Главная | Обратная связь

Очищення викидів забруднюючих речовин

Завдання очищення викидів забруднюючих речовин в атмосферу полягає у вилученні з газів, що викидаються, завислих твердих і рідких домішок пилу, диму, крапель, туману (аерозолів) і бризок, та в нейтралізації газоподібних і пароподібних домішок.

Залежно від агрегатного стану забруднюючої речовини, що вловлюється, установки (апарати) поділяють на газоочисні та пиловловлюючі. Основною частиною цих установок є апарат для очищення газу, в якому безпосередньо здійснюється процес вловлювання чи знешкодження речовин, що забруднюють атмосферу. Для вилучення з газових викидів пилу і шкідливих газів використовують досить різноманітні апарати, як за конструкцією, розмірами, так і за методами видалення.

Методи очищення газів поділяють на механічні (очищення від твердих часток і краплинок рідини), фізико-хімічні (сорбційні) і хімічні (хімічне перетворення шкідливих газів на нешкідливі: каталітичне окислення, термічне розкладення тощо). Вибір методу очищення газів насамперед визначається їх фізико-хімічними властивостями, характером виробництва, властивостями речовин, які використовуються для вироблення продукції, об’ємом газу і пилу, що викидаються, можливістю рекуперації або утилізації вловлених з газів цінних речовин тощо.

За методами очищення пилогазоочисні установки поділяють на такі групи:

• апарати сухого інерційного очищення газів від пилу (циклони одиничні, групові і батарейні, жалюзійні пиловловлювачі, ротоклони, пилоосадкові камери);

• апарати мокрого очищення газів від пилу, рідких і газоподібних домішок (порожнисті і насадкові скрубери, мокрі циклони, ротоклони, барботажні та пінні апарати, турбулентні газопромивачі);

• апарати для очищення газів від пилу і туману методом фільтрування (тканинні, волокнисті і пористі фільтри, мішочні, рамні та рукавні фільтри зі зворотним, струменевим та імпульсним продуванням і механічним трясінням);

• апарати електричного очищення газів від пилу і туману (електрофільтри сухі, мокрі та комбіновані);

• апарати термічного і термокаталітичного очищення викидів від газів (печі та установки дезодорації речовин з неприємним запахом, каталітичного розкладання і допалювання газів, що відходять) циклонні й камерні;

• апарати хімічних методів очищення викидів від газів (абсорбційні, адсорбційні).

Очищення викидів від аерозолів здійснюється із застосуванням електрофільтрів, методом фільтрування крізь різноманітні пористі матеріали, гравітаційної (інерційної) сепарації та способом мокрого очищення.

Очищення викидів від паро- та газоподібних домішок здійснюється методом абсорбції – процес розчинення компонентів газової суміші у рідині (воді, розчинах лугів), або методом адсорбції – процес вбирання газу силікагелем, активованим вугіллям та іншими матеріалами з пористою структурою. До переваг абсорбційної очистки належать: високий ступінь очищення (90-98 %); безперервність процесу очищення; можливість видалення значної кількості домішок та регенерації абсорбенту.

Для знешкодження вуглеводнів застосовують термічний (спалювання вуглеводнів на спеціальних установках або у печах ТЕЦ) та термокаталітичний (робота каталізаторів в інтервалі температур 250-500°С) методи.

 

Способи механічного очищення повітря і газів від пилу

Для очищення повітря і газів від пилу застосовують обладнання, яке поділяють на пиловловлювачі та фільтри. Пиловловлювачами називають пристрої, робота яких ґрунтується на використанні для осадження частинок пилу сили тяжіння, а також інерційних сил, які відривають пил від повітряного потоку при зміні швидкості і напрямку його руху. Частинки пилу, продовжуючи рухатись за інерцією вперед, наштовхуються на перешкоду і, втрачаючи швидкість, опускаються вниз у бункер. До таких пристроїв відносяться пилоосадкові камери, циклони, відцентрові скрубери, жалюзійні і ротаційні пиловловлювачі.

 

Пилоосадкові камери

Для вловлювання великих фракцій пилу (понад 60 мкм), що осаджуються переважно під дією сил гравітації, використовують пилоосадкові камери. Камери призначені для грубого очищення повітря і можуть застосовуватись як перший ступінь очищення сильнозапиленого повітря. Пилові камери діють за принципом осадження частинок при повільному русі газового потоку через робочу камеру (рис. 1).

Пилові камери являють собою громіздкі споруди, що мають низьку ефективність, тому їх застосовують в основному для вловлювання великих частинок сировинних матеріалів, що скупчуються біля обертових цементних печей, печей для обпалювання магнезиту й доломіту тощо. Розміри камери можна значно зменшити, якщо розділити її на комірки горизонтальними полицями. В цьому випадку довжина камери зменшиться пропорційно кількості комірок. Для забезпечення можливості струшування пилу полиці прикріплюються до стінки камери на шарнірах, завдяки чому вони можуть опускатися й підніматися.

Ефект затримання пилу становить від 50-60 % у вертикальних до 85-95 % у лабіринтних горизонтальних камерах. Перевагами пилових камер є незначний опір, простота конструкції та експлуатації.

Циклони

Циклони завдяки дешевизні й простоті будови та обслуговування, високій продуктивності є найпоширенішими апаратами сухого механічного пиловловлювання. Принцип роботи циклону наведений на рис. 2.

Газ обертається всередині циклону, рухаючись зверху вниз, а потім - вгору. Частин­ки пилу відкидаються відцентровою силою до стінки. Зазвичай у циклоні відцентрове прискорення у 100-1000 разів більше приско­рення сили тяжіння, тому навіть досить маленькі частинки пилу не здатні слідувати за газом і під дією відцентрової сили рухаються до стінки. Чим більші частинки, завислі в потоці, і чим інтенсивніший обертовий рух, тим ефективніше очищується газ.

Основними перевагами циклонів є:

• відсутність в апараті рухомих частин;

• надійність роботи при температурах газів аж до 500°С (для роботи за більш високих температур циклони виготовляють зі спеціальних матеріалів);

• можливість вловлювання абразивних частинок у разі захис­ту внутрішніх поверхонь циклонів спеціальним покриттям;

• майже постійний гідравлічний опір апарата;

• успішна робота при високих тисках газів;

• простота виготовлення;

• збереження високої фракційної ефективності очищення при збільшенні запиленості газів.

Серед основних недоліків циклонів слід назвати такі:

• погане вловлювання частинок з розмірами менше 5 мкм;

• неможливість їхнього використання для очищення газів від забруднень, що злипаються.

 

Ротаційні пиловловлювачі

Ротаційні пиловловлювачі (рис. 3) відносяться до апаратів відцентрової дії, які разом із переміщенням повітря очищають його від фракцій пилу розміром більше 5 мкм. Вони характеризуються значною компактністю, оскільки вентилятор та пиловловлювач зазвичай суміщені в одному агрегаті.

Рис. 3. Пиловловлювач ротаційного типу

1 – вентиляторне колесо; 2– кожух; 3 – пилоприймальний отвір; 4 – вихлопна труба

 

При роботі вентиляторного колеса частинки пилу за рахунок відцентрових сил відкидаються до стінки спіралеподібного кожуха і рухаються по ній у напрямку вихлопного отвору. Збагачений пилом газ через спеціальний пилоприймальний отвір відводиться в пиловий бункер, а очищений газ надходить у вихлопну трубу.

 

Фільтри

Фільтри – це пристрої, в яких запилене повітря пропускають крізь пористі або сітчасті матеріали, здатні затримувати частинки пилу. Як фільтрувальний матеріал використовують скловату, гравій, кокс, металеву стружку, фарфорові чи металеві циліндрики (насадки), шпагат, пористий папір або тканину, тонку металеву сітку тощо. Залежно від матеріалу фільтри називають ватними, гравійними, коксовими, шпагатними, паперовими і тканинними. Сітчасті фільтри змочують циліндровим маслом, тому їх називають масляними.

Тканинні рукавні фільтри (рис. 4) здатні очищувати неагресивні, невибухонебезпечні та не схильні до злипання й утворення конденсату газопилові суміші від твердих частинок при температурі до 300°С. Фільтрувальним матеріалом у цих фільтрах слугують різні тканини (бавовняні, шерстяні, нітронові, лавсанові тощо) високої міцності й підвищеної теплової та хімічної стійкості. Товщина волокон фільтрувальної тканини становить 100…150 мкм, відстань між волокнами – 50…75 мкм.

Рис. 4. Будова рукавного фільтру з імпульсною продувкою   1 – електромагнітний клапан; 2 – труба для введення стиснутого повітря; 3 – сопло; 4 – струмені стислого повітря; 5 – прилад автоматичного керування регенерацією; 6 – рукав; 7 – каркас; 8 – бункер

На початковому етапі експлуатації ефективність фільтра відносно низька, тому що значна кількість твердих частинок пилу проходить через пори тканини. Однак, унаслідок зіткнення частинок пилу з поверхнею тканини утворюється пиловий шар, що поступово закупорює простір між волокнами. Коли просвіти в тканині повністю заповнюються частинками й поверхня фільтра покривається шаром пилу, ефективність фільтрування поступово збільшується. Утворений шар сам по собі являє собою відмінний фільтр, але він створює проблеми, пов’язані з аеродинамічним опором і різницею тисків на вході у фільтр і й на виході з нього. Таким чином, аеродинамічний опір є основним параметром при розрахунку фільтрів, від якого залежить його ефективність.

Для тонкого очищення малозапиленого повітря можуть застосовуватися паперові фільтри, наприклад, зигзагоподібний. Фільтр складається з окремих касет, в яких встановлена зигзагоподібна металева сітка. Касети збира ються у загальному каркасі. Фільтрувальним матеріалом є пористий папір алігнін. Ступінь очищення повітря від пилу становить 92-95 %. Електричні пиловловлювачі є найбільш універсальними апаратами для тонкого очищення повітря від частинок пилу розміром менше 1 мкм з ефективністю 98 %, а іноді й 99.9 %.

Електрофільтри та ультразвукові пиловловлювачі

В електрофільтрах при проходженні повітря крізь електричне поле частинки пилу заряджаються, притягуються і осідають на електродах, з яких потім видаляються механічним способом. В електрофільтрах використовується постійний струм високої напруги в декілька десятків тисяч вольт. Така різниця потенціалів між електродами призводить до іонізації молекул газу і утворення позитивно заряджених іонів та вільних електронів. Іони рухаються до негативного коронуючого електроду, а вільні електрони до позитивного осаджуючого електроду. Внаслідок зіткнень із зустрічними пилинками і краплинка ми, які містяться в газі, вони передають останнім свій заряд і захоплюють їх, рухаючись до осаджуючого електроду. В результаті частинки пилу і туману осідають на електроді. Накопичений на електроді пил видаляють струшуванням. При осіданні туману струшування не потрібне, оскільки утворена рідина самостійно стікає з електродів.

Ультразвукові пиловловлювачі використовують здатність частинок пилу коагулювати (тобто утворювати пластівці) під дією потужного звукового потоку, що дуже важливо для вловлювання з повітря аерозолів. Пластівці випадають у бункер. Звуковий ефект створюється сиреною.

Електрофільтри та ультразвукові пиловловлювачі можна застосовувати для видалення з повітря найдрібніших частинок пилу.

 

Апарати мокрого очищення газів

Для збільшення ефективності очищення повітря від пилу, що не гідратується, тобто не змінюється під дією вологи, використовують апарати мокрого очищення газів. Вони використовуються для одно­часного вирішення цілого комплексу задач, а саме: пиловловлювання; абсорбції; охолодження газів.

Конденсація пари рідин, що містяться в газах, при їх охолоджен­ні сприяє підвищенню ефективності мокрих пиловловлювачів. Як зрошувальна рідина в них найчастіше використовується звичайна вода або вода з домішками для абсорбції. Зазвичай задля економії рідини застосовують замкнену систему зрошення.

Мокрі пиловловлювачі, порівняно з апаратами інших типів, ма­ють низку переваг та недоліків.

До основних переваг відносяться:

- невелика вартість і більш висока ефективність вловлювання частинок;

- можливість застосування для очищення газів від частинок розміром до 0,1 мкм;

- можливість очищення газу при високій температурі і підви­щеній вологості, а також у разі небезпеки займання і вибуху газів, що очищаються, та вловлюваного пилу;

- можливість разом із пилом вловлювати пароподібні та газо­подібні компоненти.

До недоліків слід віднести:

- виділення вловленого пилу у вигляді шламу, що пов’язане з необхідністю обробки стічних вод, тобто з подорожчанням процесу;

- можливість віднесення крапель рідини й осадження їх із пи­лом у газоходах та димососах;

- у випадку очищення агресивних газів - необхідність захи­щати апаратуру і комунікації антикорозійними матеріалами.

Найбільш поширені відцентрові скрубери, які використовують для очищення будь-яких видів нецементуючого пилу, зокрема, скрубери Вентурі.

Скрубери Вентурі – найбільш ефективні з апаратів мокрого очищення газів. У зв’язку з безперервно зростаючими вимогами до глибини очищення газоповітряних викидів промислових підпри­ємств скрубери Вентурі поступово стають домінуючим видом мок­рих пиловловлювачів.

У скруберах Вентурі (рис. 5) використовується ефект інерційного зіткнення зважених частинок пилу з поверхнею крапель рідини, сформованих у газовому середовищі шляхом диспергування. Розвиваючи велику швидкість, газовий потік зіштовхується з аерозольним потоком рідини, яка також під тиском подається в газохід.

Скрубери Вентурі набули широкого застосування серед апаратів мокрого очищення газів з осадженням частинок пилу на поверхні крапель рідини. Ефективність очищення викидів від пилу із середнім розміром частинок 1...2 мкм у таких спорудах становить 96...98 % при початковій концентрації до 100 г/м³. До того ж питома витрата води на зрошення становить 0,4...0,6 л/м³ .

 

Рис. 5. Будова та принцип роботи скруберів Вентурі