Защита атмосферы

Защита атмосферы

Мероприятия по охране атмосферного воздуха условно можно разделить  на следующие группы: экологизация технологических процессов, очистка  пылегазовых выбросов, архитектурно-планировочные  и инженерно-организационные мероприятия.

Методы очистка пылегазовых выбросов.

Для очистки газов от пыли применяют  сухие, мокрые и электрические способы.

Сухие способы основаны на отделении пылеватых частиц от газового потока с помощью специального оборудования: пылеосадительных камер, циклонов, фильтров (тканевых, волокнистых, зернистых).

Мокрые способы очистки основаны на поглощении пыли водой, которая разбрызгивается форсунками или подается непрерывно против запыленного потока воздуха. При этом образуется большое количество сточных вод, которые должны подвергаться очистке.

Электрические способы применяют для улавливания цементной, гипсовой, угольной пыли. Основой процесса очистки является ионизация пылевидных частиц под воздействием электрического поля. Заряженные частички оседают на поверхность электрода с противоположным электрическим зарядом и удаляются с электродов путем встряхивания.

Архитектурно-планировочные мероприятия – комплекс приемов, включающих, выбор площадки для строительства промышленного предприятия, взаимное расположение предприятия и жилых кварталов, взаимное расположение цехов предприятия, организацию санитарно-защитных зон, устройство зеленых зон.

Промышленные предприятия должны быть расположены на ровном, возвышенном, хорошо проветриваемом месте, с подветренной стороны от жилых массивов. Цехи, выделяющие наибольшее количество загрязняющих веществ, следует располагать на краю производственной территории со стороны, противоположной жилому массиву. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветра в сторону жилых кварталов их выбросы не объединялись.

Промышленные предприятия должны быть отделены от жилых районов санитарно-защитной зоной (СЗЗ).

Размеры СЗЗ устанавливают по нормативам в зависимости от вредности и  мощности предприятия в пределах от 50 до 1000 м.

Нормативные размеры санитарно-защитных зон:

Класс опасности предприятия                        Размер СЗЗ, м

1                                                                                                                                         1000

2                                                                                                                                         500

3                                                                                                                                         300

4                                                                                                                                         100

5                                                                                                                                         50

СЗЗ нельзя рассматривать  как резервную территорию и использовать ее для расширения промышленной площадки. На территории СЗЗ допускается размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство – складов, гаражей, автостоянок и т.д.

Территория СЗЗ должна быть благоустроена и озеленена, растения, используемые для озеленения, должны быть эффективными в санитарном отношении и достаточно устойчивыми  к загрязнению атмосферы и  почв,

При проектировании озеленения СЗЗ следует отдавать предпочтение созданию смешанных, древесно-кустарниковых насаждений, обладающих большой биологической устойчивостью и высокими декоративными  достоинствами по сравнению с однородными посадками.

Инженерно-организационные мероприятия – снижение  интенсивности движения транспорта, увеличение высоты труб, повышение скорости движения газов по этим трубам, что приводит к большему рассеивающему эффекту.

Для снижения интенсивности движения автотранспорта устраивают объездные и окружные дороги вокруг городов и населенных пунктов, устройство развязок  пересечений дорог на разных уровнях, организация на основных магистралях движения по типу “зеленая волна”.

Увеличение высоты дымовых труб. Чем выше труба, тем лучше рассеивание пылегазовых выбросов в атмосфере. Необходимо отметить, что рассеивание вредных веществ в атмосфере является временным, вынужденным мероприятием, вызванным отсутствием методов очистки некоторых загрязнителей, а также тем, что существующие очистные аппараты не обеспечивают 100% очистку. Строительство высоких труб не решает проблему загрязнения, а переадресовывает свои загрязнения другим регионам. Самая высокая в мире дымовая труба высотой более 400м построена на медно-никелевом комбинате в Канаде. В нашей стране не рекомендуется строительство труб высотой более 150м. Повышение скорости движения в дымовой трубе способствует улучшению рассеивания дымовых газов. 

Физические принципы и параметры пылеулавливания

Многочисленные конструкции  аппаратов пылеулавливания, применяемых в настоящее время, покоится на нескольких основных физических принципах, излагаемых далее.

Осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные  пылеуловители. Устройства такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более .

Осаждение под действием  центробежной силы. Эта сила может  быть значительно больше силы тяжести. В пылеуловителях, основанных на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при тангенциальном вводе его в аппараты круглого сечения (в плане), называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5-10 мкм и более.

Фильтрация запыленного  газа через ткань – надежный способ улавливания очень тонких пылей.

Электростатистическое осаждение используют в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенным к нему постоянным током высокого напряжения (50-90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в циклонах, пылей, включая ультратонкие (порядка 0,1 мкм).

Промыватели. Частицы  задерживают на каплях и пленках  промывающих жидкостей. Как и  фильтры, они эффективны при улавливании  очень тонких пылей.

Перечисленные принципы позволяют разделить способы пылеулавливания на сухие и мокрые (сухие и мокрые пылеулавливатели).

Процесс очистки газов  от аэрозолей, независимо от способа  улавливания, характеризуется несколькими  основными параметрами: степень  очистки, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, стоимость аппарата и стоимость очистки.  

Пылеочистительная аппаратура 

Как уже отмечалось, все  способы пылеулавливания можно  разделить на сухие и мокрые. Оборудование для сухого улавливания включает пылеосадительные устройства, пылеуловители центробежного действия, фильтры, электрофильтры. К оборудованию для мокрого улавливания пыли относят скрубберы различных типов, барботажные аппараты, скоростные пылеуловители и др. все пылеуловители делят на пять классов в зависимости от крупности пыли, для очистки от которой они предназначены (по нижнему пределу ее крупности):

Класс пылеуловителей	I	II	III	IV	V
Размер улавливаемых частиц, мкм	0,3	2	4	8	20

 

 Пылеосадительные устройства 

К пылеосадительным устройствам относят  аппараты, в которых улавливание твердых частиц происходит под давлением силы тяжести, т.е. пылеосадительные камеры и инерционные пылеуловители. рис 1 – рис.3

Пылеосадительные камеры представляют собой металлическую  или железобетонную емкость прямоугольного сечения, площадь которой в несколько раз больше площади газо-подводящего трубопровода. Из-за резкого уменьшения скорости потока в камере взвешенные частицы в значительной степени успевают осесть на ее дно.   Степень очистки в камерах в зависимости от дисперсности пыли достигает 40-90 %). Для ее повышения камеры оборудуют специальными приспособлениями (перегородки, подвешенные цепи, проволока и т.п.), разбивающими поток входящего газа, улучшающими распределение его струй и прижимающими их к низу камеры (рис.1)

Применение камер целесообразно при: горизонтальных или наклонных газоотводах большого сечения, когда подсоединение более эффективной аппаратуры пылеулавливания затрудненно: повышенной запыленностью газов (несколько сотен граммов на 1 м³) как предварительной ступени очистки; повышенной температурой отходящих газов (600 – 1300 ⁰С), содержащих размягченные и слипающиеся крупные частицы, которые на пути движения по камере охлаждаю.тся и становятся сыпучими.

Во многих случаях  пылевые камеры, устанавливаемые  за технологическими агрегатами, например металлургическими, на которых выходят газы с температурой свыше 600 ⁰С, заменяют котлами-утилизаторами или камерами испарительного охлаждения. Те и другие с точки зрения пылеулавливания также являются камерами.

Во многих случаях в качестве камер используют просто расширенные газоходы, степень очистки в которых составляет 10-20 %, иногда до 35 %.

Инерционные пылеуловители, основываясь  на принципе пылеосаждения под влиянием силы тяжести, включают дополнительный элемент, увеличивающий степень пылеулавливания – изменение направления газового потока. К этому типу устройств относятся радиальные пылеуловители (пылевые мешки) и жалюзийные пылеуловители различного вида.

Радиальные пылеуловители обычно устанавливают за агрегатами, имеющими вертикальные газоотводы типа “гусиная шея”, например за шахтными печами и печами “КС”, располагая по нисходящей ветви газопровода. Газ поступает в мешок сверху, а отводится сбоку, пыль по инерции в значительной степени продолжает движение в низ мешка, где скапливается и периодически выпускается через разгрузочное устройство. Эффект очистки газа от частиц размером 25-30 мкм обычно составляет 0,65-0,85.

Жалюзийные пылеуловители известны в вертикальном и горизонтальном исполнениях. В первом случае в вертикальном гозоходе устанавливают несколько рядов уголков, которые соединяют призмой. Запыленные газы, проходя через уголковые жалюзи, изменяют направление движения. При этом пыль по инерции попадает в пылесборник, а очищаемые газы уходят далее по газовому тракту. Преимущества ЖУП: малые габариты, возможность установки внутри газоходов, простота конструкции и обслуживания, относительно небольшое сопротивление. ЖУП обеспечивают очистку на уровне 80 % для частиц размером более 20 мкм и применяются для дымовых газов с температурой до 450-600 ⁰С. 

Пылеуловители центробежного действия

Пылеуловители центробежного действия включают циклоны, аппараты ротационного и вехривого типов. Наиболее известны циклоны, получившие широкое распространение  в технике пылеулавливания.

По форме корпуса циклоны  разделяют на цилиндрические и конические. Их устройство и принципе одинаково.

Газовых поток вводится в циклон (рис 4) через патрубок 2 по касательной  к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли центробежной силой отбрасываются к стенке циклона, теряют скорость, падают в коническую часть аппарата, откуда разгружаются в находящийся внизу бункер. Газы, освободившиеся от пыли, удаляются через центральную отводящую трубу 3. Их обычная скорость на входе составляет 10-25 м/с, на выходе – 4-6 м/с. Для нормальной работы циклона необходимы герметичные бункеры. При нарушении герметичности и подсосе наружного воздуха повышается вынос пыли через отводящую трубу.

Наиболее распространенными типами циклонов является цилиндрически диаметром 200-3600 мм, работающие при избыточном давлении до 2,5 кПа (ЦН-2, ЦН-15, ЦН-24 и др.). Здесь цифры в скобках – величина угла патрубка на входе в циклон по отношению к горизонтальной плоскости. Используют также конические циклоны НИИОГАЗа. Они имеют повышенное гидравлическое сопротивление при более высокой степени очистки. Конические циклоны серии СК (СК-ЦН-33, СК-ЦН-34 и др.) успешно применяют для очистки газов от сажи. Наряду с циклонами НИИГАЗа в цветной металлургии используют близкие по эффективности циклоны типа СИОТ диаметром до 4350 мм, устанавливая их, в частности, для очистки газов печей КС. В целом циклоны пригодны для разнообразных условий работы, в том числе при сравнительно высоких температурах.

Материалы корпуса циклона подбирают  в зависимости от температурного режима его эксплуатации. Для 600 ⁰С корпус изготавляют из углеродистой стали, при температурах до 800 ⁰С – из жаропрочных сталей. Для более высоких рабочих температур аппараты футеруют, выхлопные трубы выполняют цельнокерамическими или водоохлаждаемыми. Созданы также циклоны с футеровкой из каменного литья, обладающие, помимо термостойкости, высокой абразивной устойчивостью.