Ім'я файлу: Тема 6. Документ Microsoft Word.docx
Розширення: docx
Розмір: 256кб.
Дата: 10.11.2022
скачати
Розширення: docx
Розмір: 256кб.
Дата: 10.11.2022
скачати
Тема 6. ОЧИСТКА ВИКИДІВ В АТМОСФЕРУ
Мета - ознайомити студентів із класифікацією очисних апаратів; надати студентам відомості про пристрої очистки викидів в атмосферу
План
Загальні положення і класифікація.
Сухі механічні уловлювачі пилу.
Мокрі уловлювачі пилу.
Промислові фільтри.
Електричні уловлювачі пилу.
Апарати сорбційного очищення газів.
Апарати термічного й термокаталітичного очищення.
1. Загальні положення і класифікація
Очистка і знешкодження пилогазових викидів найбільш поширений спосіб захисту від забруднення. Після очистки передбачається наступне розсіювання в атмосферному повітрі залишкових кількостей шкідливих речовин через димові (вихлопні) труби.
Процеси очистки здійснюються в установках очистки і знешкодження газових викидів – комплексах споруд, обладнання і апаратури, призначених для очистки газу, що надходить із промислового джерела, або перетворення в нешкідливий стан речовин, забруднюючих атмосферне повітря.
У залежності від агрегатного стану речовини, яка вловлюється або
знешкоджується, установки можуть бути газоочисні та пилоуловлювальні.
Апарат очистки газу - елемент установки, в якому безпосередньо відбувається вибірковий процес вловлювання або знешкодження шкідливої речовини.
У відповідності із «Правилами експлуатації установок очистки газів» (ПЕУ) апарати очистки розділяються на 7 груп в залежності від метода очистки (знешкодження):
С – сухі механічні уловлювачі пилу;
М - мокрі уловлювачі пилу;
Ф - промислові фільтри;
Е - електричні уловлювачі пилу;
X - апарати сорбційної (хімічної) очистки газів від газоподібних домішок;
Т - апарати термічної та термокаталітичної очистки;
Д - апарати інших методів очистки.
Найважливішою характеристикою апаратів є їхня ефективність (ккд), тобто відношення кількості уловленого матеріалу до кількості матеріалу, що надходить до апарату в одиницю чаcу
η =
= 
, (1Тема 6. ОЧИСТКА ВИКИДІВ В АТМОСФЕРУ 1
План 1
1. Загальні положення і класифікація 1
Гравітаційні апарати. 3
використовуються пористі перегородки чотирьох основних типів: 12
● жорсткі: 12
де G - масова витрата речовини, мг/год.; V – об’ємна швидкість м3/год.; С - концентрація домішки, мг/м3.
При відсутності витоків або підсмоктування, тобто при Vвх = Vвих, рівняння (1) набуває вид
η = 1 -
(2)2. Сухі механічні уловлювачі пилу
У цих апаратах відділення домішок від газового потоку здійснюється механічним шляхом із використанням сил гравітації, інерції або відцентрових сил. Ці пристрої відзначаються простотою конструкції, відносно невеликими витратами на експлуатацію, але їхня ефективність невелика й вони, як правило, використовуються на першій ступені очистки від грубо-дисперсних частинок.
Гравітаційні апарати.
Типовим представником цієї групи апаратів є найпростіша пилоосадна камера, принцип дії якої заснований на осаджуванні частинок при повільному руху газового потоку через камеру. Основні параметри — її геометричні розміри, які визначають час перебування повітряного потоку в
апараті. Розрахунок камери зводиться до визначення площі осадження частинок, тобто площ днища й стінок (рис. 1). Швидкість газу приймають не більш 3 м/с, уникаючи повторного виносу пилуватих частинок.
Рисунок 1 - Пилоосадна камера: 1 - вхідний патрубок; 2 - корпус;
З - бункер; 4 - патрубок виходу очищеного газу
Для підвищення ефективності камер пристосовують різні
удосконалення (газорозподільні ґратки, полиці, перегородки й т. под.) з метою використання додаткового ефекту інерційного осадження частинок при обтіканні перепони. Однак й в цьому випадку ефективність камери
η = 0,4-0,5 при розмірі частинок d > 40-50 мкм.
Інерційні апарати.
До них відносять інерційні уловлювачі пилу (пилові мішки) (рис. 2), пилоосаджувачі з відбивними перегородками (рис. 3) й жалюзійні уловлювачі пилу.
Принцип дії цих апаратів заснований на використанні сили інерції частинок, виникаючих при зміні напряму або швидкості газу. Ефективність очистки η = 0,65-0,8 при розмірі частинок d > 25-30 мкм. Швидкість газу в повному перерізі апарату 1-10 м/с.
Запилений газ
Рисунок 2 - Пиловий мішок із центральним підведенням запиленого газу (повітря)
Рисунок 3 - Камера з
перегородкою
Перегородка
Ротаційні апарати.
До цієї групи відносять циклони, вихрові й відцентрові уловлювачі пилу.
Принцип дії заснований на використанні відцентрових сил, виникаючих при
обертанні газопилового потоку всередині корпуса.
Так, в циклоні (рис. 4) обертання потоку створюється за рахунок так званого «тангенційного уводу».
Рисунок 4 - Схема відцентрового циклону типу ЦН-11(15);
1 – вхідний патрубок; 2 – вихлопна труба; 3 – циліндрична частина; 4 – конічна частина; 5 – патрубок виходу пилу
Достоїнствами циклонів є:
– відсутність частин, що рухаються;
– надійність роботи при t ≤500 °С;
– спроможність уловлювання абразивного пилу;
– уловлювання частинок в сухому виді;
– майже постійний гідравлічний опір;
– хороша робота при високому тиску;
– простота виготовлення, що пов’язано з простотою конструкції.
Недоліки:
– відносно високий гідравлічний опір (до 1250-1500 Па);
– погане уловлювання частинок розміром менше 5 мкм;
– неспроможність використання при очистці від пил, що сліпаються.
Пристосовують одиночні, групові й батарейні циклони.
При вловлювані дрібно-й середньодисперсного пилу η = 0,5-0,8, а крупнодисперсного пилу (d > 10 мкм) η = 0,8-0,85. Розміщення циклонів в групі здійснюють по 2, 4, 6 і 8 штук – при прямокутній компоновці й по 10, 12, і 14 - при груповій компоновці.
3. Мокрі уловлювачі пилу
У цих апаратах очистка відбувається за рахунок подавання рідини в запилений газовий потік або при проходженні газу через шар рідини (як правило, води).
Переваги:
– спроможність очистки при високій температурі газу, його підвищеної вологості, вибухопожежонебезпечності;
– більш висока ефективність очистки при одночасної спроможності очистки від дрібнодисперсних частинок (d < 0,1 мкм);
– порівняно невеликавартість (безврахування шламовогогосподарства);
– одночасне зволоження й охолодження газу.
Недоліки:
– необхідність систем водопостачання, відведення й переробки шламу;
– можливість забивання газоходів і обладнання пилом;
– наявність бризковиносу);
– необхідність антикорозійного захисту при агресивних газах;
складність експлуатації поза виробничих приміщень в холодний періодроку.
Порожнисті газопромивники.
Принцип роботи цих апаратів заснований на проходженні газового
потоку через завісу рідини, що розпилюється, в результату чого пил захоплюється краплями рідини й осаджується в апараті.
До таких апаратів відносять зрошувані газоходи, промивні камери й порожнисті форсункові скрубери (рис. 5).
Рисунок 5 – Схема порожнистого форсункового скрубера з тороїдальним колектором подавання води, що зрошує:
1 – патрубок підведення води, що зрошує; 2 –- патрубок виходу очищеного газу; 3 – колектор; 4 – форсунки; 5 – корпус; 6 – вхідний патрубок;
7 – патрубок випускання шламу
Достоїнства цього апарату є простота конструкції, низький
гідравлічний опір (до 500 Па) при задовільній ефективності (η = 0,5-0,70) при
уловлюванні частинок d> 10 мкм. Можуть використовуватися для
охолодження й зволоження як попередня ступінь очистки перед більш
ефективними апаратами.
Насадкові газопромивники.
Конструкція таких апаратів (рис. 6) багато в чому нагадує скрубери,
але відрізняється наявністю спеціальних насадкових тіл, що поміщаються всередині апарату (в навал або упорядковано) з метою збільшення площі
контакту фаз – газової й рідинної. У якості насадки може використовуватися галька, кокс, кільця з перегородками, кільця Рашига або
Палля, сідла Бьорля або Інталокс, шарики з полімерних матеріалів, скла або
гуми. Насадкові апарати можуть використовуватися для уловлювання пилу,
що добре змочується, особливо в тих випадках, коли процес супроводжується охолодженням або абсорбцією.
У протиструминних насадкових газопромивників питомі витрати рідини, що зрошує, складає 1,3-2,6 л/м3 газу. Ефективність очистки η =0,9 і більше при d> 2мкм.
Недоліком є забивання насадки, особливо звантажених в навал, що
веде до різкого зростання гідравлічного опору й зниженню продуктивності
апарату. При використанні легких кульок апарат носить назву «з
псевдозрідженою кульовою насадкою». Такі апарати позбавлені цього недоліку, так як насадка знаходиться в постійному русі, літаючи під впливом газового потоку. Використовують кульки діаметром 20-40 мм і насипною щільністю 100-300 кг/м3, що менше щільності води. Це забезпечує вільне переміщення насадки в газорідинної суміші.
Питомі витрати рідини т = 4-6 л/м3, гідравлічний опір 300-1 400 Па.
Рисунок 6 – Схема насадкового газопромивника: 1 – вхідний патрубок;
2 – опорна ґратка; 3 – насадка; 4 – розподільник рідини; 5 – вихідний патрубок; 6 – патрубок випускання шламу
Пінні газопромивники.
Принцип роботи цієї групи апаратів заснований на взаємодії газу (повітря) з рідиною на контактних елементах (тарілках), якими апарат секціонований по висоті. При достатньої швидкості газу взаємодія потоків протікав інтенсивно й супроводжується створенням високотурбулізованої піни, у якій відбуваються безперервні руйнування й створення нових бульбашок. Тарілки можуть бути переливними (тобто забезпечені спеціальними секторами – переливами й ковпачками) і безпереливними або провальними, так як в них рідина «провалюється» через ті ж щілини (отвори), через які назустріч ним підіймається газ, тобто це протиструминні контактні елементи.
У свою чергу, провальні тарілки можуть бути за конструктивним оформленням:
– дірчастими (з діаметром отворів до 80-120 мм);
– перфорованими (з діаметром отворів 6-20 мм);
– щілинними (з щілинами розміром 8-15 мм);
– трубно-ґратчастими (набраними із трубних секцій);
– забезпеченими стабілізаторами пінного шару (СПШ) та ін.
Висота динамічної піни складає близько 100-200 мм, що сприяє зростанню ефективності пристроїв до 0,8-0,9 та більше, однак одночасно з цим зростає й гідравлічний опір. Швидкість газу в повному перерізі апарата складає 1-2 м/с, а питоме зрошення 0,4-0,6 л/м3 газу.
Турбулентні газопромивники.
Принцип роботи апаратів (їхня інша назва - труби Вентурі) (рис. 7) заснований на уловлюванні частинок пилу краплями рідини, що зрошує, диспергованих самим газовим потоком за рахунок високою швидкості газу в горловині апарата (40-150 м/с).
Після виходу із труби Вентурі крупні краплі рідини з частинками пилу уловлюваються у виносних або умонтованих сепараторах. Ефективність η= 0,95-0,98 при d =1-2 мкм, але гідравлічний опір 2 000-2 500 Па і більше.
очищений газ
Рисунок 7 – Схема труби (скрубера Вентурі): 1 – вхідний патрубок;
2 – пристрій для подавання рідини, що зрошує; 3 – конфузор;
4 – горловина; 5 – дифузор; 6 – циклон-краплеуловлювач.
На практиці використовуються різні типи зрошення і види краплеуловлювачів (сепараторів). Підведення рідини, що зрошує, може бути центральним в конфузор, з периферійним зрошенням, з плівковим зрошенням та ін.
Крім указаних мокрих апаратів в промисловості, зокрема, в енергетиці знайшли використання апарати ударно-інерційної дії (ротоклони), а також відцентрової дії, що забезпечують обертання пилогазового потоку за допомогою напрямних лопаток або з «танґенційним» підведенням газу та ін.
4. Промислові фільтри
Фільтрація – процес очистки газів від твердих або рідких частинок за допомогою пористих середовищ.
Фільтрація являє собою поєднання механізмів інерційного зіткнення, перехоплення й дифузії частинок. Частинки, завислі в газі, осаджуються на поверхні або в об’ємі пористих середовищ за рахунок дифузії, ефекту дотику
(зачеплення), інерційних, електростатичних і гравітаційних сил. У фільтрах
використовуються пористі перегородки чотирьох основних типів:
● гнучкі (із тканинних або нетканих волокнистих матеріалів, комірчастих листів з гуми та інших матеріалі);
● напівжорсткі (шарів волокон, остружка, об’ємних сіток та ін.;
● жорсткі:
● із зернистих матеріалів – кераміка, пластмаса, металокераміка;
● волокнистих матеріалів, сформованих у вигляді шарів із скла;
● металоволокон;
● у вигляді металевих сіток або перфорованих листів;
● зернисті (із шарів нерухомих матеріалів або матеріалів, що переміщують).
З перерахованих типів найбільше розповсюдження в умовах машинобудування, приладобудування, хімічної та ін. галузей промисловості мають фільтри із тканинних матеріалів – так звані рукавні фільтри (рис. 8).
Рисунок 8 - Схема рукавного фільтру з протилежним
продуванням: 1 – клапан продувального повітря; 2 – рама підвішування рукавів; 3 – корпус; 4 – рукава; 5 – бункер пилу; 6 – вхідний патрубок; 7 – клапан очищеного газу
Фільтрація запиленого потоку відбувається через пористі перегородки гнучкого типу.
Принцип роботи заснований на фільтрації повітря через тканину, а частинки осідають на нитках і ворсинках.
У якості фільтрувального матеріалу використовують тканини з натуральних волокон (вовняні, бавовняні, лляні та ін.) і синтетичних волокон (нітрон, капрон, лавсан, поліпропілен), а також склотканини.
Регенерація тканин здійснюється шляхом механічного струшування, імпульсного або протилежного продування. Ефективність до 0,95-0,98 і більше.
До тканин рукавних фільтрів пред’являють ряд вимог:
– висока пилоємність в процесі фільтрації;
– здатність утримувати пил у кількості, достатній для очищення;
– стійкість до стирання, термостійкість;
– мінімальне вологовбирання;
– низька вартість та ін.
До загальних недоліків рукавних фільтрів слід віднести:
– відносно невеликий термін служби рукавів (в найкращому випадку 6-12 місяців);
– неможливість застосування для очищення вологих пилів, пилів що сліпаються і при високій температурі газу;
– часті пошкодження рукавів, що знижує ступінь очищення. Основною характеристикою фільтру є площа поверхні фільтрації.
Промисловість випускає фільтри з широкою номенклатурою параметрів і конструктивного оформлення, в тому числі з різною площею поверхні фільтрації (30-1100 м3) і продуктивністю до 50 тис. м3 /год.
5. Електричні уловлювачі пилу
До апаратів цього типу відносяться електрофільтри і електромагнітні уловлювачі пилу. Найбільше поширення в промисловості отримали електрофільтри, принцип дії яких заснований на іонізації газу в зоні
коронного розряду на електроді, переданні зарядів іонів частинкам пилу й осадження останніх на осаджувальному електроді. Осілий тил видаляють шляхом струшування або промивання. Ефективність η = 0,95-0,98 і більш при гідравлічному опорі 150-300 Па.
Недоліки:
потреба у значних виробничих площах:
– великі витрати на установку і експлуатацію;
– потреба у висококваліфікованому персоналі;
– надто чутливий до відхилень від заданого технологічного режиму і навіть до незначних механічних дефектів конструктивних елементів електрофільтру, що відбивається на ефективності.
Принципова схема електрофільтру наведена на рис. 9
Рисунок 9 – Схема електрофільтру: 1– ізолятор; 2 – коронувальний електрод; 3– осаджувальний електрод; 4 – тягарець; 5 – уземлювач; 6 – випростовувач; 7 – трансформатор
6. Апарати сорбційного очищення газів
У апаратах цього типу здійснюється хімічне очищення газів від газоподібних домішок (S02, Н2S, NH3, НСl та ін.) методами абсорбції та адсорбції. У відповідності до цього, в залежності від типу процесів, що протікають в апаратах, використовуються два типи апаратури - абсорбери й адсорбери.
В умовах машино- та приладобудування для хімічного очищення використовують апарати, в яких одночасно протікають процеси очищення від
пилу й газоподібних речовин. При цьому в якості абсорберів можуть бути
використанні різні апарати мокрого типу, в тому числі пінні, насадкові та
ін., в яких рідким поглиначем є водні розчини органічних і неорганічних речовин (моноетаноламіну, діетаноламіну, аміаку, карбонатів калію або натрію та ін.).
У якості адсорберів можуть бути використанні зернисті фільтри.
У якості наповнювачів-адсорбентів використовують активоване вугілля, силікагелі, алюмогелі, цеоліти, які використовуються у вигляді гранул розміром 2-8 мм.
7. Апарати термічного й термокаталітичного очищення
Для знешкодження газів складного складу, пар токсичних палив, а також продуктів їхнього згорання в двигунах використовують методи спалювання газоподібних домішок в полуменевих печах, факелах, опалювачах, каталітичних реакторах.
Сутність метода високотемпературного прямого спалювання – окислення компонентів киснем. Метод застосовується для знешкодження практично будь-яких пар і газів, продукти спалювання яких менш токсичні, ніж початкові. Процес проводять в спеціальних паливних пристроях, промислових печах, паливнях котлів, у відкритих факелах. Ефективність очищення до 0,99.
Переваги:
відносна простота апаратурного оформлення;
– універсальність використання, так як склад витічних газів незначно впливає на роботу термічних каталізаторів.
Недоліком цього методу є необхідність використання додаткового палива, витрати якого при початковій температурі знешкоджуваного газу близько 50 °С складає 25-40 кг/100 м3 газу.
Принцип каталітичних процесів – реалізація хімічних взаємодій, що приводять до конверсії (перетворення) підлягаючих знешкодженню домішок в нешкідливі речовини в присутності каталізаторів, роль яких полягає в збільшенні швидкості хімічних взаємодій.
Застосовують каталізатори на основі шляхетних металів Рt, Рd, Аи, Аg та ін., а також оксидів Мп, Си, Со та ін. Використовуються також так звані оксидні контакти, активовані шляхетними металами в невеликих кількостях (1-1,5 %). Істотний вплив на швидкість каталітичних процесів здійснює температура газу та інші фактори. Процес здійснюється в апаратах з назвою «каталітичніреактори», ефективність яких досягає 0,9-0,99.
У процесі експлуатації каталізатори наражаються дезактивації або деструкції, що пов’язано з отруєнням так званими «каталізаторними отрутами», механічним стиранням або спіканням каталізатора. У зв’язку з цим до промислових каталізаторів пред’являють вимоги у відношенні високої активності, теплопровідності, стійкості до механічних і термічних навантажень.
Схема термічного нейтралізатора наведена на рис. 10.
Апарат може бути доповнений теплообмінником з метою утилізації
тепла.
Рисунок 10 - Схема термічного нейтралізатора