Разработка установки очистки для отходящих газов обжига известняка

Локальные загрязнения представляют собой важнейшую практическую проблему для городов, промышленных районов и некоторых сельскохозяйственных зон, где загрязнения от отдельных источников могут достигать заметных величин. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния[24].

Диоксид серы образуется при сгорании топлива с высоким содержанием серы (каменный уголь, нефть). Источниками эмиссии этого токсичного газа являются стационарные источники горения, промышленные объекты (производство удобрений, серной кислоты), двигатели внутреннего сгорания. Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Общая эмиссия диоксида серы в атмосферу серы составляет 8*107т в год, т. е. значительно превосходит поступление в атмосферу большинства других токсичных химических веществ, и постоянно возрастает к росту потребления энергии.

Оксид углерода - наиболее опасный и чрезвычайно распространённый из газообразных загрязнителей воздуха, токсичность которого обусловлена реакцией с гемоглобином крови. Образование СО происходит при неполном сгорании различного топлива. Естественным источником СО являются лесные пожары и фотохимическое превращение органических соединений в атмосфере. Около 25% СО имеет антропогенное происхождение. Средняя концентрация СО в атмосфере (около 10"5%) значительно увеличивается (до 3* 10"3%) в районах автострад и в городах в часы пик.

Концентрация углеводородов, выделяющихся в воздух из природных источников, немногим более 1 мг/м3' Ежегодная эмиссия углеводородов составляет 3*108 т в год, причём 50% этого количества обусловлено работой транспорта, около 15% составляет выделение углеводородов при сгорании жидкого топлива в жилых районах и ТЭС, а 26% приходится на сгорание угля, мусора и испарение топлива и растворителей. В «усреднённом» автомобильном выбросе содержится около 400 мг/м3 парафиновых, 120 мг/м3 ацетиленовых, 200 мг/м3 ароматических, 300 мг/м3 олефиновых углеводородов .При этом максимальное количество загрязнителей попадает в атмосферу при сжигании угля. На долю этого источника приходится более 95% твёрдых частиц, 85% оксидов серы, 70% оксидов азота и более 90% следов элементов от общего количества выбросов для всех ТЭС, работающих на угле, газе и нефти.

Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют друг с другом, гидролизуются и окисляются под действием влаги и кислорода воздуха, а также изменяют свой состав под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность пребывания токсичных примесей в атмосфере тесно связана с их химическими свойствами. Для диоксида серы этот период составляет 4 дня, сероводорода - два, оксида азота - пять, аммиака - семь дней, а СО и СЕЦ в силу своей инертности сохраняются неизменными в течение трёх лет[12].

Существует четыре уровня загрязнения атмосферного воздуха: безопасный (со значением так называемого индекса загрязнения атмосферы от 5 условных единиц и меньше), повышенный (5-7 у.е.), высокий (7-14 у.е.) и очень высокий (от 14 у.е. и выше).

Таблица 1.3 Индекс загрязнения атмосферы в Мариуполе

Таблица 1.4 Города Украины с самым грязным воздухом.

 загрязненность вызывается  большими концентрациями канцерогенных  газов и соединений, представляющих  опасность для окружающей среды  и здоровья человека - формальдегида, диоксида азота, фенола, бензапирена, фтористого водорода, оксида углерода, взвешенных частиц. Вредные вещества в воздухе негативно воздействуют на генетику, репродуктивную систему, дыхательные пути, глаза, кожу, нервную систему.(4)

Загрязнение атмосферного воздуха предприятиями промышленности обусловлено следующими причинами:

а) Неполный выход продукции (неполнота протекания реакции, потери конечного продукта и др.).

б) Выброс в атмосферу примесей и загрязнений при переработке сырья (диоксида серы и сероводорода из природного газа, сырой нефти и каменного угля; фтористых соединений из органических растворителей; селена и мышьяка из серного колчедана при производстве серной кислоты и т. д.).

в) Попадание в воздух пахучих веществ и продуктов окисления и деструкции в результате процессов термоокислительной деструкции, нагревания или сушки (производство продуктов питания, мыла, клея и изделий из дерева, окраска автомобилей, синтез и переработка полимерных материалов, производство растворителей и др.).

г) Потери веществ, используемых в производственных процессах, например летучих органических растворителей, сероуглерода и сероводорода при изготовлении искусственного шёлка и вискозы; оксидов азота при камерном и башенном способах производства серной кислоты; соединений фтора при производстве алюминия и др.

д) Стационарные источники промышленного происхождения (дымовые газы, отходящие газы плавильных печей металлургического производства, установок каталитического крекинга, отходящие газы ТЭС и других энергетических комплексов) и извержение вулканов загрязняют атмосферу углеводородами. Значительно большое количество углеводородов и оксидов углерода выделяется в воздух в результате лесных пожаров[16].

 

 

2. Аппараты очистки промышленных газообразных отходов от пыли и золы

Промышленная очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязненности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа, а также разрушающих аппаратуру. Очистка отходящих промышленных газов является одной из важных технологических задач большинства химических производств. Поэтому разделение газовых неоднородных систем относится к числу широко распространенных основных процессов химической технологии .В промышленности условиях пыль может образовываться в результате механического измельчения твердых тел (при дроблении, истирании, размалывании, транспортировке и т.д.), при горении топлива (зольный остаток), при конденсации паров, а также при химическом взаимодействии газов, сопровождающемся образованием твердого продукта.

Получаемая в таких процессах пыль состоит из твердых частиц размерами 3-70 мкм (ориентировочно). Взвеси, образующиеся в результате конденсации паров (нефтяные дымы, туманы смол, серной кислоты и др.), чаще всего состоят из очень мелких частиц размерами от 0,001 до 1 мкм.

Пыли содержат твердые частицы размером от 1 (по некоторым источникам, от 5) до 500 мкм; дымы – от 0,1 до 1 (по некоторым источникам, до 5) мкм. Туманы состоят из капелек жидкости размером 0,03–5 мкм и образуются в конденсации паров или при распылении жидкости в газе.

В технике выделения дисперсной фазы из газовых потоков применяется большое число аппаратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц.

По способу улавливания пыли их обычно подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки газов.

В качестве основы для классификации пылеулавливающих аппаратов воспользуемся схемой (рис. 1.4).

Рис.2.4. Классификация промышленных пылеуловителей

Сухая очистка газов

К аппаратам сухой инерционной очистки газов относятся пылеосадительные камеры и некоторые из простейших по конструкции пыле- и золоуловители инерционного действия, жалюзийные аппараты, циклоны в одиночном и групповом исполнении, прямоточные циклоны, батарейные циклоны, ротационные пылеуловители, дымососы -пылеуловители.

Пылеосадительные камеры и простейшие инерционные пылеосадители

Очистку газов от пыли под действием сил тяжести производят в пылеосадительных камерах. Частицы пыли оседают из газа при его движении между полками, расстояние между которыми обычно составляет 0,1-0,4м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь осаждающих частиц пыли. Вместе с тем наличие полок позволяет увеличить эффективную поверхность осаждения частиц. Уменьшение пути частиц и увеличение поверхности осаждения способствует уменьшению времени осаждения и, следовательно, повышению степени очистки газа и производительности камеры. Однако скорость потока газа в камере ограничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры. Газ, пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перегородку 3 (при этом из него осаждается под действием сил инерции дополнительно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Одновременно отражательная перегородка способствует более равномерному распределению газа между горизонтальными полками камеры, так как в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется с них вручную специальными скребками через дверцы 4 в боковой стенке или смывается водой. Для непрерывной очистки газа от пыли камеру делят на два самостоятельных отделения или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделения (или в одной камере) производится очистки газа, в это же время другое отделение (камера) очищается от осевшей пыли

Достоинства и недостатки. Под действием силы тяжести удается достаточно полно выделить из газа лишь крупные частицы пыли. Поэтому пылеосадительные камеры используют только для предварительной, грубой очистки газов, содержащих частицы пыли относительно больших размеров (>100 мкм). Степень очистки газа от пыли в этих аппаратах обычно не превышает 30-40%. Эти камеры громоздки и малоэффективны.

Рис. 2.5 Простейшая пылеосадительная камера

В пылеосадительных камерах используется гравитационное осаждение частиц из потока газов. Для достижения приемлемой эффективности очистки газов необходимо, чтобы частицы находились в пылеосадительной камере возможно более продолжительное время. Поэтому пылеосадительные камеры рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц являются громоздкими сооружениями.

Рис. 2.6 Пылеосадительная камера с перегородками

Пылеосадительные камеры занимают много места и в качестве самостоятельных элементов систем пыле- и золоулавливания почти не применяются. Например разгрузочные головки ряда вращающихся печей и сушильных барабанов снабжаются пылеосадительными камерами, позволяющими улавливать наиболее крупные частицы. В пылеосадительных камерах осаждаются частицы крупнее 40-50 мкм. Эффективность очистки составляет 40-50 %.

Рис.2.7 Пылеосадитель с отражаюсаей перегородкой

Рис. 2.8 Пылевой мешок с боковым подводом газа

Рис. 2.9 Пылевой мешок с центральным подводом газа

Простейшие пылеосадипели

Жалюзийные аппараты благодаря простоте конструкции, дешевизне и малому гидравлическому сопротивлению нашли широкое применение как для очистки отходящих газов предприятий различных отраслей промышленности, так и в качестве золоуловителей для очистки дымовых газов электростанций и промышленных котельных.

Жалюзийный пылеуловитель состоит из инерционного первичного пылеуловителя 1 и вторичного пылеуловителя - циклона 2. Запыленный газ поступает в пылеуловитель 1, жалюзи 3 которого представляют собой набор наклонных колец, установленных с зазором 2-3мм и немного перекрывающих друг друга. Жалюзи имеют коническую форму для того, чтобы скорость газа в различных поперечных сечениях аппарата оставалась примерно постоянной. Частицы пыли, ударяясь о кольца жалюзи, отбрасываются к оси конуса, а освобаждаемый от наиболее крупных частиц пыли газ проходит через зазоры в конусе и удаляется через патрубок 4. Небольшая часть газа (примерно 10%), в которой концентртруется основная масса частиц, поступает в циклон 2, где под действием центробежных сил освобождается от основной массы пыли и возвращается на доочистку в первичной жалюзийный пылеуловитель. Пыль удаляется из циклона через патрубок 5. Жалюзийный пылеуловители могут устанавливаться в горизонтальных и вертикальных газопроводах.

Рис.2.10. Жалюзийный пылеуловитель

Рис. 2.11. Схема работы жалюзийного аппарата

Достоинства и недостатки. Инерционные пылеуловлители отличаются простотой устройства, компактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60%) пыли (размер удаляемых частиц более 25 мкм). К недостаткам инерционных пылеуловителей относятся также сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быстрый износ и забивание перегородок.

Циклоны

Циклон - воздухоочиститель, используемый в промышленности для очистки газов или жидкостей от взвешенных частиц. Принцип очистки - инерционный (с использованием центробежной силы), а также гравитационный. Циклонные пылеуловители составляют наиболее массовую группу среди всех видов пылеулавливающей аппаратуры и применяются во всех отраслях промышленности. Собранная пыль может быть в дальнейшем переработана. В циклонах используется центробежная сила, развивающаяся при вращательно-поступательном движении газового потока .Принцип действия простейшего противоточного циклона таков: поток запылённого газа вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально в верхней части. Очищенный от пыли газовый поток затем двигается снизу вверх и выводится из циклона через  выхлопную трубу.

 Рис.2.13.Циклон типа ЦН-15

 Под действием центробежной  силы частицы золы подводятся  к стенке циклона и вместе  с частью газов попадают в  бункер. Часть газов, попавших в  бункер и освободившихся от  пыли, возвращается в циклон через  центральную часть пыдеотводящего отверстия, давая начало внутреннему вихрю очищенного газа покидающего аппарат. Отделение частиц от попавших в бункер газов происходит при перемене направления движения газов на 180°, под действием сил инерции. По мере движения этой части газов в сторону выхлопной трубы к ним постепенно попадают порции газов, не попавших в бункер.

Достоинства и недостатки Циклоны просты в разработке и изготовлении, надёжны, высокопроизводительны, могут использоваться для очистки агрессивных и высокотемпературных газов и газовых смесей. Недостатками являются высокое гидравлическое сопротивление, невозможность улавливания пыли с малыми размерами частиц и малая долговечность (особенно при очистке газов от пыли с высокими абразивными свойствами).В циклонах улавливаются частицы 10 мкм и более.

Батарейные циклоны

Это пылеулавливающие аппараты, составленные из большого количества параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газов, а также сбросной бункер. Диаметр циклонных элементов 150-300мм. Многочисленные опыты показали, что степень очистки газов в циклонах зависит от абсолютных размеров этих аппаратов, увеличиваясь с их уменьшением. Недостатками батарейных циклонов являются: повышенная металлоемкость которая почти вдвое больше чем у одиночных циклонов; меньшая надежность в эксплуатации из-за возможной неравномерности распределения газов, забивание направляющих аппаратов.