Методы и средства очистки воздуха от вредных веществ

Для очистки загрязненного воздуха применяются аппараты различных конструкций, использующие различные методы очи­стки от вредных веществ.

Основными параметрами газоочистных аппаратов и систем очистки являются эффективность и гидравлическое сопротивле­ние. Эффективность определяет концентрацию вредной примеси на выходе из аппарата, а гидравлическое сопротивление — за­траты энергии на пропуск очищаемых газов через аппараты. Чем выше эффективность и меньше гидравлическое сопротивление, тем лучше.

Эффективность очистки аппарата или системы аппаратов рассчитывается по формуле

где С_вх и С_вых — массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата или системы аппаратов, мг/м³.

Если эффективности одного аппарата недостаточно для обеспечения требуемой чистоты отходящего воздуха, последова­тельно ставят несколько ступеней газоочистных аппаратов, сум­марную эффективность которых можно определить по формуле

где г)|, л2 ••• Л,, — эффективность каждого аппарата в системе га­зоочистки.

Если очищенный в аппарате воздух направляется в рабочую зону, то требуемую эффективность аппарата или системы очист­ки рассчитывают по формуле

Если выброс очищенного воздуха на территории промыш­ленного предприятия осуществляется через трубы, то устанавли­вают предельно допустимый выброс (ПДВ), определяющий то количество вредного вещества, которое может быть выброшено в единицу времени, чтобы с учетом рассеивания вредной приме­си в атмосфере ее приземная концентрация не превышала пре­дельно допустимую концентрацию для населенных мест. ПДВ может измеряться в мг/с и в т/год.

Зная концентрацию каждого вредного вещества в очищае­мых газах С_вх (мг/м³) и установленный для него ПДВ (мг/с), можно определить требуемую эффективность очистки газоочист­ного аппарата или их системы для этого вещества:

где Q — объем очищаемых газов в единицу времени (м³/с).

Номенклатура существующих газоочистных аппаратов очень широка, а их технические возможности позволяют обеспечивать высокие степени очистки отходящих газов практически по всем веществам. Создание высокоэффективных газоочистных систем сдерживается лишь финансовыми возможностями предприятий и государства.

Пылеуловители. Для очистки отходящих газов от пыли име­ется широкий выбор аппаратов, которые можно разделить на две большие группы: сухие и мокрые (скрубберы) — орошаемые во­дой. Рассмотрим лишь некоторые из них, получившие наиболь­шее распространение в технике пылеулавливания.

Циклоны. Наиболее широкое распространение в практике пылеулавливания получили циклоны различных видов: одиноч­ные, групповые, батарейные. На рис. 3.77 изображена конструк­ция одиночного циклона. Очищаемый воздух из входного патрубка 1 через спиралеобразный вход 2, предназначенный для закручи­вания потока, поступает сначала в цилиндрическую (4), а затем коническую (5) части корпуса. Во вращающемся потоке под дей­ствием центробежных сил более тяжелые, чем частицы воздуха, пылевые частицы сепарируются к периферии, а затем под дейст­вием силы тяжести собираются в пылевой бункер 7, выход из которого закрыт пылевым затвором 6. Более чистый воздух из центральной части корпуса через выхлопную трубу 3 поступает в камеру 8 очищенного газа, а из нее в патрубок 9 выда очищенного воздуха.

Рис. 3.77. Одиночный циклон: 1 — патрубок входа запыленного газа; 2 — винто­образная крышка; 3 — выхлопная труба; 4 — корпус (цилиндрическая часть); 5 — корпус (коническая часть); 6— пылевой затвор; 7 — бункер; 8 — камера очищенного газа; 9 — патрубок выхода очищенного газа

Пылевой затвор обычно выполняют в виде мигалки с конусным клапаном, изображенной в увеличенном виде на рисунке. Когда вес накопившейся в пылевом бункере пыли превысит силу, прижимающую конусный клапан и создаваемую контргрузом, клапан откроется, сбросит в приемную емкость и под действием груза вновь закроется.

Существует много различных типов циклонов, но наибольшее распространение получили циклоны типов ЦН и СК-ЦН (тип серии С — сажевые), с помощью которых можно решить большинство задач по пылеулавливанию. Разработаны стандартные циклоны различных размеров с диаметрами цилиндрической части от 200 до 3000 мм. Все размеры, необходимые для изготовления циклона, представлены в долях от диаметра d его цилиндрической части. Для оптимального режима циклона в его цилиндрической части должна обеспечиваться оптимальная скорость морг При заданной производительности Q (м3/с) необходимый диаметр циклона определяется по формуле

Диаметр dHeo6x при выборе циклона округляют до ближайшего из стандартного типоразмера. Оптимальные скорости циклонов различных типов приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Рабочие параметры циклонов

Эффективность улавливания циклоном частиц пыли различ­ного размера характеризуется его спектром улавливания.

Спектр улавливания циклонов можно описать двумя пара­метрами (см. табл. 3.1): d₅₀ — диаметром частицы, улавливаемой в аппарате с эффективностью 0,5 (иногда этот параметр называ­ют медианной тонкостью очистки), и lga_n — параметром, харак­теризующим вероятностный спектр улавливания аппарата.

Пыли, образующиеся в различных технологических процес­сах, обладают полидисперсным составом (частицами различного размера). Распределение большинства промышленных пылей по дисперсному составу можно описать также двумя параметрами: d_m и lga₄. Первый параметр d_m называется медианным диамет­ром. Медианный размер — это размер такой частицы, для кото­рой масса всех частиц в навеске промышленной пыли с диамет­рами меньшими ее диаметра равна массе частиц с диаметрами большими ее диаметра. Второй параметр lga₄ характеризует ве­роятностный спектр распределений частиц пыли по размерам. Для большинства промышленных пылей, которые образуются в типовых технологических процессах, параметры d_m, lga,, извест­ны и приводятся в атласах промышленных пылей.

Для того чтобы определить эффективности очистки аппара­том, необходимо определить параметр

а затем по справочным математическим таблицам определить значение нормальной функции распределения(интеграла вероятности) F{x) от параметра х (см. Приложение 2). Эффективность аппарата равна этому значению: л = F(x).

При больших диаметрах циклона кривизна траектории, по которой в корпусе вращается поток газа, умень­шается и ухудшается сепарация пыли к периферии, в результате снижается эф­фективность циклона по сравнению с расчетной. Поэтому циклоны с диамет­ром более 1 м применять не рекоменду­ется. Лучше применять групповые цикло­ны, в которых несколько одиночных циклонов (как правило четыре или шесть) сгруппированы в один блок обычно с единым пылевым бункером и выходной камерой. Конструкция такого циклона изображена на рис. 3.78. Рас­чет группового циклона аналогичен одиночному циклону с той лишь разни­цей, что общий объем очищаемого воз­духа равномерно распределяется между одиночными циклонами, образующими группу.

Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют батарейные циклоны, конст­рукция которого показана на рис. 3.79. В общем корпусе 1 призма­тической формы располагается большое количество циклонных элементов 2. В кольцевом зазоре между корпусом и выхлопной трубой 4 каждого циклонного элемента расположен завихритель потока газа. Завихритель или закручивающий поток элемент мо­жет быть выполнен в виде винта или розетки — лопаток, распо­ложенных под углом к оси циклонного элемента. Завихритель закручивает поток очищаемого воздуха, и отделение пыли про­исходит аналогично одиночному циклону. Т. к. диаметр циклон­ных элементов всего лишь 250...300 мм, кривизна траектории вращения потока большая, а эффективность высокая.

Циклоны можно применять при высоких пылевых нагруз­ках — до 400 г/м\ при температурах газов до 500 °С, однако су­ществуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаров-зрывоопасных пылей.

Рис. 3.79. Батарейный циклон: 1 — корпус; 2 — циклонный элемент; 3 — розетка циклонного элемента; 4 — выхлопная труба; 5 — камера запыленного газа; 6 —камера очищенного газа; 7 — люк; 8 — пылевой затвор

Фильтры. В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улав­ливания мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропус­кании очищаемого воздуха через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задержи­ваются там за счет инерционных, электрических и диффузион­ных процессов. Некоторые пылевые частицы просто заклинива­ются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры делятся на тканевые, волокнистые и зернистые.

У тканевых фильтров фильтровальной перегородкой являет­ся ткань (хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоно­вая, стеклянная, металлическая и т. д.) с регулярной структурой переплетения нитей (саржевой, полотняной и т. д.). Основной механизм фильтрования у таких фильтров — ситовый. Фильтру­ет не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, образующийся на ее поверхности, поэтому такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с по­верхности ткани. Т. е. механизм фильтрования в значительной степени поверхностный.

Волокнистые фильтры — это слой тонких и ультратонких во­локон с нерегулярной, хаотичной структурой. Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т. е. механизм фильтрования — объемный. Такие фильтры плохо регенериру­ются, т. к. удалить пыль изнутри слоя сложно. В большинстве случаев просто меняют насадку волокон или слой волокнистого материала. Примером волокнистого материала может являться войлок или ткань Петрянова, используемая в респираторах. Во­локнистые фильтры могут обеспечить очень высокую степень очистки от ультратонких частиц. Поэтому их чаще всего приме­няют в системах приточной вентиляции для очистки атмосфер­ного воздуха, поступающего в помещения, где требуется высокая степень чистоты для выполнения технологического процесса (оптика, радиоэлектроника и т. д.). Применяют их также для улавливания небольших количеств пыли ценных и редких ве­ществ (золота, алмазов и пр.), при улавливании аэрозолей ки­слот, щелочей и т. д. Т. к. фильтры плохо регенерируются, для увеличения ресурса их работы ограничивают пылевые нагрузки и концентрацию пыли в очищаемом воздухе обычно до 5 мг/м³.

Зернистые фильтры в технике очистки промышленных вы­бросов используются редко и представляют собой насадку зер­нистого материала, спеченного или свободной засыпки.

Наибольшее распространение в технике очистки промыш­ленных выбросов применяют тканевые рукавные фильтры. Кон­струкция такого фильтра показана на рис. 3.80. В корпусе 2

призматической формы расположено большое число рукавов 8 аналогично циклонным элементам батарейного ци­клона. Воздух очищается при прохож­дении через ткань каждого рукава. Ткань обычно закрепляется на каркасе (каркасные фильтры). В процессе фильтрования на ткани 'накапливается слой пыли, который уплотняется. При этом увеличивается эффективность очистки и гидравлическое сопротивле­ние. Фильтровальные рукава регенери­руются посредством их встряхивания и обратной продувки. На рис. 3.81 пока­зан механизм и устройство импульсной продувки рукава сжатым воздухом. Рукава регенерируются периодически, причем одни группы рукавов работают в режиме фильтрования, а другие — регенерации. Для этого конструкция фильтра предусматривает коллектор 5 сжатого воздуха и систему клапанов 6, регулирую­щих подачу воздуха для продувки в рукава.

Волокнистые материалы широко применяются в туманоуло-вителях — для улавливания масляных, кислотных, щелочных и других аэрозолей. Конструкция одного из таких туманоуловите-лей представлена на рис. 3.82.

Электрофильтры используют для очистки больших объемов воздуха с высокой эффективностью. Наибольшее применение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо.

Одна из конструкций электрофильтра — конструкция вертикального цилиндрического электрофильт­ра — показана на рис. 3.83. Основным элементом электро­фильтра являются пары электродов, один из которых корони-рующий, а другой осадительный. На электроды подается посто­янное высокое напряжение (14...100 кВ). Сущность работы электрофильтра состоит в следующем (см. рис. 3.84, а). Т. к. осадительный электрод обладает значительно большей площа­дью, нежели коронирующий, между ними создается неоднород­ное электрическое поле, наиболее высокая напряженность ко­торого наблюдается у коронирующего электрода. При высоких напряжениях у коронирующего электрода возникает коронный разряд, и начинается ионизация воздуха — образование пар от­рицательно и положительно заряженных ионов. Наиболее часто коронирующие электроды подсоединяются к отрицательному

полюсу, а осадительные — к положительному полюсу. Это объ­ясняется более высокой скоростью перемещения (дрейфа) элек­тронов, нежели положительных ионов. Однако при этом обра­зуется больше токсичного газа — озона. При такой полярности электродов отрицательные частицы (электроны) начинают дви­гаться от места их образования у коронирующего электрода к положительному полюсу осадительного электрода. Через про­странство между электродами пропускают очищаемый газ, электроны адсорбируются на поверхности частиц пыли, тем са­мым заряжая их. Отрицательно заряженные частицы пыли на­чинают перемещаться к положительному осадительному элек­троду и прилипают к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняются различной формы, важно лишь соз­дать неоднородное электрическое поле с концентраторами его напряженности на коронирующем электроде. На рис. 3.84, б показана конструкция пары электродов с трубчатым осадительным электродом.

Затраты электроэнергии на правильно работающих электро­фильтрах на единицу объема очищаемого воздуха невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако сложное электрическое оборудование, опасность очень высоких напряжений требует специально подго­товленного обслуживающего персонала. Поэтому наиболее часто они применяются на крупных промышленных объектах и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного воздуха.

Находят применение электрофильтры и в технике очистки приточного воздуха, подаваемого в помещение. Однако в этом случае для снижения интенсивности образования токсичного, но нестойкого озона полярность электродов меняется на обратную и снижается подаваемое напряжение (до 7... 14 кВ).

Пылеуловители мокрого типа (скрубберы) целесообразно при­менять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа иначе называют промывателями газов, скрубберами. Применяются различные типы аппаратов. Рассмотрим принцип их действия и особенности ра­боты на примере простейших, но в то же время наиболее рас­пространенных типов аппаратов: полых форсуночных и пенных.

Один из вариантов конструкции полых скрубберов представлен на рис. 3.85. Скруб­бер имеет цилиндрическую форму корпуса 1, в который снизу через входной патрубок 2 подается очищаемый воздух. Воздух, под­нимаясь вверх, проходит через водяную пе­лену, создаваемую форсунками 3. При этом мелкие частицы пыли оседают на каплях жидкости, коагулируют (укрупняются, сли­паясь друг с другом) и под действием силы тяжести, которая начинает превосходить аэ­родинамическую силу, действующую со сто­роны восходящего потока воздуха, оседают вниз. Все аппараты мокрого типа снабжают­ся каплеуловителями 5. Наиболее распро­странены каплеуловители центробежного типа, в которых капельки воды отделяются от очищенного газа под действием центро­бежной силы во вращающемся потоке, соз­даваемом при прохождении газа через за­кручивающие лопатки.

На рис. 3.86 изображен пенный аппарат. Он устроен аналогичным образом, только сечение аппарата перекрыто несколькими рядами решеток. Каждый ряд состоит из пе-нообразующей и стабилизирующей пену ре­шеток 3, 4. Сверху на решетки через ороси­тельное устройство 5 подается вода или ка­кой-либо водный раствор. Для улучшения образования пены в воду могут добавлять пенообразователи (например, ПАВ — по­верхностно-активные вещества). Частицы пыли коагулируют в пене, проваливаются через отверстия решеток и в

виде шлама со­бираются в нижней части аппарата, откуда отводятся в шламосборник. На рис. 3.87 по­казана схема, поясняющая принцип дейст­вия пенного аппарата. Особенностью пред­ставленной конструкции является то, что вход очищаемого воздуха в аппарат направ­лен на поверхность шлама. Это повышает эффективность аппарата, т. к. проявляется ударно-инерционный механизм очистки. Газ ударяется о поверхность шлама и разво­рачивается на 180° для подъема вверх. Частицы пыли при ударе прилипают к шламу и выделяются из потока под действием воз­никающей инерционной силы.

Недостатком аппаратов мокрого типа является наличие сис­тем водоснабжения, рециркуляции воды и ее очистки перед по­вторной подачей на орошение аппарата.

Газоуловители. Для удаления из отходящего воздуха вредных газовых примесей применяют следующие методы: абсорбция, хе-мосорбция, адсорбция, термическое дожигание, каталитическая нейтрализация.

Абсорбция — это явление растворения вредной газовой при­меси сорбентом, как правило водой. Методом абсорбции можно улавливать только хорошо растворимые газовые примеси и пары. Так, хорошей растворимостью в воде обладают: аммиак, хлористый водород, фтористый водород, пары кислот и щело­чей. Для проведения процесса абсорбции применяют аппараты мокрого типа, используемые в технике пылеулавливания, только в этом случае их принято называть абсорберами. Для того чтобы процесс диффузии из газовой фазы в водную протекал интен­сивнее, желательно очищаемый воздух иметь горячим, а абсор­бент (воду) холодным. С этой целью воду перед подачей на оро­шение абсорбера целесообразно охлаждать. По мере циркуляции воды она насыщается вредной газовой примесью и перестает ее абсорбировать. Абсорбент регенерируют путем нагрева и вакуу-мирования в специальных аппаратах. При этом вредный газ вы­деляется в концентрированном виде, собирается в емкости и на­правляется на переработку и утилизацию.

Хемосорбция. Для газовых примесей нерастворимых или пло­хо растворимых в воде применяют метод хемосорбции, который заключается в том, что очищаемый воздух орошают растворами реагентов, вступающих в реакцию с вредными примесями с об­разованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых хи­мических соединений.

Этот метод широко используется для улавливания сернистого ангидрида (SO₂). Отходящий воздух орошают суспензией известня­ка (СаСО₃), известковым молоком (мелкодисперсной суспензией гашеной Са(ОН)₂ или негашеной СаО извести), суспензией магне­зита MgO.

Эти вещества вступают в реакцию с сернистым ангидридом с образованием нерастворимого сульфита кальция, например:

Этот метод нерегенерируемый, сульфит кальция в конечном итоге превращается в твердый гипс Очень хорош и находит применение регенерируемый магнезитовый метод, при котором

газы орошают суспензией окиси магния:

Сернистый ангидрид выделяется в концентрированном виде, собирается и используется для производства товарной серной кислоты или чистой серы.

Адсорбция. Метод адсорбции заключается в улавливании микропористой поверхностью адсорбента (активированный уголь, селикагель, цеолиты) молекул вредных веществ. Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требова­ниями к запыленности воздуха — не более 2...5 мг/м³. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого в 1 г содержится до 1600 м² поверхности. Методом адсорбции очистка может осуществляться практически до следовых уровней вредных веществ. Адсорбция широко применяется для улавлива­ния паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органи­ческих соединений и множества др. газов. Адсорбционная спо­собность адсорбента тем выше, чем меньше его температура, и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорберов и при их регенерации. Примером конструк­ции адсорбера является противогаз.

Одна из конструкций промышленного кольцевого адсорбера представлена на рис. 3.88. Очищаемый газ проходит через коль­цевой слой адсорбента и очищается. Регенерация адсорбента осуществляется путем продувки горячим водяным паром с по­следующей сушкой горячим воздухом, т. е. работа аппарата про ходит в три стадии, для осуществления которых необходимы три параллельных линии аппаратов. Схема, поясняющая процесс адсорбции и работы адсорбци­онной установки, показана на рис. 3.89. Каждый аппарат работает в определен­ном режиме — один в режиме адсорб­ции, другой — продувки водяным паром, третий — сушки воздухом. Затем проис­ходит их переключение, и они переходят в другой режим. Перед адсорберами уста­новлен холодильник для охлаждения га­зов, после них также устанавливается хо­лодильник-конденсатор для конденсации удаляемых при регенерации паров воды и примесей, сепаратор для разделения воды и растворителей за счет разной плотности. Растворители могут вновь на­правляться в производство.

Термическое дожигание — это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900... 1200 °С). Различают прямое сжига­ние и термическое окисление. Прямое сжигание используют, когда отходящий из технологического процесса поток газа

содержит кислород, а вредные примеси относятся к горючим и выделяют при горении энергию, доста­точную для поддержания реакции. Так дожигают циановодород и попутные газы в вертикальных открытых факелах на нефтехи­мических заводах.

Термическое окисление осуществляют в специальных дожи­гателях, в которые подается воздух в необходимом для окисления количестве. При недостаточной температуре отходящих газов для проведения процесса термического окисления газы подогревают дежурным факелом специальной горелки, работающей на топли­ве (наилучшее для этих целей топливо — малосернистый природ­ный газ). С помощью термического дожигания окисляют токсич­ный угарный газ СО до нетоксичного углекислого газа СО₂:

Процесс термического окисления при низкой температуре отходящих газов энергоемок, т. к. требует использования допол­нительного топлива для нагрева газов до высоких температур.

Каталитическая нейтрализация позволяет снизить энергети­ческий порог для начала окислительных реакций до 250...400 °С. Это достигается применением катализаторов — материалов, ко­торые ускоряют протекание реакций или делают их возможным при значительно более низких температурах. Это обеспечивает снижение энергоемкости процесса. В качестве катализаторов ис­пользуют прежде всего благородные металлы — платину, палла­дий в виде тонкослойных напылений на металлические или керамические носители, кроме того, применяются монельметалл, двуокись титана, пятиокись ванадия и т. д.

Одна из конструкций промышленного каталитического реак­тора кольцевого типа показана на рис. 3.90. Конструкция аналогична конст­рукции кольцевого адсорбера. Очищае­мый воздух пропускается через слой ката­лизатора 9, при этом на поверхности ката­лизатора протекают экзотермические (идущие с выделением тепла) окислитель­ные реакции, температура газов может по­вышаться с 250...400 °С до 500 °С. Для ис­пользования этой энергии и снижения тем самым расхода топлива, подаваемого в го­релку 16 для предварительного подогрева очищаемых газов, реактор снабжен труб­чатым теплообменником, в котором газы, подаваемые на очистку, подогреваются за счет тепла горячих очищенных газов, вы­ходящих из каталитического слоя. Термо­каталитические реакторы широко приме­няют для очистки отходящих газов окра­сочных цехов, сушильных камер и т. д.

Каталитические нейтрализаторы ис­пользуют для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от ок­сидов азота, углерода, углеводородов. Нейтрализатор двухступенчатый. Первая ступень содержит восстанавливающий слой катализатора, на поверхности кото­рого без доступа воздуха происходит вос­становление оксидов азота и углерода по реакциям

Во второй ступени в окисляющем слое катализатора в присутствии воздуха, подаваемого через специальный воздухозаборник, происходит доокисление оставшегося СО и углеводо­родов по реакциям

В качестве катализаторов для двигателей внутреннего сгора­ния используются платина, палладий, родий в количестве 2...4 г на одно устройство.

При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различ­ного типа.

Описанные выше аппараты могут использоваться в системах централизованной и индивидуальной очистки воздуха.

Централизованная система очищает загрязненный воздух, удаляемый от источников и из зон загрязнения цеха, предпри­ятия централизованной системой вентиляции, как это показано на рис. 3.76.

Индивидуальная система очищает воздух, удаляемый из од­ной зоны или источника, и после его очистки вновь направляет в рабочую зону. Наибольшее распространение получили инди­видуальные пылеуловители. Как правило, в едином корпусе та­ких пылеуловителей расположены: вентилятор, отсасывающий воздух из зоны пылеобразования, и устройства очистки от пыли. Наиболее часто устройство очистки включает циклон в качестве первой ступени и фильтр — в качестве второй. На рис. 3.91 изо­бражен индивидуальный пылеуловитель, входящий в комплект сверлильного или вертикально-фрезерного станка.

Если в системах пыле- и газоочистки не удается достичь тре­буемой эффективности, для обеспечения нормативного качества воздуха на территории промышленного предприятия и располо­женной поблизости населенной местности, выброс недоочищен-ного воздуха осуществляют через высокие трубы, снижая за счет рассеивания вредных веществ их приземную концентрацию.

Максимальная концентрация примесей в приземном слое прямо пропорциональна производительности источника и об­ратно пропорциональна квадрату высоты трубы. Повышение температуры и скорости выхода потока загрязненного воздуха из устья трубы приводит к увеличению температурного и инерци­онного подъема струи, улучшению рассеивания вредных выбросов и снижению их концентраций в приземном слое атмосферы.

Рис. 3.91. Индивидуальный пылестружкоулавливаюший агрегат: 1 — пылеструж-коприемник; 2 — гибкий рукав; 3 — кожух; 4 — вентилятор; 5 — глушитель шума; 6— циклон; 7 — кронштейн крепления; 8 — рукавный фильтр; 9 — патру­бок отвода пыли; 10 — тележка с контейнером для сбора пыли

В районе источника выброса образуется несколько характерных зон: зона переброски факела, включающая зону неорганизован­ного загрязнения; зона задымления с максимальным содержани­ем вредных веществ и зона, характеризующаяся постепенным снижением концентраций по мере удаления от источника.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеива­ния и определения приземных концентраций выбросов про­мышленных предприятий, является «Методика расчета концен­траций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД—86». В соответствии с этой мето­дикой максимальная приземная концентрация, создаваемая от одиночного источника, может быть рассчитана по формуле

AMFmnr

где А — коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизон­тального рассеивания вредных примесей (он зависит от климатической зоны, например для центральной части европейской территории России он равен 120); М — мощность выброса вред­ного вещества, г/с; F — коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов ра­вен 1, для пыли при эффективности очистки газоочистной уста­новки более 90 % — 2, от 75 до 90 % — 2,5, менее 75 % — 3); т и п — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздуш­ной смеси из устья трубы (определяются по графическим зави­симостям, приведенным в ОНД—86); ц — коэффициент учета рельефа местности (для ровного рельефа — перепад высот не бо­лее 50 м на 1 км, равен 1); Н — высота трубы, м; Q — объемная скорость выброса отходящих газов, м³/с; AT — разность темпера­тур выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего атмо­сферного воздуха.

В приземном слое от источника загрязнений по каждой вредной примеси должна создаваться такая максимальная кон­центрация, чтобы при сложении с фоновой концентраций С_ф этой же примеси, уже имеющей место в атмосфере (за счет дру­гих источников), не превышалась предельно допустимая макси­мально разовая концентрация, т. е. С_тах + С_ф < ПДК.

Из приведенной выше формулы можно определить мини­мальную высоту трубы, обеспечивающую выполнение этого ус­ловия:

Контрольные вопросы

1. Какие методы применяются для защиты воздушной среды рабочей зоны?

2. Какие системы вентиляции используются на производстве?

3. Как устроена естественная и механическая вентиляция?

4. Как рассчитать необходимую производительность общеобменной вентиляции для обеспечения нормативного качества химического со­става воздушной среды?

5. Какие типы местных отсосов загрязненного воздуха применяются на производстве?

6. Как определить необходимую эффективность очистки воздуха от за­грязнений?

7. Какие методы и аппараты применяются для очистки воздуха от пыли? Опишите их устройство и принцип работы.

8. Какие методы и средства применяются для очистки воздуха от вред­ных газов? Опишите их устройство и принцип работы.

9. Как осуществляется рассеивание вредных примесей и как рассчитать необходимую высоту выброса загрязненного воздуха?