Аппараты и методы очистки пылегазовых выбросов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………...3

Аппараты и методы очистки  пылегазовых выбросов …………....4

Разработанная и произведенная номенклатура промышленных воздушных фильтров и пылеуловителей, их схемы и описания…..23

Заключение……………………………………………………........27

Список использованной литературы……………………………...28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Длительное время локальные  загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого  воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями. Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возможности  природы к их разбавлению и  нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы. Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в  атмосферу. На действующих и новых  предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. В настоящее  время продолжается поиск более  совершенных способов их очистки. Классификация  методов и аппаратов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей является приближенной. Она не охватывает всех существующих методов и тем  более аппаратов для газоочистки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аппараты и методы очистки  пылегазовых выбросов

Основной физической характеристикой  примесей атмосферы является концентрация — масса (мг) вещества в единице  объема (м3) воздуха при нормальных условиях.

Концентрация примесей (мг/м3) определяет физическое, химическое и  другие воздействия веществ на окружающую среду  и человека и служит основным параметром при нормировании содержания примесей в атмосфере.

Классификация пылеулавливающего  оборудования основана на принципиальных особенностях механизма отделения  твердых частиц от газовой фазы.

Пылеулавливающее оборудование разнообразно и может быть разделено  на 4 типа:

Аппараты сухой очистки

Аппараты мокрой очистки

Аппараты фильтрационной очистки

Аппараты электрофильтрационной  очистки

Простыми и широко распространенными  являются аппараты сухой очистки  воздуха и газов от крупной  неслипающейся пыли.

К их числу относятся разнообразные  по конструкции циклоны, принцип  действия которых основан на использовании  центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха 

Газы, подвергаемые очистке, вводятся через патрубок по касательной  к внутренней поверхности корпуса. За счет тангенциального подвода  происходит закрутка газопылевого потока. Частицы пыли отбрасываются к  стенке корпуса и по ней ссыпаются  в бункер. Газ, освободившись от пыли, поворачивает на 180° и выходит  из циклона через трубу.

Циклон такой конструкции  разработан НИИОГАЗом и предназначен для улавливания сухой пыли аспирационных  систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки  газов и устанавливать перед  фильтрами или электрофильтрами.

Для очистки газа от пыли используются цилиндрические (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и конические (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М  и СДК-ЦН-33) циклоны.

Для очистки больших масс газов используются батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно  установленных циклонных элементов, расположенных в одном корпусе  и имеющих общий подвод и отвод  газов. Эффективность работы батарейных циклонов на 20—25% ниже, чем у одиночных, что объясняется перетоком газов  между циклонными элементами.

Для разделения газового потока на очищенный и обогащенный пылью  газ используют жалюзийные пылеотделители.

Отделение частиц пыли от основного  газового потока на жалюзийной решетке  происходит под действием инерционных  сил, которые заставляют частицы  пыли двигаться вдоль жалюзийной решетки, а также за счет отражения  частиц от поверхности решетки при соударении.

Очищенный от пыли поток  воздуха проходит через отверстия  жалюзийной решетки. Обогащенный пылью  газовый поток направляется в  циклон, где очищается от пыли, и  подводится в очищенный поток  газа за жалюзийной решеткой. Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой  конструкции, хорошо компонуются в газоходах и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,8 для частиц размером более 20 мкм. Они применяются для очистки дымовых газов от крупнодисперсной пыли при температуре до 450—600°С.

Ротационные пылеуловители  предназначены для очистки воздуха  от частиц размером более 5 мкм и  относятся к аппаратам центробежного  действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от пыли.

Вентиляторное колесо обеспечивает подачу содержащего пыль воздуха  или газа, причем частицы пыли, обладающие большей массой, под действием  центробежных сил отбрасываются  к стенке спиралеобразного кожуха и  движутся вдоль нее в направлении  пылеприемного отверстия, через  которое они отводятся в пылевой  бункер, а очищенный газ поступает  в отводящий патрубок.

На этом же принципе действия основаны и более сложные противопоточные  ротационные пылеотделители.

Аппараты ротационного типа отличаются компактной конструкцией, так как вентилятор и пылеуловитель  совмещены в одном корпусе, и  обеспечивают достаточно высокую эффективность  очистки воздуха или газа, содержащих сравнительно крупные частицы пыли размером более 20—40 мкм.

Аппараты мокрой очистки  газов, или скрубберы, широко распространены, так как отличаются высокой эффективностью очистки от частиц мелкодисперсной  пыли с размером более 0,3—1,0 мкм, а  также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов.

Принцип действия основан  на осаждении частиц пыли на поверхности  капель или пленки жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов).

Комплексная очистка газов  — это достоинство аппаратов  мокрой очистки — полых форсуночных  скрубберов.

Простыми по конструкции  являются полые или форсуночные  скрубберы, в которых запыленный газовый поток по патрубку направляется на зеркало жидкости, на котором  осаждаются наиболее крупные частицы  пыли. Затем запыленный газ, равномерно распределенный по сечению корпуса, поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой в скруббер через форсуночные пояса, которые образуют несколько завес из распыленной на капли орошающей жидкости. Аппараты этого типа работают по принципу противотока.

Очищаемый газ движется навстречу  распыляемой жидкости. Эффективность  очистки, достигаемая в форсуночных  скрубберах, невысока и составляет 0,6—0,7 для частиц с размером более 10 мкм. Одновременно с очисткой газ, проходящий через полый форсуночный  скруббер, охлаждается и увлажняется  до состояния насыщения.

Наряду с полыми скрубберами  широко используются насадочные скрубберы, представляющие собой колонны, заполненные  специальными насадками в виде колец  или шариков, изготовленных из пластмассовых  или керамических элементов или  крупный шлак и щебень. Насадка  может распределяться в виде отдельных  регулярных слоев или беспорядочно.

За счет насадки скруббер обладает хорошо развитой поверхностью контакта между газом и орошающей  жидкостью, пленка которой образуется на элементах насадки и постоянно  разрушается, перетекая с одного элемента насадки на другой.

Элементы, используемые в  качестве насадки, обладают большой  удельной поверхностью, т. е. поверхностью, приходящейся на единицу объема насадки. Такими элементами часто являются кольца Рашига, представляющие собой керамические или пластмассовые полые цилиндры, или свободно перемещающиеся полые  или сплошные шары из пластмассы или  резины диаметром 20—40 мм.

Насадочные скрубберы  используются в основном для предварительного охлаждения газа, улавливания тумана или хорошо растворимой пыли, например, сульфата натрия, присутствующего в  дымовых газах содорегенерационных  котлоагрегатов.

Для мокрой очистки нетоксичных  или невзрывоопасных газов от пыли применяют центробежные скрубберы, в которых частицы пыли отбрасываются  на пленку жидкости центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенциального расположения входного патрубка в корпусе.

Пленка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создается подачей воды через распределительное устройство и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата, скорости газа во входном патрубке и дисперсности пыли.

Наиболее распространенными  аппаратами мокрой очистки газов  являются скрубберы Вентури, которые  состоят из орошающей форсунки, трубы  Вентури и каплеуловителя.

Труба Вентури состоит  из сужающегося участка (конфузора), в который подается очищаемый  газ, и из расширяющегося участка (диффузора). Орошающая жидкость подается при  помощи форсунок, распыляющих ее на капли, движущиеся со скоростью 30—40 м/с. Этот поток капель увлекает очищаемые  газы. В трубе Вентури происходит осаждение частиц пыли на каплях жидкости, которое зависит от поверхности  капель и скорости частиц жидкости и пыли в диффузорной части. Степень  очистки в значительной мере зависит  от равномерности распределения  капель жидкости по сечению конфузорной  части трубы Вентури. В диффузорной  части скорость потока снижается  до 15—20 м/с и подается в каплеуловитель. Каплеуловитель представляет собой  прямоточный циклон. Скрубберы Вентури  обеспечивают высокую эффективность  очистки аэрозолей (до 99%) со средним  размером частиц 1—2 мкм при начальной  концентрации примесей до 100 г/м³.

К мокрым пылеуловителям относятся  барботажно-пенные пылеуловители с  провальной и переливной решетками.

В таких аппаратах очищаемый  газ подается под решетку и  проходит через слой жидкости, очищаясь от частиц пыли. При скоростях очищаемого воздуха или газа, не превышающих 1 м/с, последний пробулькивает через  слой орошающей жидкости в виде отдельных  пузырьков. Такой режим работы аппарата называется барботажным. Увеличение скорости очищаемого газа в корпусе аппарата до 2—2,5 м/с приводит к возникновению пенного слоя над слоем жидкости, что повышает эффективность очистки газа за счет более интенсивного перемешивания газовой и жидкой фаз. Современные барботажно-пенные пылеуловители обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли до 0,95—0,96.

Недостатком таких аппаратов  является засорение решеток, что  приводит к снижению эффективности  очистки газов при их неравномерной  подаче под решетку, приводящей к  местному сдуву с нее слоя жидкости.

К недостаткам работы мокрых пылеуловителей следует отнести: образование  большого количества шламосодержащих  стоков, для обработки которых  необходимо специальное оборудование; наличие в очищенных газах  капель жидкости с частицами пыли, забивающие газоходы, дымососы и вентиляторы.

Для отделения очищенного воздуха от капель и брызг жидкости все сепараторы снабжены специальными устройствами. Простейшим способом удаления влаги из очищенного воздуха является расширение его потока, в результате чего происходит снижение скорости газа, и капли под действием силы тяжести отделяются.

Широко используются также  жалюзийные решетки из профилированных  пластин, установленные в потоке очищенных газов, соударяясь с которыми, капли теряют энергию и оседают. Такие решетки эффективны, но обладают повышенным гидравлическим сопротивлением и склонны к забиванию слипшейся  пылью. В качестве каплеуловителей  используются также циклоны.

Аппараты фильтрационной очистки предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения  частиц пыли на поверхности пористых фильтрующих перегородок.

Осаждение частиц в порах  фильтрующих элементов происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного процессов. Классификация фильтров основана на типе фильтровальной перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и т. д.

По типу перегородки фильтры  делятся:

·        с  зернистым слоем (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженные  слои);

·        с  гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др);

·        с  полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка);

·        с  жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы  и др.).

Выбор фильтрующих материалов зависит от очистки и условий  их работы: степени очистки, температуры, влажности, агрессивности газов, количества и размеров пыли.

Все используемые материалы  должны обладать высокой пылеемкостью (количеством пыли, оседающей на единице поверхности фильтрующего материала), стабильностью свойств  в условиях действия температуры  и влаги, механической и химической стойкостью, способностью легко освобождаться  от уловленной пыли в процессе регенерации, невысокой стоимостью.

Большинство промышленных фильтрующих  установок работают в двух режимах  — фильтрации и регенерации, т. е. очистки от уловленной пыли. Регенерация  повышает степень использования  фильтрационных материалов и удешевляет процесс очистки, и производится путем встряхивания, периодической  продувкой или промывкой.

В результате поры материалов освобождаются от уловленной пыли и  материал можно использовать повторно.

В системах промышленной газоочистки  широкое распространение нашли  рукавные фильтры непрерывного действия с импульсной продувкой, с цилиндрическими рукавами из шерстяной или синтетической ткани. Скорость прохождения газа через поры тканей, т. е. скорость фильтрации, невысока и составляет от 0,02 до 0,2 м/с.

Очистка (регенерация) фильтрационной ткани, из которой изготовлен рукав, производится периодической импульсной продувкой сжатым воздухом каждого  рукава по очереди. Такие фильтры  могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых может  быть от 4—6 до нескольких сотен рукавов. При очистке больших объемных расходов газов при небольших  скоростях фильтрации поверхность  фильтрующих рукавов достаточно велика, что приводит к большим  габаритам таких фильтров.

Аппараты электрофильтрационной  очистки предназначены для очистки  больших объемных расходов газа от пыли и тумана (масляного), в частности  дымовых газов содорегенерационных  котлоагрегатов. Конструкция таких  агрегатов отличается большим разнообразием, но принцип действия одинаков и основан  на осаждении частиц пыли в электрическом  поле.

Очищаемые газы проходят через  систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого (до 60 000 В) напряжения, благодаря коронному разряду  происходит ионизация частиц

Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов минеральных  масел, пластификаторов и т. п. разработаны  электрические туманоуловители  типа УУП. Они состоят из корпуса, в котором установлен блок электродов ФЭ (двухзонный электрофильтр), который  питается от источника напряжением 13 кВ. Подвод питания к электродам осуществляется через высоковольтные электроизоляторы с клеммами. Загрязненный воздух через входной патрубок, распределительную  решетку и сетку поступает  к блоку электродов, очищается  от примесей и, пройдя каплеуловитель, подается на выход. Примеси загрязнений, отделенные от воздуха, собираются в  воронках и сливаются через гидрозатворы. Туманоуловители УУП отличаются высокой эффективностью и низким гидравлическим сопротивлением.

Условием эффективной  работы электрофильтров является герметичность  камер, исключающая подсос воздуха, приводящий к вторичному уносу загрязнений. Достоинство электрофильтров —  высокая эффективность очистки  при соблюдении оптимальных режимов  работы, сравнительно низкие затраты  энергии, а недостаток — большая  металлоемкость и крупные габариты.

Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей. В настоящее время существует 2 типа газо- и пароулавливающих установок. Первый тип установок обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых концентрациях опасны для здоровья человека. Второй тип предназначен для промышленной очистки выбросов от больших количеств вредных примесей с последующей их концентрацией и дальнейшим использованием в качестве исходного сырья в различных технологических процессах. Установки второго типа являются составляющими элементами разрабатываемых перспективных малоотходных и безотходных технологий.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных и парообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят  на пять основных групп: промывка выбросов растворителя примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих  примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными  веществами (адсорбция); термическая  нейтрализация отходящих газов  и поглощение примесей с помощью  каталитического превращения.

Метод абсорбции обеспечивает очистку газовых выбросов путем  разделения газовоздушной смеси  на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных  примесей (абсорбатов), содержащихся в  этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Для удаления из технологических  выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, в качестве жидкого поглотителя  применяется вода. Растворимость  этих вредных веществ в воде составляет сотни граммов на 1 л воды. Растворимость в воде сернистого ангидрида или хлора не превышает сотых долей грамма на 1 л воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих эти вредные газы, требуются большие количества воды. В качестве абсорбентов используются и другие жидкости, например раствор сернистой кислоты для улавливания водяных паров или вязкие масла для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа.

Контакт очищаемых газов  с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой. В  зависимости от способа контакта "газ — жидкость" различают  следующие аппараты: насадочные башни; форсуночные и центробежные скрубберы; скрубберы Вентури; барботажно-пенные, тарельчатые и другие типы скрубберов.

Конструкция широко используемых для абсорбционной очистки противопоточных  насадочных башен аналогична конструкции  насадочного скруббера, который  может иметь несколько слоев  насадки, увеличивающей площадь  контакта газа с абсорбентом. Очищенный  газ обычно отводится в атмосферу, а жидкость, содержащую вредные растворимые  примеси, подвергают регенерации для  отделения вредных веществ, после  чего возвращают в аппарат или  отводят в качестве отхода.

Метод хемосорбции заключается  в поглощении вредных газовых  и паровых примесей, содержащихся в газовых выбросах, твердыми или  жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых  химических соединений. Этот метод  применяют при небольших концентрациях  вредных примесей в отходящих  газах. Методом хемосорбции осуществляют очистку газовоздушной смеси  от сероводорода с использованием мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов. Сероводород при этом связывается в соответствующей хемосорбенту соли, находящейся в водном растворе, регенерация которого осуществляется кислородом, содержащимся в очищенном воздухе, с образованием серы, которая может быть использована как сырье.

Очистка газов с помощью  хемосорбции осуществляется в насадочных башнях, пенных и барботажных скрубберах, распылительных аппаратах типа труб Вентури и в аппаратах с  различными механическими распылителями. Широко распространены скрубберы с  подвижной насадкой, аналогичные  по конструкции скрубберам. Насадка  в виде сплошных, полых и перфорированных  шаров, колец, полуколец, кубиков и  элементов другой формы совершает  пульсационное движение, что интенсифицирует  процесс взаимодействия очищаемых  газов с орошающей жидкостью, а также удаляет образующийся в результате химической реакции  осадок со стенок корпуса аппарата или опорной решетки. Такие аппараты эффективно очищают газовые выбросы, производительны и имеют низкое гидравлическое сопротивление.

Метод хемосорбции широко применяют для очистки отходящих  газов от окислов азота, образующихся при сжигании топлива, выделяющихся из ванн для травления и в других технологических процессах. Очистка  осуществляется в скрубберах с использованием в качестве хемосорбента известкового раствора. Эффективность очистки  от окислов азота составляет 0,17—0,86 и от паров кислот — 0,95.

Достоинство методов абсорбции  и хемосорбции заключается в  непрерывности ведения технологического процесса и экономичности очистки  больших количеств газовых выбросов. Недостаток — громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессе очистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеяния при отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных  аппаратов образуется большое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных  примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки.

Адсорбционный метод очистки  газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции  зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых  газов.

Поглощающая способность  адсорбента определяется наличием большого количества пор различного размера: микропоры, переходные и макропоры. Переходные поры выполняют роль каналов, подводящих поглощаемые примеси  к микропорам, их удельная поверхность  может составлять от 10 до 400 м²/г. Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивней протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от органических паров, поглощения неприятных запасов и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах в промышленных выбросах, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 102—103 м²/г. Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенных газов, механической прочностью и способностью к регенерации. Последнее свойство очень важно, так как при снижении давления или повышении температуры позволяет удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и адсорбируемый газ.

Аппараты адсорбционной  очистки работают периодически или  непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых  емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который проходит поток  очищаемого газа. Выбор конструкции  определяет расход очищаемого газа, размер частиц адсорбента, степень очистки и другие факторы. Вертикальные адсорберы отличаются небольшой производительностью. Производительность горизонтальных и кольцевых адсорберов достигает десятков и сотен тысяч м³/ч. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.

Адсорберы непрерывного действия представляют вертикальную многосекционную  колонну с движущимся сверху вниз адсорбентом, который проходит зоны охлаждения, поглощения, ректификации, нагрева и десорбции и вновь  возвращается в исходное положение. Газ поступает в зону поглощения и движется навстречу адсорбенту.

Установки периодического действия отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие скорости газа и  большие энергетические затраты  на его прокачку.

В установках непрерывного действия с подвижным слоем адсорбента полнее используется адсорбционная  способность адсорбента, обеспечивается процесс десорбции, однако имеются  значительные его потери за счет ударов частиц адсорбента друг о друга и истирания о стенки аппарата.

Термическая нейтрализация  обеспечивает окисление токсичных  примесей в газовых выбросах до менее  токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры  газов. Этот метод применяется при  больших объемах газовых выбросов и концентрациях загрязняющих примесей, превышающих 300 частей на миллион.

Различают три схемы термической  нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое  окисление при температурах 600—800°С и каталитическое сжигание при 250—450°С. Выбор схемы нейтрализации зависит  от химического состава загрязняющих веществ, их концентраций, начальной  температуры, газовых выбросов, объемных расходов и предельно допустимых выбросов вредных веществ.

Прямое сжигание следует  использовать только в тех случаях, когда отходящие газы содержат достаточно тепла, необходимого для осуществления  процесса и составляющего более 50% общей теплоты сгорания. В процессе прямого сжигания температура пламени  может достигать 1300°С, что при  наличии достаточного избытка воздуха  и продолжительном времени нахождения газа при высокой температуре  приводит к образованию окислов  азота. В результате при прямом сжигании одних вредных примесей образуются другие загрязняющие вещества.