Методы очистки выбросов в атмосферу. Газопылеулавливающие установки

При организации любого производства, особенно мало и безотходного, необходимой стадией является очистка газовоздушных выбросов. Различают промышленную и санитарную очистки. Промышленная является частью технологического процесса и проводится с целью улавливания, возврата в производство или утилизации компонента газовоздушных выбросов. Санитарная очистка проводится с целью устранения остаточного содержания в газе загрязняющих веществ перед поступлением отходящих газов непосредственно в атмосферный воздух. При этом необходимо обеспечить соблюдение установленных для каждого загрязняющего вещества нормативов ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений.

По характеру поступления в атмосферу и составу различают организованные, неорганизованные и распределенные выбросы. К организованным относятся выбросы из труб, к неорганизованным - из негерметичных и неисправных структурных частей оборудования, когда технологические объекты (оборудование, емкости, арматура) расположены вне производственных помещений и не оборудованы системами улавливания и отвода этих выбросов через трубы. К распределенным относят выбросы автотранспорта. Последние два вида выбросов сложно улавливать и очищать. Для их снижения в основном проводят профилактические осмотры и ремонт оборудования и транспорта, замену устаревшего оборудования. Наиболее разработаны методы очистки организованных выбросов.

Для очистки газов от взвешенных частиц и газообразных примесей используют сухие и мокрые способы. Мокрый отличается наличием контакта частиц с водой. Очистка вентиляционных и технологических выбросов от вредных веществ производится в основном следующими методами:

- механический - для очистки газа от аэрозолей с использованием гравитационного, инерционного, центробежного, реже диффузионного механизмов осаждения взвешенных частиц;

- электрический - основан на осаждении заряженных пылевых частиц и ионов в электрическом поле;

- адсорбционный - применяется для очистки больших объемов газов от паров органических соединений, токсичных газов с невысокой концентрацией (4-5 г/м³) и основан на избирательном поглощении компонентов твердыми поглотителями - адсорбентами, имеющими высокую пористость и большую удельную поверхность (активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты);

- абсорбционный - применяется для избирательного удаления нежелательных паров или газов из смеси за счет их различной растворимости при поглощении жидкими веществами - абсорбентами. Рентабелен при концентрации примесей в газовом потоке более 1 %;

- термический - основан на окислении органических соединений, аэрозолей кислородом воздуха при высоких температурах с образованием воды, оксида углерода и менее вредных веществ по сравнению с исходными;

- каталитического окисления - основан на реакции окисления вредных веществ на поверхности твердых катализаторов (сложные и простые оксиды, природные минералы и др.) с образованием менее вредных либо легко удаляемых из газа. Использование катализаторов позволяет повысить скорость процесса окисления, снизить температуру с 800-1 100 "С до 200-500 °С и уменьшить энергозатраты. Можно добиться очистки газа на 99,9 %.

Выбор метода очистки зависит от запыленности газа, дисперсности пыли, концентрации вредных примесей, требуемой степени очистки и определяется конкретными условиями. В некоторых случаях (например, при образовании легко удаляемых газов в методе каталитического окисления) необходимо проводить вторую стадию очистки методами абсорбции или адсорбции. При этом учитывают затраты, связанные с обработкой и утилизацией уловленных веществ. Так, при использовании способов мокрой очистки учитываются затраты, связанные с обработкой и нейтрализацией образующихся сточных вод. Очистка газов, содержащих химические компоненты, может дать экономический эффект при использовании выделенного компонента как вторичного ресурса.

Установками газоочистки называют комплекс сооружений, оборудования и аппаратуры, предназначенный для отделения от поступающего из промышленного источника газа или превращения в безвредное состояние веществ, загрязняющих атмосферу. Аппарат очистки газа - элемент установки, в котором непосредственно осуществляется избирательный процесс улавливания или обезвреживания веществ, загрязняющих атмосферу. Они делятся на группы в зависимости от метода очистки.

Устройства для механической очистки несложны по конструкции, пригодны для предварительной очистки от крупнодисперсной пыли. Наиболее простыми из таких устройств являются пылеосадочные камеры, используемые для охлаждения и очистки газов от пыли с размерами частиц около 100 мкм и представляющие собой пустотелый или разделенный перегородкой короб с бункером для сбора пыли внизу). Площадь сечения камеры больше, чем подводящего газопровода, поэтому газовый поток резко снижает скорость в камере, и частицы пыли осаждаются под действием силы тяжести. Пылеосадочные камеры просты и дешевы в эксплуатации, но громоздки, имеют малый коэффициент улавливания пыли (40-50 %; у камер с перегородками 80-85%). (Коэффициент очистки равен отношению массы уловленной к массе поступившей в аппарат пыли.)

Широко применяются инерционные пылеосадители (или инерционные пылеуловители). В них наряду с силой тяжести используются инерционные силы пылевых частиц при изменении движения газа на 90° или 180° к направлению первоначального движения. Крупные частицы (размером от 25-30 мкм) при резком изменении вектора скорости не успевают за газовым потоком и выпадают из него. Различают инерционные пылеосадители с центральным и боковым подводом), с отражательной перегородкой), с отклонением хода газа и жалюзийные.

К механическим сухим пылеулавливателям относят также циклоны, рекомендуемые для удаления частиц более 5 мкм. В циклоне очищаемый поток закручивается (16-22 м/с) благодаря подаче его по касательной к корпусу. Центробежными силами частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона, падают в бункер и высыпаются через отверстие.

Очищенный от пыли воздух через внутреннюю трубу выводится из аппарата. Эффективность очистки увеличивается при уменьшении размеров циклона (центробежная сила обратно пропорциональна расстоянию от частиц пыли до оси циклона). Поэтому для очистки от пыли с частицами 5-10 мкм применяют батарейные циклоны и мультициклоны. Коэффициент улавливания частиц размером 5 мкм - 85 %, 20 мкм - до 99 %.

Если загрязненный воздух содержит аэрозоли и допустимо его увлажнение, то, как правило, используют методы мокрой очистки, отличающиеся простотой и низкой себестоимостью. В устройствах мокрой очистки для сокращения расходов воды ее используют повторно после предварительной очистки.

К пылеулавливающим устройствам мокрой очистки относятся скрубберы. В скрубберах (вертикальных цилиндрических колоннах высотой до 30 м) навстречу потоку запыленного газа сверху вниз подается распыленная жидкость или пена. Очищенный газ отводится из верхней части аппарата, а вода с пылью собирается внизу скруббера.

С середины 60-х гг. широкое применение получили скоростные пылеуловители-газо-промыватели, в которых жидкость под влиянием движущегося с большой скоростью (130 м/с) очищаемого газа дробится, образуя объемный фильтр из капелек, заставляющий поток газа многократно менять направление. Тяжелые частицы оседают вместе с каплями воды. При больших объемах воздуха устанавливают батарею промывателей. Коэффициент улавливания пыли с размером частиц 5 мкм - до 95 %.

Широко применяются фильтры устройства, в которых запыленный воздух пропускают через пористые материалы: гравий, кокс, металлическую стружку, стекловолокно - для грубой очистки; ткань из натуральных (хлопок, шерсть) или искусственных (капрон, нейлон) волокон, бумагу - для тонкой очистки. Наибольшее распространение получили тканевые рукавные фильтры. Тканевые фильтры используют для окончательной очистки газов после применения пылеотстойных камер или циклонов. Коэффициент улавливания пыли до 99%.

К числу эффективных методов очистки газов от мелкодисперсной пыли (с размерами 0,01-100 мкм) и туманов относится электрическая очистка посредством электрических фильтров. Эффективность очистки - 95-99%. Электрофильтр состоит из камеры, параллельно боковым стенкам которой расположены металлические пластины (в пластинчатых фильтрах) или трубки (в трубчатых) - осадительные электроды. Коронирующие электроды натянуты между пластинами в первом случае или вдоль оси трубок во втором. Процесс очистки основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда частицам примесей и осаждении последних на электродах. Газ проходит предварительную очистку в сухих или мокрых камерах. Главный недостаток электрофильтров - высокая стоимость, сложность эксплуатации.

Наибольшая эффективность в защите атмосферы от выбросов токсичных веществ достигается при сочетании технологических (замена вредных веществ в технологических процессах менее вредными, пламенного нагрева - электрическим, твердого и жидкого топлива - газообразным и др.)» санитарно-технических и планировочных мероприятий.