Экономическое обоснование инженерных мероприятий по защите атмосферного воздуха на предприятии ООО «Стройдеталь и К0»

Наша задача состоит в  установке пылеочистного оборудования, позволяющего снизить данные выбросы неорганической пыли в атмосферный воздух.

 

2.1 Методы очистки газо-воздушной смеси от неорганической пыли

 

По назначению устройства для очистки газа (воздуха) от пыли подразделяются на пылеуловители  и воздушные фильтры. Первые служат для санитарной очистки газов  и воздуха перед их выбросом в атмосферу и для технологической очистки с целью улавливания и возврата ценных пылевидных продуктов или полуфабрикатов, а вторые – для очистки приточного воздуха, подаваемого вентиляционными установками в производственные и общественные здания. Пылеуловители делятся на две категории: аппараты без применения жидкости и с ее применением. Такое деление принято в ГОСТ 12.2.043-80 «Оборудование пылеулавливающее. Классификация» [6].

Сухие пылеуловители  делятся на гравитационные, инерционные, фильтрационные и электрические. По некоторым особенностям их действия или основному конструктивному признаку группы пылеуловителей делятся на подгруппы, а в зависимости от специфики конструктивного оформления

 

на типы аппаратов.

Выбор метода и аппарата для улавливания неорганической пыли  в первую очередь зависит от ее дисперсного состава [7].

Принцип работы инерционных пылеуловителей основан  на том, что  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.

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

Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности. По способу подвода газов в аппарат их подразделяют на циклоны со спиральными, тангенциальным и винтообразным, а также осевым подводом. 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.

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.

Отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока, который 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.

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.

В динамических пылеуловителях  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 менее 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 [16].

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.

 В волокнистых  фильтрах фильтрующий элемент 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 от 0,5 до 5 мг/м³ и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации от 5 до 50 мг/м³. При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры от 5 до 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.

Среди полых  газопромывателей  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.

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

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.

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.

Среди тарельчатых  газопромывателей наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарелками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия диаметром от 3 до 8 мм. Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости.

Эффективность процесса пылеулавливания зависит  от величины межфазной поверхности.

В пенном аппарате 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.

В газопромывателях ударно-инерционного действия 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 взаи-

 

модействия  образуются капли диаметром от  300 до 400 мкм.

Среди газопромыватели 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.

Основной частью скоростных газопромывателей (скрубберов Вентури) является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошаемой жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью от 40 до 150 м/с. Имеется также каплеуловитель.

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 [2].

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 [3].