Методы очистки воздуха на промышленных предприятиях. Промышленные системы очистки воздуха: виды и основы Критерии выбора очистителей

В этой статье мы кратко рассмотрим способы очистки атмосферного воздуха, которые применяются в промышленности, классифицируем и дадим их краткое описание.

История глобального загрязнения

Всю свою промышленную историю человечество в той или иной мере загрязняло окружающую среду. Причем, не стоит думать, что загрязнение - изобретение 19-20 века. Так уже в 13-14 веке китайские литейщики серебра хана Хубилая сжигали колоссальное количество дров, тем самым загрязняя землю продуктами горения.Причем, по оценкам археологов, скорость загрязнения была в 3-4 раза больше, чем в современном Китае, который, как известно, не ставит экологичность производства на первое место.

Однако, после промышленной революции с появлением промышленного районирования, развития тяжелой промышленности, роста потребления нефтепродуктов, загрязнение природы, и в частности атмосферы стало глобальным.

Динамика выброса углерода в атмосферу

(источник wikipedia.org)

К концу 20 века, по крайней мере в развитых странах, пришло осознание необходимости очистки воздуха, и понимание того, что от экологии зависит благополучие не только отдельных стран, но и человека как вида.

Началось глобальное движение за законодательное ограничение выбросов в атмосферу, что в итоге было закреплено в Киотском протоколе (был принят в 1997), который обязывал подписавшие страны квотировать вредные выбросы в атмосферу.

Помимо законодательства совершенствуются также и технологии - сейчас благодаря современным устройствам для очистки воздуха можно улавливать до 96-99% вредных веществ.

Законодательное обоснование применения систем очистки воздуха на промышленных предприятиях

Основной документ, регулирующий вопросы экологии в РФ - Федеральный Закон № 7 «Об охране окружающей среды». Именно он определяет понятие правила природопользования, содержит нормы пользования окружающей средой.

Виды и меры наказания для нарушителей экологического права содержится в Гражданском и Трудовом кодексе РФ.

В случае загрязнения воздуха, следующие наказания предусмотрены для нарушителей:

За выброс вредных веществ в атмосферу устанавливаются штрафы: для предпринимателей от 30 до 50 тысяч рублей, для юридических лиц - от 180 до 250 тысяч рублей.

За нарушение условий специального разрешения на выброс вредных веществ устанавливается штраф для юридических лиц от 80 до 100 тысяч рублей.

Области применения систем очистки воздуха

Средства для очищения воздуха в том или ином виде есть на каждом промышленном производстве. Но особенно они актуальны для:

Предприятий металлургической сферы, которые выбрасывают в атмосферу:

• черная металлургия - твердые частицы (сажа), оксиды серы, оксид углерода, марганец, фосфор, пары ртути, свинец, фенол, аммиак, бензол и т.д.

  цветная металлургия - твердые частицы, оксиды серы, оксид углерода, другие токсичные вещества.

Горно обогатительных комбинатов, которые загрязняют атмосферу сажей, оксидами азота, серы и углерода, формальдегидами;

Нефтеперерабатывающих комплексов - в процессе работы выбрасывают в атмосферу сероводород, оксиды серы, азота и углерода;

Химических производств, которые выбрасывают высокотоксичные отходы - оксиды серы и азота, хлор, аммиак, фторовые соединения, нитрозные газы и т.д.;

Предприятий энергетики (тепловых и атомных электростанций) - твердые частицы, оксиды углерода, серы и азота.

Задачи, которые выполняют системы воздухоочистки

Основные задачи любой системы очистки атмосферного воздуха на предприятии сводятся к:

Улавливанию частиц - остатков продуктов горения, пыли, аэрозольных частиц и т.д. для их последующей утилизации.

Отсеиванию посторонних примесей - пара, газов, радиоактивных компонентов.

Улавливанию ценных частиц - отсеивание от основной массы частиц, сохранение которых имеет экономическое обоснование, к примеру оксидов ценных металлов.

Классификация основных методов очистки воздуха

Стоит сразу отметить, что универсального способа не существует, поэтому на предприятиях нередко используются многоступенчатые методы очистки воздуха, когда применяется несколько способов для достижения лучшего эффекта.

Виды очистки воздуха можно классифицировать как по способу работы:

Химические методы очистки загрязненного воздуха (каталитическиее и сорбционные методы очистки)

Механические методы очистки воздуха (центробежная очистка, очистка водой, мокрая очистка)

Физико-химические методы очистки воздуха (конденсация, фильтрование, осаждение)

Так и по тому типу загрязнения:

Аппараты для очистки воздуха от пылевогозагрязнения

Аппараты для очистки от газового загрязнения

Теперь рассмотрим сами методы.

Основные способы очистки воздуха от взвешенных частиц

Осаждение - посторонние частицы отсеиваются от основной массы газа за счет воздействия определенной силы:

• Силы тяжести в пылеосадительных камерах.

Инерционных сил в аппаратах-циклонах, в инерционных пылеуловителях в механических сухих пылеуловителях.

• Электростатические силы, которые используются в электрофильтрах.

Примеры пылеосадительных камер

(Источник: intuit.ru)

Фильтрование - посторонние частицы отсеиваются при помощи специальных фильтров, которые пропускают основную массу воздуха, но задерживают взвешенные частицы. Основные типы фильтров:

Рукавные фильтры - в корпусе таких фильтров расположены рукава из ткани (чаще всего используется орлон, байка или стекловолоконная ткань), через которые проходит поток загрязненного воздуха из нижнего патрубка. Грязь оседает на ткани, а чистый воздух выходит из патрубка в верхней части фильтра. В качестве профилактики, рукава периодически встряхиваются, грязь с рукавов падает в специальный отстойник.

Керамические фильтры - в таких устройствах используют фильтрующие элементы из пористой керамики.

Масляные фильтры - такие фильтры представляют собой набор отдельных ячеек-кассет. Внутри каждой ячейки располагаются насадки, которые смазываются специальной смазкой с высокой вязкостью. Проходя через такой фильтр, частицы грязи прилипают к насадкам.

Пример рукавного фильтра

(Источник: ngpedia.ru)

Электрические фильтры - в таких устройствах газовый поток проходит через электрическое поле, мелкодисперсные частицы получают электрический заряд, после чего оседают на заземленных осадительных электродах.

Пример электрического фильтра

(Источник: sibac.info)

Мокрая очистка - посторонние частицы в газовом потоке осаждаются при помощи водяной пыли или пены - вода обволакивает пыльи с помощью силы тяжести стекает в отстойник.

Чаще всего для мокрой очистки газа используются скрубберы - в этих устройствах поток загрязненного газа проходит через поток мелкодисперсных капель воды, они обволакивают пыльи под действием силы тяжести оседают и стекают в специальный отстойник в виде шлама.

Существует около десяти типов скрубберов, различающихся по конструкции и принципу работы, отдельно стоит выделить:

1. Скрубберы Вентури - имеют характерную форму в виде песочных часов. В основе работы таких скрубберов - уравнение Бернулли - увеличение скорости и турбулентности газа вследствие уменьшение площади потока. В точке максимальной скорости, в центральной части скруббера, газовый поток смешивается с водой.

Скруббер Вентури

(источник: ru.wikipedia.org)

2.Форсуночные полые скрубберы - конструкция такого скруббера представляет полую цилиндрическую емкость, внутри которой расположены форсунки для распыления воды. Капли воды захватывают частицы пыли и под действием силы тяжести стекают в отстойник.

Схема форсуночного полого скруббера

(Источник: studopedia.ru)

3.Пенно-барботажные скрубберы - внутри таких скрубберов расположены специальные барботажные насадки в форме решетки или тарелки с ответсвиями, на которой находиться жидкость. Поток газа, проходя через жидкость на большой скорости (более 2 м/с), образует пену, которая успешно очищает поток газа от посторонних частиц.

Пенно-барботажные скрубберы

(источник: ecologylib.ru)

4.Насадочные скрубберы, они же башня с насадкой - внутри таких скрубберов расположены различные насадки (седла Берля, кольца Рашига, кольца с перегородками, седла Берля и т.д.), которые увеличивают площадь соприкосновения загрязненного воздуха и очищающей жидкости. Внутри корпуса также расположены форсунки для орошения потока загрязненного газа.

Пример насадочного скруббера

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. Кроме того, аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц аэрозоля происходит на осадительных электродах.

Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей в первую очередь зависит от их дисперсного состава табл. 1

Таблица 1. Зависимость аппарата для улавливания от размера частиц

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный, инерционный и центробежный.

Инерционные пылеуловители . При резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под воздействием инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер. Эффективность этих аппаратов небольшая. (рис. 1)

Жалюзийные аппараты . Эти аппараты имеют жалюзийную решетку, состоящую из рядов пластин или колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты. Пылевые частицы вследствие инерции стремятся сохранить первоначальное направление, что приводит к отделению крупных частиц из газового потока, тому же способствуют их удары о наклонные плоскости решетки, от которых они отражаются и отскакивают в сторону от щелей между лопастями жалюзи В результате газы делятся на два потока. Пыль в основном содержится в потоке, который отсасывают и направляют в циклон, где его очищают от пыли и вновь сливают с основной частью потока, прошедшего через решетку. Скорость газа перед жалюзийной решеткой должна быть достаточно высокой, чтобы достигнуть эффекта инерционного отделения пыли. (рис. 2)

Обычно жалюзийные пылеуловители применяют для улавливания пыли с размером частиц >20 мкм.

Эффективность улавливания частиц зависит от эффективности решетки и эффективности циклона, а также от доли отсасываемого в нем газа.

Циклоны . Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Рис. 1 Инерционные пылеуловители: а – с перегородкой; б – с плавным поворотом газового потока;в - с расширяющимся конусом.

Рис. 2 Жалюзийный пылеуловитель (1 – корпус; 2 – решетка)

По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. (рис. 3) Циклоны с осевым подводом газов работают как с возвратом газов в верхнюю часть аппарата, так и без него.

Газ вращается внутри циклона, двигаясь сверху вниз, а затем движется вверх. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке. Обычно в циклонах центробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силы тяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать за газом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке. (рис. 4)

В промышленности циклоны подразделяются на высокоэффективные и высокопроизводительные.

При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку аппаратов. Это позволяет не увеличивать диаметр циклона, что положительно сказывается на эффективности очистки. Запыленный газ входит через общий коллектор, а затем распределяется между циклонами.

Батарейные циклоны – объединение большого числа малых циклонов в группу. Снижение диаметра циклонного элемента преследует цель увеличения эффективности очистки.

Вихревые пылеуловители. Отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.

В аппарате соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками. (рис. 5)

Рис. 3 Основные виды циклонов (по подводу газов): а – спиральный; б – тангенциальный; в-винтообразный; г, д – осевые

Рис. 4. Циклон: 1 – входной патрубок; 2 – выхлопная труба; 3 – цилиндрическая камера; 4 – коническая камера; 5 – пылеосадительная камера

В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы. Наиболее выгодным в экономическом отношении является использование в качестве вторичного газа запыленных газов.

Как и у циклонов, эффективность вихревых аппаратов с увеличением диаметра падает. Могут быть батарейные установки, состоящие из отдельных мультиэлементов диаметром 40 мм.

Динамические пылеуловители . Очистка газов от пыли осуществляется за счет центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса тягодутьевого устройства.

Наибольшее распространение получил дымосос-пылеуловитель. Он предназначен для улавливания частиц пыли размером >15 мкм. За счет разности давлений, создаваемых рабочим колесом, запыленный поток поступает в «улитку» и приобретает криволинейное движение. Частицы пыли отбрасываются к периферии под действием центробежных сил и вместе с 8–10% газа отводятся в циклон, соединенный с улиткой. Очищенный газовый поток из циклона возвращается в центральную часть улитки. Очищенные газы через направляющий аппарат поступают в рабочее колесо дымососа-пылеуловителя, а затем через кожух выбросов в дымовую трубу.

Фильтры. В основе работы всех фильтров лежит процесс фильтрации газа через перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры условно разделяют на три класса: фильтры тонкой очистки, воздушные фильтры и промышленные фильтры.

Рукавные фильтры представляют собой металлический шкаф, разделенный вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов в каждой из секций производится поочередно. (рис 6)

Волокнистые фильтры. Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов. Такие фильтры используют при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5–5 мг/м 3 и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации 5–50 мг/м 3 . При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5–10 мкм.

Различают следующие виды промышленных волокнистых фильтров:

– сухие – тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки (предфильтры);

– мокрые – сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Процесс фильтрации в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии уловленные частицы практически не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах.

Зернистые фильтры . Применяются для очистки газов реже, чем волокнистые фильтры. Различают насадочные и жесткие зернистые фильтры.

Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы. Они представляют колонну круглого или прямоугольного сечения, в которой осуществляется контакт между газом и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые скрубберы делят на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. (рис. 7)

Насадочные газопромыватели представляют собой колонны с насадкой навалом или регулярной. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой концентрации.

Рис. 5 Вихревые пылеуловители: а – соплового типа: б – лопаточного типа; 1 – камера; 2– выходной патрубок; 3 – сопла; 4– лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 – входной патрубок; 6– подпорная шайба; 7 – пылевой бункер; 8 – кольцевой лопаточный завихритель

Рис. 6 Рукавный фильтр: 1 – корпус; 2 –встряхивающее устройство; 3 – рукав; 4 – распределительная решетка

Газопромыватели с подвижной насадкой имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут быть кольца, седла и т.д. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости. (рис. 8)

Скрубберы с подвижной шаровой насадкой конической формы (КСШ) . Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкое и уменьшения уноса брызг предложены аппараты с подвижной шаровой насадкой конической формы. Разработано два типа аппаратов: форсуночный и эжекционный

В эжекционном скруббере орошение шаров осуществляет жидкостью, которая всасывается из сосуда с постоянным уровнем газами, подлежащими очистке.

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные). Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром 3–8 мм. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит от величины межфазной поверхности.

Пенный аппарат со стабилизатором пенного слоя . На провальной решетке устанавливается стабилизатор, представляющий собой сотовую решетку из вертикально расположенных пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный слой на небольшие ячейки. Благодаря стабилизатору происходит значительное накопление жидкости на тарелке, увеличение высоты пены по сравнению с провальной тарелкой без стабилизатора. Применение стабилизатора позволяет существенно сократить расход воды на орошение аппарата.

Газопромыватели ударно-инерционного действия . В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300–400 мкм.

Рис. 7 Скрубберы: а – полый форсуночный: б – насадочный с поперечным орошением: 1 – корпус; 2– форсунки; 7 – корпус; 2– форсунка; 3 –оросительное устройство; 4– опорная решетка; 5 – насадка; 6 – шламосборник

Рис. 8. Газопромыватели с подвижной насадкой: а – с цилиндрическим слоем: 1 – опорная решетка; 2– шаровая насадка; 3– ограничительная решетка; 4 – оросительное устройство; 5 – брызгоуловитель; б и в - с коническим слоем форсуночный и эжекционный: 1 – корпус; 2– опорная решетка; 3– слой шаров; 4– брызгоуловитель; 5 – ограничительная решетка; 6 – форсунка; 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости

Г азопромыватели центробежного действия . Наиболее распространены центробежные скрубберы, которые по конструктивному признаку можно разделить на два вида: 1) аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется при помощи центрального лопастного закручивающего устройства; 2) аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газа.

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури). Основной частью аппаратов является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40–150 м/с. Имеется также каплеуловитель.

Электрофильтры. Очистка газа от пыли в электрофильтрах происходит под действием электрических сил. В процессе ионизации молекул газов электрическим разрядом происходит заряд содержащихся в них частиц. Ионы абсорбируются на поверхности пылинок, а затем под воздействием электрического поля они перемещаются и осаждаются к осадительным электродам.

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Абсорбционные методы очистки отходящих газов подразделяют по следующим признакам: 1) по абсорбируемому компоненту; 2) по типу применяемого абсорбента; 3) по характеру процесса – с циркуляцией и без циркуляции газа; 4) по использованию абсорбента – с регенерацией и возвращением его в цикл (циклические) и без регенерации (не циклические); 5) по использованию улавливаемых компонентов – с рекуперацией и без рекуперации; 6) по типу рекуперируемого продукта; 7) по организации процесса – периодические и непрерывные; 8) па конструктивным типам абсорбционной аппаратуры.

Для физической абсорбции на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах, объема и температуры газа, содержания примесей, наличия хемосорбентов, возможности использования продуктов рекуперации, требуемой степени очистки. Выбор производят на основании результатов технико-экономических расчетов.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами-адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком – невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции. Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсических примесей.

Эффективность очистки от пыли на производстве

Эффективность очистки от пыли повышают путем последовательной установки пылеуловителей разного типа, например, сначала для улавливания грубой фракции пыли устанавливают циклон, а за ним матерчатый фильтр.

Большое распространение в последние годы получили мокрые пылеуловители. Один из наиболее распространенных аппаратов этого вида — ротоциклон, в котором газопылевая смесь под давлением, создаваемым вентилятором, вихревым потоком проходит через слой воды. Тяжелые частицы пыли задерживаются водой и осаждаются в нижнюю часть ротоциклона, откуда затем удаляются, а очищенный поток уходит в атмосферу. К аппаратам, в которых пыль улавливается с помощью воды, относятся скрубберы, промывные башни, пенные аппараты, пылеуловители Вентури, в том числе в компоновке с циклоном, и др.

Разновидностью мокрых пылеуловителей являются конденсационные установки, удаляющие пыль из потока газа, насыщенного водой. Принцип их действия основан на быстром снижении давления газа, приводящем к испарению воды. Вследствие этого часть водяного пара конденсируется на витающих пылинках, а последние, смачиваясь и утяжеляясь, могут быть легко отделены от газа в каком-либо простейшем устройстве, например циклоне.

Более эффективное улавливание пыли достигается в электрическом фильтре (сухой способ). Такие фильтры устанавливаются, например, в котельных для очистки дымовых газов от сажи, летучей золы — уноса. К коронирующим и осадительным электродам фильтров подводят постоянный ток высокого напряжения. Осадительные электроды присоединяют к положительному полюсу выпрямителей и заземляют, а коронирующие изолируют от земли и присоединяют к отрицательному полюсу.

Очищаемый поток газов проходит через пространство между электродами и основная масса взвешенных частиц, заряжающихся под действием коронного разряда (сопровождается голубоватым свечением и потрескиванием), оседает на осадительных электродах. Путем встряхивания пыль удаляется в бункер, жидкая фаза загрязнений стекает.

Полное удаление пыли из загрязненного потока воздуха происходит в бумажных (сухих) фильтрах-поглотителях конструкции академика Петракова, изготовляемых из особого мягкого листового материала типа бумаги. Эти фильтры устанавливают в респираторы для улавливания радиоактивной пыли при работе в зонах с повышенной радиацией. После использования они, как и радиоактивные смывы грунта, подлежат захоронению.

1 — загрязненный поток, 2 — осадительный (цилиндрический) электрод, 3 — коронирующий электрод 4 — очищенный поток, 5 — взвесь, +U, —U — электрический потенциал соответственно положительного и отрицательного зарядов

Для очистки технологических и вентиляционных выбросов от вредных газов применяют адсорберы и абсорберы. В адсорбере очищаемый поток пронизывает слой адсорбента, состоящего из зернистого вещества с развитой поверхностью, например, активированного угля, силикагеля, окиси алюминия, пиролюзита и т.п. При этом вредные вещества (газы и пары) связываются адсорбентом и впоследствии могут быть выделены из него. Имеются адсорберы с неподвижным слоем адсорбента, который обновляется после насыщения улавливаемым веществом, а также адсорберы непрерывного действия, в которых адсорбент медленно перемещается и одновременно очищает проходящий через него поток.

1 — сетка, 2 — адсорбент, 3 — счищенный поток, 4 — загрязненный поток

1 — адсорбент, 2 — очищаемый поток, 3 — насадка, 4 — сетка, 5 — загрязненный поток, 6 — выброс в канализацию

Промышленность выпускает также адсорберы с псевдоожиженным (кипящим) слоем, в которых очищаемый поток подается снизу вверх с большой скоростью и поддерживает слой адсорбента во взвешенном состоянии. Площадь соприкосновения очищаемого потока с поверхностью адсорбента при этом значительно увеличивается, но могут произойти истирание адсорбента и запыление очищаемого потока, поэтому за адсорбентом в ряде случаев приходится устанавливать пылевой фильтр.

В абсорбере для очистки от газов применяют, как правило, жидкие вещества, например воду или растворы солей (абсорбенты), поглощающие вредные газы и пары. При этом одни вредные вещества растворяются абсорбентом, другие — вступают с ним в реакцию. Конструкции абсорберов весьма разнообразны. В качестве абсорберов могут применяться распылительные камеры кондиционеров, в которых вместо воды разбрызгивается поглощающий примеси раствор, а также уже упоминавшиеся барботеры, ротоциклоны, пенные аппараты, пылеуловители Вентури и другое оборудование очистки от пыли мокрым способом.

Распространенным способом очистки газов и органических соединений от газообразных вредных веществ, в том числе обладающих неприятном запахом, является дожигание, возможное в тех случаях, когда вредные вещества способны к окислению. Если концентрация примесей в газах постоянна и превышает пределы воспламенения, применяют наиболее простое устройстве — дожигающие газовые горелки. При низких концентрациях вредных веществ, не достигающих предела воспламенения, используют каталитическое окисление. В присутствии катализатора (какого-либо металла или его соединений, например, платины) происходит экзотермическое окисление органических соединений при температурах значительно ниже предела воспламенения.

Для дезодорации неприятно пахнущих веществ применяют озонирование — метод, основанный на окислительном разложении образующих неприятный запах веществ и нейтрализации запаха (применяется, например, на предприятиях мясной промышленности).

Далеко не все предприятия работают по безотходной технологии и не для всех выбросов разработаны системы очистки. Поэтому применяются выбросы загрязняющих веществ на большую высоту. При этом вредные вещества, достигая приземного пространства, рассеиваются и их концентрация снижается до предельно допустимых значений. Некоторые вредные вещества на большой высоте переходят в иное состояние (конденсируются, вступают в реакции с другими веществами и т.д.), а такие, как ртуть, осаждаются на поверхности земли, листьев, строениях и при повышении температуры снова испаряются в воздухе.

Отведение загрязняющих веществ на большую высоту осуществляется, как правило, с помощью труб, которые в отдельных случаях достигают высоты более 350 м.

Расчет рассеивания производят по нормативному документу ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». На основе этой методики разработаны компьютерные программы, успешно применяемые в промышленности.

Расчет рассеивания осуществляется только для организованных выбросов. В результате расчета определяется максимальная приземная концентрация вредных веществ выброса (мг/м3) в интересующей проектировщика точке (точках), которая должна быть не более ПДК с учетом фоновой концентрации, образуемой другими выбросами.

Для отведения выбросов на большую высоту используют не только высокие трубы, но и так называемые факельные выбросы, представляющие собой конические насадки на выхлопном отверстии, через которые загрязненные газы выбрасываются вентилятором с большой скоростью (20—30 м/с). Применение факельных выбросов уменьшает единовременные затраты, но вызывает большой расход электроэнергии при эксплуатации.

Отведение вредных веществ на большую высоту с помощью высоких труб и факельных выбросов не уменьшает загрязнения окружающей среды (воздуха, почв, гидросферы), а приводит лишь к их рассеиванию. При этом концентрация вредных веществ в воздушной среде недалеко от места их выброса может оказаться меньше, чем на большом расстоянии.

Для уменьшения концентрации вредных веществ на прилегающей к промышленному предприятию территории устраивают санитарно-защитные зоны.

Они предназначены также для защиты селитебных территорий от запахов сильно пахнущих веществ, повышенных уровней шума, вибрации, ультразвука, электромагнитных волн, радиочастот, статического электричества и ионизирующих излучений, источниками которых могут быть промышленные предприятия.

Санитарно-защитная зона начинается непосредственно от источника выделения вредных веществ: трубы, шахты и т.д. Для установления размеров санитарно-защитных зон в зависимости от характера и масштабов производственных вредностей введена санитарная классификация промышленных предприятий:

1. предприятия I класса имеют санитарно-защитную зону 1000 м (клееварочные заводы, производство технического желатина, утильзаводы по переработке падали животных, рыб и т.д.);
2. II класса — 500м (костемельные заводы, бойни, мясокомбинаты и т.д.);
3. III класса — 300 м (производство кормовых дрожжей, предприятия свеклосахарные, рыбные промыслы и т.д.);
4. IV класса — 100 м (солеваренное и солеразмольное производство, производство парфюмерии, производство изделий из синтетических смол, полимерных материалов и т.д.);
5. V класса — 50 м (механическая обработка изделий из пластмасс и синтетических смол, производство столового уксуса, заводы спиртоводочные, предприятия табачно-махорочные, хлебозаводы, макаронные фабрики, молочное производство и многие другие предприятия).

Территорию санитарно-защитной зоны озеленяют и благоустраивают. На ней могут быть размешены отдельные сооружения, предприятия меньшего класса вредности, а также вспомогательные здания (пожарные депо, бани, прачечные и т.п.). Возможность использования земель, отводимых под санитарно-защитные зоны, для сельскохозяйственного производства зависит от количества и характера загрязнений, которые на них попадают.

Для улучшения состояния воздушной среды на селитебной территории большое значение имеет взаимное расположение промышленной площадки и селитебной территории, учитывающее климатические условия, в частности преобладающее направление ветров. Промышленные предприятия и селитебные территории следует располагать на хорошо проветриваемом месте, причем таким образом, чтобы при господствующем ветре выделяющиеся вредные вещества не заносились на селитебную территорию.

Для предприятий атомной промышленности и ядерной энергетики и для соответствующих объектов в составе промышленного предприятия санитарно-защитная зона устанавливается специальными нормативными актами.

Для очистки наружного воздуха, подаваемого приточной вентиляцией в производственные помещения (концентрация вредных веществ в нем не должна превышать 0,3 ПДК для внутреннего воздуха рабочей зоны) в приточных вентиляционных камерах устанавливают фильтры. Применяют масляные фильтры, фильтры из нетканого волокна и другие виды устройств, очищающих поступающий воздух от пыли и газов.

Контроль концентраций вредных примесей воздушной среды сводится к следующим операциям: отбор проб воздуха, подготовка проб к анализу, анализ и обработка результатов.

Самым простым и распространенным способом накопления (отбора) газовой или пылевой пробы является протягивание воздуха воздуходувными устройствами (аспиратор, эффектор, насос) с определенной скоростью, регистрируемой расходомерным устройством (реометр, ротаметр, газовые часы), через накопительные элементы, обладающие необходимой поглотительной способностью.

Для экспрессного метода определения характеристик токсичных веществ используют универсальные газоанализаторы упрощенного типа (УГ-2, ПГФ.2М1-МЗ, ГУ-4 и др.).

Выбор метода анализа загрязненного воздуха определяется природой примесей, а также ожидаемой концентрацией и целью анализа.

Аппараты для очистки воздуха и газов от пыли

Смесь воздуха с частицами материала, не уловленного в воздушных сепараторах (аспирационный воздух), а также отходящие запыленные газы вращающихся печей необходимо обеспыливать. Лишь после этого очищенный воздух (газ) может быть выброшен в атмосферу.

Аспирационный воздух и газы очищают двумя способами - сухим или мокрым.

Уловленная пыль представляет собой ценный материал, обычно возвращаемый в производство или используемый в других отраслях народного хозяйства.

Для отделения пыли от воздуха (газов) применяют следующие способы:
а) механическую очистку в центробежных циклонах («сухих»), в которых частицы материала отделяются под действием центробежных сил и сил тяжести, а также в циклонах-промывателях («мокрых») при наличии воды;
б) очистку с помощью рукавных (матерчатых) фильтров, ткань которых задерживает на своей поверхности частицы материала и пропускает очищенный воздух (газ);
в) электрическую очистку газов (воздуха) в электрофильтрах; частицы материала осаждаются в электрическом поле высокого напряжения;
г) мокрую очистку газов (в скрубберах).

В промышленности строительных материалов, главным образом в цементной, преимущественное распространение получил сухой способ очистки с использованием аспирационных шахт, пы-леосадительных камер, циклонов, рукавных и электрических фильтров.

Центробежный циклон представляет собой сварной корпус, состоящий из цилиндрической части (рис. II-16, а), конической и пылеотводящего патрубка.

Аспирационный воздух (газ) по наклонному входному патрубку поступает в циклон по касательной к его окружности со скоростью до 20-25 м/сек. Угол наклона патрубка - 15-24°. Крышка 5 согнута по винтовой линии и имеет шаг, равный высоте входного патрубка. Войдя по касательной к окружности циклона, аспирационный воздух вращается по винтовой линии и опускается вниз.

Вследствие центробежных сил частицы материала отбрасываются к внутренним стенкам циклона. Частицы материала (пыль) опускаются по стенкам циклона в коническую часть корпуса и далее через патрубок и пылевой затвор (мигалку), предупреждающий подсос извне воздуха, периодически сбрасываются наружу. Обеспыленный воздух или газ поднимается в верхнюю часть циклона и по патрубку 6 выбрасывается в атмосферу или направляется на дальнейшую очистку в рукавные или электрические фильтры.

Для обеспечения высокой степени очистки рекомендуется выбирать циклоны меньшего диаметра. Для увеличения пропускной способности (а следовательно, и производительности) применяют батарейные циклоны, в которых циклонные элементы одинакового диаметра монтируют в общем корпусе параллельно друг другу. Они имеют общий подвод и отвод воздуха, а также общий бункер для сбора пыли. На рис. II-16, б представлен циклонный элемент типа «Винт».

Степень очистки циклона зависит от его диаметра, размера частиц пыли, скорости, отнесенной к сечению наружного корпуса циклона, которая принимается в зависимости от конструкции циклона в пределах 2,4-3,5 м/сек. Степень очистки циклонов может быть принята равной 70-90%. Степень очистки батарейных циклонов колеблется от 78% (для частиц менее 10 мк) до 95% (для частиц менее 30 мк).

Рис. II-16. Центробежный циклон

При использовании циклонов в цементной промышленности принимают следующие параметры: начальная запыленность воздуха не выше 400 г/м3, давление или разрежение не выше 250 мм вод. ст. и температура газа не выше 400 °С.

Рис. II-17. Рукавный фильтр

Рукавный фильтр, показанный на рис. II-17, а, состоит из корпуса, в котором подвешены матерчатые рукава цилиндрической формы (диаметром 135-220 мм), сгруппированные (по 8-12 штук} в секции. Верхние концы рукавов наглухо прикреплены к планке, нижние концы рукавов открыты для входа аспирационного воздуха (газа), поступающего в рукавный фильтр по трубопроводу и через нижнюю камеру.

Проходя через фильтрующую ткань рукавов, воздух (газ) очищается, а пыль оседает на внутренних поверхностях рукавов. Очищенный воздух (газ) собирается в верхней части корпуса фильтра и по патрубку 6 транспортируется в общий воздуховод.

Рукавные фильтры работают под давлением или разрежением.

Рукава фильтров периодически продувают и встряхивают, так как с течением времени они забиваются пылью, причем с увеличением слоя сопротивление увеличивается. Во избежание конденсации водяных паров рукава продувают подогретым воздухом в направлении, обратном движению аспирационного воздуха (газа). Для встряхивания служит планка, соединенная со встряхивающим механизмом, работающим от отдельного электродвигателя.

Пыль с рукавов поступает в нижнюю часть корпуса фильтра и далее отводится винтовым конвейером наружу.

Фильтровальную ткань рукавов изготовляют из волокон хлопка, шерсти, нитрона, лавсана и стекла. Ткани из стекловолокна выдерживают температуру до 300 °С.

Степень очистки достигает 99% и зависит от удельных нагрузок на фильтровальную ткань, которая не должна превышать 1 м3/м2 -мин. При применении фильтровальной ткани из стекловолокна удельная нагрузка принимается не более 0,5-0,6 м3/м2 -мин.

На рис. II-17, б представлена секция рукавного фильтра из стекловолокна. Запыленный газ по трубопроводу направляется в камеры и в рукава. Пыль оседает на внутренних стенках рукавов, а очищенный газ через клапанную коробку дымососом отсасывается в атмосферу.

Во избежание порчи ткани из стекловолокна такие фильтры нельзя подвергать обычному механическому встряхиванию. В этом случае рукава от осевшей пыли очищают при помощи воздуха, направляемого пульсирующим потоком против движения газа. Реле времени подает сигнал на исполнительный механизм, с помощью которого-закрывается один из двух перекрывающих клапанов. В результате одна из камер отключается от дымососа. Одновременно с этим открывается клапан и продувочный воздух по каналам (как указано на рисунке стрелками) устремляется в отключенную от дымососа камеру. Так как клапан периодически открывается и закрывается, создается пульсирующий поток продувочного воздуха. Благодаря этому рукава из стекловолокна плавно деформируются и слой осевшей на рукавах пыли сбрасывается вниз в бункер и далее ячейковым питателем выводится наружу. Через установленный промежуток времени одна камера автоматически включается в работу, а вторая продувается воздухом.

Рукавные фильтры широко применяют в цементной промышленности для очистки аспирационного воздуха цементных мельниц, силосов, дробилок и др.

Электрофильтр. Электрический способ очистки аспирационного воздуха и отходящих газов вращающихся печей цементной промышленности наиболее совершенный. Степень очистки доходит до 98-99%. В электрофильтрах можно очищать химически агрессивные газы и газы с температурой до 425 °С.

Электрический способ очистки заключается в том, что при движении аспирационного воздуха (газа) через электрическое поле, созданное двумя электродами постоянного тока высокого напряжения, происходит его ионизация, т. е. процесс распада электрически нейтральной молекулы на положительно и отрицательно заряженные ионы. Частицы пыли, получив электрический заряд, перемещаются по направлению к тому электроду, заряд которого имеет противоположный знак.

Применяют два вида электродов: плоские пластины и проволока между ними или полый цилиндр (труба) и проволока внутри него. В зависимости от применяемых электродов электрофильтры класси-’ фицируют на пластинчатые и трубчатые. В цементной промышленности наибольшее распространение получили пластинчатые электрофильтры (типа УГ и УГТ).

На рис. II-18, а представлена принципиальная схема создания электрического поля. К проволоке (коронирующему электроду) подводится постоянный ток отрицательного знака. Осадительный электрод (пластина) присоединяется к положительному знаку и заземляется.

При появлении ионного разряда у проволоки замечается голубоватое свечение («корона»). При движении аспирационного воздуха (газов) вдоль осадительных электродов (как показано стрелкой А) происходят ионизация частиц пыли и осаждение ее на электродах. Коронирующие и осадительные электроды периодически встряхиваются системой молотков, размещенных внутри фильтра, приводы которых выведены наружу (рис. 11-18, б).

Для равномерного распределения газа по поперечному сечению электрофильтра служит газораспределительная решетка, снабженная механизмом встряхивания с электроприводом. Внутри корпуса электрофильтра установлены коронирующие и осадительные электроды. Коронирующие электроды выполнены из нихромовой проволоки диаметром 2,5 мм. Они свободно подвешены и имеют грузы.

Корпуса электрофильтров могут работать под разряжением до 400 ли вод. ст. (УГТ). Осевшая на электродах пыль сбрасывается в бункера, откуда системой винтовых конвейеров направляется в пневмонасос и далее на склад. Во избежание зависания пыли в бункерах предусмотрена установка вибраторов.

Рис. II-18. Электрофильтр УГ
а - принципиальная схема создания электрического поля; б - конструкция электрофильтра

Очищенные от пыли газы дымососом направляются в дымовую трубу. В зависимости от агрегата, за которым устанавливается электрофильтр (мельница, вращающаяся печь и др.), скорости движения газов в электрофильтре принимаются от 1 до 1,5 м/сек. При этих скоростях обеспечивается достаточное время пребывания газа в электрофильтре.

Для питания электрофильтров током высокого напряжения (номинальное выпрямленное напряжение 80 кв и номинальный выпрямленный ток 250-400 ма) применяют полупроводниковые выпрямительные агрегаты АРС, обеспечивающие плавное автоматическое регулирование напряжения на электродах фильтра. Пуск агрегатов АРС и контроль за их работой могут осуществляться дистанционно.

К атегория: - Машины в производстве стройматериалов

Промышленная очистка воздуха на предприятиях позволяет защитить здоровье людей от вредных микрочастиц, примесей, угарного газа, которые активно попадают в воздух во время производственного процесса и оседают на оборудовании и окружающих предметах. Существенное загрязнение повлечет негативные последствия для здоровья человеческого организма. Как следствие, приведет к неэффективным показателям производства, низкому КПД и убыткам для предприятия.

Современные системы полностью нейтрализуют все продукты распада химических веществ, дыма, пыли. Позволяют сохранить свежесть, насыщают кислородом, сохраняют температуру, необходимую для рабочего процесса. Именно для защиты, сохранности здоровья и поддержания активного трудового процесса были созданы вентиляционные системы. Их выбор зависит от уровня вредности производства и финансовых возможностей.

Система вентиляции и очистка воздуха на промышленных предприятиях

Промышленные воздухоочистители станут подходящим решением проблемы и сохранят здоровье сотрудников и безопасность на производстве. В зависимости от степени загрязнения воздуха и токсичности отходов и пыли, а также от вида производства используются разные типы систем вентиляции.