаратах силы тяжести или сил инерции.
Сухие механические сепараторы используют в своей работе действие силы тяжести. При небольшой скорости движения газового потока твердые частицы под действием силы тяжести будут оседать на дно аппаратов.
Широко применяются механические сепараторы, отличающиеся простотой конструкции и легкостью обслуживания. Простейшим сепаратором является осадительная емкость, где для удаления твердых частиц из газового потока используются силы гравитации. В осадительной камере скорость движения газа понижается и гетерогенные примеси оседают на дно аппарата (рис. 1). Для повышения эффективности работы аппаратов в них устанавливают перегородки. Путь движения газа удлиняется и эффективность процесса возрастает. Пылеосадительные камеры применяют для улавливания крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки не превышает 40 — 50 %.
|
Рис. 1. Пылеосадительные камеры с вертикальными перегородками:
1— корпус; 2— бункер; 3 — штуцер для удаления пыли; 4— полки; 5— перегородки
Инерционные пылеуловители. Если в пылеосадительных камерах устанавливают перегородки, то на взвешенные частицы при изменении направления движения газов наряду с силой тяжести действуют и силы инерции. Пыль, стремясь сохранить направление движения после изменения траектории движения потока газов, осаждается в бункере. При таком методе очистки частицы мыли крупнее 25—30 мкм улавливаются на 65 — 85%.
Циклонные сепараторы являются наиболее часто применяемыми аппаратами и характеризуются разнообразием конструкций, {апыленный газ вводится со значительной скоростью в цилиндрическую часть циклона через патрубок по касательной или по спирали к внутренней поверхности корпуса. В аппарате газ совершает вращательно-поступательное движение и движется по спирали вниз вдоль корпуса аппарата (рис. 2). Под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении газа, частицы пыли отбрасываются к периферии и образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа движется вниз и попадает в бункер (на рис. 2 бункер не показан). Отделение частиц пыли происходит в бункере под действием сил инерции при перемене направления движения газового потока на 180°. Освободившись от пыли, газ образует вторичный поток и выходит из циклона через выходную трубу.
|
|
|
очищенный газ
Запылен-
ный
газ
Рис. 2. Конструкция циклонного аппарата
Мокрые механические скрубберы предусматривают промывку газов водой. Они были разработаны на основе сухих скрубберов для повышения эффективности аппарата при работе с тонкодисперсной пылью. Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ: небольшая стоимость, высокая эффективность улавливания пыли, возможность применения для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм и работ при высокой температуре и со взрывоопасными газами. Однако они имеют и ряд недостатков: улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, следовательно, необходимо обрабатывать дополнительно сточные воды; в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.
| Рис. 4.3. Скруббер с мокрой системой очистки, применяемый в металлургии: |
I — искроуловитель; 2— водяная форсунка; 3 — ступень сепарации; 4— отражательная стенка; 5— выхлопной газоход; б — удаление осадка
На рис. 4.3 показана конструкция скруббера Вентури, применяемого в металлургической промышленности (так называемый «искроуловитель») и рассчитанного на очистку газов с температурой до 400 °С и начальной концентрацией пыли до 30 г/м3.
Вместо круглого сечения в данном скруббере применены прямоугольные конструкции, что позволяет увеличить пропускную способность аппарата. Вода из форсунок 2 проходит через разделительные ступени сепарации 3. Очищенные газы удаляются через газоход 5, а осадок собирается в нижней части скруббера.
|
|
|
В этих аппаратах даже для очень мелкой пыли достигаются высокие степени очистки 96 — 99 %. Недостатком конструкции является высокое гидравлическое сопротивление.
Метод фильтрации
Метод фильтрации основан на прохождении запыленных газов через различные фильтрующие материалы. В процессе фильтрации газа частицы пыли приближаются к поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются на них в результате действия сил диффузии и инерции. Твердые примеси, содержащиеся в газе, задерживаются на фильтрах, а газ проходит сквозь них и таким образом очищается. Со временем пыль, собранная в порах фильтра, накапливается. Образуется пылевой слой, который сам становится частью фильтрующей среды. Возрастает гидравлическое сопротивление, снижается скорость фильтрации и возникает необходимость в регенерации фильтра. Таким образом процесс фильтрации состоит из двух стадий: стадии очистки газов и стадии регенерации или очистки фильтра. В некоторых случаях отработанный фильтрующий материал не регенерируют, а заменяют на новый.
Преимущество метода фильтрации заключается в высокой эффективности очистки газов и сравнительно низкой стоимости оборудования. Недостаток метода состоит в высоком сопротивлении и быстром забивании фильтрующего материала пылью
|
|
|
