Главная > Здравоохранение

Методы и способы защиты атмосферы. Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности


1
Содержание

I. Строение и состав атмосферы
II. Загрязнение атмосферы:

    Качество атмосферы и особенности ее загрязнения;
    Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу.
III. Методы и средства защиты атмосферы:
    Основные методы защиты атмосферы от химических примесей;
    Классификация систем очистки воздуха и их параметры.
IV. Список литературы

I. Строение и состав атмосферы

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся на высоту более 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,91015 т, объем – 13,2-1020 м 3 . Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.
Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой. В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.
Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И, наконец, воздух – необходимое условие жизни на Земле.
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10-12 км, над уровнем моря и на полюсах 1-10 км, а на экваторе 16-18 км.
Из-за неравномерности нагрева солнечной энергией в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температуры, относительной влажности, давления и т.п. Но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые 100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые по своей сути являются очистителями воздуха от примесей.
Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними находится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км. Под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы газов в стратосфере ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой, располагаемый до 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетовых лучей.
Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой объясняется наличием озонового слоя.

II. Загрязнение атмосферы

1) Качество атмосферы и особенности ее загрязнения

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше и больше превалируют антропогенные источники.
В зависимости от формы материи загрязнения подразделяют на вещественные (ингредиентные), энергетические (параметрические) и вещественно-энергетические. К первым относят механические, химические и биологические загрязнения, которые обычно объединяют общим понятием «примеси», ко вторым - тепловые, акустические, электромагнитные и ионизирующие излучения, а также излучения оптического диапазона; к третьим - радионуклиды.
В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет загрязнение атмосферы примесями, так как воздух выступает посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами, переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.
Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.
Численность населения Земли и темпы его роста являются предопределяющими факторами повышения интенсивности загрязнения всех геосфер Земли, в том числе и атмосферы, так как с их увеличением возрастают объемы и темпы всего того, что добывается, производится, потребляется и отправляется в отходы. Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдается в городах, где обычные загрязнители - это пыль, сернистый газ, оксид углерода, диоксид азота, сероводород и др. В некоторых городах в связи с особенностями промышленного производства в воздухе содержатся специфические вредные вещества, такие, как серная и соляная кислота, стирол, бенз(а)пирен, сажа, марганец, хром, свинец, метилметакрилат. Всего в городах насчитывается несколько сотен различных загрязнителей воздуха.
Особую тревогу вызывают загрязнения атмосферы вновь создаваемыми веществами и соединениями. ВОЗ отмечает, что из 105 известных элементов таблицы Менделеева 90 используются в производственной практике, а на их базе получено свыше 500 новых химических соединений, почти 10% из которых вредные или особо вредные.
2) Основные химические примеси,
загрязняющие атмосферу

Различают естественные примеси, т.е. обусловленные природными процессами, и антропогенные, т.е. возникающие в результате хозяйственной деятельности человечества (рис. 1). Уровень загрязнения атмосферы примесями от естественных источников является фоновым и имеет малые отклонения от среднего уровня во времени.

Рис. 1. Схема процессов выбросов веществ в атмосферу и трансформации
исходных веществ в продукты с последующим выпадением в виде осадков

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов примесей и многочисленностью источников их выброса. Наиболее устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Установлено, что каждые 10-12 лет объем мирового промышленного производства удваивается, а это сопровождается примерно таким же ростом объема выбрасываемых загрязнений в окружающую среду. По ряду загрязнений темпы роста их выбросов значительно выше средних. К таковым относятся аэрозоли тяжелых и редких металлов, синтетические соединения, не существующие и не образующиеся в природе, радиоактивные, бактериологические и другие загрязнения.
Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Газы и пары образуют с воздухом смеси, а жидкие и твердые частицы - аэрозоли (дисперсные системы), которые подразделяют на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым (размеры твердых частиц менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной (размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной (50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм). В зависимости от размера жидкие частицы подразделяются на супертонкий туман (до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5-3,0 мкм), грубодисперсный туман (3-10 мкм) и брызги (свыше 10 мкм). Аэрозоли чаще полидисперсные, т.е. содержат частицы различного размера.
Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие: оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО 2), диоксид серы (SO 2), оксиды азота, озон, углеводороды, соединения свинца, фреоны, промышленные пыли.
Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и другие заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим химическим разнообразием. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.
К постоянным источникам аэрозольного загрязнения относятся промышленные отвалы – искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.
Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн т/г.
Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. К опасным факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести ее загрязнение радиоактивной пылью. Время пребывания мелких частиц в нижнем слое тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхнем – 20-40 суток. Что касается частиц, попавших в стратосферу, то они могут находиться в ней до года, а иногда и больше.

III. Методы и средства защиты атмосферы

1) Основные методы защиты атмосферы
от химических примесей

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.
В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.
Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

    замену менее экологичных видов топлива экологичными;
    сжигание топлива по специальной технологии;
    создание замкнутых производственных циклов.
В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека.
Сжигание топлива по особой технологии (рис. 2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.

Рис. 2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания
топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка;
3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ (инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.
Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.
Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

2) Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной – твердые частицы или капельки жидкости.
и т.д.................

Выбросы промышленных предприятий характеризуются большим разнообразием дисперсного состава и других физико-химических свойств. В связи с этим разработаны различные методы их очистки и типы газо- и пылеуловителей - аппаратов, предназначенных для очистки выбросов от загрязняющих веществ.

Методы очистки промышленных выбросов от пыли можно разделить на две группы: методы улавливания пыли «сухим» способом и методы улавливания пыли «мокрым» способом . Аппараты обеспыливания газов включают: пылеосадительные камеры, циклоны, пористые фильтры, электрофильтры, скрубберы и др.

Наиболее распространенными установками сухого пылеулавливания являются циклоны различных типов.

Они используются для улавливания мучной и табачной пыли, золы, образующейся при сжигании топлива в котлоагрегатов. Газовый поток поступает в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенке циклона и под действием силы тяжести опадают в бункер для сбора пыли 4, а очищенный газ выходит через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима его герметичность, если циклон не герметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Задачи по очистке газов от пыли могут успешно решаться цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М, СКД-ЦН-33) циклонами, разработанными НИИ по промышленной и санитарной очистке газов (НИИОГАЗ). Для нормального функционирования избыточное давление газов, поступающих в циклоны, не должно превышать 2500 Па. При этом во избежание конденсации паров жидкости t газа выбирается на 30 – 50 о С выше t точки росы, а по условиям прочности конструкции – не выше 400 о С. Производительность циклона зависит от его диаметра, увеличиваясь с ростом последнего. Эффективность очистки циклонов серии ЦН падает с ростом угла входа в циклон. С увеличением размера частиц и уменьшением диаметра циклона эффективность очистки возрастает. Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем и рекомендованы к использованию для предварительной очистки газов на входе фильтров и электрофильтров. Циклоны ЦН-15 изготавливают из углеродистой или низколегированной стали. Канонические циклоны серии СК, предназначенные для очистки газов от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН за счет большего гидравлического сопротивления.



Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большего числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Отечественная промышленность выпускает батарейные циклоны типа БЦ-2, БЦР-150у и др.

Ротационные пылеуловители относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от фракции пыли крупнее 5 мкм. Они обладают большой компактностью, т.к. вентилятор и пылеуловитель обычно совмещены в одном агрегате. В результате этого при монтаже и эксплуатации таких машин не требуется дополнительных площадей, необходимых для размещения специальных пылеулавливающих устройств при перемещении запыленного потока обыкновенным вентилятором.

Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рисунке. При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и движутся по ней в направлении выхлопного отверстия 3. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в выхлопную трубу 4.

Для повышения эффективности пылеуловителей такой конструкции необходимо увеличить переносную скорость очищаемого потока в спиральном кожухе, но это ведет к резкому повышению гидравлического сопротивления аппарата, или уменьшить радиус кривизны спирали кожуха, но это снижает его производительность. Такие машины обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха при улавливании сравнительно крупных частиц пыли – свыше 20 – 40 мкм.

Более перспективными пылеотделителями ротационного типа, предназначенными для очистки воздуха от частиц размером > 5 мкм, являются противопоточные ротационные пылеотделители (ПРП). Пылеотделитель состоит из встроенного в кожух 1 полого ротора 2 с перфорированной поверхностью и колеса вентилятора 3. Ротор и колесо вентилятора насажены на общий вал. При работе пылеотделителя запыленный воздух поступает внутрь кожуха, где закручивается вокруг ротора. В результате вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные частицы пыли стремятся выделиться из него в радиальном направлении. Однако на эти частицы в противоположном направлении действуют силы аэродинамического сопротивления. Частицы, центробежная сила которых больше силы аэродинамического сопротивления, отбрасываются к стенкам кожуха и поступают в бункер 4. Очищенный воздух через перфорацию ротора с помощью вентилятора выбрасывается наружу.

Эффективность очистки ПРП зависит от выбранного соотношения центробежной и аэродинамической сил и теоретически может достигать 1.

Сравнение ПРП с циклонами свидетельствует о преимуществах ротационных пылеуловителей. Так, габаритные размеры циклона в 3 – 4 раза, а удельные энергозатраты на очистку 1000 м 3 газа на 20 – 40 % больше, чем у ПРП при прочих равных условиях. Однако широкое распространение пылеуловители ротационного действия не получили из-за относительной сложности конструкции и процесса эксплуатации по сравнению с другими аппаратами сухой очистки газов от механических загрязнений.

Для разделения газового потока на очищенный газ и обогащенный пылью газ используют жалюзийный пылеотделитель. На жалюзийной решетке 1 газовый поток расходом Q разделяется на два протока расходом Q 1 и Q 2 . Обычно Q 1 = (0.8-0.9)Q, а Q 2 =(0.1-0.2)Q. Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в жалюзийную решетку, а также за счет эффекта отражении частиц от поверхности решетки при соударении. Обогащенный пылью газовый поток после жалюзийной решетки направляется к циклону, где очищается от частиц, и вновь вводится в трубопровод за жалюзийной решеткой. Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой конструкции и хорошо компонуются в газоходах, обеспечивая эффективность очистки 0,8 и более для частиц размером более 20 мкм. Они применяются для очистки дымовых газов от крупнодисперсной пыли при t до 450 – 600 о С.

Электрофильтр. Электрическая очистка один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Осадительные электроды 2 присоединяют к положительному полюсу выпрямителя 4 и заземляют, а коронирующее электроды подсоединяют к отрицательному полюсу. Частицы, поступающие в электрофильтр, ок положительному полюсу выпрямителя 4 и заземляют, а коронирующее электроды приедаче заряда ионов примесей ана. бычно уже имеют небольшой заряд, полученный за счет трения о стенки трубопроводов и оборудования. Таким образом, отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные частицы оседают на отрицательном коронирующем электроде.

Фильтры широко используют для тонкой очистки газовых выбросов от примесей. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтро-

элементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3.

По типу перегородок фильтры бывают:- с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы) состоящие из зерен различной формы, используют для очистки газов от крупных примесей. Для очистки газов от пылей механического происхождения (от дробилок, сушилок, мельниц и др.) чаще используют фильтры из гравия. Такие фильтры дешевы, просты в эксплуатации и обеспечивают высокую эффективность очистки (до 0,99) газов от крупнодисперсной пыли.

С гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан и др.);

С полужесткими пористыми перегородками (вязанные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.);

С жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов от примесей имеют рукавные фильтры. В корпусе фильтра 2 устанавливается необходимое число рукавов 1, во внутреннюю полость которых подается запыленный газ от входящего патрубка 5. Частицы загрязнений за счет ситового и других эффектов оседают в ворсе и образуют пылевой слой на внутренней поверхности рукавов. Очищенный воздух выходит из фильтра через патрубок 3.При достижении максимально допустимого перепада давления на фильтре его отключают от системы и производят регенерацию встряхиванием рукавов с обработкой их продувкой сжатым газом. Регенерация осуществляется специальным устройством 4.

Пылеуловители различных типов, в том числе и электрофильтры, применяют при повышенных концентрациях примесей в воздухе. Фильтры используют для тонкой очистки воздуха с концентрациями примесей не более 50 мг/м 3 , если требуемая тонкая очистка воздуха идет при больших начальных концентрациях примесей, то очистку ведут в системе последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, т.к. характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d ч ≥ (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки от пылей горячих и взрывоопасных газов.. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образования в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель жидкости, 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 . Основная часть скруббера – сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости 15-20 м/с до скорости в узком сечении сопла 30-200 м/с, а в диффузорной 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 со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м 3 .

К мокрым пылеуловителям относят барботажго-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками. В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, проходя через слой жидкости или пены 2, под давлением, очищается от части пыли за счет осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе аппарата c 1 до 2-2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажго-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ≈ 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м 3 . Но эти аппараты весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки, что приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Решетки склонны к засорению.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять основных групп: промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция); термическая нейтрализация отходящих газов и применение каталитического превращения.

Метод абсорбции . В технике очистки газовых выбросов про­цесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одно­го или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Движущей силой здесь является градиент концентрации на гра­нице фаз газ - жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии, т. е. в процессе проектирования абсор­беров особое внимание следует уделять организации контакта га­зового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).

Решающим условием при выборе абсорбента является раство­римость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от тем­пературы и давления. Если растворимость газов при 0°С и пар­циальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называют хорошо растворимыми.

Организация контакта газового потока с жидким растворите­лем осуществляется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа че­рез слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от реализуе­мого способа контакта газ - жидкость различают: насадочиые башни: форсуночные и центробежные скрубберы, скрубберы Вентури; барботажно-пенные и другие скрубберы.

Общее устройство противопоточной насадочной башни приве­дено на рисунке. Загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный покидает ее через верхнюю часть, куда при помощи одного или нескольких разбрызгивателей 2 вводят чистый погло­титель, а из нижней отбирают отработанный раствор. Очищенный газ обычно сбрасывают в атмосферу. Жидкость, покидающую абсорбер, подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, и возвра­щают в процесс или выводят в качестве отхода (побочного продукта). Химически инертная на­садка 1, заполняющая внутреннюю полость ко­лонны, предназначена для увеличения поверх­ности жидкости, растекающейся по ней в виде пленки. В качестве насадки используют тела разной геометрической формы, каждая из кото­рых характеризуется собственной удельной по­верхностью и сопротивлением движению газово­го потока.

Выбор метода очистки определяется технико-экономическим расчетом и зависит от: концентрации загрязнителя в очищаемом газе и требуемой степенью очистки, зависящей от фонового за­грязнения атмосферы в данном регионе; объемов очищаемых га­зов и их температуры; наличия сопутствующих газообразных при­месей и пыли; потребности в тех или иных продуктах утилизации и наличии требуемого сорбента; размеров площадей, имеющихся для сооружения газоочистной установки; наличия необходимого катализатора, природного газа и т. д.

При выборе аппаратурного оформления для новых технологи­ческих процессов, а также при реконструкции действующих уста­новок газоочистки необходимо руководствоваться следующими требованиями: максимальная эффективность процесса очистки в широком диапазоне нагрузочных характеристик при малых энер­гетических затратах; простота конструкции и ее обслуживания; компактность и возможность изготовления аппаратов или отдель­ных узлов из полимерных материалов; возможность работы на циркуляционном орошении или на самоорошении. Главный прин­цип, который должен быть положен в основу проектирования очистных сооружений, - это максимально возможное удержание вредных веществ, теплоты и возврат их в технологический про­цесс.

Задача №2 : На зерноперерабатывающем предприятии установлено оборудование, являющиеся источником выделения зерновой пыли. Для её удаления из рабочей зоны, оборудование снабжено аспирационной системой. С целью очистки воздуха перед выбросом его в атмосферу применяется пылеулавливающая установка, состоящая из одиночного или батарейного циклона.

Определить: 1. Предельно допустимый выброс зерновой пыли.

2. Подобрать конструкцию пылеулавливающей установки, состоящей из циклонов НИИ по промышленной и санитарной очистке газов (НИИ ОГАЗ), определить её эффективность по графику и рассчитать концентрацию пыли на входе и выходе из циклона.

Высота источника выброса Н = 15 м,

Скорость выхода газовоздушной смеси из источника w о = 6 м/с,

Диаметр устья источника Д = 0,5 м,

Температура выброса Т г = 25 о С,

Температура окружающего воздуха Т в = _ -14 о С,

Средний размер частиц пыли d ч = 4 мкм,

ПДК зерновой пыли = 0,5 мг/м 3 ,

Фоновая концентрация зерновой пыли С ф = 0,1 мг/м 3 ,

Предприятие находится в Московской области,

Рельеф местности спокойный.

Решение.1.Определяем ПДВ зерновой пыли:

М пдв = , мг/м 3

из определения ПДВ имеем: С м =С пдк – С ф = 0,5-0,1=0,4 мг/м 3 ,

Расход газовоздушной смеси V 1 = ,

DT = Т г – Т в = 25 – (-14) = 39 о С,

определяем параметры выброса: f =1000 , тогда

m = 1/(0,67+0,1 + 0,34 ) = 1/(0,67 + 0,1 +0,34 ) = 0,8 .

V м = 0,65 , тогда

n = 0,532V м 2 – 2,13V м + 3,13= 0,532×0,94 2 – 2,13×0,94 + 3,13 = 1,59, и

М пдв = г/с.

2. Выбор очистной установки и определение её параметров.

а) Выбор пылеулавливающей установки производится по каталогам и таблицам («Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности» Е.А.Штокман, В.А.Шилов, Е.Е.Новгородский и др., М.,1997). Критерием выбора является производительность циклона, т.е. величина расхода газовоздушной смеси, при которой циклон обладает max эффективностью. При решении задачи воспользуемся таблицей:

В первой строчке приводятся данные для одиночного циклона, во второй – для батарейного циклона.

Если расчетная производительность находится в интервале между табличными значениями, то выбирают конструкцию пылеулавливающей установки с ближайшей большей производительностью.

Определяем часовую производительность очистной установки:

V ч = V 1 × 3600 = 1.18 × 3600 = 4250 м 3 /ч

Согласно таблице по ближайшей большей величине V ч = 4500 м 3 /ч выбираем пылеулавливающую установку в виде одиночного циклона ЦН-11 с диаметром 800 мм.

б) По графику рис.1 приложения эффективность пылеулавливающей установки при среднем диаметре частиц пыли 4 мкм составляет h оч = 70%.

в) Определяем концентрацию пыли на выходе из циклона(в устье источника):

С вых =

Максимальную концентрацию пыли в очищаемом воздухе С вх определяем:

С вх = .

Если фактическое значение С вх больше 1695 мг/м 3 , то пылеулавливающая установка не даст нужного эффекта. В этом случае необходимо использовать более совершенные методы очистки.

3. Определяем показатель загрязнения

Р = ,

где М – масса выброса загрязняющего вещества, г/с,

Показатель загрязнения показывает, какое количество чистого воздуха необходимо для «растворения» загрязняющего вещества, выделяемого источником за единицу времени, до ПДК с учетом фоновой концентрации.

Р = .

Показатель загрязнения за год – суммарный показатель загрязнения. Для его определения находим массу выброса зерновой пыли за год:

М год = 3,6 × М ПДВ × Т × d ×10 -3 = 3,6 × 0,6 × 8 × 250 × 10 -3 = 4,32 т/год, тогда

åР = .

Показатель загрязнения необходим для сравнительной оценки различных источников выбросов.

Для сравнения посчитаем åР для сернистого ангидрида из предыдущей задачи за такой же период времени:

М год = 3,6 × М ПДВ × Т × d × 10 -3 = 3,6 × 0,71 × 8 × 250 × 10 -3 = 5,11 т/год, тогда

åР =

И в заключении необходимо начертить эскиз выбранного циклона по размерам, приведенным в приложении, в произвольном масштабе.

Контроль над загрязнением окружающей среды. Плата за наносимый ущерб окружающей среды.

При расчете количества загрязняющего вещества, т.е. массы выброса, определяют две величины: валовый выброс (т/год) и максимально разовый выброс (г/с) . Величина валового выброса применяется для общей оценки загрязнения атмосферы данным источником или группой источников, а также является основой для расчета платежей за загрязнение ОПС.

Максимально разовый выброс позволяет оценить состояние загрязнения атмосферного воздуха в данный момент времени и является исходной величиной для расчета максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества и его рассеивания в атмосфере.

При разработке мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу необходимо знать, какой вклад вносит каждый источник в общую картину загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения предприятия.

ВСВ – временно согласованный выброс. Если на данном предприятии или группе предприятий, расположенных в одном районе (С Ф большая), значение ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты в настоящее время, то по согласованию с органом, осуществляемым государственный контроль за охраной атмосферы от загрязнения, природопользователю назначается ВСВ с принятием поэтапного снижения выбросов до величин ПДВ и разработкой конкретных мер для этого.

Взимание платы осуществляется за следующие виды вредного воздействия на окружающую природную среду: - выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников;

Сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты;

Размещение отходов;

Др. виды вредного воздействия (шум, вибрация, электромагнитное и радиационное воздействия и т.п.).

Установлены два вида базовых нормативов платы:

а) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов в пределах допустимых нормативов

б) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов в пределах установленных лимитов (временно согласованных нормативов).

Базовые нормативы платы устанавливаются по каждому ингредиенту ЗВ(отходу) с учетом степени опасности их для ОПС и здоровья населения.

Ставки платы за загрязнение ОПС указаны в Постановлении Правительства РФ от 12 июня 2003г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух ЗВ стационарными и передвижными источниками, сбросы ЗВ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» за 1 т в рублях:

Плата за выбросы загрязняющих веществ, не превышающих установленные природопользователю нормативы:

П = С Н × М Ф, при М Ф £ М Н,

где М Ф – фактический выброс загрязняющего вещества, т/год;

М Н – предельно допустимый норматив этого загрязняющего вещества;

С Н – ставка платы за выброс 1 т данного загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов выбросов, руб/т.

Плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов выбросов:

П = С Л (М Ф – М Н)+ С Н М Н, при М Н < М Ф < М Л, где

С Л – ставка платы за выброс 1 т загрязняющего вещества в пределах установленных лимитов выбросов, руб/т;

М Л – установленный лимит выброса данного загрязняющего вещества, т/год.

Плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ:

П = 5× С Л (М Ф – М Л) + С Л (М Л – М Н) + С Н × М Н, при М Ф > М Л.

Плата за выброс загрязняющих веществ, когда природопользователю не установлены нормативы выбросов загрязняющих веществ или штраф:

П = 5 × С Л × М Ф

Платежи за предельно-допустимые выбросы, сбросы ЗВ, размещение отходов осуществляются за счет себестоимости продукции (работ, услуг), а за превышение их – за счет прибыли, оставшейся в распоряжении природопользователя.

Платежи за загрязнение ОПС поступают:

19% в Федеральный бюджет,

81% в бюджет субъекта Федерации.

Задача № 3. «Расчет технологических выбросов и плата за загрязнение окружающей природной среды на примере хлебозавода»

Основная масса загрязняющих веществ, таких как этиловый спирт, уксусная кислота, уксусный альдегид, образуются в пекарных камерах, откуда удаляются по вытяжным каналам за счет естественной тяги или выбрасываются в атмосферу через металлические трубы или шахты высотой не менее 10 – 15 м. Выбросы мучной пыли, в основном, происходят на складах муки. Окислы азота и углерода образуются при сжигании в пекарных камерах природного газа.

Исходные данные:

1. Годовая выработка хлебозавода г.Москвы – 20.000 т/год хлебобулочных изделий, в т.ч. хлебобулочных изделий из пшеничной муки – 8.000 т/год, хлебобулочных изделий из ржаной муки – 5.000 т/год, хлебобулочных изделий из смешанных валок – 7.000 т/год.

2. Рецептура валок: 30% - пшеничная мука и 70% - ржаная мука

3. Условие хранения муки – бестарное.

4. Топливо в печах и котлах– природный газ.

I. Технологические выбросы хлебозавода.

II. Плату за загрязнение атмосферы, если ПДВ по:

Этиловому спирту – 21т/год,

Уксусной кислоте – 1,5 т/год (ВСВ – 2,6 т/год),

Уксусный альдегид – 1 т/год,

Мучная пыль – 0,5 т/год,

Окислы азота – 6,2 т/год,

Окислы углерода – 6 т/год.

1. В соответствии с методикой ВНИИ ХП технологические выбросы при выпечке хлебобулочных изделий определяются методом удельных показателей:

М = В × m , где

М – количество выбросов загрязняющего вещества в кг за единицу времени,

В – выработка продукции в т за этот же промежуток времени,

m – удельный показатель выбросов загрязняющего вещества на единицу выпускаемой продукции, кг/т.

Удельные выбросы ЗВ в кг/т готовой продукции.

1.Этиловый спирт: хлебобулочные изделия из пшеничной муки – 1,1 кг/т,

хлебобулочные изделия из ржаной муки – 0,98 кг/т.

2. Уксусная кислота: хлебобулочные изделия из пшеничной муки – 0,1 кг/т,

хлебобулочные изделия из ржаной муки – 0,2 кг/т.

3. Уксусный альдегид – 0,04 кг/т.

4. Мучная пыль – 0,024 кг/т (для бестарного хранения муки), 0,043 кг/т (для тарного хранения муки).

5. Оксиды азота- 0,31 кг/т.

6. Оксиды углерода – 0,3 кг/т.

I. Расчет технологических выбросов:

1. Этиловый спирт:

М 1 = 8000 × 1,1 = 8800 кг/год;

М 2 = 5000 × 0,98 = 4900 кг/год;

М 3 = 7000(1,1×0,3+0,98×0,7) = 7133 кг/год;

общий выброс М = М 1 +М 2 +М 3 = 8800+4900+7133 = 20913 кг/год.

2. Уксусная кислота:

Хлебобулочные изделия из пшеничной муки

М 1 = 8000 × 0,1 = 800 кг/год;

Хлебобулочные изделия из ржаной муки

М 2 = 5000 × 0,2 =1000 кг/год;

Хлебобулочные изделия из смешанных валок

М 3 = 7000(0,1×0,3+0,2×0,7) = 1190 кг/год,

общий выброс М = М 1 + М 2 + М 3 = 800 + 1000 + 1190 = 2990 кг/год.

3. Уксусный альдегид М = 20000 × 0,04 = 800 кг/год.

4. Мучная пыль М = 20000 × 0,024 = 480 кг/год.

5. Оксиды азота М = 20000 × 0,31 = 6200 кг/год.

6. Оксиды углерода М = 20000 × 0,3 = 6000 кг/год.

II. Расчет платы за загрязнение ОПС.

1. Этиловый спирт: М Н = 21 т/год, М Ф = 20,913 т/год Þ П = С Н × М ф = 0,4 × 20,913 = 8,365 руб.

2. Кислота уксусная: М Н =1,5 т/год, М Л = 2,6 т/год, М Ф =2,99 т/год Þ П=5С Л (М Ф –М Л)+С Л (М Л – М Н)+С Н × М Н =

5×175×(2,99-2,6) + 175 ×(2,6 – 1,5) + 35×1,5= 586,25 руб.

3. Альдегид уксусный: М Н = 1 т/год, М Ф = 0,8 т/год Þ П = С Н × М Ф = 68 × 0,8 = 54,4 руб.

4. Пыль мучная: М Н = 0,5 т/год, М Ф = 0,48 т/год Þ П = С Н × М Ф = 13,7 × 0,48 = 6,576 руб.

5. Азота оксид: М Н = 6,2 т/год, М Ф = 6,2 т/год Þ П = С Н × М Ф = 35 × 6,2 = 217 руб.

6. Углерода оксид: М Н = 6 т/год, М Ф = 6т/год Þ

П = С Н × М Ф = 0,6 × 6 = 3,6 руб.

Коэффициент, учитывающий экологические факторы, для Центрального района РФ = 1,9 для атмосферного воздуха, для города коэффициент равен 1,2.

åП = 876,191 · 1,9 ·1,2 = 1997,72 руб

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ.

Задание 1

№ варианта Производитель- ность котельной Q об, МДж/час Высота источника Н, м Диаметр устья Д, м Фоновая концентрация SO 2 С ф, мг/м 3
0,59 0,004
0,59 0,005
0,6 0,006
0,61 0,007
0,62 0,008
0,63 0,004
0,64 0,005
0,65 0,006
0,66 0,007
0,67 0,008
0,68 0,004
0,69 0,005
0,7 0,006
0,71 0,007
0,72 0,008
0,73 0,004
0,74 0,005
0,75 0,006
0,76 0,007
0,77 0,008
0,78 0,004
0,79 0,005
0,8 0,006
0,81 0,007
0,82 0,008
0,83 0,004
0,84 0,005
0,85 0,006
0,86 0,007
0,87 0,004
0,88 0,005
0,89 0,006

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Донской государственный технический университет" (ДГТУ)

Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности

Выполнила:

студентка группы МТS ИС 121

Колемасова А.С.

Ростов-на-Дону

Введение

2. Механическая очистка газов

Используемые источники

Введение

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается как огромный "химический котел", который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.

Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам - всей окружающей среде.

Очистка воздуха от примесей.

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используют следующие меры:

Экологизацию технологических процессов;

Очистку газовых выбросов от вредных примесей;

Рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Безотходная и малоотходная технология.

Экологизация технологических процессов - это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин "безотходная технология" впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функционирования производств, при рациональном использовании всех компонентов сырья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы).

Конечно же, понятие "безотходное производство" имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании безотходного производства.

1. Разработка безотходных технологий

В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:

1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;

2) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;

3) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.

Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей

Газовые выбросы классифицируются по организации отвода и контроля - на организованные и неорганизованные, по температуре на нагретые и холодные.

Организованный промышленный выброс - это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.

Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов используют системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.

2. Механическая очистка газов

Она включает сухие и мокрые методы.

Очистка газов в сухих механических пылеуловителях.

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительная камера), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный.

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах (рис. 1). Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.

Пылеосадительные камеры (рис. 1). Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры.

Пылеосадительная камера состоит: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100-400 Па (10-40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.

Данные аппараты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Но эффективность улавливания не всегда достаточна.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны (рис.2) различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м 3 /ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%.

атмосфера промышленный выброс очистка

На рис. 2 воздух вводится тангенциально во входной патрубок (4) циклона, представляющую собой закручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона (3) и выхлопной трубой (5), в его конусную часть (2), а затем, продолжая вращаться, выходит из циклона через выхлопную трубу. (1) - пылевыпускное устройство.

Аэродинамические силы искривляют траекторию частиц. При вращательно-нисходящем движении запыленного потока пылевые частицы достигают внутренней поверхности цилиндра, отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия потока отделившиеся частицы опускаются и через пылевыпускное отверстие проходят в бункер.

Более высокая степень очистки воздуха от пыли по сравнению с сухим циклоном может быть получена в пылеуловителях мокрого типа (рис. 3), в которых пыль улавливается в результате контакта частиц со смачивающей жидкостью. Этот контакт может осуществляться на смоченных стенках, обтекаемых воздухом, на каплях или на свободной поверхности воды.

На рис. 3 представлен циклон с водяной пленкой. Запыленный воздух подается через воздуховод (5) в нижнюю часть аппарата тангенциально со скоростью 15-21 м/с. Закрученный воздушный поток, двигаясь вверх, встречает пленку воды, стекающую вниз по поверхности цилиндра (2). Очищенный воздух отводится из верхней части аппарата (4) также тангенциально по направлению вращения воздушного потока. В циклоне с водяной пленкой нет выхлопной трубы, свойственной сухим циклонам, что позволяет уменьшить диаметр его цилиндрической части.

Внутренняя поверхность циклона непрерывно орошается водой из сопл (3), размещенных по окружности. Пленка воды на внутренней поверхности циклона должна быть сплошной, поэтому сопла установлены так, что струи воды направлены по касательной к поверхности цилиндра по ходу вращения воздушного потока. Пыль, захваченная водяной пленкой, стекает вместе с водой в коническую часть циклона и удаляется через патрубок (1), погруженный в воду отстойника. Отстоявшаяся вода вновь подается в циклон. Скорость воздуха на входе циклона 15-20 м/с. Эффективность циклонов с водяной пленкой составляет для пыли размером частиц до 5 мкм - 88-89%, для пыли с более крупными частицами - 95-100%.

Другими типами центробежного пылеуловителя служат ротоклон (рис. 4) и скруббер (рис. 5).

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежность работы при температуре газов до 500 0 С, улавливание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки.

Рис. 4 - Газопромывательс центральной опускной трубой:1 - входной патрубок; 2 - резервуар с жидкостью; 3 - сопло

Запыленный газ входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхность жидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударе проникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся из аппарата.

Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавливание частиц размером меньше 5 мкм.

Полые форсуночные скрубберы представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газами и каплями жидкости, распыливаемой форсунками. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При мокром обеспыливании обычно применяют аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости, реже - с поперечным подводом жидкости. Прямоточные полые скрубберы широко используются при испарительном охлаждении газов.

В противоточном скруббере (рис. 5.) капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет vг = 0,61,2 м/с. Поэтому в газопромывателях обычно устанавливают форсунки грубого распыления, работающие при давлении 0,3-0,4 МПа. При скоростях газов более 5 м/с после газопромывателя необходима установка каплеуловителя.

Рис. 5 - Полый форсуночный скруббер: 1 - корпус; 2 - газораспределительная решетка; 3 - форсунки

Высота аппарата обычно в 2,5 раза превышает его диаметр (Н = 2,5D). Форсунки устанавливают в аппарате в одном или нескольких сечениях: иногда рядами (до 14-16 в сечении), иногда только по оси аппарата.Факел распыла форсунок может быть направлен вертикально сверху вниз или под некоторым углом к горизонтальной плоскости. При расположении форсунок в несколько ярусов возможна комбинированная установка распылителей: часть факелов направлена по ходугазов, другая часть - в противоположном направлении. Для лучшего распределения газов по сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливают газораспределительную решетку.

Полые форсуночные скрубберы широко используют для улавливания крупной пыли, а также при охлаждении газов и кондиционирования воздуха. Удельный расход жидкости невелик - от 0,5 до 8 л/м 3 очищенного газа.

Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы.

Гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войлоки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества - сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

3. Очистка выбросов газообразных веществ, промышленных предприятий

В настоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на пять основных групп:

1. Метод абсорбции - заключается в поглощении отдельных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в качестве которого выступает жидкость.

Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям:

1) абсорбционная емкость, т.е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления;

2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции;

3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента;

4) дешевизна;

5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру.

В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента используют воду, для улавливания водяных паров - серную кислоту, для улавливания ароматических углеводородов - масла.

Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно.

Для реализации процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (пленочные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т.д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа 0,02-0,7 м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.

Рис. 6 - Насадочный скруббер с поперечным орошением: 1 - корпус; 2 - форсунки; 3 - оросительное устройство;4 - опорная решетка; 5 - насадка; 6 - шламосборник

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.

2. Метод хемосорбции - основан на поглощении газов и паров твердыми и жидкими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорастворимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т.е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.

3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальные, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расходах, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбента и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т.е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность.

4. Метод каталитического окисления - основан на удалении примесей из очищаемого газа в присутствии катализаторов.

Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в результате чего образуется промежуточные соединения.

В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, колец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очистки выхлопных газов. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т.е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствие которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

5. Термический метод заключается в очистке газов перед выбросом в атмосферу путем высокотемпературного дожигания.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750-900°С и теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу.

Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Используемые источники

1. Экологическая доктрина Российской Федерации. Официальный сайт государственной службы охраны окружающей природной среды России - eco-net/

2. Внуков А.К., Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Справочник, М.: Энергоатомиздат, 2001

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Проектирования аппаратурно-технологической схемы защиты атмосферы от промышленных выбросов. Экологическое обоснование принимаемых технологических решений. Защита природной среды от антропогенного воздействия. Количественная характеристика выбросов.

    дипломная работа , добавлен 17.04.2016

    Перегрев нелетучих веществ. Физические обоснования достижимых перегревов. Термодинамическая устойчивость метастабильного состояния вещества. Схема установки контактного термического анализа и регистратора. Недостатки основных способов очистки атмосферы.

    реферат , добавлен 08.11.2011

    Краткое описание технологии очистки воздуха. Применение и характеристика адсорбционного метода защиты атмосферы. Адсорбционные угольные фильтры. Очистка от серосодержащих соединений. Адсорбционная регенерационная система очистки воздуха "АРС – аэро".

    курсовая работа , добавлен 26.10.2010

    Основные понятия и определения процессов пылеулавливания. Гравитационные и инерционные методы сухой очистки газов и воздуха от пыли. Мокрые пылеуловители. Некоторые инженерные разработки. Пылеуловитель на основе центробежной и инерционной сепарации.

    курсовая работа , добавлен 27.12.2009

    Безотходная и малоотходная технология. Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Очистка газов в сухих механических пылеуловителях. Промышленные способы очистки газовых выбросов от парообразных токсичных примесей. Метод хемосорбции и адсорбции.

    контрольная работа , добавлен 06.12.2010

    Строение и состав атмосферы. Загрязнение атмосферы. Качество атмосферы и особенности ее загрязнения. Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу. Методы и средства защиты атмосферы. Классификация систем очистки воздуха и их параметры.

    реферат , добавлен 09.11.2006

    Двигатель как источник загрязнения атмосферы, характеристика токсичности его отработавших газов. Физико-химические основы очистки отработанных газов от вредных компонентов. Оценка негативного воздействия эксплуатации судна на окружающую природную среду.

    курсовая работа , добавлен 30.04.2012

    Характеристика выбросов в деревообрабатывающем цехе при шлифовании: загрязнение атмосферы, воды и почвы. Виды шлифовальных станков. Выбор метода очистки выбросов. Утилизация твердых отходов. Аппаратно-технологическое оформление системы защиты атмосферы.

    курсовая работа , добавлен 27.02.2015

    Применение технических средств очистки дымовых газов как основное мероприятие по защите атмосферы. Современные методики разработки технических средств и технологических процессов очистки газов в скруббере Вентури. Расчеты конструктивных параметров.

    курсовая работа , добавлен 01.02.2012

    Воздействие на атмосферу. Улавливание твердых веществ из дымовых газов ТЭС. Направления защиты атмосферы. Основные показатели работы золоуловителя. Основной принцип работы электрофильтра. Расчет батарейного циклона. Выбросы золы и очистка от них.

Требования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие

С+с ф £ ПДК (6.2)

по каждому вредному веществу (с ф -фоновая концентрация), а при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия - условие (3.1). Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.

Рис. 6.2. Схемы использования средств защиты атмосферы:

/-источник токсичных веществ; 2- устройство для локализации токсичных веществ (местный отсос); 3- аппарат очистки; 4- устройство для забора воздуха из атмосферы; 5- труба для рассеивания выбросов; 6- устройство (воздуходувка) для подачи воздуха на разбавление выбросов

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

Вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

Локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху (рис. 6.2, а);

Локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (рис. 6.2, б);

Очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (рис. 6.2, в);

Очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.) (рис. 6.2, г).

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04-86, выбросы автомобилей с ДВС-ГОСТ 17.2.2.03-87 и рядом других.

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого Чроектируемого и действующего промышленного предприятия устанпвливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что ыбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут Риземную концентрацию, превышающую ПДК.



Рассеивание выбросов в атмосфере . Технологические газы и вентиляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств, подчиняется законам турбулентной диффузии. На рис. 6.3 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы:

переброса факела выбросов Б, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;

задымления В с максимальным содержанием вредных веществ и постепенного снижения уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10...49 высот трубы.

Максимальная концентрация примесей в приземной зоне прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Подъем горячих струй почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.

Рис. 6.3. Распределение концентрации вредных веществ в

атмосфере у земной поверхности от организованного высокого

источника выбросов:

А - зона неорганизованного загрязнения; Б - зона переброса факела; В - зона задымления; Г - зона постепенного снижения уровня загрязнения

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.

В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники используют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники. Выделяющиеся из них вредные вещества при рассеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания (с заветренной стороны). Линейные источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру. Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы.

Незатененные, или высокие источники свободно расположены в деформированном потоке ветра. К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Н зд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним (в результате обдувания его ветром) на высоте h£, 2,5 Н зд.

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». Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию с ф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу

где Н- высота трубы; Q - объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу; ΔТ-разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч; А - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей; k F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере; m и n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.

Оборудование для очистки выбросов . В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорб-ционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Эффективность очистки

где С вх и С вых -массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки

где С вх i и С вх i -массовые концентрации i-й фракции пыли до и после пылеуловителя.

Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:

Как следует из формул (6.4) и (6.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К= 1 - h|.

Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Δр определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата р вх и выходе р вых из него. Значение Δр находят экспериментально или рассчитывают по формуле

где ς- коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; ρ и W- плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.

Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное Δр нач и конечное значение Δр кон. При достижении Δр = Δр кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров Δркой = (2...5)Δр нач

Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа

где k- коэффициент запаса мощности, обычно k= 1,1...1,15; h м - КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно h м = 0,92...0,95; h а - КПД вентилятора; обычно h а = 0,65...0,8.

Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны (рис. 6.4) различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 3. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса дружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11 ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-Цц 34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИО-ГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем. Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК предназначенные для очистки газа от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК.

Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе .

Рис. 6.4. Схема циклона

Электрическая очистка (электрофильтры) - один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 7 и осадительным 2 электродами (рис. 6.5), адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы.

Рис. 6.5. Схема электрофильтра

Большое значение для процесса осаждения пьши на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления различают:

1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (< 10 4 Ом"см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток; противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;

2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 10 4 до 10 10 Ом-см; они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании;

3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 10 10 Ом-см; они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.

Определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:

где W Э - скорость движения частицы в электрическом поле, м/с;

F уд -удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м 2 с/м 3 . Из формулы (6.7) следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени W э F уд:

W э F уд 3,0 3,7 3,9 4,6
η 0,95 0,975 0,98 0,99

Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очи-щаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д. В Лромышленности используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров , применяемых для очистки технологических выбросов (рис. 6.6).

Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувст-ьительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру путем правильной организации подводящего газового тракта и применения распределительных решеток во входной части электрофильтра

Рис. 6.7. Схема фильтра

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3. Для вновь поступающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.

По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).

Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов получили рукавные фильтры (рис. 6.8).

Аппараты мокрой очистки газов -мокрые пылеуловители - имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d ч > 0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость Издания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Рис. 6.8. Рукавный фильтр:

1 - рукав; 2 - корпус; 3 - выходной патрубок;

4 - устройство для регенерации;

5- входной патрубок

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.

Рис. 6.9. Схема скруббера Вентури

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на Поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис. 6.9). Основная часть скруббера -сопло Вентури 2 В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (W τ = 15...20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 30...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 диффузорной 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/м 3 . Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1...6,0 л/м 3 , то эффективность очистки равна:

d ч,мкм. …………… . η ……………………. 0.70...0.90 5 0.90...0.98 0.94...0.99

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.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной (рис. 6.10, а) и переливной решетками (рис. 6.10, б). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2...2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ~ 0,95...0,96 при удельных расходах води 0,4...0,5 л/м. Практика эксплуатации этих аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению.

Pис. 6.10. Схема барботажно-пенного пылеуловителя с

провальной (а) и переливной (б) решетками

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры - туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диффузии или инерционного механизма отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимости от скорости фильтрации W ф. Туманоуловители делят на низкоскоростные (W ф ≤д 0,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузного осаждения капель, и высокоскоростные (W ф = 2...2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис. 6.11. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток, помещают волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится с помощью фланца 2 к корпусу туманоуловителя 7. Жидкость, осевшая на фильтроэлементе; стекает на нижний фланец 5 и через трубку гидрозатвора 6 и стакан 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность очистки газа (до 0,999) от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются из стекловолокна диаметром 7...40 мкм. Толщина слоя составляет 5...15 см, гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов -200...1000 Па.

Рис. 6.11. Схема фильтрующего элемента

низкоскоростного тума-ноуловителя

Высо коскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9...0,98 при Д/»= 1500...2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей.

В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6...0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5...5 м/с, что приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брыз-гоунос обычно возникает при скоростях 1,7...2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя. Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.

На рис. 6.12 показана схема высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. В барабане установлен грубоволокнистый войлок толщиной 3...5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель 7, представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэле-мент нижней частью установлены в слой жидкости

Рис. 6.12. Схема высокоскоростного туманоуловителя

Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом - иглопробивным войлоком, состоящим из волокон диаметром 70 мкм, толщиной слоя 4...5 мм.

Метод абсорбции - очистка газовых выбросов от газов и паров - основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен (рис. 6.13), форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов. Описание процесса очистки и расчет аппаратов приведены в работе .

Р и с. 6.13. Схема насадочной башни:

1 - насадка; 2 - разбрызгиватель

Работа хемосорберов основана на поглощении газов и паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вен-тури и т. п. Хемосорбция - один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17...0,86 и от паров кислот - 0,95.

Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 10 5 …10 6 м 2 /кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.

Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполнений пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров Растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов и т. п.

Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах. Патроны с адсорбентом следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным в паспорте респиратора или противогаза. Так, фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 (ГОСТ 12.4.004-74) следует использовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 6.2 и 6.3.

    Основные способы защиты атмосферы от промышленных загрязнений.

    Очистка технологических и вентиляционных выбросов. Очистка отходящих газов от аэрозолей.

1. Основные способы защиты атмосферы от промышленных загрязнений.

Защита окружающей среды  это комплексная проблема, требующая усилий учёных и инженеров многих специальностей. Наиболее активной формой защиты окружающей среды является:

    Создание безотходных и малоотходных технологий;

    Совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;

    Экологическая экспертиза всех видов производств и промыш­ленной продукции;

    Замена токсичных отходов на нетоксичные;

    Замена неутилизируемых отходов на утилизированные;

    Широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты окружающей среды применяют:

    аппараты и системы для очистки газовых выбросов от приме­сей;

    вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселённые районы с непригодными и малопригодными для сельско­го хозяйства землями;

    оптимальное расположение промышленных предприятий с учётом топографии местности и розы ветров;

    установление санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий;

    рациональную планировку городской застройки обеспечивающую оптимальные условия для человека и растений;

    организацию движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах жилой застройки;

    организацию контроля за качеством окружающей среды.

Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов должны выбираться с учётом аэроклиматической характерис­тики и рельефа местности.

Промышленный объект должен быть расположен на ровном возвы­шенном месте, хорошо продуваемом ветрами.

Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предп­риятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеива­ния промышленных выбросов практически сводится на нет.

Взаимное расположение предприятий и населённых пунктов опре­деляется по средней розе ветров тёплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выбросов вредных веществ в атмос­феру, располагаются за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов.

Требованиями "Санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН  245  71" предусмотрено, что объекты, являющиеся ис­точниками выделения вредных и неприятно пахнущих веществ, следует отделить от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размеры этих зон устанавливают в зависимости от:

    мощности предприятия;

    условий осуществления технологического процесса;

    характера и количества выделяемых в окружающую среду вред­ных и неприятно пахнущих веществ.

Установлено пять размеров санитарно-защитных зон: для предприятий I класса  1000м, II класса  500 м, III класса  300 м, IV класса  100м, V класса  50м.

Машиностроительные предприятия по степени воздействия на ок­ружающую среду в основном относятся к IV и V классам.

Санитарно-защитная зона может быть увеличена, но не более чем в три раза по решению Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава России и Госстроя России при наличии небла­гоприятных аэрологических условий для рассеивания производственных выбросов в атмосфере или при отсутствии или недостаточной эффективности очистных сооружений.

Размеры санитарно-защитной зоны могут быть уменьшены при из­менении технологии, совершенствовании технологического процесса и внедрении высокоэффективных и надёжных очистных устройств.

Санитарно-защитную зону запрещается использовать для расши­рения промышленной площадки.

Разрешается размещать объекты более низкого класса вредноcти, чем основное производство, пожарное депо, гаражи, склады, ад­министративные здания, научно-исследовательские лаборатории, сто­янки транспорта и т.д.

Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озелене­на газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. Со стороны жи­лого массива ширина зелёных насаждений должна быть не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м  20 м.

Рекомендуем также

Loading...Loading...