Очистка технологических газов на Приднепровской Тэс

Рис. 2.11 - Номограма для  визначення ефективності уловлювання  пилу в апаратах мокрого очищення газів

 

 

По номограмі (рис. 2.11) визначають ефективність уловлювання пилу в  апаратах мокрого очищення.

Номограма побудована для  значень d_m і d₅₀ пилу стандартної щільності r_г = 1000 кг/м³. Перерахунок значень d_m і d₅₀ від реальної щільності r_г до стандартної виробляють по формулі:

 

                     

 

Встановлена залежність міри пилогазоочищення від енерговитрат:

 

                                      

де К_г - питома енергія зіткнення, кДж/1000 м³ газів; b і до - константи, визначувані з дисперсного складу пилу, дозволяє розрахувати ефективність уловлювання пилу. Імовірнісно-енергетичний метод розрахунку мокрих пиловловлювачів заснований на узагальненій залежності:

 

                           

отриманою для стандартної  щільності пилу рг = 1000 кг/м3 і в'язкість  газів m_r=18*10^-6Па.

Ця залежність може бути використана для вибору способів очищення і принципової конструкції  скруберів.

Для очищення або знешкодження газоподібних відходів або технологічних  газів з метою витягання з  них супутніх (корисних) газоподібних компонентів широко використовують метод абсорбції. Абсорбція заснована  на безпосередній взаємодії газів  з рідинами. Розрізняють фізичну абсорбцію, засновану на розчиненні газу в рідини, і хемосорбцію, в основі якої лежить хімічна реакція між газом і рідким поглиначем.

Очищенню абсорбції піддають газоподібні відходи, що містять  один або декілька витягуваних компонентів. Залежно від використовуваного  абсорбенту (табл. 2.3) і його селективності  можна виділити або один компонент, або послідовно декілька. В результаті абсорбції отримують очищений газ  і насичений розчин, який має бути легко регенерованим з метою  витягання з нього корисних газів  і повернення його на стадію абсорбції.

 

Таблица 2.3 - Абсорбенти, вживані  для очищення газів, що відходять

Компоненти, що поглинаються	Абсорбенти
Оксиди азоту N2Оз, NO5	Вода, водні розчини і  суспензії: NaOH, Na2C03, NaHCO3, КОН, К2СОз, КНСОз, Са(ОН)2, СаСОз, Мg(ОН)2, МgСОз, Ва(ОН)2, ВаСОз, NН4HСОз
Оксид азоту NO	Розчини FeCl2, FeSO4, Na2S203, NaHCO3,Na2S0з, NaHS03
Діоксид сірки SO2	Вода, водні розчини: Na2SO3 (18-25%-ные), NH40H (5-15%-ные), Са(ОН)2 Na2C03 (15-20%-ные), NaOH (15-25%-ные), КОН, (NH4)2SO3 (20-25%-ные), ZnS03, К2СОз: суспензії СаО, МgО, СаСО3, ZnO, золи; ксилідин - вода в співвідношенні 1:1, диметиланілін С6Нз(СНз)2NН2
Сірководень H2S	Водний розчин Na2СОз+Nа3АsО4 (Nа2НАsОз); Водний розчин Аs2О3 (8-10 г/л)+NНз (1,2-1,5 г/л)+(NН4)3АsОз (3,5-6 г/л); моноетаноламін (10-15%-вий розчин); растворы К3РО4 (40-50%- вий розчин); розчини К3Р04 (40-50%-ные), NH4OH, К2СОз, CaCN2, натрієва сіль антрахинондісульфокислоти

Продовження табл. 2.3

Оксид вуглецю СО	Рідкий азот; мідно-аміачні  розчини [Сu(NНз)]nх хСОСН
Діоксид вуглецю С02	Водні розчини Na2C03, К2СОз, NaOH, КОН, Ca(OH)2, NH4OH, етаноламіни RNH2, R2NH4
Хлор Cl2	Розчини NaOH, КОН, Са(ОН)2, Na2C03, К2СОз, МgСОз, СаСОз, Na2S203; тетрахлоридметан CCI4
Хлористий водень НСl	Вода, розчини NaOH, КОН, Ca(OH)2, Na2C03, К2СОз
З'єднання фтору HF, SiF4	Na2C03, NaOH, Са(ОН)2

 

Вимоги, яким повинна задовольняти апаратура абсорбції, витікають  з фізичного представлення явищ масопереносу в системах газ - рідина. Оскільки процес масопереносу протікає на поверхні розділу фаз, то в конструкціях апаратів необхідно її максимально  розвивати.

Для поверхневих абсорберів характерною є конструктивно  освічена поверхня, по якій в плівковому режимі стікає абсорбент (рідина). Найбільш поширеною конструкцією таких протиточних  абсорберів є добре відомі насадки. Як насадка застосовують кільця Рашига, кільця Палля, сідла Берля і іншу насадку. Апарати насадок складні, оскільки необхідно створити опорні грати, зрошувачі, забезпечити ефективне  уловлювання крапель абсорбенту.

У розпилюючих абсорберах міжфазна поверхня утворюється дрібними краплями шляхом дроблення, розпиляло  рідини. У об'ємі апарату за допомогою  форсунок створюються краплі, що контактують  з газовим потоком.

У механічних абсорберах рідина розпилялася в результаті підведення ззовні механічній енергії, наприклад, обертання валків або спеціальних  розпилювачів. Ці конструкції досить складні.

У поверхневих і розпилюючих  абсорберах суцільною фазою є  газ, а розподіленою - рідина. У барботажних  абсорберах в суцільному потоці рідини розподіляється газ, що досягається  на так званих тарілках. Режим, в  якому працюють такі абсорбери, називають  барботажним.

При створенні промислових  систем очищення газів методами абсорбції  необхідно розрізняти схеми з  одно - і багатократним використанням  абсорбенту. У останній схемі абсорбція  поєднується з процесами десорбцій. Однократне використання абсорбенту характерне для процесів з низькою вартістю поглинача або коли після поглинання утворюється готовий (цільовий) продукт. Оскільки в газі, що очищається, міститься незначна кількість уловлюваного компонента, то здійснюється циркуляція абсорбенту, але без його регенерації.

Розрахунок процесів абсорбції  грунтується на матеріальному балансі, з якого визначають витратні параметри  по абсорбенту і розміри апаратів. Об'єм газу Gi, що очищається, відомий, відома також і початкова концентрація компонента, що поглинається, в газовому потоці yi і в абсорбенті, що подається  на очищення, x₁. Необхідно знати кінцеву концентрацію x2 абсорбенту, тобто міра насичення потоку абсорбенту L компонентом, що поглинається. Тоді кількість компонента Gk, що поглинається, визначають по формулі:

 

                                                            

де у₂ - концентрація компонента в газовому потоці, що відходить.

Загальне рівняння матеріального балансу має вигляд:

 

                                    

Кінцевий вміст компонента у₂, що поглинається, в газовому потоці має бути погоджене з рівноважною концентрацією його в рідині, яку визначають по формулі:

 

                                         

де Х_г* - рівноважна концентрація компонента в рідині, що відповідає його вмісту в газовій фазі у₂; т - константа фазової рівноваги (константа Генрі).

Визначення ефективності реальних апаратів має бути засноване  на кінетичних закономірностях процесів массопередачи, що можна записати через  швидкість розчинення газу в рідині за час через поверхню контакту фаз F, м²:

 

                           

Кожна з незалежних змінних (До - коефіцієнт массопередачи і А - рушійна сила процесу) залежить від багатьох параметрів (технологічних режимів, конструкцій апаратів) і може вимірюватися в різних одиницях. Широко застосовують вираження для коефіцієнта массопередачи Ks як відношення його до площі поверхні контакту фаз або до площі насадки, тарілки. Якщо при цьому рушійна сила виражена через дельта, кг/м³, то одиниця виміру Ks - м/с.

Коефіцієнт массопередачи  відносять також до об'єму апарату, отримуючи об'ємний коефіцієнт массопередачи  К_v, с-¹ або ч-¹:

 

                                        

де а - питома поверхня контакту фаз.

Оскільки інтенсивність  перенесення маси в газовій фазі (приватний коефіцієнт массоотдачи  вг) і в рідкій (приватний коефіцієнт массоотдачи рж) різна, те значення b_г і b_ж визначають по різних залежностях, і їх співвідношення для різних процесів також різне. Тоді вираження загального коефіцієнта массопередачи через приватних має вигляд:

 

                        

 

Співвідношення між 1/b_г і 1/mb_ж дозволяє визначити долю опору в газовій і рідкій фазі залежно від т, залежною від абсорбенту, міри його насичення, температури і ін.

Значення b_г і b_ж знаходять по експериментальних залежностях, що рекомендуються для певних конструкцій массообменних апаратів.

В разі прямолінійної рівноважної  залежності і постійності рг і pж  по висоті абсорбера кількість переданої  маси:

 

                             

чи

 

                          

 

Останнє вираження називають  числом одиниць перенесення. По аналогії із записом коефіцієнтів массопередачи  можна записати:

 

                                                        

де N_г і N_ж - число одиниць перенесення в газовій і рідкій фазах відповідно.

Число одиниць перенесення  через об'ємні коефіцієнти массопередачи:

 

                                                   

де V_an - об'єм апарату; S - площа поперечного перетину; Н - висота апарату.

Тоді висота апарату:

 

                                        

 

причому G/(Kv) відповідає висоті апарату, для якого число одиниць  перенесення дорівнює одиниці і  називається висотою одиниці  перенесення. Число одиниць перенесення N можна визначити графічно. Площа, обмежена кривою на такому графіку, відповідає загальному числу одиниць перенесення, а кут її нахилу дозволяє визначити  константи b і k.

Істотним недоліком сорбційних методів очищення (абсорбції і  адсорбційних) викидних газів є необхідність багатократної регенерації поглинаючих  розчинів або часткової заміни твердого сорбенту, що значно ускладнює технологічну схему, збільшує капітальні вкладення  і витрати на експлуатацію.

 

2.2 Комбіновані  методи і апаратура очищення  газів

 

Комбіновані методи і апаратура  очищення газів є вельми економічними і найбільш високоефективними. Розглянемо конструкції апаратів і технологічну схему очищення на прикладі очищення запиленого повітря і газів скляного виробництва.

Для знепилювання процесів сушки, подрібнення, просіювання, змішування і транспортування сировинних матеріалів розроблений гідродинамічний пиловловлювач  ГДП-м-коду (рис. 2.12) продуктивністю по повітрю, що очищається, від 3000 до 40000 м3/ч. Принцип роботи апарату заснований на барботажі запиленого повітря (газу) через шар піни, що утворюється на газорозподільних гратах. Грати при цьому занурені в пилесмачивающую рідину. Запилений газ поступає в підгратчастий простір і, витіснивши на грати частину води, утворює на ній шар високотурбулентної піни. Пройшовши через отвори, газ очищається від пилу у момент контакту з пилесмачивающей рідиною. Очищений газовий потік поступає у відцентровий каплевідділювач, а потім викидається в атмосферу. Пиловловлювач має наступні характеристики:

Продуктивність, м3/ч - 3000-40000;

Питоме навантаження по газу, м3/(м2ч) – 6500;

Гідравлічний опір. Па – 1400-1900;

Температура газів, що очищаються, °С – до 300;

Витрата води на очищення 1000 м³ газу, л – 15-50;

Настановний об'єм, м³ – 2,5;

Маса, кг – 120.

Апарат ГДП-м-коду максимальною ефективністю володіє на другому  рівні очищення (після циклонів) газів від мелкодісперсной пилу.

 

 

 

 

 

 

          

Рис. 2.12 - Гідродинамічний  пиловловлювач ГДП: 1 - вхідний патрубок; 2 - газорозподільні грати; 3 - корпус; 4 -краплевідокремлювач; 5 - вихідний патрубок; 6 - регулювальник подачі води; 7 - розвантажувальний пристрій.

 

Рис. 2.13 - Схема очищення технологічних  викидів: 1 - залізничний вагон; 2 - приймальний  бункер; 3 - щічна дробарка; 4 - елеватор; 5 - сушильний барабан; би - дробарка; 7 - ситобурат; 8 - стрічковий конвеєр; 9 - відстійник; 10 - бункер сировини; 11 - ваги: 12 - змішувач шихти; 13 - бункер шихти; 14 - дюбель; 15 - циклон ЦН-15; 16- пиловловлювача ГДП.

 

 

На рис. 2.13 показаний один з варіантів принципової схеми комплексного очищення технологічних викидів складених цехів (відділень дозувань-змішувачів). Уловлений циклоном пил повертається у витратний бункер відповідного сировинного матеріалу. Шлам, що утворюється при роботі мокрого пиловловлювача, відстоюється і висушується, після чого може використовуватися як добавка до шихти після відповідного коректування її складу. Освітлена вода з відстійника повертається для повторного використання в пиловловлювач.

Показники, що характеризують ефективність схеми очищення (вміст  пилу в газах, що очищаються, знижується до нормованих меж), приведені в табл. 2.4.

 

Таблица 2.4 - Ефективність комбінованої схеми очищення

Матеріал	Технологічний процес	Кількість повітря, що очищається, м3/ч	Запилена г/м3			Ступінь очищення, %
			на вході	Після циклонів ЦН-15	На віході	циклоном ЦН-15	Пиловловлювачем ГДП-М
Пісок	Сушка	7000	30	6,5	0,036	78,3	99,38
	Просіювання	2900	21,4	5,1	0,016	76,1	99,68
	Дроблення і сушка	11200	18,3	5,8	0,042	68,3	99,2
Доломит	Просіювання	3600	21,9	4,8	0,018	78	99,6
Мел	Сушка	29530	14,9	3,9	0,066	73,8	98,3