Защита атмосферы. 2

Защита атмосферы

Мероприятия по охране атмосферного воздуха условно можно разделить  на следующие группы: экологизация технологических процессов, очистка  пылегазовых выбросов, архитектурно-планировочные  и инженерно-организационные мероприятия.

Методы очистка пылегазовых выбросов.

Для очистки газов от пыли применяют  сухие, мокрые и электрические способы.

Сухие способы основаны на отделении пылеватых частиц от газового потока с помощью специального оборудования: пылеосадительных камер, циклонов, фильтров (тканевых, волокнистых, зернистых).

Мокрые способы очистки основаны на поглощении пыли водой, которая разбрызгивается форсунками или подается непрерывно против запыленного потока воздуха. При этом образуется большое количество сточных вод, которые должны подвергаться очистке.

Электрические способы применяют для улавливания цементной, гипсовой, угольной пыли. Основой процесса очистки является ионизация пылевидных частиц под воздействием электрического поля. Заряженные частички оседают на поверхность электрода с противоположным электрическим зарядом и удаляются с электродов путем встряхивания.

Архитектурно-планировочные мероприятия – комплекс приемов, включающих, выбор площадки для строительства промышленного предприятия, взаимное расположение предприятия и жилых кварталов, взаимное расположение цехов предприятия, организацию санитарно-защитных зон, устройство зеленых зон.

Промышленные предприятия должны быть расположены на ровном, возвышенном, хорошо проветриваемом месте, с подветренной стороны от жилых массивов. Цехи, выделяющие наибольшее количество загрязняющих веществ, следует располагать на краю производственной территории со стороны, противоположной жилому массиву. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветра в сторону жилых кварталов их выбросы не объединялись.

Промышленные предприятия должны быть отделены от жилых районов санитарно-защитной зоной (СЗЗ).

Размеры СЗЗ устанавливают по нормативам в зависимости от вредности и  мощности предприятия в пределах от 50 до 1000 м.

Нормативные размеры санитарно-защитных зон:

Класс опасности предприятия                        Размер СЗЗ, м

1                                                                                                                                         1000

2                                                                                                                                         500

3                                                                                                                                         300

4                                                                                                                                         100

5                                                                                                                                         50

СЗЗ нельзя рассматривать  как резервную территорию и использовать ее для расширения промышленной площадки. На территории СЗЗ допускается размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство – складов, гаражей, автостоянок и т.д.

Территория СЗЗ должна быть благоустроена и озеленена, растения, используемые для озеленения, должны быть эффективными в санитарном отношении и достаточно устойчивыми  к загрязнению атмосферы и  почв,

При проектировании озеленения СЗЗ следует отдавать предпочтение созданию смешанных, древесно-кустарниковых насаждений, обладающих большой биологической устойчивостью и высокими декоративными  достоинствами по сравнению с однородными посадками.

Инженерно-организационные мероприятия – снижение  интенсивности движения транспорта, увеличение высоты труб, повышение скорости движения газов по этим трубам, что приводит к большему рассеивающему эффекту.

Для снижения интенсивности движения автотранспорта устраивают объездные и окружные дороги вокруг городов и населенных пунктов, устройство развязок  пересечений дорог на разных уровнях, организация на основных магистралях движения по типу “зеленая волна”.

Увеличение высоты дымовых труб. Чем выше труба, тем лучше рассеивание пылегазовых выбросов в атмосфере. Необходимо отметить, что рассеивание вредных веществ в атмосфере является временным, вынужденным мероприятием, вызванным отсутствием методов очистки некоторых загрязнителей, а также тем, что существующие очистные аппараты не обеспечивают 100% очистку. Строительство высоких труб не решает проблему загрязнения, а переадресовывает свои загрязнения другим регионам. Самая высокая в мире дымовая труба высотой более 400м построена на медно-никелевом комбинате в Канаде. В нашей стране не рекомендуется строительство труб высотой более 150м. Повышение скорости движения в дымовой трубе способствует улучшению рассеивания дымовых газов. 

Физические принципы и параметры пылеулавливания

Многочисленные конструкции  аппаратов пылеулавливания, применяемых в настоящее время, покоится на нескольких основных физических принципах, излагаемых далее.

Осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные  пылеуловители. Устройства такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более .

Осаждение под действием  центробежной силы. Эта сила может  быть значительно больше силы тяжести. В пылеуловителях, основанных на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при тангенциальном вводе его в аппараты круглого сечения (в плане), называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5-10 мкм и более.

Фильтрация запыленного  газа через ткань – надежный способ улавливания очень тонких пылей.

Электростатистическое осаждение используют в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенным к нему постоянным током высокого напряжения (50-90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в циклонах, пылей, включая ультратонкие (порядка 0,1 мкм).

Промыватели. Частицы  задерживают на каплях и пленках  промывающих жидкостей. Как и  фильтры, они эффективны при улавливании  очень тонких пылей.

Перечисленные принципы позволяют разделить способы пылеулавливания на сухие и мокрые (сухие и мокрые пылеулавливатели).

Процесс очистки газов  от аэрозолей, независимо от способа  улавливания, характеризуется несколькими  основными параметрами: степень  очистки, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, стоимость аппарата и стоимость очистки.  

Пылеочистительная аппаратура 

Как уже отмечалось, все  способы пылеулавливания можно  разделить на сухие и мокрые. Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители центробежного действия, фильтры, электрофильтры. К оборудованию для мокрого улавливания пыли относят скрубберы различных типов, барботажные аппараты, скоростные пылеуловители и др. все пылеуловители делят на пять классов в зависимости от крупности пыли, для очистки от которой они предназначены (по нижнему пределу ее крупности):

 Пылеосадительные устройства 

К пылеосадительным устройствам относят  аппараты, в которых улавливание твердых частиц происходит под давлением силы тяжести, т.е. пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители. рис 1 – рис.3

Пылеосадительные камеры представляют собой металлическую  или железобетонную емкость прямоугольного сечения, площадь которой в несколько раз больше площади газо-подводящего трубопровода. Из-за резкого уменьшения скорости потока в камере взвешенные частицы в значительной степени успевают осесть на ее дно.   Степень очистки в камерах в зависимости от дисперсности пыли достигает 40-90 %). Для ее повышения камеры оборудуют специальными приспособлениями (перегородки, подвешенные цепи, проволока и т.п.), разбивающими поток входящего газа, улучшающими распределение его струй и прижимающими их к низу камеры (рис.1)

Применение камер целесообразно при: горизонтальных или наклонных газоотводах большого сечения, когда подсоединение более эффективной аппаратуры пылеулавливания затрудненно: повышенной запыленностью газов (несколько сотен граммов на 1 м³) как предварительной ступени очистки; повышенной температурой отходящих газов (600 – 1300 ⁰С), содержащих размягченные и слипающиеся крупные частицы, которые на пути движения по камере охлаждаю.тся и становятся сыпучими.

Во многих случаях  пылевые камеры, устанавливаемые  за технологическими агрегатами, например металлургическими, на которых выходят газы с температурой свыше 600 ⁰С, заменяют котлами-утилизаторами или камерами испарительного охлаждения. Те и другие с точки зрения пылеулавливания также являются камерами.

Во многих случаях в качестве камер используют просто расширенные газоходы, степень очистки в которых составляет 10-20 %, иногда до 35 %.

Инерционные пылеуловители, основываясь  на принципе пылеосаждения под влиянием силы тяжести, включают дополнительный элемент, увеличивающий степень пылеулавливания – изменение направления газового потока. К этому типу устройств относятся радиальные пылеуловители (пылевые мешки) и жалюзийные пылеуловители различного вида.

Радиальные пылеуловители обычно устанавливают за агрегатами, имеющими вертикальные газоотводы типа “гусиная шея”, например за шахтными печами и печами “КС”, располагая по нисходящей ветви газопровода. Газ поступает в мешок сверху, а отводится сбоку, пыль по инерции в значительной степени продолжает движение в низ мешка, где скапливается и периодически выпускается через разгрузочное устройство. Эффект очистки газа от частиц размером 25-30 мкм обычно составляет 0,65-0,85.

Жалюзийные пылеуловители известны в вертикальном и горизонтальном исполнениях. В первом случае в вертикальном гозоходе устанавливают несколько рядов уголков, которые соединяют призмой. Запыленные газы, проходя через уголковые жалюзи, изменяют направление движения. При этом пыль по инерции попадает в пылесборник, а очищаемые газы уходят далее по газовому тракту. Преимущества ЖУП: малые габариты, возможность установки внутри газоходов, простота конструкции и обслуживания, относительно небольшое сопротивление. ЖУП обеспечивают очистку на уровне 80 % для частиц размером более 20 мкм и применяются для дымовых газов с температурой до 450-600 ⁰С. 

Пылеуловители центробежного действия

Пылеуловители центробежного действия включают циклоны, аппараты ротационного и вехривого типов. Наиболее известны циклоны, получившие широкое распространение  в технике пылеулавливания.

По форме корпуса циклоны  разделяют на цилиндрические и конические. Их устройство и принципе одинаково.

Газовых поток вводится в циклон (рис 4) через патрубок 2 по касательной  к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли центробежной силой отбрасываются к стенке циклона, теряют скорость, падают в коническую часть аппарата, откуда разгружаются в находящийся внизу бункер. Газы, освободившиеся от пыли, удаляются через центральную отводящую трубу 3. Их обычная скорость на входе составляет 10-25 м/с, на выходе – 4-6 м/с. Для нормальной работы циклона необходимы герметичные бункеры. При нарушении герметичности и подсосе наружного воздуха повышается вынос пыли через отводящую трубу.

Наиболее распространенными типами циклонов является цилиндрически диаметром 200-3600 мм, работающие при избыточном давлении до 2,5 кПа (ЦН-2, ЦН-15, ЦН-24 и др.). Здесь цифры в скобках – величина угла патрубка на входе в циклон по отношению к горизонтальной плоскости. Используют также конические циклоны НИИОГАЗа. Они имеют повышенное гидравлическое сопротивление при более высокой степени очистки. Конические циклоны серии СК (СК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и др.) успешно применяют для очистки газов от сажи. Наряду с циклонами НИИГАЗа в цветной металлургии используют близкие по эффективности циклоны типа СИОТ диаметром до 4350 мм, устанавливая их, в частности, для очистки газов печей КС. В целом циклоны пригодны для разнообразных условий работы, в том числе при сравнительно высоких температурах.

Материалы корпуса циклона подбирают  в зависимости от температурного режима его эксплуатации. Для 600 ⁰С корпус изготавляют из углеродистой стали, при температурах до 800 ⁰С – из жаропрочных сталей. Для более высоких рабочих температур аппараты футеруют, выхлопные трубы выполняют цельнокерамическими или водоохлаждаемыми. Созданы также циклоны с футеровкой из каменного литья, обладающие, помимо термостойкости, высокой абразивной устойчивостью.

Циклоны серии ЦН относятся  обычно к пылеуловителям V класса, рассчитанными на I, II группы пылей с их входной концентрацией до 1000 г/м³, имеют производительность по газу до 48 тыс. м³/ч при гидравлическом сопротивлении не более 2,5 кПа. Гидравлическое сопротивление конических циклонов СК-ЦН достигает 4 кПа. Коэффициент полезного действия цилиндрических циклонов обычно составляет 70-90 %, конических – до 95 %. Он сильно зависит от крупности частиц пыли. С помощью этих аппаратов успешно улавливают слабо- и среднеслипающиеся грубо- и среднедисперсные пыли.

Циклоны обычно не используют как конечные пылеуловители. В этом качестве они могут применяться  только при пылях, незначительное количество частиц размером менее 10 мкм, при условии их выброса в атмосферу на значительной высоте. Циклоны рекомендуется использовать для предварительной очистки газов, устанавливая их перед фильтрами или перед электрофильтрами.

Степень очистки газа в существенной степени зависит от диаметра циклона. При его меньших значениях очистка протекает полнее, но уменьшается производительность. Поэтому для улавливания более мелких частиц применяют групповые и батарейные циклоны (мультициклоны), состоящие из параллельного ряда небольших циклонов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общие подвод, отвод газов и разгрузочный бункер. Групповые циклоны включают 2, 4, 6, 8 циклонов диаметром от 200 до 1100 м. Батарейные циклоны наиболее распространенного типа (БЦ-2) насчитывают до нескольких сотен мультициклонов диаметром 100-400 мм. Степень очистки газов в них можно довести до 80-98 %. 

Фильтры 

Фильтры используют для тонкого  пылеулавливания и когда затруднено применение электрофильтров. Имеются  в виду случаи малого и слишком высокого электросопротивления частиц пыли или необходимость специальной подготовки газов для электрофильтра, например их дожигание. Однако электрофильтры обладают неоспоримым преимуществом при пылеочистке агрессивных газов, если температура последних близка к точке росы, т.е. реальна опасность выпадения конденсата на материал фильтра.

Фильтры классифицируют по типу и материалу фильтрованной  перегородки, конструкции, назначению и другим признакам.

По типу перегородки  различают фильтры: с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы или псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ  ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ

Очистку воздуха от примесей производят как при подаче наружного  воздуха в помещение, так и при удалении загрязненного воздуха из помещения. В первом случае обеспечивается защита работающих, во втором - окружающей среды.

Степень очистки, %, воздуха  от пыли, обычно называемую эффективностью пылеулавливания, определяют по формуле

где G₂ - концентрация пыли в воздухе до очистки, мг/м³; G₁ - концентрация пыли в воздухе после очистки, мг/м³.

Очистка воздуха от пыли может быть грубой, средней или  тонкой.

При грубой очистке из воздуха улавливается только крупная пыль с размерами частиц более 50 мкм, степень очистки сравнительно невысока - 70... 85 %. При средней очистке задерживается пыль с размерами частиц до 50 мкм, степень очистки возрастает до 85...95 %. Тонкая очистка позволяет улавливать пыль с размерами частиц менее 10 мкм, степень очистки при этом более 95 %. Если пыль не ядовита, воздух после тонкой очистки может быть возвращен обратно в помещение (рециркуляция воздуха).

Для грубой и средней  очистки широко используют различные пылеуловители, принцип действия которых основан на резком уменьшении скорости движения загрязненного воздуха (пылеосадочные камеры) или изменении направления его движения (инерционные пылеуловители), в результате чего пылинки под действием сил тяжести в первом случае и инерционных сил во втором случае оседают на дно пылеулавливающего устройства или попадают в специальный сборник пыли.

Наиболее широкое распространение  в промышленности благодаря дешевизне  конструкции, малым размерам и простоте обслуживания получили циклоны (рис. 1), в которых отделение пыли происходит под действием центробежных сил, возникающих при повороте воздуха с большой скоростью.

Пыль прижимается к  стенкам циклона и под действием  своего веса скатывается к его  нижней части. Скорость воздуха в подводящем патрубке составляет от 15 до 23 м/с.

Принцип действия электрических  пылеуловителей основан на способности  частиц пыли принимать на себя электрический  заряд. Запыленный воздух пропускается между электродами, в результате чего частички пыли получают определенный заряд и стремятся осесть на электроде противоположной полярности. Эти электроды периодически встряхивают специальным устройством, пыль оседает в бункере и затем удаляется.

Для средней и тонкой очистки воздуха от примесей широко используют фильтры, которые подразделяются на поглощающие и пористые.

К числу поглощающих  фильтров относятся промывные камеры и орошаемые фильтры. В орошаемых  фильтрах (ротоклонах) (рис. 2) фильтрующий  слой состоит из гравия, кокса или  специальных фарфоровых колец, орошаемых водой. Проходя извилистый путь в слое наполнителя, частицы пыли прилипают к смоченным поверхностям и смываются протекающей водой.

В пористых фильтрах запыленный воздух пропускается через слой зернистого или волокнистого материала, сеток, ткани. Очистка воздуха основана на том, что пыль задерживается в промежутках между частичками или волокнами фильтрующего материала. Наиболее широкое применение нашли матерчатые фильтры, в которых фильтрующим материалом являются шерстяные ткани (фланель, байка и др.), хлопчатобумажные заменители (вельветон, пестротканая фланель, фильтропрессованный холст), а также ткань из стекловолокна. Эффективность пылеулавливания матерчатых фильтров очень высока - около 98...99,5 %, однако при высоком пылесодержании поступающего воздуха пыль быстро покрывает ткань рукавов и фильтры нуждаются в частом встряхивании. Более рациональной в таких случаях является двухступенчатая очистка, при которой воздух последовательно проходит через два пылеуловителя или фильтра. В качестве фильтра грубой очистки могут применяться циклоны, в качестве фильтров тонкой очистки - матерчатые фильтры.

Для повышения эффективности  пористых фильтров, в которых фильтрующими элементами являются различные наполнители  и сетки, эти элементы покрывают тонким слоем масла, обычно веретенным или вазелиновым. Такие фильтры применяют для очистки воздуха при концентрации пыли до 200 мг/м³, при этом степень очистки составляет более 95 %.

Чтобы правильно выбрать  фильтр или пылеуловитель, необходимо знать количество пыли, содержащейся в воздухе, требуемую степень очистки воздуха от пыли, характер пыли, размеры частиц и их удельный вес, а также размеры помещения, в котором должен быть установлен фильтр. В каждом случае выбор типа фильтра, его размеров, а также конструктивной компоновки всей установки обосновывают технико-экономическими расчетами.

Реконструкция электрофильтров осуществляется в том же корпусе путем замены внутреннего механического оборудования или его составных частей на новое, более совершенные по техническим характеристикам конструкции. Для существенного повышения эффективности очистки (снижения выбросов более чем в 5 раз) необходимо наращивание высоты корпуса для размещения соответствующих по габаритам электродных систем или использование компоновочного варианта с использованием межпольного промежутка и реконструированием верхней части корпуса при переносе в эту часть рам подвеса коронирующих электродов и их молотковых валов. Для повышения эффективности действующих электрофильтров иногда достаточно осуществить замену отдельных сборочных единиц и систем управления на оборудование с повышенными техническими характеристиками.

Реконструкция существующих газопылеулавливающих установок ведется, как правило, в направлении замены старых фильтров на более современные.

В ряде случаев экономически целесообразно произвести реконструкцию  имеющегося в эксплуатации рукавного  фильтра, используя для этого  последние достижения в развитии и совершенствовании современных  конструкций рукавных фильтров и  сохрнив требования по пылегазовым выбросам и уровню обслуживания фильтра. Для повышения эффективности действующих рукавных фильтров достаточно осуществить замену отдельных сборочных единиц (узлов) и систему управления регенерацией на оборудование с повышенными техническими характеристиками.

На рисунке представлен  унифицированный жесткий каркас в сборе для рукавных фильтров с импульсной продувкой, предлагаемый для реконструкции фильтров, который  не требует жесткого крепления к  рукавной плите с помощью шпилек, гаек и накладок, а опирается на рукавную плиту своими крючками. Рукав при этом предварительно устанавливается в отверстие рукавной плиты и герметизируется за счет вшитого пружинного кольца. Демонтаж фильтроэлементов ведется в последовательности:

– освобождается скоба верхней части каркаса (оголовка);

– снимается оголовок;

– отсоединяют рукав  от плиты, снимая стальное кольцо в  верхней части рукава;

– вынимается каркас с  рукавом одновременно, при необходимости  составные части каркаса разъединяют, освобождая скобы на стыках (это делается при ограниченной высоте над фильтром).

Может быть проведена  реконструкция рукавных фильтров типа ФВК, ФР, РФГ, СМЦ и др., имеющих  обратную продувку, на вариант с  импульсной продувкой.

Дисперги́рование (от лат. dispersio — рассеяние), эмульгирование, эмульга́ция (от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — тонкое измельчение твёрдых тел или жидкостей, в результате чего получают порошки, суспензии, эмульсии. При диспергировании твёрдых тел происходит их механическое разрушение.

Дисперсная система — система, в которой одно вещество (дисперсная фаза) распределено в среде другого (дисперсная среда) так, что между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой есть граница раздела фаз. Характерным признаком дисперсной среды является ее непрерывность.

Диспергирование имеет место в  процессе производства лакокрасочных материалов всегда, когда необходимо ввести пигменты и/или наполнители. Диспергирование в данном случае означает разрушение агломератов пигмента, агломератов кристаллитов или первичных частиц или агрегатов и их распределение в жидкой фазе, обычно в растворе пленкообразователя или при производстве порошковых материалов в расплаве полимера.

Диспергирование, как и измельчение, – это наиболее энергоемкая и технически сложная стадия в производстве пигментированных ЛКМ. Для достижения наибольшей эффективности процессов диспергирования на имеющемся оборудовании (устройстве, аппарате) композиция диспергируемого материала при необходимости должна быть подготовлена с помощью процесса, известного под названием оптимизация пигментной пасты. При диспергировании возникают напряжения. Применение механической силы к частице, например, агломерату, называют механическим напряжением.

Диспергирование применяют также при получении цементов, муки, многих пищевых продуктов и кормовых концентратов, при использовании с.-х. ядохимикатов (пестицидов), при сжигании жидкого и твердого топлива и во многих других технологических процессах.