Способы очистки промышленных выбросов от пыли

Оборудование и аппараты для очистки газов, выбросов и улавливания пыли

Большая часть производственных процессов предполагает дробление, измельчение и транспортировку сыпучих материалов, конденсацию, сгорание, шлифовку или другие технологические операции. При этом некоторое количество сырья превращается в пыль — твердые частицы различных фракций или аэрозоли диаметром менее 0,1 мм. По происхождению выбросы бывают неорганическими, органическими, животного происхождения, искусственными или смешанными.

Виды промышленной пыли

С учетом механизма получения мельчайших частиц различают 4 класса производственных пылей:

1. Механические — образующиеся при измельчении сухих материалов, шлифовке, дроблении или других технологических операциях. Это может быть, например, металлическая крошка или цементная пыль, древесная стружка, различные виды других выбросов.
2. Летучая зола — несгораемые остатки, присутствующие в дымовых газах во взвешенном состоянии, образуются при сжигании топлива, в котором имеются минеральные примеси.
3. Возгоны — частички, образующиеся при обильной конденсации паров либо при охлаждении воздуха, проходящего через технологическое оборудование.
4. Сажа — производственные выбросы в виде твердого высокодисперсного углерода. Являются результатом высокотемпературного разложения или неполноценного сгорания углеводородов.

Основной характеристикой взвешенных частичек считается их диаметр. В категорию «пыль» входят твердые частицы сечением 0,1–850 мкм. Для людей, животных или среды более опасна крошка 0,5–5,0 мкм.

Оборудование для пылеочистки

С учетом технологии улавливания взвешенных частиц, аппараты для очистки газов от пыли классифицируют на 4 категории:

• Сухие. Пылеуловители механического типа, в которых очистка газа от примесей происходит на основе действия центробежных сил, инерции или гравитации.
• Мокрые. Аппараты, улавливающие пыли с помощью осаждения ее частиц при смешивании с водой. Другое название — скрубберы.
• Пористые или тканевые. Системы пылеочистки с использованием пористых фильтров (сеток) из различных материалов, ячейки которых задерживают частички пыли.
• Электрофильтры. Агрегаты для очистки газа путем ионизации молекул твердых частиц, находящихся в газообразной среде.

Сухие пылеуловители

Установки на базе гравитационных или инерционных камер, либо других механизмов для осаждения твердых примесей. Большую часть этой категории составляют различные виды промышленных пылеуловителей — циклонов. Принцип работы аппаратов заключается в том, что поток запыленного воздуха поступает через патрубок в корпус, а внутри емкости создается вихревое движение, направленное вниз к бункеру. Центробежные силы заставляют тяжелые частицы осаждаться на боковых стенках. Потом пыль, захваченная вторичным потоком, направляется в нижнюю часть, а далее в бункер пылесборник. В бункере поток меняет направление на противоположное. В результате крупицы пыли выпадают вниз. Очищенный воздух отводится через выпускной патрубок.

Эффективность аппаратов циклонного типа

Циклоны результативны для очистки загрязненного воздуха от крупных примесей в пределах 10 мкм. Оптимальная скорость вращающегося потока 5–20 м/с. С учетом варианта исполнения различают прямоточные, циклические или конические аппараты. Результативность улавливания пыли в равной степени прямо пропорциональна скорости перемещения воздуха и обратно пропорциональна — сечению корпуса. Поэтому циклонный аппарат меньшим диаметром и с низкой скоростью более эффективен по сравнению с крупными агрегатами большого сечения или высокой динамикой запыленного воздуха. Плюс к этому чрезмерное увеличение скорости приводит к резкому росту гидравлического сопротивления.
С учетом размеров твердых пылевых частиц эффективность обеспыливания агрегатов циклонного типа следующая:

• 30–40 мкм — до 98%;
• 8–12 мкм — до 80%;
• 4–5 мкм — до 60%.

Подобные промышленные установки обеспечивает очистку от нескольких сотен м3 до десятков тысяч кубометров воздуха. В числе преимуществ циклонов простая компоновка без движущихся деталей и относительно небольшие габариты. Недостатки: большой расход энергии для формирования вращающегося потока, быстрый износ конструктивных элементов под абразивным воздействием твердых частиц.

Когда требуется очистка выбросов от пылей в больших объемах, используются несколько циклонов одновременно. Сначала запыленный поток подается по общему коллектору к аппаратам, скомпонованным в общую группу — батарею. Потом воздух распределяется на каждый агрегат отдельно. Такое решение дает возможность повысить производительность очистного оборудования без увеличения диаметра циклонов или снижения эффективности улавливания твердых примесей. Подобрать циклон в нашем каталоге по параметрам.

Пылеосадительные камеры

Простейшими представителями этой категории являются промышленные пылеосадительные камеры. Благодаря увеличению сечения скорость потока на этом участке воздуховода резко снижается. Под действием гравитации твердые крупинки пыли выпадают вниз. Такие камеры чаще используют на производстве для предварительной (грубой) очистки запыленных сред от крупных примесей.

Результативность улавливания частиц осадительными аппаратами такого типа зависит от продолжительности движения потока внутри корпуса, что определяется объемом камеры и скоростью потока. Чем больше времени запыленный воздух находится внутри пылеосадительной камеры и чем большее расстояние проходят пылевые частицы, тем эффективнее пылеочистка.

Другие виды

Наряду с циклонами и инерционными пылеосадительными камерами существуют и другие виды «сухих» агрегатов для очистки газообразных сред от твердых примесей. В их числе пылеуловители радиального, вихревого или ротационного типов. При аналогичном принципе работы у них различные способы подачи запыленного потока и методы пылеулавливания.

Наиболее результативной в категории сухих пылеуловителей является промышленная установка ротационного типа. Основным элементом ее конструкции выступает вентиляционное колесо. Вращаясь, оно создает мощные центробежные силы. В результате твердые крупинки отбрасываются в стороны и оседают на стенках трубы. Затем они попадают в пылесборник. Чистый поток отводится через патрубок наружу. Эффективность ротационных агрегатов 95–97%.

Пылеуловители мокрого типа

Принцип работы установок этой категории основан на осаждении твердых пылевых частиц на поверхность жидкости под действием инерции. С учетом варианта исполнения различают несколько видов мокрых агрегатов:

• Форсуночные скрубберы,
• Скрубберы Вентури,
• Насадочный скруббер,
• Ударно-инерционные,
• другие.

Форсуночные скрубберы

Наиболее востребованы системы очистки от пыли форсуночного типа, изготовленные в виде колонны с круглым сечением. Внутри камеры круглого сечения запыленная среда контактирует с водой. Высота агрегата более чем в 2,5 раза больше диаметра. Подача воды реализуется с помощью форсунок. Результативное улавливание пылевых примесей обеспечивается при удельном расходе от 0,5 до 8 литров воды на кубометр газа.

Скрубберы Вентури

Аппараты Вентури считаются наиболее эффективными в своей категории. Запыленный поток воздуха поступает со скоростью 10–20 м/с по патрубку в аппарат с конфузором — сужением. Туда также впрыскивается через форсунки чистая вода. Скорость перемещения газа в данной узкой части скруббера вырастает до 150 м/с, благодаря чему пылевые частицы осаждаются на поверхности капель воды. В расширяющейся части скорость потока снова падает менее 20 м/с. Затем воздух подается в камеру, где под действием гравитации капли воды смешанные с пылью осаждаются. Очищенный газ выводится через патрубки, а шлам скапливается внизу конструкции.
Максимальная эффективность пылеулавливания скрубберов этой группы 97–98% достигается при расходе 0,4–0,6 литров влаги на кубометр воздуха.

Другие скрубберы

Высокая результативность мокрых пылеуловителей насадочного типа (90%) достигается благодаря использованию особых насадок, установленных под уклоном. Хорошую эффективность очистки также обеспечивают ударно-инерционные установки. Контакт запыленного газа с жидкостью в них происходит в процессе ударов потоков воздуха о поверхность воды. В последующем смесь пропускается через многочисленные каналы различного сечения и конфигурации или сразу поступает в сепаратор.

Наиболее простыми и надежными считаются мокрые аппараты — промывные башни. Их камеры заполняются различными насадками. Это стекловолоконная ткань, кольца Рашига, другие материалы. Запыленная газовая смесь поступает через нижние распыляющие сопла одновременно с чистой водой. Если в воздухе присутствуют плохо смачиваемые виды пыли, используется жидкость с добавлением ПАВ — поверхностно-активных веществ. Средний расход энергии для очистки запыленного воздуха в пределах 2 кВт/ч на 1 тысячу м3 газа.

Преимущества скрубберов

• Повышенная эффективность. Малогабаритные агрегаты улавливают частицы пыли до 0,1 мкм.
• Простота компоновки и небольшая цена.
• Агрегаты используются для фильтрации влажных сред, среды с повышенной температурой, опасностью воспламенения либо взрыва как загрязненных газов, так и уловленных отходов.

Недостатки

• Существенным минусом применения жидких пылеуловителей является шлам — илистый осадок, который необходимо утилизировать, очищать.
• В процессе очистки требуются дополнительные расходы на обработку стоков и другие операции, что влияет на себестоимость очистных работ.
• При обработке определенных газов есть вероятность кислотной либо щелочной коррозии.
• Чистый, но влажный воздух необходимо осушить, чтобы избежать трудностей с рассеиванием через воздуховоды заводской вентиляции.
• При использовании ПАВ вода загрязняется примесями, вредоносными для водоемов.

Пористые (тканевые) фильтры

Принцип работы пористых фильтров состоит в пропускании потоков запыленных газов через материал, имеющий перегородки с небольшими зазорами. Твердые пылинки, диаметром больше сечения отверстий, улавливаются, а очищенный воздух движется дальше.

Виды перегородок

Пористые фильтры комплектуются различными видами перегородок:

• Слоистые. Наиболее простая и дешевая система из одного или нескольких слоев гальки либо другого зернистого материала. Эффективность улавливания механической пыли до 99%.
• Гибкие. Текстиль, пенополиуретаны, войлок, другие материалы эффективны для тонкой очистки. Отличаются низкой прочностью и невысокой термостойкостью.
• Полужесткие. Вязаные сетки или прессованные спирали из стальной, медной, бронзовой или другой проволоки. Характеризуются повышенной стойкостью к агрессивным средам и высокой температуре.
• Жесткие. Рукавные фильтры на основе керамики, металла, стекловолокна либо иных термостойких нетканых материалов. Используются для пылеочистки кислотных, горючих, абразивных газов и др. Выбрать и купить рукавные фильтры можно у нас в каталоге.

Типовая конструкция пористого фильтра выполнена в виде металлической камеры, внутри которой несколько вертикальных перемычек, образующих отсеки. В данных отсеках смонтированы фильтровальные рукава. В нижней части фильтра находится бункер с механизмом выгрузки отходов.

Размеры пор тканевых перегородок 100–200 мкм. Остатки загрязнений газов после пористых фильтров не превышают 10–50 мг/м3. Эффективность пылеочистки частиц от 0,5 мкм — 99%.

Электрофильтры

Улавливание пыли путем ионизации ее молекул. Воздействуя разрядами, коронирующие электроды заряжают молекулы пыли. В итоге ионы накапливаются на поверхностях пылевых частиц. Под влиянием электрического поля пыль притягивается к поверхностям осадительных электродов.

Заряжаются пылинки коронирующими разрядами двумя способами: в результате диффузии и путем бомбардировок ионами, которые движутся вдоль силовых линий. Первый вариант эффективен для частиц до 0,2 мкм. Второй — подходит для пыли диаметром от 0,5 мкм. Для пылинок 0,2–0,5 мкм результативны оба способы. Заряд частиц до 0,2 мкм пропорционален их сечению. Для жестких частиц от 0,5 мкм величина напряжения пропорциональна квадрату их сечения.

Виды электрофильтров

С учетом технологии отвода пыли, накапливаемой на электродах, фильтрующие агрегаты делятся на два виды:

1. Сухие. Удаление твердых частиц путем встряхивания и последующего удаления пыли. Для нормальной работы установок поддерживается температура не ниже точки росы, чтобы предотвратить увлажнение и конденсат на корпусе, вызывающие коррозию и налипание.
2. Мокрые. Пыль смывается орошающей водой. Температура запыленного воздуха не должна быть ниже точки росы. Допускается использование для очистки тумана или других газообразных сред повышенной влажности. Промывка электродов при этом не проводится. Влажные частицы с грязью сами стекают вниз.

Особенности

Производительные электрофильтры рассчитаны на пылеочистку больших объемов воздуха температурой до +450 0С. Агрегаты эффективны для улавливания крошки 0,01–100 мкм. При этом расход электроэнергии на обработку 1 тысячи кубометров газа 0,36–1,8 МДж.

Результативность пылеочистки определяется типом твердых примесей, видом очищаемого газа, скоростью, размерами электрофильтров, другими параметрами. Максимальная эффективность улавливания достигается путем снижения динамики перемещения воздуха при одновременном повышении напряжения поля. Расходы на эксплуатацию и обслуживание аналогичных агрегатов, не превышают 3% общих затрат.

Наиболее эффективными в плане пылеочистки являются комбинированные установки. Лучшие результаты показывают системы трехступенчатой очистки. Сначала выполняется грубая обработка запыленного воздуха с помощью циклонов. Затем тонкая — с использованием скрубберов. В завершение проводится финальная доочистка с применением электрофильтров.

Источник

Обзор методов очистки промышленных выбросов

Загрязнение атмосферного воздуха вредными выбросами – одна из основных глобальных экологических проблем современного человечества. Международный стандарт определяет вредные выбросы как любое загрязнение атмосферы веществами, которые вредны для здоровья или опасны по другим причинам, независимо от их агрегатного состояния.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, приведенным в докладе в мае 2018 года, каждые 9 из 10 человек на планете дышат загрязненным воздухом, а загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами ежегодно приводит к гибели около 7 миллионов человек во всем мире.

Источники и состав промышленных выбросов.

Все вещества, загрязняющие атмосферу, в зависимости от условий их образования делятся на вещества естественного (природного) и искусственного (антропогенного) происхождения.

Основными источниками поступающих в атмосферу загрязняющих веществ выступают:

• источники природного происхождения, такие как извержение вулканов, ветровая эрозия, лесные пожары и пр.
• сжигание ископаемых видов топлива транспортом;
• промышленные производства, такие как металлургия, нефте- и газохимия;
• сжигание бытовых отходов;
• сельскохозяйственное производство;
• добыча полезных ископаемых открытым способом.

Выбросы промышленных производств являются наиболее опасными по составу загрязняющих веществ и, поскольку данные выбросы подвижны, то могут влиять на окружающую среду на больших площадях.

Методы очистки промышленных выбросов в атмосферный воздух весьма разнообразны. На выбор того или иного метода очистки в первую очередь влияют химических состав и концентрация загрязняющих веществ в выбросах. К наиболее вредным для здоровья и окружающей среды загрязняющим веществам антропогенного происхождения относятся следующие вещества:

• твердые частицы (PM);
• диоксид азота (NO2);
• озон (O3);
• окись углерода (СО);
• диоксид серы (SO2);
• свинец (Pb);
• летучие органические соединения (бензопирен).

Токсичные свойства загрязняющих веществ и, как следствие, причиняемый ими вред, привели к принятию ряда нормативно-правовых актов, которые обязывают осуществлять контроль их содержания и концентрации в газообразных отходах различных промышленных производств. Один из основных правовых актов в области охраны окружающей среды — Федеральный закон от 10 января 2002 года N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», определяющий «правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов…».

В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду хозяйственной и (или) иной деятельности данным законом устанавливаются нормативы допустимого воздействия на окружающую среду, в том числе нормативы выбросов в атмосферный воздух, количественные значения которых, как для стационарных, так и для передвижных источников, определяются в порядке, установленном Правительством РФ и с использованием методов, утвержденных Приказом Минприроды России.

Методы очистки промышленных выбросов в атмосферный воздух: основные принципы.

Основными принципами использования методов очистки промышленных выбросов являются:

1. Превентивность, что предполагает: изменение технологического процесса; использование другого сырья, содержащего меньшее количество вредных компонентов (например, замена стандартных реагентов безопасными вариантами); изменение организации труда и внедрение экологических принципов на всех этапах производства.
2. Вторичность, подразумевающая использование промышленных установок для очистки газовых производственных выбросов.

Реализация первого принципа сопровождается высокими временными и материальными затратами. Очевидно, что сложнее изменить технологию производства, чем использовать устройство для сокращения выбросов, которое является побочным для производственного процесса. Но, в конечном итоге, по ряду причин превентивные решения являются более перспективными. Что касается реализации второго принципа, то он как раз лишен недостатков первого, и зачастую является единственно возможным.

Очистка промышленных выбросов: методы вторичного сокращения количества загрязнений

Для очистки содержащих парообразные и газообразные загрязнители промышленных выбросов в атмосферу используются следующие методы:

• Адсорбция на активированном угле. Это универсальный метод с широким спектром применения. Метод адсорбции предназначен для очистки отработанных газов от органических растворителей с относительно низкими или переменными концентрациями во времени. Установки, реализующие этот метод разработаны и изготавливаются в широком диапазоне мощностей — от 100 до 100 000 м3/ч и концентрации органических соединений от 0,5 до 100 мг/м3. Эффективность очистки высокая (около 90%), и до 98% в зависимости от типа загрязняющих веществ. Проблема применения этого метода для экологии состоит в том, как использовать отработанный активированный уголь.
• Сжигание в каталитическом слое. Очистка газовых промышленных выбросов сжиганием в каталитическом слое применима к отработанным газам, не содержащим хлористых соединений. Благодаря низкому энергопотреблению технология, основанная на этом методе, особенно подходит для обеззараживания загрязнителей, выбрасываемых промышленностью в воздух. Такие установки предназначены для очистки газов, образующихся при работе таких производств, как например мебельных, химических и пищевых фабрик, фармацевтических предприятий и других промышленных объектов. При концентрациях соединений выше заданных стандартом, установка работает автотермически (без подачи энергии на нагрев реактора).
• Адсорбция и десорбция теплого воздуха и каталитическое сгорание. Газоочистные установки, использующие адсорбционный метод с десорбцией и окислением газов на каталитическом слое, предназначены для очистки отходящих газов от примесей с относительно низкими или переменными концентрациями во времени. Установки этого типа используются в широком диапазоне мощностей от 2000 до 100000 м3/ч и концентрациях соединений от 30 мг/м 3 до 500 мг/м3. Эффективность очистки в зависимости от типа загрязняющих веществ достигает 98%. Это метод, аналогичный по своему принципу методу адсорбции на активированном угле, с той разницей, что десорбированная смесь конденсируется, затем из нее отделяется растворитель, который возвращается в рабочий процесс. Эффективность метода зависит от параметров оборудования и составляет около 95%.
• Термическое сгорание. Этот метод очистки промышленных выбросов в атмосферу включает различные процедуры. При использовании метода термического сгорания газы направляются в трехкамерный реактор (дожигатель). В нем происходит процесс термического разложения паров растворителя, и тепло, выделяемое во время этой реакции, используется для нагрева входных газов, а его избыток — для технологических целей. Благодаря трехступенчатому процессу дожигания эффективность снижения загрязнения составляет 99%. При низких концентрациях органических соединений в отходящем газе необходимо обеспечить энергию, которая используется для сжигания природного газа в газовой горелке. Дымовая составляющая может подаваться в форсажную камеру с содержанием выбросов в пределах 2-5 г/м3 .
• Биофильтрация. Очистка выбросов на предприятии — эффективный способ для нейтрализации запахов и органических соединений. Условием служит подходящая температура (выше 5 °C) и влажность выбросов (от 40 до 70%). Основным элементом биофильтра вступает слой пористого фильтрующего материала, заселенного микроорганизмами, способными к биологическому разложению загрязняющих воздух веществ. Во время медленной продувки газа, через слой фильтрующего материала загрязняющие вещества поглощаются, а затем разрушаются микроорганизмами.

Другие методы очистки промышленных выбросов

Очистка вредных выбросов также может осуществляться:

• Поглощением. С использованием эфира полиэтиленгликоля в качестве абсорбента в колонне со структурным заполнением в противоточной системе удаляются выхлопные газы. Процесс протекает при температуре около 5°С. Десорбция осуществляется из пост-абсорбционной жидкости. Пары растворителя собираются в сепараторе и собираются для дальнейшей обработки, а чистый абсорбент рециркулируется. Такая система позволяет сократить выбросы примерно на 93%.
• Конденсацией. Когда газ охлаждается до достаточно низкой температуры, большинство летучих органических соединений конденсируется. Такой метод относится к одним из самых дорогостоящих, так как для достижения температуры конденсации необходимо использовать более одной ступени охлаждения.
• Горением в факелах. Метод включает сжигание вредных соединений непосредственно в потоке газовой или масляной горелки. Получаемое тепло может быть использовано для отопления или технологических целей. Важным моментом является использование достаточного объема воздуха для полного сжигания летучих органических загрязнителей (ЛОС). Эффективность метода составляет до 99%, но в настоящее время его применяют редко по причине значительных затрат на энергоносители.
• Мембранным разделением. Технология основана на селективной проницаемости газовой смеси через мембраны. Фильтры обычно изготавливают из полидиметилсилоксана — силиконовой резины в виде полых волокон. Такие системы лучше всего подходят для удаления загрязнений из концентрированных потоков промышленных выбросов. Стоимость разделения увеличивается пропорционально расходу газа, но не зависит от концентрации ЛОС. Мембранное разделение часто сочетается с конденсацией, что обеспечивает более эффективную очистку, чем при использовании одного метода. Другим способом снижения выбросов соединений диоксинов и фуранов, а также ртути и других летучих металлов является технология сухой адсорбции (введение порошкообразного активированного угля в поток выхлопных газов с последующей очисткой газов в фильтре).

Заключение

Представленные методы сокращения промышленных газовых выбросов в атмосферный воздух, используются при проектировании как новых очистных систем, так и при модернизации существующего оборудования. Их задача состоит в том, чтобы уменьшить влияние производственных процессов на состояние экологии.

Компания «Экоэнерготех» специализируется на проектировании технологического оборудования и установок для очистки промышленных выбросов методом каталитической очистки. В каталоге предприятия вы можете ознакомиться с нашими предложениями в этой области.

Источник