Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов

Время «жизни» газов и аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1 - 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционно-способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.). Оценка и тем более прогноз состояния приземной атмосферы являются очень сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается главным образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих справочниках и руководствах. В таком руководстве для Европы кроме токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и другие воздействия) учитываются их распространенность и способность к аккумуляции в организме человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного подхода - ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния приземного слоя атмосферы во времени и пространстве. Стационарных постов

наблюдения за воздушным бассейном мало, и они не позволяют адекватно оценить его состояние в крупных промышленно урбанизированных центрах. В качестве индикаторов химического состава приземной атмосферы можно использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся в воздухе. Широко известно покраснение игл хвойных деревьев в периоды смогов в городах.

Наиболее чутким и надежным индикатором состояния приземной атмосферы является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за сравнительно длительный период времени и позволяющий установить местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу показателей. В снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые не улавливаются прямыми измерениями или расчетными данными по пылегазовыбросам.

К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы крупных промышленно - урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих веществ.

Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным данным. К ним прежде всего относятся результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного

бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения приземной атмосферы во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный результат применения таких моделей - количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения.

Одно из основных требований при строительстве (реконструкции) промышленных объектов - оценка вероятных аварийных ситуаций и их последствий. Для прогноза и оценки последствий возникших аварийных ситуаций необходима информация об аварийных нормативах и в первую очередь, для чрезвычайно токсичных и чрезвычайно опасных соединений, к которым относятся все отравляющие вещества.

Аварийные пределы воздействия (АПВ) необходимы при проведении работ по ликвидации последствий аварий на объектах уничтожения в условиях превышения действующих гигиенических нормативов (ПДК, ПДВ) в объектах окружающей среды, не требующих применения средств индивидуальной защиты (СИЗ), путём регламентирования времени пребывания человека в зоне заражения (защита временем).

Одной из специфических особенностей ОУХО, в отличие от производств различных отраслей народного хозяйства, является то что их исходное сырьё для технологических процессов относится к высокотоксичным веществам. Их хранение, транспортировка, переработка (уничтожение) являются чрезвычайно опасными для объектов окружающей среды и состояния здоровья населения. Если на синтезе химических веществ более опасными, как правило, являются конечные продукты, то в данном случае основную опасность представляет сырье. Для всех разрабатываемых технологических процессов уничтожения ОВ характерным является наличие газовых, жидких и твёрдых отходов. В большинстве случаев указанные производственные отходы загрязнены ОВ.

В результате химической деструкции ОВ зачастую образуются реакционные массы (РМ) неизвестного состава, в связи с чем, отсутствует информация не только о физико-химических свойствах продуктов деструкции ОВ, но и об их биологической активности (токсикометрические параметры). В результате возникают осложнения при оценке реальной опасности подобных отходов.

При загрязнении ОВ, а так же указанными производственными отходами любой из сред (особенно при аварийных ситуациях) посредством миграции будут загрязняться сопредельные среды. В процессе УХО загрязнение объектов окружающей среды возможно как на основных стадиях технологического процесса (непосредственно уничтожение ОВ), так и на вспомогательных (переработка, сжигание, захоронение производственных отходов).

В зависимости от характера и степени загрязнения, в соответствии с официальной классификацией, производственные отходы могут быть отнесены к одному из четырёх классов опасности (СП 2.1.7.1386-03). Обычно к I классу (чрезвычайно опасные) относятся производственные отходы, загрязнённые чрезвычайно токсичными веществами. Как известно, все табельные ОВ, а так же продукты их деструкции относятся к классу чрезвычайно токсичных и чрезвычайно опасных веществ. В этой связи требования к производственным отходам, образующихся на ОУХО, должны быть более жесткими с учётом условий, изложенных в официальных нормативных документах (СНиП 2.01.28-85; СанПиН 2.1.7.1322-03; СП 2.1.7.1386-03).

15 ВІБОР КОНСТРУКЦИОННІХ МАТЕРИАЛОВ И СРЕДСТВ ЗАЩИТІ ОТ КОРРОЗИИ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ (ОГВ).

С развитием техники все более возрастают нагрузки на материалы, из которых изготавливаются установки различных производств. В промышленности применяются высокие и низкие температуры, агрессивные среды, на материалы действуют механические нагрузки. Все это способствует разрушению материалов, называемому коррозией. Использование обширного ассортимента химически стойких материалов дает возможность создавать необходимую защиту оборудования. При выборе материала необходимо учитывать условия технологического процесса, конструкции аппаратов и установок, стоимость материалов.

В данном дипломном проекте разрабатываются аппараты мокрой системы очистки газовых выбросов после печи термообезвреживания твёрдых отходов объекта УХО:

1) скруббер-охладитель СП-1,4;

2) скруббер Вентури ГВПВ-85/500.

Среда в аппаратах является токсичной, поэтому применяются высокие требования к герметичности аппаратов.

Общая характеристика условий эксплуатации системы очистки газовых выбросов (ОГВ).

Система ОГВ включает в себя скруббер-охладитель, скруббер Вентури и вспомогательное оборудование: емкости для орошающей жидкости и насосы.

Дымовые газы из печи сжигания твердых отходов поступают в систему очистки газовых выбросов (ОГВ). В составе дымовых газов содержатся минеральные соли и зола в виде взвешенных частиц пыли. Начальная температура дымовых газов - 1200оС. Система ОГВ обеспечивает охлаждение дымовых газов и очистку их от взвешенных частиц. Требуемая эффективность очистки от взвешенных частиц - 90 %. Очищенные газы дымососом подаются в дымовую трубу, через которую выбрасываются в атмосферу.

Орошение аппаратов системы ОГВ осуществляется циркулирующим раствором, часть которого непрерывно отводится из цикла скруббера Вентури. На подпитку циркулирующего раствора подается оборотная вода с температурой 20оС.

Вода в системе газоочистки постоянно расходуется на испарение в скруббере-охладителе и на улавливание солей и золы, выводимых из цикла скруббера Вентури.

Скруббер - охладитель осуществляет охлаждение газов с 1200оС до 80оС (до температуры мокрого термометра). Гидравлическое сопротивление скруббера-охладителя составляет ~500 Па. Средняя скорость газа в сечении аппарата не более 1,06 м/с.

Скруббер Вентури конструктивно выполняется в виде орошаемой трубы Вентури и циклона-каплеуловителя. Орошающая жидкость подается в конфузор трубы Вентури через одну механическую цельнофакельную форсунку. Улавливание капель с осевшими на них частицами пыли производится в центробежном каплеуловителе.

Температура газов на выходе из скруббера Вентури - 80оС.

Давление в аппарате не более 100700 Па. Скорость газа в горловине трубы Вентури 139 м/с. Скорость газа в циклоне - каплеуловителе

4 м/с. Гидравлическое сопротивление - 9500 Па. Поддержание необходимого гидравлического сопротивления скруббера Вентури осуществляется изменением расхода орошающей жидкости в достаточно узком диапазоне от 3,005 до 3,07 м3/ч.

Среда - агрессивная, класс опасности среды - 3 (по Na2CO3) по ГОСТ 12.1.007-76*.

Технологическое оборудование размещается в помещении. Работа технологического оборудования системы ОГВ регламентируется инструкциями по эксплуатации газоочистных аппаратов. Аппараты оборудуются площадками обслуживания. При эксплуатации системы ОГВ в оптимальном (расчетном) технологическом режиме обеспечивается требуемая эффективность улавливания пыли.

Аварийный выброс возможен при отключении электроэнергии и аварийном отключении печи сжигания отходов. При остывании кладки происходит движение высокотемпературного потока газа по тракту системы ОГВ. Время аварийного выброса 10 - 15 мин, выброс солей Na за это время может составить 1,0 - 1,5 кг/ч. В начальный период выброса температура газов не превышает 300 - 350оС.

Надежность работы аппаратов мокрой очистки газов определяется, в первую очередь, устойчивой работой форсунок. Содержание взвеси в подаваемой на орошение жидкости не должно превышать 500 мг/л, что соответствует условиям работы системы ОГВ.

Характеристика коррозионных процессов и мероприятий по защите от коррозии системы ОГВ.

Отходящие дымовые газы из установки огневого обезвреживания отходов поступают на охлаждение в скруббер-охладитель. Скруббер работает в режиме противотока. В скруббер подается вода с температурой tж = 20є С. В аппарате дымовые газы охлаждаются за счет испарения орошающей жидкости и после этого поступают на очистку в скруббер Вентури.

Среда внутри оборудования газовая с наличием минеральных солей и золы, в виде взвешенных частиц пыли. Для обеспечения защиты от коррозии рекомендуется поддержание температурного режима. Это обеспечивается созданием теплоизоляционного защитного слоя с наружи технологического оборудования. В случае не соблюдения режима возможно образование конденсата на внутренних частях аппарата, который увеличит скорость коррозии в несколько раз.

Так как в дымовых газах присутствуют соли (Na2CO3, NaCl) то система ОГВ подвержена так называемой морской коррозии. Хлор-ион является сильным депассиватором, т. е. ускоряет анодный процесс коррозии металлов. Наиболее распространенным методом защиты металлов от коррозии в морской воде является нанесение лакокрасочных покрытий. Используют также цинковые и кадмиевые покрытия как самостоятельные или как под слой под лакокрасочные. Широкое применение находит применение некоторых коррозионно-стойких сплавов (например, сплав меди с никелем).

Питтинговая коррозия - один из опасных видов локального коррозионного разрушения, характерного для условий, когда пассивное состояние поверхности металла или сплава может частично нарушаться. При этом коррозии подвергаются весьма ограниченные участки металла, а вся остальная поверхность находится в устойчивом пассивном состоянии, что приводит к появлению точечных язв или глубоких питтингов. Обычно такой коррозии подвергаются легкопассивирующиеся металлы и сплавы: хромистые и хромоникелевые стали, алюминий и его сплавы, никель, титан и др. Питтинговая коррозия возникает в растворах, содержащих окислители (например кислород) и одновременно активирующие анионы (Cl?, Br?, I?), например, в растворах хлорного железа, в морской воде, в смесях азотной и соляной кислот и др.

На возникновение точечной коррозии оказывают влияние состав сплава, природа металла, состояние поверхности и т. д. Например, с повышением содержания никеля и хрома сопротивление сталей точечной коррозии повышается.

Для защиты от точечной коррозии используют электрохимические методы, ингибиторы и легирование металла. Так, легирование сталей хромом, кремнием, молибденом повышает их стойкость к точечной коррозии.

Газовая коррозия -- это частный и наиболее распространенный случай химической коррозии. Газовой коррозии обычно подвержены металлические конструкции, работающие в условиях воздействия агрессивных газовых сред при высоких температурах. Под газовой коррозией понимают также и многочисленные случаи разрушения металлов, вызываемого окислением их при высокой температуре в отсутствии агрессивных газов. В данной системе аппаратов возможен процесс газовой коррозии.

Основным агрессивным веществом, вызывающими коррозию аппаратуры при очистке газов, особенно в присутствии кислорода, является СО2. В водном растворе при повышенной температуре углеродистая сталь реагирует с СО2 и образует растворимый бикарбонат железа. В результате этого скорость газовой коррозии возрастает. Наличие в рабочей газовой среде диоксида азота NО2, а также водяных паров, которые разрушают защитные пленки на термоустойчивых сплавах, отрицательно влияют на окалиноустойчивость деталей и на их эксплуатационную устойчивость. Газовая коррозия в перегретом паре идет значительно быстрее, чем коррозия в воздушной среде при таких же температурах. Железо и низколегированные стали в перегретом паре уже при 500 0С окисляются в два раза сильнее, чем при нагретом воздухе.

При резких изменениях температурного режима возможно механическое растрескивание материала аппарата. Образовавшиеся в процессе обезуглероживания сталей оксид углерода и водород под действием высокой температуры расширяются. Цементит на границах зерен в процессе обезуглероживания переходит в порошкообразное железо, которое не обладает твердостью цементита и не способно выдерживать нагрузки, создаваемые расширяющимися газами. К тому же, образовавшийся водород способен проникать вглубь металла. Вышеперечисленные факторы обуславливают механическое растрескивание стали.

Кроме газовой коррозии на систему аппаратов действует атмосферная коррозия. В целях зашиты агрегатов от атмосферной коррозии, предусматривается покрытие аппаратуры лаками или другими покрытиями.

Общая характеристика конструктивного и материального оформления системы ОГВ.

Применение в качестве конструкционного материала нелегированных сталей невозможно по причине наличия высоких температур в аппарате. При температурах выше 575 0С на границе металл - окалина образуется вюстит (FеО), который имеет решетку, содержащую вакансии и электронные дефекты, облегчающие проникновение кислорода. Окисел такого строения не обеспечивает защитных свойств пленки. Поэтому жаростойкость нелегированной углеродистой стали ограничена температурой 4500С. К тому же, в процессе газовой коррозии в углеродистых сталях активно протекает обезуглероживание при взаимодействии с О2, СО2 и Н2О. Присутствие водяного пара и углекислого газа сильно ускоряет окисление углеродистых сталей. Углеродистые стали не подходят в качестве конструкционного материала для данного процесса.

Применение в качестве конструкционного материала низколегированных сталей также привело бы к быстрой коррозии, так как на них значительное разрушающее действие оказывает наличие водяной пар. В химическом машиностроении низколегированные стали применяются при температуре до 475 0С. Низколегированные стали не подходят в качестве конструкционного материала для данного процесса.

Применение среднелегированных сталей ограничено максимальной температурой их применения: ~ до 550 0С. К тому же, эта группа не относится к сталям жаростойким, что ограничивает ее применение в средах, содержащих водяные пары и углекислый газ.

Высоколегированные стали обладают повышенной устойчивостью, а также могут применяться при более высоких температурах, чем среднелегированные стали. К самым простым и недорогим высоколегированным сталям относятся хромистые. Они относятся к ферритным сталям, не обладают достаточным уровнем жаропрочности, а также довольно трудно свариваются, то есть не обладают свойством «технологичности». Включение в состав стали никеля повышает уровень жаропрочности и жаростойкости, пластичности, а также способность к сварке, поэтому хромоникелевые стали более «технологичны», чем хромистые, и классифицируются как стали высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах. К тому же, добавка хрома и никеля повышает устойчивость металла к точечной коррозии. Дополнительное легирование сталей титаном сообщает им жаропрочность. Из класса хромоникелевых сталей выбираем сталь 12Х18Н10Т, так как она может применяться при температурах до 750 0С включительно. Сталь коррозионно-стойкая аустенитного класса. Скорость коррозии выбранной стали при данной температуре составляет 0,1 мм/год.

Химический состав сплава (% по массе): 17-19 Cr; 9-11 Ni; 2 Mn;

0,8 Si; 0,6-0,8 Ti; 0,3 Cu; 0,12 C; 0,035 P; 0,02 S.

Материал болтов, выбирается, исходя из степени ответственности фланцевого соединения, а также с учетом коэффициентов температурного расширения материала фланцев и болтов, которые должны иметь близкие значения. Фланцевые соединения являются ответственными элементами аппарата, так как при их разгерметизации произойдет подсос воздуха в аппарат, что изменит температурные и скоростные режимы.

Материал прокладки графитовая фольга Графлекс.