Охрана окружающей среды от вредных газообразных и жидких выбросов ТГУ. – 2 часа

Источники и состав вредных жидких стоков и их очистка.

Рациональное использование и охрана водных ресурсов являются важной частью общей проблемы охраны окружающей среды. В настоящее время на нужды теплоэнергетики расходуется около 250 км³/год воды, причем безвозвратные потери составляют около 15 км³/год. Предполагается, что впоследствии потребление воды теплоэнергетикой возрастет, если не будет совершенствоваться технология, до 1000 км³/год, а для разведения сбросов при существующих технологиях до приемлемых концентраций вредных примесей в воде ее потребуется 7000 км³/год.

Водоемы и водотоки представляют собой сложные экологические системы существования биоценоза — сообщества живых организмов (животных и растений). При сбросе в водоемы стоков, содержащих вредные примеси, происходит отклонение экосистемы от равновесного состояния. Большие количества сбрасываемых вредных веществ могут вызывать отравление (а иногда и гибель) определенного вида гидробионтов (живых организмов). Обычно отклонения от равновесия интенсифицируют процессы, приводящие водоем в оптимальное для него состояние, которые называются процессами самоочищения водоема. Особенно большое значение в процессе самоочищения имеет кислородный режим водоема. Расход кислорода на минерализацию органических веществ определяется через его биохимическое потребление (БПК), которое характеризуется количеством кислорода, использованного в биохимических (при помощи бактерий) процессах окисления органических веществ за определенное время инкубации пробы (мг кислорода/ /сут). Обычно на практике пользуются пятисуточной (БПК5) или полной (БПКполн) биохимической потребностью кислорода.

При больших сбросах вредных веществ в водоеме наступает большой дефицит кислорода, при котором значительно нарушается биоценоз, происходит накопление и загнивание органических веществ (анаэробные процессы), что вызывает серьезное ухудшение качества воды. Воздействие даже одной ядовитой (токсичной) примеси на качество воды и замедление процессов самоочищения водоемов могут влиять на жизнедеятельность гидробионтов.

При установлении предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных примесей в водоемах ориентируются на минимальную (подпороговую, ППК) концентрацию вещества по одному из следующих показателей: ППКор.л — определяемая по изменению органо-лептических характеристик (цвету, привкусу, запаху); ППКс.р.в — определяемая по влиянию на санитарный режим водоема (БПК, растворенный Ог, рН — воды); ППКТ — определяемая по санитарно-токсикологическому влиянию этого вещества. Значение нормативной ПДК каждого вещества в водоеме устанавливают по наименьшему значению одной из подпороговых концентраций.

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества в воде водоема называется его концентрация, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследований, а также не нарушает биологического оптимума в водоеме. в него сточных вод. Режим сброса сточных вод в водоемы может быть: единовременным, периодическим, непрерывным с постоянным или переменным расходом, случайным. При сбросе сточных вод должен существовать предельно допустимый выброс (ПДВ) в единицу времени. Обычно его рассчитывают для конкретных условий и определяют в основном требуемую степень очистки сточных вод.

Источники и состав вредных жидких стоков и их очистка.

В производственных технологических процессах котельных качество воды может изменяться настолько, что она становится непригодной (т. е. сточной водой) для дальнейшего применения без специальной очистки. Современные теплостанции и атомные станции теплоснабжения являются источниками загрязнения окружающей среды в результате выбросов следующих видов сточных вод: 1) регенерационных и промывочных от систем химводоподготовки; 2) загрязненных нефтепродуктами; 3) от систем гидрозолоудаления котельных, работающих на твердом топливе; 4) от обмывок наружных поверхностен котлов; 5) от отработанных растворов после химической очистки теплового оборудования и его консервации; 6) после охлаждения подшипников движущихся механизмов; 7) коммунально-бытовых и хозяйственных; от гидравлической уборки помещений тракта топливоподачи; 9) дождевых (ливневых), идущих с территории котельных; 10) от охлаждения конденсаторов турбин промышленных ТЭЦ; 11) от атомных станций теплоснабжения, загрязненных радиоактивными примесями.

Рассмотрим кратко содержание различных вредных примесей в отдельных видах сточных вод. В настоящее время в котельных в зависимости от качества исходной и требований к качеству добавочной воды применяют различные варианты схем водоподготовительных установок, обычно Na- и Н-катионирование и Н - ионирование, иногда еще известкование, магнезиальное обескремнивание и др. Всем этим методам присущ главный недостаток — большое количество реагентов. При этом нужно отметить, что вследствие несовершенства конструкций и ведения технологических режимов очистки потребление реагентов значительно превышает стехиомет-рические количества по отношению к извлекаемым примесям. Так, при Na-катионировании превышение составляет 3—6 раз, при Н-катионировании расход H₂ SO₄ в 2—3 раза выше допустимого, при регенерации анионитов — в 5 раз. Это приводит к большим сбросам реагентов в водоемы. По подсчетам ученых, ежегодно с водами после регенерации фильтров сбрасывается свыше 200 тыс. т серной кислоты, свыше 100 тыс. т поваренной соли, свыше 100 тыс. т щелочи. Кроме того, в водах содержатся сернокислый алюминий, аммиак, фосфаты, углекислые соли кальция и магния, гидроокиси железа и алюминия, кремниевая кислота, органические вещества и многое другое. Таким образом, воды химводоочисток, не являясь особо значительным источником сточных вод, в то же время обладают высоким содержанием солей.

В современных теплостанциях основной преобладающей системой подготовки добавочной воды для питания котлов является глубокое химическое обессоливание. Исходную воду, обычно поверхностных водоисточников, подвергают освобождению от взвешенных и некоторой части растворенных органических веществ. Этого достигают так называемой коагуляцией, заключающейся в добавлении к воде раствора коагулянта. Когда способность загруженного в фильтр материала катионита к обмену ионов будет израсходована, т.е. весь обменный натрий будет использован, материал в фильтре подвергают регенерации, т.е. восстанавливают его способность умягчать воду — забирать из нее кальций и магний, обусловивающие жесткость воды. Регенерацию фильтров осуществляют, промывая истощенный материал 5— 7%-ным раствором поваренной соли. Регенерацию натрий-фильтров осуществляют растворами поваренной соли. В этом случае стоки содержат избыток этой соли и вытесненные из фильтра кальций и магний в виде хлористых солей этих металлов. При Н-катионировании регенерантом обычно служит раствор серной кислоты. Стоки при этом содержат избыток кислоты и сернокислые соли кальция, магния, натрия и других поглощенных катионитом катионов, в частности соли аммония. Регенерацию анионитных фильтров проводят растворами щелочей (NaOH), и поэтому стоки кроме избытка щелочи содержат натриевые соли серной, соляной, азотной, кремниевой, угольной и органических кислот. При продувке осветлителей и промывке механических фильтров возникают стоки, содержащие песок, углекислые соли кальция и магния, гидроокиси железа, алюминия, органические вещества, силикаты и т. п. Количества всех этих сточных вод зависят от применяемого способа во-дообработки и состава исходной воды.

Основное воздействие сточных вод от водоподготовительных установок на водоемы заключается в засолении последних, изменении рН, увеличении БПК, изменении солевого состава воды водоемов. Источниками появления нефтепродуктов в сточных водах теплостанций являются мазутохозяйства, электротехническое оборудование, вспомогательные службы. Сточные воды мазутохозяйств складываются: из охлаждающей воды насосов и других движущихся механизмов; грунтовых вод, загрязненых мазутом; стоков при промывке нефтехранилищ и при ремонтных работах; из аварийных утечек мазута в конденсат из теплообменников. Нефтепродукты попадают в водоемы в эмульгированном, коллоидном и растворенном состояниях и наносят серьезный вред водоемам, образуя пленки на поверхности воды и уменьшая аэрацию, или образуют донные отложения, отсекая фауну и флору дна от остальной части водоема. При концентрации нефтепродуктов всего 0,05—0,1 мг/кг гибнет в водоемах икра ценных рыб. Необходимо также отметить, что воздействие нефтепродуктов на водоемы имеет длительный характер, так как они относятся к числу слабоокисляющихся веществ. Обычно содержание нефтепродуктов при правильной эксплуатации и хорошей наладке оборудования составляет 2—5 мг/л, в старых котельных — до 100 мг/л. В среднем по стране концентрация в сбросных водах нефтепродуктов оценивается величиной 20—30 мг/л. Ориентировочно можно предполагать, что в среднем по стране сбрасывается в водоемы до 4000 т ежегодно.

Чаще всего возникновение сточных вод связано с недостатками аппаратуры или упущениями в эксплуатации. При устранении этих причин количество нефтезагрязненных сточных вод может быть сведено к минимуму или даже полностью ликвидировано. К упущениям в эксплуатации, вызывающим появление нефтезагрязненных вод, следует отнести: гидроуборку проливов масел в помещениях, течи арматуры, небрежный слив нефтепродуктов, очистку маслосистем со сбросом масляных загрязнений на почву и т. д. К недостаткам аппаратуры относятся: течи в нефтехранилищах; отсутствие приспособлений для качественного слива нефтепродуктов из цистерн, в частности отсутствие ограждающих щитков и площадок; непродуманность смазочных устройств; течи в маслоохладителях и многое другое.

Количество сбрасываемых нефтезагрязненных вод и степень их загрязнения мазутом и маслами за последние годы существенно снизились в связи с соблюдением эксплуатационным персоналом теплостанции требований, направленных на снижение загрязнений окружающей среды. Источниками наибольшего количества сточных вод являются системы гидрозолоудаления котельных, работающих на твердом топливе, причем с увеличением доли сжигаемого твердого топлива в общем балансе возрастают объемы сбрасываемых вод, выходящих из систем гидрозолоудаления. После сжигания твердого топлива остается зола, как в виде тонкой пыли, так и в форме сплавленных кусков — шлака. Зольность твердых топлив весьма различна, она колеблется от нескольких процентов (для высококачественных углей Кузнецкого и Донецкого бассейнов) до 40—50 % (для экибастузско-го угля и горючих сланцев). Заметим, что высококачественные угли используют для получения кокса и других целей и на теплостанции их обычно не поставляют.

При сжигании твердого топлива для эвакуации очаговых остатков (т. е. золы и шлака) применяют гидравлический способ, состоящий в смывании их потоком воды. Золошлаковая пульпа по трубопроводам направляется на специально выделенные отвалы — так называемые золошлаковые поля, где зола и шлак оседают, а освободившаяся от них вода (осветленная вода) или стекает в природные водоемы, или возвращается для повторного выполнения той же функции (оборотное гидрозолоудаление). Однако в настоящее время большинство систем гидрозолоудаления (ГЗУ) не имеет оборота воды, и осветленные воды обычно сбрасывают в природные водоемы.

Химический состав вод ГЗУ определяется природой минеральной части топлива и режимом горения, главным образом температурой в факеле. Все топлива можно разделить на четыре типа: щелочные, сульфатные, сульфатно-щелочные и силикатные. К щелочным принадлежат торфы, сланцы и многие каменные угли, содержащие в золе значительное количество свободной окиси кальция. Воды ГЗУ от таких топлив обладают высокой щелочностью, достигающей 40—45 мг-экв/л, т. е. представляют собой насыщенный раствор гидроокиси кальция. Значение рН таких вод 12—13, общее содержание растворенных веществ 2,5—3 г/л.

Сульфатные воды являются насыщенным раствором сернокислого кальция, содержащим до 2,2—2,3 г/л этого вещества. Общее содержание растворенных веществ в этих водах порядка 2,5—2,8 г/л; щелочность обычно не велика и не превышает 10 мг-экв/л. Источниками таких вод являются теплостанций, сжигающие угли Донецкого бассейна и некоторые угли Кузбасса. Сульфатно-щелочные воды характерны для теплостанций, работающих на многих восточных углях (назаровских, азейских, ирша-бородинских и т.д.). Эти воды имеют высокую концентрацию сернокислого кальция и одновременно насыщены гидроокисью кальция; значение их рН = = 11 — 12, а общее содержание растворенных веществ достигает 4—5 г/л. Наконец, некоторые топлива, например угли Экибастузского месторождения, дают золу, состоящую главным образом из алюмо- и ферросиликатов и свободной кремнекислоты (кварциты, полевошпатовые породы и пр.). Воды котельных, работающих на таких углях, имеют невысокий солевой состав, обусловленный главным образом солями исходной воды, применяемой для гидрозолоудаления. Часто эти воды характеризуются пониженными значениями рН (порядка 4—5). Эта слабая кислотность возникает вследствие поглощения окислов серы и азота, присутствующих в продуктах сгорания, работающих на таких топливах.

Следует отметить, что сернистый газ, а также оксид и диоксид азота являются обычными примесями отходящих газов почти при любом топливе. Но для малощелочных или нещелочных зол кислотность, обусловленная этими газами, не «погашается» щелочами золы, так как их просто не хватает для этого. Кроме Са(ОН)₂ и CaS0₄, являющихся определяющими компонентами вод ГЗУ, в них почти всегда присутствуют фториды в концентрациях от 1—2 до 20—30 мг/л. Часто в водах ГЗУ обнаруживают соединения ванадия, обычно от 0,1 до 1 мг/л, мышьяка, хрома, марганца, никеля и меди. Концентрации этих элементов обычно не превышают 0,1 мг/л, а чаще еще меньше. В золах донецких углей обнаружены ртуть, германий; в некоторых топливах отмечалось присутствие бериллия, лития, следов тория и урана. Концентрация этих элементов обычно очень мала. Итак, состав вод ГЗУ довольно разнообразен и большинство примесей токсично, для них имеются определенные предельно допустимые значения ПДК. Все это показывает, что сброс вод из систем гидрозолоудаления в природные водоемы совершенно недопустим.

В котельных, отдающих пар производственным его потребителям, существенной составляющей питательной воды котлов является так называемый производственный конденсат, т.е. конденсат отработавшего на производстве пара. Обычно конденсат этого пара приходится очищать на специальных конденсатоочистках от тех примесей, которыми он неминуемо загрязняется в процессе транспортирования и эксплуатации. Этими неизбежными примесями являются окислы железа и вообще продукты коррозии тех конструкционных материалов, с которыми пар и конденсат контактируют на производстве. Часто этот конденсат загрязнен кремниевой кислотой, нефтепродуктами и соединениями кальция и магния, а также натрия за счет попадания сырой воды и по другим причинам. От всех этих примесей конденсат может быть освобожден на конденсатоочистке.

Однако практически далеко не всегда удается полностью изолировать пар и образующийся из него конденсат от различных веществ, участвующих в технологических процесах тех производств, куда подается пар. Если эти вещества являются солями, щелочами или кислотами (т.е. электролитами), то они могут быть задержаны фильтрами конденсатоочистки. Различные же органические вещества, не являющиеся электролитами, не только не могут быть задержаны из производственных конденсатов на конденсатоочистке, но и присутствие их не фиксируется обычными методами оперативного химического контроля. В то же время попадание этих веществ в котлы часто вызывает серьезные осложнения в эксплуатации, а иногда приводит к авариям. Так, иногда в возвращающиеся с химических предприятий конденсаты попадают из производственной аппаратуры хлорированные углеводороды — дихлорэтан, хлороформ, четыреххлористый углерод и т.д. Присутствие этих веществ в конденсатах обычными методами контроля не обнаруживается; они не изменяют величины рН, не повышают электропроводности жидкости, их присутствие не отражается на величине жесткости, щелочности и концентрации хлоридов. Фильтры конденсатоочистки не задерживают эти вещества; для угольных фильтров они обладают слишком малым молекулярным весом и поэтому ими не задерживаются, а ионитные фильтры не задерживают их, поскольку эти соединения не являются ионами и на них не диссоциируют.

На некоторых ТЭЦ и в котельных были случаи аварий, вызванных попаданием подобных веществ в котлы. Столь же тяжелые последствия могут возникнуть и при попадании органических соединений, содержащих серу, фосфор, мышьяк и другие кислотообразующие элементы. Опасаясь подобных осложнений, многие теплостанции, отдающие пар производственным потребителям, часто воздерживаются от использования таких «подозрительных» конденсатов, предпочитая сливать их в дренаж, я нехватку воды восполняют умягченной или обессоленной водой природных водоисточников. Все это и приводит к появлению еще одного вида сточных вод—неиспользуемых производственных конденсатов. Эти стоки, пока не фиксируемые органами надзора за состоянием природных водоисточников, имеют повышенную температуру порядка 80—90 °С и могут содержать самые различные примеси в зависимости от технологии предприятий.

В настоящее время перечень возможных загрязнений таких конденсатов содержит несколько десятков наименований. Здесь и различные спирты (метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый и др.), альдегиды, ке-тоны, амино- н нитросоединения, красители и полупродукты, хлор, бром, сера-, фосфор- и мышьяксодержащие органические вещества, гетероциклические соединения — пиридин, пепиридин, хинолин и их дериваты, эфиры простые и сложные. Очевидно, что сброс таких конденсатов в природные водоемы недопустим даже по причине их высокой температуры, не говоря уже о загрязнении. При промывках (химических очистках) теплосилового оборудования образуются стоки, представляющие собой отработавшие промывочные растворы.

Следует различать промывки предпусковые и эксплуатационные. Предпусковые проводят 1 раз после окончания монтажа оборудования и преследуют цель — удаление монтажного шлама и очистку всех поверхностей перед включением установки в эксплуатацию. Эксплуатационные промывки осуществляют регулярно через известные интервалы; назначение их — удаление отложений, образовавшихся в процессе работы оборудования. Поскольку эти отложения содержат не только окислы железа, но и соединения других элементов — меди, алюминия, кальция, магния, марганца, реже хрома и никеля, то в отработавших растворах после эксплуатационных промывок содержатся также и эти элементы. Обычно в их концентрации существенно меньше содержания железа, являющегося основным компонентом как монтажного шлама, так и эксплуатационных отложений. Очень часто в промывочных и консерванионных водах содержится соляная, лимонная, фторфталиевая кислоты, аммиак, фториды, нитриты, уротропин, гидразин и другие химические соединения.

На атомных станциях теплоснабжения, ТЭЦ и особенно конденсационных электростанциях огромное количество тепловой энергии уходит с охлаждающей водой в водоемы. Тепловые сбросы по санитарным нормам не должны вызывать повышения собственной температуры водоема более чем на 5°С в зимнее время и на 3°С в летнее время. Эти нормы могут быть выдержаны лишь в том случае, если удельная тепловая нагрузка на водоем не превышает 12—17 кДж/м3. Одним из наиболее важных вопросов при сбросе теплых вод в водоемы является организация процесса перемешивания этих вод с водами водоема. При неправильно организованном выпуске теплых вод зона с повышенной температурой может иметь значительное протяжение.

Источники и виды загрязнения атмосферного воздуха

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере.

Наиболее опасными по степени воздействия на организм человека и выбрасываемыми в значительных количествах с продуктами сгорания являются: 1) оксид углерода СО; 2) оксиды серы S0₂ и S0₃ и 3) оксиды азота N0. При вдыхании воздуха с содержанием в нем 0,04 % оксида углерода в крови человека в соединение с ним вступает до 30 % гемоглобина крови, а при содержании 0,1 % СО в соединение с ним вступает до 50 % гемоглобина, что очень вредно сказывается на здоровье человека. При содержании в воздухе СО до 0,4—0,5 % вдыхание воздуха опасно для жизни уже в течение нескольких минут. Опасность усугубляется тем, что оксид углерода не обладает ни запахом, ни цветом. Очень вредно воздействует оксид углерода уже при небольших содержаниях на физиологические центры человека, что сказывается, в частности, на способности человека управлять автомашиной.

В результате медико-биологических исследований установлено, что при кратковременном воздействии на человека диоксида серы с концентрацией 130—650 мг/м³ наступают сильное раздражение голосовых связок и последующее удушье. При концентрациях, превышающих 26 мг/м³, наблюдается раздражение глаз и дыхательных путей. Меньшая концентрация S0₂ для людей, по-видимому, безвредна. Это подтверждается состоянием здоровья людей, работающих на производстве, где концентрация S0₂ составляет1 6,5 мг/нм³.

В продуктах горения любых топлив, содержащих углеродистые соединения, в случае недостатка воздуха для полного сгорания и нарушениях условий правильного сжигания появляется оксид углерода. Оксид углерода — чрезвычайно сильный отравляющий газ. Поэтому продукты сгорания газового топлива как твердого, так и жидкого могут быть токсически весьма опасными. При сжигании углеводородных топлив при температуре свыше 1500°С образуются весьма вредные для человека окислы азота. Их содержание в воздухе из-за большой ядовитости должно быть предельно ограничено.

У нас в стране приняты три вида норм, которые носят название предельно допустимые концентрации (ПДК): ПДКрз — в рабочей зоне; ПДКмр — максимальные разовые; ПДКсс — среднесуточные; ПДКрз — касаются рабочей зоны помещений — цехов предприятий, производящих, перерабатывающих или имеющих по технологии необходимость использовать вредные химические соединения; ПДКмр—касается возможного повышенного кратковременного выброса вредных веществ (в котельной установке это обычно период пуска или резкого изменения нагрузки); ПДКсс — являются основными; их назначение— не допустить неблагоприятного влияния в результате длительного воздействия.

На стадии проектирования нового предприятия рассчитывают количество вредных выбросов с учетом уже существующего фона загрязнений. Суммарная концентрация вредных примесей после строительства и пуска в эксплуатацию предприятия не должна превышать допустимую.

Суммарный выброс окислов серы (S0₂+S0₃) определяется содержанием серы в топливе, поступившем в топку, и практически не может быть изменен применением различных способов и режимов его сжигания. Учитывая, что с каждым годом среднее содержание серы в топливе растет (что связано с переходом на сжигание низкосортных топлив), возрастает и количество выбрасываемых в атмосферу сернистых соединений.

Принципиально можно рассматривать три направления в снижении выбросов соединений серы: 1) удаление серы из топлива до его сжигания; 2) новые методы и режимы сжигания; 3) очистка от соединений серы продуктов сгорания. Простейшим обогащением подмосковного бурого угля-дробленки удается удалить 25— 30 % серы. Для отделения от угля колчеданной и органической серы может быть применено гидротермическое обессериваиие углей, заключающееся в обработке измельченного топлива в автоклавах при давлении 1,75 МПа и температуре ~300°С щелочными растворами, содержащими гидраты окисей натрия и калия. При этом получается уголь с весьма малым содержанием серы, который отделяется от жидкости центрифугированием и затем сушится.

Сернистость сжигаемого топлива снижают, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз). Процесс газификации протекает в условиях высоких температур (900—1300 °С) при ограниченном доступе кислорода. При комплексном энерготехнологическом использовании топлива возникает задача получения из топлива химического сырья и чисто энергетического топлива; для термического разложения мазута можно использовать высокотемпературный пиролиз (700—1000 °С без доступа окислителя) с последующей газификацией твердого продукта (нефтяного кокса).

Наиболее распространенным является сжигание мазута с низкими избытками воздуха (а= 1,01). Так, при снижении избытков воздуха в топке с а = 1,05 до а=1,01 снижается выход окислов серы на ~30%. Все известные способы улавливания SO₂ из продуктов сгорания (дымовых газов) можно разделить на два класса: сухие и мокрые. Сухой способ получил широкое распространение. В этом случае продукты сгорания контактируют с магнезитом, известняком, активированным углем или окислами марганца. В результате этих реакций получается сульфит кальция, частично окисляющийся в сульфат. В большинстве случаев продукты нейтрализации не используются и направляются в отвал.

При мокром способе предварительно готовят суспензию известняка (т. е. смешивают его с водой). Продукты сгорания, проходя через мокрый скруббер (очиститель), контактируют с известняком.

Выбор метода и конструкции сероулавливающей установки следует проводить на основании технико-экономического расчета.

Выбор высоты труб

Основным назначением дымовой трубы при искусственной тяге является вывод продуктов сгорания в более высокие слои атмосферы, чтобы улучшить условия рассеивания их в воздухе до уровня концентраций, когда они становятся безопасными для окружающей среды.

Основным назначением дымовой трубы при искусственной тяге является вывод продуктов сгорания в более высокие слои атмосферы, чтобы улучшить условия рассеивания их в воздухе до уровня концентраций, когда они становятся безопасными для окружающей среды. Окончательно минимально допустимую расчетную высоту дымовой трубы принимают из условий: 1) труба должна быть выше конька кровель зданий, расположенных в радиусе 25 м от здания котельной не менее чем на 5 м и при наличии зданий высотой более 15 м в радиусе 200 м; 2) не ниже 35 м; 3) высота трубы должна обеспечивать условия рассеивания вредных выбросов дымовых газов.

При определении максимальной приземной концентрации расчет ведут при неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения и наблюдается интенсивный вертикальный турбулентный обмен в атмосфере. Опасная скорость ветра — это такая скорость, при которой для заданного состояния атмосферы концентрации вредных примесей на уровне дыхания достигают своей максимальной величины. С повышением скорости ветра максимальная наземная концентрация от точечного источника, расположенного на высоте Н над землей, падает. С другой стороны, с увеличением скорости ветра уменьшается эффективная высота Н вследствие снижения гидродинамической и тепловой составляющих подъема факела. Наличие единой методики позволяет упорядочить расчеты загазованности атмосферы выбросами различных отраслей промышленности и дать общий подход для сравнения различных методов ее уменьшения.

Тканевые фильтры

Рукавные фильтры из фильтровальной ткани в настоящее время применяют в котлоагрегатах относительно небольшой производительности (от 23 до 90 т/ч). Рукавные тканевые фильтры различают между собой по следующим признакам: по форме фильтров (плоские, рукавные); наличию опорных устройств (каркасные, рамные); месту расположения вентилятора или дымососа (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением); способу регенерации тканей (встряхивание, обратная продувка, вибровстряхивание, импульсная продувка); числу секций в установке (односекционные и многосекционные); виду используемой ткани.

Плоские каркасные фильтры могут иметь следующие размеры: высота от 600 до 1200 мм, глубина от 300 до 500 мм, толщина от 25 до 50 мм. Если тканевые фильтры правильно сконструированы и обоснованно выбрана ткань (пористый материал), то эффективность улавливания пыли может составлять 99,999 %.При очистке (регенерации) рукавных фильтров производится механическое встряхивание закрепленных на общей жесткой раме рукавов. При продольном встряхивании происходит быстрое изнашивание рукавов, особенно в их нижней части. Колебательные перемещения вызывают меньший износ, но менее эффективны с точки зрения очистки, так как колебания плохо распространяются по длине рукава. Применяется очистка подачей воздуха с пульсирующим давлением со стороны, противоположной потоку газов. Обычно расход воздуха на очистку поверхности рукава принимается 1,37 м³ при давлении воздуха 0,6 МПа. Рукавные фильтры из стекловолокнистой ткани с тефлоновым покрытием надежно выдерживают температуру 130 -220°С; сопротивление фильтров между циклами обратной продувки меняется от 0,5 до 1,5 кПа; эффективность составляет 99,7—99,9 %.

Электрофильтры

На мощных современных тепловых электростанциях и крупных теплоцентралях для улавливания золы и очистки продуктов сгорания в основном используют электрофильтры. Этот способ очистки основан на том, что при пропуске через электрическое поле высокого напряжения, создаваемого между отрицательным и положительным полюсом, происходит ионизация газового потока. При этом частицы уноса, содержащиеся в продуктах сгорания, получают электрический заряд. Основная масса частиц заряжается отрицательными ионами, переносится к положительному полюсу и оседает на нем. Электрофильтры изготовляют вертикальными и горизонтальными.

В настоящее время выпускают следующие марки электрофильтров: ДВП, ДГП, ДГПИ, ПГЗ, ПГДС, УГ (обозначения фильтров: Д — дымовой, П — пластинчатый, В — вертикальный, Г — горизонтальный, 3 — золоуловитель, У — унифицированный, С — С-образный электрод). .Коэффициент обеспыливания в электрофильтрах лежит в пределах от 88,5 до 98 % (в зависимости от качества его наладки и эксплуатации), причем электрофильтры могут улавливать частицы менее 10 мкм. Скорость газов в электрофильтрах обычно 1,3—2 м/с, гидравлическое сопротивление невелико и составляет 50—200 Па. Расход электроэнергии на очистку газов 0,10— 0,15 кВт-ч на 1000 м³ газа.

Электрофильтры устанавливают в помещении котельной или на открытом воздухе. Наружные поверхности электрофильтра покрывают тепловой изоляцией. Достоинствами электрофильтров являются: высокий коэффициент очистки газов и малое гидравлическое сопротивление; недостатками — большие габариты, высокая стоимость в связи с применением устройства для получения постоянного тока высокого напряжения.

Мокрые золоуловители

К мокрым золоуловителям относятся центробежные скрубберы, представляющие собой вертикальные цилиндрические аппараты высотой до 12 м и более и диаметром до 5,6 м, футерованные внутри метлахскими или кислотоупорными плитками. Продукты сгорания подаются во входной короб, присоединенный по касательной к цилиндрическому скрубберу. Перед входом в скруббер расположена решетка из металлических с резиновым покрытием (деревянных, керамических или капроновых) прутков, орошаемая водой через сопла. При прохождении газов через увлажняемую решетку происходит первичное улавливание золы пленкой воды. В нижней части скруббера капли воды вместе с золой под действием центробежной силы отжимаются к внутренней поверхности скруббера, омываемой тонкой пленкой воды через сопла. Далее по трубе через гидравлический затвор смесь воды с золой уносится в канал гидрозолоудаления. Основным достоинством центробежных скрубберов является высокая степень очистки уходящих газов (до 97%), а недостатками — высокое сопротивление (до 0,08 МПа), износ прутков, засорение оросительных сопл и др.

Одновременно с улавливанием частиц золы в скруббере происходит охлаждение продуктов сгорания.

Максимальная скорость газов в скруббере во избежание срыва водяной пленки и образования брызг не должна превышать 6 м/с, а скорость газов во входном патрубке—23 м/с. Расход воды на очистку продуктов сгорания 0,15—0,2 л/м³, что составит для котла ДЕ-20-13 примерно около 4,6 т/ч.

Лекция 15