Защита атмосферы от вредных выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита атмосферы от вредных выбросов

1. Системы очистки. Пылеуловители сухого и мокрого типа

К экобиозащитной технике относят средства и приспособления, защищающие человека и природную среду от воздействия опасных и вредных производственных факторов.

В качестве основы определения эффективности защитных средств можно принять классификацию по месту использования: средства локализации источника, устанавливаемые непосредственно на выходе токсичных веществ или энергетических загрязнений из источника или частично встроенные в него; защитные экраны -- средства защиты на путях распространения опасных и вредных факторов; индивидуальные средства, применяемые непосредственно для защиты человека.

Цель защиты атмосферы от вредных выбросов и выделений сводится к обеспечению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны и приземном слое атмосферы равным или менее ПДК.

Цель достигается применением следующих методов и средств: рациональным размещением источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам и рабочим местам; рассеиванием вредных веществ в атмосфере для снижения концентраций е ее приземном слое, удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общевременной вытяжной вентиляции, применением средств очистки воздуха от вредных веществ применением СИЗ.

Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление промышленных объектов-загрязнителей воздуха от населенных зон, создание вокруг низ санитарно-защитных зон, учет рельефа местности и преобладающего направления ветра при размещении источников загрязнений и жилых зон по отношению друг к другу.

В частности, промышленное предприятие необходимо располагать по отношению к жилому массиву, так как показано на рис.1, т.е. с учетом направления ветра и расположением предприятий на возвышенных, хорошо продуваемых местах.

Рисунок 1. Расположение промышленного предприятия по отношению к жилому массиву

Основными параметрами систем очистки воздуха (газа) 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 в одном аппарате или системе аппаратов:

Где С_вых и С_вх - массовые концентрации примесей в воздухе до и после аппарата или системы аппаратов, мг/м³. Если эффективности одного аппарата недостаточно для обеспечения требуемой чистоты отходящего воздуха, последовательно ставится несколько газоочистительных аппаратов, суммарную эффективность которых можно определить по формуле

где з_1, з₂, и зn - эффективность каждого аппарата в системе газоочистки.

Зная концентрацию вредного вещества в очищаемом воздухе С_вх и установленный ПДВ (предельно допустимый выброс в атмосферу) можно определить требуемую эффективность очистки газоочистительного аппарата или их системы по формуле

где Q - расход отходящего воздуха, м³/с, ПДВ, мг/с.

Номенклатура существующих газоочистительных аппаратов значительна, а их технические возможности позволяют обеспечивать высокие степени очистки отходящих газов практически по всем веществам.

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 распристранение в технике пылеулавливания.

Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные. На рисунке 2 изображена принципиальная конструкция одиночного циклона. Очищаемый воздух из входного патрубка через винтообразный вход поступает сначала в цилиндрическую, а затем в коническую части корпуса, где 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, выход из которого закрыт пылевым затвором. Более чистый газ из центральной части корпуса через выхлопную трубу поступает в камеру очищенного воздуха, а из нее в патрубок выхода очищенного газа. Пылевой затвор обычно выполняют в виде мигалки с конусным клапаном. Когда масса накопившейся в пылевом бункере пыли превысит силу прижатия конусного клапана, создаваемого контргрузом, клапан откроется, сбросит пыль в приемную емкость и под действием груза вновь закроется.

Рисунок 2. Пылеуловитель сухого типа циклон

Существует много различных типов циклонов. Разработана номенклатура стандартных циклонов с диаметром цилиндрической части от 200 до 3000 мм. Все размеры, необходимые для изготовления циклона, представлены в долях от диаметра цилиндрической части.

Циклоны с диаметром более 1 м применять не рекомендуется. Лучше применять групповые циклоны, в которых несколько одиночных циклонов (как правило 4 или 6) сгруппированы в один блок обычно с единым пылевым бункером и выходной камерой.

Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют батарейные циклоны, у которых в общем корпусе располагается большое количество циклонных элементов.

Циклоны можно применять при концентрациях пыли на входе до 400 г/м³, при температурах газов до 500 єС, однако существуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрывоопасных пылей.

В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания крупных и мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого газа 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 механизмов улавливания, некоторые просто заклиниваются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры подразделяются на тканевые, волокнистые и зернистые.

У тканевых фильтров фильтровальная перегородка может быть хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоновая стеклянная, металлическая и т.д. с регулярной переплетения нитей. Основной механизм фильтрования у таких фильтров - это ситовый, при котором фильтрует не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, образующийся на ее поверхности. Такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с поверхности ткани.

Волокнистые фильтры - это слой тонких и ультратонких волокон с нерегулярной, хаотичной структурой (например, войлок). Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т.е. механизм фильтрования объемный. Такие фильтры плохо регенерируются.

Зернистые фильтры представляют собой свободные засыпки зерен (гранул), например, кварцевого песка, различной крупности или перегородки связанных (спеченных) между собой зерен, через которые пропускают очищаемый воздух. Зернистые фильтры в технике очистки применяют реже, чем тканевые и волокнистые.

Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют электрофильтры. Наибольшее распространение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо. Затраты электроэнергии в электрофильтрах на единицу объема очищаемого газа невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако сложное электрическое хозяйство, опасность очень высоких напряжений, требует специально подготовленного персонала. Поэтому их применяют на крупных промышленных предприятиях и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного газа.

Их 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 называют скрубберами.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис. 3). Основная часть скруббера -- сопло Вентури 1. В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 2 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (WT= 15...20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 80...200 м/с и более.

Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла.

Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффугорной части сопла поток тормозится до скорости 15...20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г/м3.

Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1...6,0 л/м3, то эффективность очистки равна:

Скрубберы Вентури широко используют в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц более 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

Рисунок 3. Скруббер Вентури для мокрой очистки газа от пыли. 1 -сопло 2 - форсунки для ввода жидкости 3-каплеуловитель

2. Абсорбция и хемосорбция. Термическое дожигание. Каталитическая нейтрализация

Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют следующие методы: адсорбция, хемосорбция, абсорбции, термического дожигания, каталитической нейтрализации.

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, хлороводород, фтороводород, пары кислот и щелочей. Для проведения процесса абсорбции используют аппараты мокрого типа, применяемые в технике пылеулавливания.

Хемосорбцию применяют для улавливания газовых примесей, нерастворимых в воде. Метод хемосорбции заключается в том, что очищаемый газ орошают растворами реагентов, вступающих в реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих, или нерастворимых химических соединений. Этот метод широко используется для улавливания диоксида серы.

Адсорбция заключается в улавливании поверхностью микропористого адсорбента (активированный уголь, силикагель, цеолиты) молекул вредных веществ. Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требованиями к запыленности газа - не более 2...5 мг/м³. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого в 1 г содержится 1600 м² поверхностей. Адсорбция широко применяется для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и множества других газов. Адсорбционная способность адсорбента тем выше, чем меньше его температура и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорбера при его регенерации. Примером конструкции адсорбера является противогаз.

Термическое дожигание - это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900...1200 єС). С помощью термического дожигания окисляют токсичный угарный газ СО до нетоксичного углекислого газа СО₂ (2СО+О₂>СО₂+H₂O). Процесс термического окисления при низких температурах отходящих газов энергоемок, так как требует использования дополнительного топлива для нагрева газов до высоких температур. Термическое дожигание применяют для очистки отходящих газов от органических веществ, например, паров растворителей и красок в лакокрасочной промышленности, очистки выбросов испытательных станций двигателей, работающих на органических горючих. абсорбция нейтрализация очистка пыль

Каталитическая нейтрализация достигается применением катализаторов - материалов, которые ускоряют протекание реакций или делают их возможными при значительно более низких температурах (250...400 єС). В качестве катализаторов используются прежде всего благородные металлы - платину, палладий в виде тонкослойных напылений на металлические или керамические носители, кроме того, применяются монельметалл, диоксид титана, и т.д.

Каталитические нейтрализаторы используют для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота, углерода, углеводов.

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

Размещено на Allbest.ru