Аппараты и методы очистки пылегазовых выбросов

·        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);

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

Выбор фильтрующих материалов зависит от очистки и условий  их работы: степени очистки, температуры, влажности, агрессивности газов, количества и размеров пыли.

Все используемые материалы  должны обладать высокой пылеемкостью (количеством пыли, оседающей на единице поверхности фильтрующего материала), стабильностью свойств  в условиях действия температуры  и влаги, механической и химической стойкостью, способностью легко освобождаться  от уловленной пыли в процессе регенерации, невысокой стоимостью.

Большинство промышленных фильтрующих  установок работают в двух режимах  — фильтрации и регенерации, т. е. очистки от уловленной пыли. Регенерация  повышает степень использования  фильтрационных материалов и удешевляет процесс очистки, и производится путем встряхивания, периодической  продувкой или промывкой.

В результате поры материалов освобождаются от уловленной пыли и  материал можно использовать повторно.

В системах промышленной газоочистки  широкое распространение нашли  рукавные фильтры непрерывного действия с импульсной продувкой, с цилиндрическими рукавами из шерстяной или синтетической ткани. Скорость прохождения газа через поры тканей, т. е. скорость фильтрации, невысока и составляет от 0,02 до 0,2 м/с.

Очистка (регенерация) фильтрационной ткани, из которой изготовлен рукав, производится периодической импульсной продувкой сжатым воздухом каждого  рукава по очереди. Такие фильтры  могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых может  быть от 4—6 до нескольких сотен рукавов. При очистке больших объемных расходов газов при небольших  скоростях фильтрации поверхность  фильтрующих рукавов достаточно велика, что приводит к большим  габаритам таких фильтров.

Аппараты электрофильтрационной  очистки предназначены для очистки  больших объемных расходов газа от пыли и тумана (масляного), в частности  дымовых газов содорегенерационных  котлоагрегатов. Конструкция таких  агрегатов отличается большим разнообразием, но принцип действия одинаков и основан  на осаждении частиц пыли в электрическом  поле.

Очищаемые газы проходят через  систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого (до 60 000 В) напряжения, благодаря коронному разряду  происходит ионизация частиц

Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов минеральных  масел, пластификаторов и т. п. разработаны  электрические туманоуловители  типа УУП. Они состоят из корпуса, в котором установлен блок электродов ФЭ (двухзонный электрофильтр), который  питается от источника напряжением 13 кВ. Подвод питания к электродам осуществляется через высоковольтные электроизоляторы с клеммами. Загрязненный воздух через входной патрубок, распределительную  решетку и сетку поступает  к блоку электродов, очищается  от примесей и, пройдя каплеуловитель, подается на выход. Примеси загрязнений, отделенные от воздуха, собираются в  воронках и сливаются через гидрозатворы. Туманоуловители УУП отличаются высокой эффективностью и низким гидравлическим сопротивлением.

Условием эффективной  работы электрофильтров является герметичность  камер, исключающая подсос воздуха, приводящий к вторичному уносу загрязнений. Достоинство электрофильтров —  высокая эффективность очистки  при соблюдении оптимальных режимов  работы, сравнительно низкие затраты  энергии, а недостаток — большая  металлоемкость и крупные габариты.

Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей. В настоящее время существует 2 типа газо- и пароулавливающих установок. Первый тип установок обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых концентрациях опасны для здоровья человека. Второй тип предназначен для промышленной очистки выбросов от больших количеств вредных примесей с последующей их концентрацией и дальнейшим использованием в качестве исходного сырья в различных технологических процессах. Установки второго типа являются составляющими элементами разрабатываемых перспективных малоотходных и безотходных технологий.

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

Метод абсорбции обеспечивает очистку газовых выбросов путем  разделения газовоздушной смеси  на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных  примесей (абсорбатов), содержащихся в  этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Для удаления из технологических  выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, в качестве жидкого поглотителя  применяется вода. Растворимость  этих вредных веществ в воде составляет сотни граммов на 1 л воды. Растворимость в воде сернистого ангидрида или хлора не превышает сотых долей грамма на 1 л воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих эти вредные газы, требуются большие количества воды. В качестве абсорбентов используются и другие жидкости, например раствор сернистой кислоты для улавливания водяных паров или вязкие масла для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа.

Контакт очищаемых газов  с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой. В  зависимости от способа контакта "газ — жидкость" различают  следующие аппараты: насадочные башни; форсуночные и центробежные скрубберы; скрубберы Вентури; барботажно-пенные, тарельчатые и другие типы скрубберов.

Конструкция широко используемых для абсорбционной очистки противопоточных  насадочных башен аналогична конструкции  насадочного скруббера, который  может иметь несколько слоев  насадки, увеличивающей площадь  контакта газа с абсорбентом. Очищенный  газ обычно отводится в атмосферу, а жидкость, содержащую вредные растворимые  примеси, подвергают регенерации для  отделения вредных веществ, после  чего возвращают в аппарат или  отводят в качестве отхода.

Метод хемосорбции заключается  в поглощении вредных газовых  и паровых примесей, содержащихся в газовых выбросах, твердыми или  жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых  химических соединений. Этот метод  применяют при небольших концентрациях  вредных примесей в отходящих  газах. Методом хемосорбции осуществляют очистку газовоздушной смеси  от сероводорода с использованием мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов. Сероводород при этом связывается в соответствующей хемосорбенту соли, находящейся в водном растворе, регенерация которого осуществляется кислородом, содержащимся в очищенном воздухе, с образованием серы, которая может быть использована как сырье.

Очистка газов с помощью  хемосорбции осуществляется в насадочных башнях, пенных и барботажных скрубберах, распылительных аппаратах типа труб Вентури и в аппаратах с  различными механическими распылителями. Широко распространены скрубберы с  подвижной насадкой, аналогичные  по конструкции скрубберам. Насадка  в виде сплошных, полых и перфорированных  шаров, колец, полуколец, кубиков и  элементов другой формы совершает  пульсационное движение, что интенсифицирует  процесс взаимодействия очищаемых  газов с орошающей жидкостью, а также удаляет образующийся в результате химической реакции  осадок со стенок корпуса аппарата или опорной решетки. Такие аппараты эффективно очищают газовые выбросы, производительны и имеют низкое гидравлическое сопротивление.

Метод хемосорбции широко применяют для очистки отходящих  газов от окислов азота, образующихся при сжигании топлива, выделяющихся из ванн для травления и в других технологических процессах. Очистка  осуществляется в скрубберах с использованием в качестве хемосорбента известкового раствора. Эффективность очистки  от окислов азота составляет 0,17—0,86 и от паров кислот — 0,95.

Достоинство методов абсорбции  и хемосорбции заключается в  непрерывности ведения технологического процесса и экономичности очистки  больших количеств газовых выбросов. Недостаток — громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессе очистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеяния при отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных  аппаратов образуется большое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных  примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки.

Адсорбционный метод очистки  газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции  зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых  газов.

Поглощающая способность  адсорбента определяется наличием большого количества пор различного размера: микропоры, переходные и макропоры. Переходные поры выполняют роль каналов, подводящих поглощаемые примеси  к микропорам, их удельная поверхность  может составлять от 10 до 400 м²/г. Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивней протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от органических паров, поглощения неприятных запасов и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах в промышленных выбросах, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 102—103 м²/г. Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенных газов, механической прочностью и способностью к регенерации. Последнее свойство очень важно, так как при снижении давления или повышении температуры позволяет удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и адсорбируемый газ.

Аппараты адсорбционной  очистки работают периодически или  непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых  емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который проходит поток  очищаемого газа. Выбор конструкции  определяет расход очищаемого газа, размер частиц адсорбента, степень очистки и другие факторы. Вертикальные адсорберы отличаются небольшой производительностью. Производительность горизонтальных и кольцевых адсорберов достигает десятков и сотен тысяч м³/ч. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.

Адсорберы непрерывного действия представляют вертикальную многосекционную  колонну с движущимся сверху вниз адсорбентом, который проходит зоны охлаждения, поглощения, ректификации, нагрева и десорбции и вновь  возвращается в исходное положение. Газ поступает в зону поглощения и движется навстречу адсорбенту.

Установки периодического действия отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие скорости газа и  большие энергетические затраты  на его прокачку.

В установках непрерывного действия с подвижным слоем адсорбента полнее используется адсорбционная  способность адсорбента, обеспечивается процесс десорбции, однако имеются  значительные его потери за счет ударов частиц адсорбента друг о друга и истирания о стенки аппарата.

Термическая нейтрализация  обеспечивает окисление токсичных  примесей в газовых выбросах до менее  токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры  газов. Этот метод применяется при  больших объемах газовых выбросов и концентрациях загрязняющих примесей, превышающих 300 частей на миллион.

Различают три схемы термической  нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое  окисление при температурах 600—800°С и каталитическое сжигание при 250—450°С. Выбор схемы нейтрализации зависит  от химического состава загрязняющих веществ, их концентраций, начальной  температуры, газовых выбросов, объемных расходов и предельно допустимых выбросов вредных веществ.

Прямое сжигание следует  использовать только в тех случаях, когда отходящие газы содержат достаточно тепла, необходимого для осуществления  процесса и составляющего более 50% общей теплоты сгорания. В процессе прямого сжигания температура пламени  может достигать 1300°С, что при  наличии достаточного избытка воздуха  и продолжительном времени нахождения газа при высокой температуре  приводит к образованию окислов  азота. В результате при прямом сжигании одних вредных примесей образуются другие загрязняющие вещества.