Физические способы очистки газов

Глава 4. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

4.1. «Сухие» и «мокрые» методы очистки газов

«Сухими» методаминазывают методы, которые исключают использование воды, водных растворов и других жидкостей в качестве промывных или поглотительных средств. Однако «сухие» методы не исключают использование жидкостей (в основном – воды) для кондиционирования (подготовки) летучих промышленных выбросов перед их подачей в газоочистительные аппараты. Например: часто практикуется подача некоторого расчетного количества тонкораспыленной воды в пылегазовый поток с целью снижения его температуры и уменьшения удельного, электрического сопротивления пыли. Вода при этом полностью испаряется, поэтому никаких промывных или поглотительных функций не выполняет.

«Мокрыми» методаминазывают методы, основанные на использовании воды или других жидкостей. При этом жидкость может использоваться: во-первых,в качестве промывного или поглотительного агента; во-вторых, существуют такие методы очистки, в которых жидкость, не промывая выбросов и не поглощая их компонентов, в то же время выполняет важную технологическую функцию (например, у «мокрых электрофильтров» удаление с электродов уловленной пыли производится не отряхиванием, а смывом).

Области применения «сухих» и «мокрых» методов не разграничивают однозначно, поскольку нередко оба метода технологически пригодны для решения одинаковых задач, а выбор метода диктуется технико-экономическими соображениями или спецификой конкретного предприятия, для которого разрабатывается технология очистки газа.

4.2. Достоинства и недостатки «сухих» методов очистки газов

1. Температура остаточного выброса после сухой очистки определяется только конструктивными элементами очистного оборудования и может достигать 400…450 0 С (при наличии теплозащитной футировки – еще больших значений). Это даёт технологическую возможность утилизировать теплоту газов после очистки.

2. При выбросе в атмосферу сухих и относительно горячих газов значительно улучшаются условия их рассеивания.

3. Отсутствует потребление воды, которая является ценным, а в ряде регионов – дефицитным природным ресурсом.

4. Нет вторичных стоков загрязненных жидкостей, которые необходимо либо очистить перед сбросом, либо подвергать специальной обработке для вторичного использования в замкнутом цикле орошения.

5. Если температура смеси в тракте газоочистки устойчиво превышает температуру конденсации содержащихся в ней паров, тогда газоочистительное оборудование не подвергается коррозии.

6. Если улавливается пыль, она выгружается из пылеуловителей в виде сухого порошка, который может быть сравнительно просто утилизирован.

1. В системах пылетранспорта уловленного порошкообразного продукта существует опасность вторичного образования аэрозолей. Поэтому указанные системы подлежат герметизации, а в некоторых случаях – снабжаются собственными аспирационными (т.е. местными) отсосами.

2. «Сухие» системы очистки резко отрицательно реагируют на конденсацию паров кислых жидкостей как во всем объеме, так и в ограниченной части пылегазового подсоса (например, местный подсос холодного наружного воздуха). В результате образующаяся конденсация паров вызывает общую или местную коррозию, а также способствует образованию трудноудаляемых отложений пыли, особенно если она гидрофильна и способна схватываться в присутствии влаги (например, цемент).

4.3. Достоинства и недостатки «мокрых» методов очистки газов

1. Аппараты мокрой очистки, как правило, обладают более высокой степенью очистки газов от примесей по сравнению с аппаратами «сухой» очис­тки.

2. Аппараты мокрой очистки в общем конструктивно проще аппаратов «сухой» очистки, так как они практически не имеют движущихся механических частей.

3. Транспорт уловленного продукта также конструктивно прост и практически не требует предохранительных мер против вторичного образования аэрозолей.

1. Аппараты мокрой очистки потребляют воду, которая является ценным и нередко дефицитным природным ресурсом (даже в случае замкнутого цикла орошения, потери воды неизбежны и требуют возмещения, например, за счет испарения с уловленным продуктом).

2. Имеет место вторичный сток загрязненных жидкостей, которые требуют дополнительной очистки или регенерации растворов.

3. Остаточный выброс после мокрой очистки – холодный влажный, из-за чего ухудшаются условия его рассеивания. Если очистке подвергаются горячие выбросы, то основное количество содержащейся в ней теплоты переходит в жидкость, из-за чего утилизация теплоты делается более сложной и менее эффективной.

4. В большинстве случаев в выбросах присутствует коррозийно-активные вещества, агрессивные свойства которых резко усиливаются в присутствии влаги. Поэтому при использовании «мокрых» методов необходимо решать комплекс вопросов противокоррозийной защиты.

5. Некоторые ядовитые газовые компоненты выбросов, поглощенные водой, могут в системе рециркуляции вторично выделяться, создавая опасность для персонала.

6. Утилизация условленного продукта (кроме шлама, пульпы или растворов) требует создания дополнительных сложных технологических систем, которые соизмеримы с основным газоочистительным оборудованием.

4.4. Основные механизмы осаждения частиц

Работа любого пылеулавливающего аппарата основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц.

Гравитационное осаждение (седиментация) происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести при прохождении их через газоочистной аппарат.

Центробежное осаждение – осаждение под действием центробежной силы отмечается при криволинейном движении дисперсного потока газа (воздуха), когда развиваются центробежные силы, под действием которых взвешенные частицы отбрасываются на поверхность осаждения.

Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы или скорость ее движения настолько значительны, что она не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей препятствие, а, стремясь по инерции продолжить свое движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нем.

Зацепление (эффект касания) наблюдается, когда расстояние от частицы, движущейся с газовым потоком, до обтекаемого тела (препятствия) равно или меньше ее радиуса.

Диффузионное осаждение. Мелкие частицы испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находящихся в броуновском движении, в результате которого возможно осаждение этих частиц на поверхности обтекаемых тел или стенок аппарата.

Электрическое осаждение. В процессе ионизации газовых молекул электрическим разрядом происходит заряд частиц, содержащихся в газах, а затем под действием электрического поля они осаждаются на электродах. Электрическое осаждение возможно и при взаимодействии частиц с каплями (или пузырями), причем электрические заряды могут быть подведены как к частицам, так и к каплям орошающей жидкости или одновременно и к частицам, и жидкости. Электрическое осаждение частиц может происходить и при прохождении взвешенных частиц аэрозоля через фильтрующие перегородки.

Помимо указанных выше основных механизмов осаждения, можно перечислить и ряд других: термофорез, диффузиофорез, фотофорез, воздействие магнитного поля и др.

Влияние того или иного механизма на осаждение частиц определяется целым рядом факторов, в первую очередь их размером.

Обычно при расчете промышленных газоочистных аппаратов используются методы теории подобия. Согласно этой теории, эффективность осаждения частиц за счет определенного механизма их осаждения может быть качественно охарактеризована соответствующим безразмерным параметром, а общая эффективность улавливания частиц в аппарате η является функцией этих параметров и критерия Re(число Рейнольдса), определяющего характер движения газовой среды, а также безразмерных параметров осаждения частиц за счет эффектов седиментации (G), центробежной силы (ω), инерции (Stk), касания (R), диффузии (D) и электрических сил (K_E). Значения этих параметров будут раскрыты ниже.

4.5. Закон Стокса

Твердые частицы аэрозоля постоянно движутся относительно среды и друг друга. В зависимости от размеров частиц, которые составляют этот полидисперсный аэрозоль, меняются законы, определяющие сопротивление движению этих частиц. Например, движение микронных (d_э > 1 мкм) и субмикронных (d_э 2 );

v_ч – скорость движения частицы (м/с);

ρ_г – плотность газа, в среде которого движутся частицы (кг/м 3 ).

Принимая форму частицы в виде шара: , где d_ч – эквивалентный диаметр частицы (м), формулу (4.1) можно переписать в виде

. (4.2)

Коэффициент аэродинамического сопротивления частицы ξ_ч зависит от безразмерного критерия Рейнольдса для частицы, который может быть записан в виде

, (4.3)

где μ_г – динамическая вязкость газов (для воздуха μ_г = 1,82 . 10 -5 Па ∙ с).

Для достаточно малых и постоянных скоростей движения частиц размером более 1 мкм (d_ч > 1 мкм) справедливо условие

Закон Стокса широко используется также для исследования движения аэрозольных частиц с большими числами Рейнольдса, поскольку этот закон может быть распространен и на те частицы, которые наиболее эффективно сепарируются из потока под действием различных сил. Это обусловливает широкое применение закона Стокса в вопросах очистки газа (воздуха) от аэрозольных частиц (пыли).

Формула Стокса (4.6), для определения сопротивления среды F_с, получена в предположении, что силы инерции объема газа, вытесненного частицей, пренебрежимо малы. В случае учета этих сил инерции используют формулу Озеена:

,

которая справедлива при Re . g. В этом случае уравнение равновесия равномерно движущейся частицы будет (рис. 4.1)

Принимая, что закон движения частицы лежит в области применимости закона Стокса, можно записать следующее:

,

откуда скорость осаждения v_ч (или скорость витания v_s) частицы будет

. (4.8)

Пренебрегая плотностью газа r_г, которая намного меньше плотности частицы r_ч (r_ч >> r_r), скорость витания частицы можно записать в следующем виде:

, (4.9)

где τ_р – время релаксации частицы (т.е. время, за которое частица достигает постоянной скорости витания),

. (4.10)

Из формулы (4.10) следует, что скорость осаждения взвешенных частиц в газоочистных аппаратах, использующих действие силы тяжести, прямо пропорциональна квадрату диаметра частицы.

Необходимо отметить, что эффект гравитационного осаждения всегда присутствует в газоочистных аппаратах. Поэтому, для сравнения эффекта гравитационного осаждения с другими механизмами осаждения частиц, вводят параметр гравитационного осаждения G, который равен отношению силы тяжести F_т, действующей на частицу, к силе сопротивления среды и может быть выражен отношением скорости витания частицы v_s к скорости газового потока v_г:

. (4.11)

Выражение (4.11) может быть представлено также в виде отношения двух безразмерных критериев:

, (4.12)

где Stk – безразмерный критерий Стокса,

; (4.13)

Fr – безразмерный критерий Фруда,

,

здесь L – некоторый характерный линейный параметр, характеризующий процесс гравитационного осаждения в аппарате (высота, диаметр и т.д.).

С учетом выражения (4.13) определяется коэффициент осаждения частиц η_G под действием гравитационных сил в геометрически подобных системах в виде зависимости:

. (4.14)

Источник

Методы и способы очистки газовых выбросов

Очистка газообразных выбросов: основные принципы.

Выброс загрязняющих веществ часто является результатом технологических процессов, осуществляющихся на производственных и перерабатывающих предприятиях различных отраслей промышленности, таких как газо- и нефтехимия, металлургия и энергетика. Усилия по модернизации предприятий до последних лет были направлены, как правило, на совершенствование технологий и замену оборудования основного производственного цикла. Оборудование же для очистки выбросов, как газовых, так и в виде жидкостей, оставалось без внимания. Если образующиеся в процессе производства газы и жидкости и очищались, например, от аммиака и углекислого газа, то в пределах, обоснованных экономическими, а не санитарными нормами.

С развитием экологических принципов, методов оценки последствий загрязнения окружающей среды и признанием негативного влияния органических и химических загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий, на законодательном уровне были утверждены санитарно-гигиенические нормы их производственной деятельности. Законом зафиксирована необходимость применения стандарта — очистка газовых выбросов в атмосферу. Более того, очистка газовых выбросов, в которых содержатся токсичные вещества — обязательное условие во всех отраслях народного хозяйства.

Основные виды газообразных загрязняющих веществ

Газообразные загрязняющие вещества можно разделить на две основные категории: первичные и вторичные. Основной вред наносят вещества, которые выбрасываются непосредственно в процессе производства или в результате работы технологического оборудования. Типичными примерами первичных газообразных загрязняющих веществ являются содержащиеся в газовых выбросах диоксид серы, оксид азота и диоксид азота, окись углерода и частично окисленные органические соединения образующиеся в результате сжигания углеводородов.

Ко вторичным газообразным загрязняющим веществам относятся:

• газообразные и парофазные соединения, образующиеся в результате реакций между первичными загрязнителями в атмосфере или между основным загрязняющим веществом и природными соединениями в окружающей среде;
• фотохимические окислители, которые образуется в процессе инициированных солнечным светом взаимодействий оксидов азота, органических соединений и углерода.

На каком основании нужно внедрять очистку газовых выбросов?

Очевидно, что охрана атмосферного воздуха — основной приоритет для всех развитых стран мира. Не является исключением и Россия с ее Федеральным законом от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», определяющим систему мер, осуществляемых органами государственной власти Российской Федерации, ее субъектов, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами в целях улучшения качества атмосферного воздуха и предотвращения его вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Какие методы используют для очистки газовых выбросов?

Существуют различные методы и способы очистки газовых выбросов. При выборе методов очистки газовых выбросов, учитывая не только состав смеси загрязняющих веществ, но и их фазовое состояние, рассматривают физические, химические или биологические методы очистки и различные способы их реализации.

К числу основных способов очистки газовых выбросов в атмосферу относят следующие.

Механическая очистка газовых выбросов. Механическая фильтрация используется везде, где газы содержат твердые частицами. Спектр этих процессов очень широк, и практически нет отрасли промышленности, в которой не было бы необходимости его использовать. Основными источниками твердых частиц, являющихся загрязняющими веществами, служат в основном процессы сжигания топлива (уголь, биомасса, отходы), процессы измельчения, сортировка, дробление, обжиг, выплавка и обработка стали, а также многие другие.

Пыль, выделяемая вместе с газами, наносит вред здоровью и окружающей среде. На практике технология механической очистки часто сочетается с абсорбционными и химическими методами нейтрализации газообразных вредных соединений. Затем в рамках одной установки происходит обезвреживание как пыли, так и газов.

Для очищения применяется ряд физических принципов, которые позволяют отделять твердые частицы от потока запыленных газов. Существует ряд решений – от основанных на простой газовой механике до многоступенчатой очистки с помощью фильтрационных нетканых материалов. Эти варианты часто объединяются в одном устройстве (фильтры с предварительными камерами, циклофильтры).

Следует помнить, что запрещено использовать в качестве устройства для нейтрализации запыленных газов на конкретном участке вытяжные устройства, которые выбрасывают токсичные компоненты в атмосферу. В результате образуются токсические туманы, содержащие опасные или ядовитые вещества.

Абсорбционная очистка газовых выбросов. Абсорбция — это процесс, при котором газообразный компонент переносится из газовой фазы в жидкую. Удаление нежелательных примесей из технологического потока осуществляется путем растворения их в жидкости. Абсорбционное оборудование, используемое для удаления газообразных загрязнений, называется абсорбером или мокрым скруббером. При проектировании установок для поглощения газовых выбросов основное внимание уделяют производительности комплекса.

Установка должна обеспечивать:

• соответствующую объемам выбросов площадь межфазного контакта;
• хорошее смешивание газовой и жидкой фаз;
• достаточное время контакта между фазами;
• высокую степень растворимости загрязняющего вещества в абсорбенте.

Производители оборудования для очистки отработанных газов при проектировании установок должны учитывать химический состав обрабатываемого потока и условия работы комплекса. Растворимость загрязняющего вещества влияет на объем выбросов, который может быть адсорбирован. Это функция зависит от рабочей температуры, и, в меньшей степени, давления системы. При увеличении t˚ системы, количество газа, которое может быть поглощено жидкостью, уменьшается, с увеличением давления — увеличивается. Данные по растворимости анализируются при помощи диаграммы равновесия и принимается соответствующее конкретным условиям технологическое решение.

Химическая очистка газовых выбросов. Химическая реакция, в которую вступают компоненты смеси, нейтрализует вредные вещества. В установке, работающей по этому принципу, реагенты выступают основным звеном по сравнению с процессами конденсации, адсорбции, абсорбции, термическому воздействию. К числу достаточно широко использующихся способов химического метода очистки газовых выбросов относится каталитическая очистка газовых выбросов, которая основана на реакциях в присутствии твердых катализаторов. В результате взаимодействия вредные примеси, содержащиеся в газе, нейтрализуются, переходя в безвредные соединения, которые могут быть направлены в окружающую среду либо утилизированы.

Очистка газообразных промышленных выбросов: эффективное решение.

Только недавно были разработаны и реализованы на практике отвечающие действующим экологическим стандартам способы очистки газовых выбросов в атмосферу. Компания «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» специализируется на проектировании и изготовлении оборудования для очистки газовых выбросов в атмосферу. По сравнению с внедрением традиционных промышленных систем и установок для нейтрализации отработавших газов сотрудничество с ООО «ЭКОЭНЕРГОТЕХ» выгодно по таким причинам:

• Индивидуальное решение с учетом особенностей производства;
• Эффективные решения, позволяющее соблюсти все действующие экологические нормы.
• Конкурентная стоимость на установки, спроектированные и созданные непосредственным производителем.

Предприниматель может воспользоваться стандартными рекомендациями или отдать предпочтение высокотехнологичным решениям от квалифицированных, опытных специалистов компании «ЭКОЭНЕРГОТЕХ». Сотрудничество с профессионалами поможет вам реализовать на практике различное по сложности решение.

Предложение профессионалов.

Специалисты компании помогут подобрать оптимально соответствующий существующим условиям работы тип технологии. В расчетах учитываются разновидность подлежащих нейтрализации вредных веществ, количество пыли, температура рабочей среды, требуемый уровень концентрации загрязняющих веществ в поступающем в атмосферный воздух газовом потоке. Независимо от отрасли производства, вы можете быть уверены, что очистка газовых выбросов будет осуществляться с учетом норм экологического законодательства.

Другие статьи

Причины изменения климата

Современное человечество все больше волнует вопрос глобального изменения климата на Земле. Изменение климата по-прежнему является актуальной темой для обсуждения в научной среде и повседневной жизни, важным фактором в экономике и политике, о чем свидетель

Источник