Защита атмосферного воздуха от загрязнения вредными примесями, содержащимися в пылегазовоздушных выбросах промышленных предприятий

Рассматриваем способы и оборудование для защиты атмосферного воздуха от загрязнений вредными примесями, содержащимися в пылегазовоздушных выбросах промышленных предприятий, предложенные в патентах и научно-технической литературе и отличающиеся улучшенными технико-экономическими показателями.

Охрана воздушной среды от загрязнения производственными пылегазовоздушными выбросами 

Проблема защиты атмосферного воздуха от загрязнения вредными примесями, содержащимися в производственных пылегазовоздушных выбросах (отходящих дымовых газах), в условиях роста промышленного производства во всех странах мира приобретает все большую остроту. Недостаточно очищенные и обезвреженные пылегазовоздушные выбросы промышленных предприятий, содержащие взвешенные частицы твердых и пластичных веществ различного химического состава и вредные газовые примеси, оказывают негативное воздействие на организм человека, животных и растительность, наносят ущерб хозяйственной деятельности, вызывают изменения в биосфере. Поэтому охрана воздушной среды от загрязнения производственными пылегазовоздушными выбросами в данный момент является важнейшей задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны окружающей среды[1].

Пылегазовоздушные выбросы промышленных предприятий 

Пылегазовоздушные выбросы промышленных предприятий, содержащие вредные, загрязняющие окружающую воздушную среду вещества делятся на аэрозольные (смесь газов, несущая твердые пластичные или жидкие взвешенные частицы (пыль, дым, туман)) и парогазовые.

 Образование промышленной (индустриальной) пыли зависит от типа производственного процесса:

• механическая обработка различных веществ (дробление, размол, полирование и т.д.);

• тепловые процессы и процессы сгорания (сжигание, плавление, сушка, дистилляция и т.д.);

• отделение веществ (отпиловка, отрыв и т.д.);

• транспортировка зернистых материалов (погрузка, перегрузка, смещение, просеивание и т.д.);

• соединение гранулированных веществ (брикетирование);

• износ и коррозия веществ.

 Жидкие загрязнения (туманы, капли) образуются при конденсации паров,  распылении или разливе жидкостей, а также в результате химических и фотохимических реакций.

Образование парогазовых (газообразных) загрязнений характерно для различных процессов. Прежде всего, это химические реакции, такие как окисление, восстановление, замещение и разложение, а также электрохимические (электролиз) и физико-химические (выпаривание и дистилляция) процессы.

Наибольшую часть газообразных вредных выбросов составляют продукты окисления, образовавшиеся в процессах горения, когда при окислении углерода образуются оксид и диоксид углерода, при окислении серы — диоксид серы, а при высокотемпературном окислении азота в печах — оксид и диоксид азота. При неполном сгорании не происходит полного окисления органических веществ, и могут образовываться альдегиды, кетоны или органические кислоты.

Опасность пылегазовоздушных выбросов

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха вредными веществами, содержащимися в пылегазовоздушных выбросах промышленных предприятий, определяется по наибольшему рассчитанному значению приземной концентрации каждого вещества, которая может устанавливаться на некотором расстоянии от источника выброса при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях. Значение наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы не должно превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вещества в атмосферном воздухе.

Защита от загрязнения пылегазовыми вредными веществами 

Наиболее эффективным методом защиты воздушного бассейна от загрязнения пылегазовыми вредными веществами является внедрение в производство безотходных технологий. Однако по техническим и экономическим соображениям безотходная технология, создание беструбных и бессточных промышленных предприятий, полная утилизация отходов производства станут основой нашей производственной деятельности только в будущем. Поэтому в настоящее время очень актуальна очистка и обезвреживание производственных пылегазовоздушных выбросов от твердых, пластичных, газообразных, аэрозольных и жидких вредных примесей с помощью фильтров-пылегазоуловителей[2].

Для улавливания твердых и пластичных частиц загрязнений из производственных пылегазовоздушных выбросов применяются фильтры-пылеуловители, которые по принципу действия делятся на механические и силовые. Для улавливания вредных газообразных примесей из производственных пылегазовоздушных выбросов используются абсорбционные, адсорбционные, химические, каталитические, термические и другие методы очистки.

Фильтры-пылегазоуловители 

В последние годы заметно повысился интерес российских и зарубежных фирм по производству техники для очистки и обезвреживания производственных пылегазовоздушных выбросов к созданию новых фильтров-пылегазоуловителей с высокими технико-экономическими показателями.

Механические фильтры-пылеуловители

Удобен в эксплуатации и обеспечивает повышенную степень очистки пылегазовоздушных выбросов от пыли механический фильтр-пылеуловитель[3] (рис. 1).

 Механический фильтр-пылеуловитель содержит корпус (1), фильтрующий блок (2) и устройство для регенерации (6) фильтрующего блока (2) вибрационного типа, закрепленные на перегородке (3) в корпусе (1), и бункер (8) для сбора уловленных частиц пыли. Блок (2) состоит из фильтрующих патронов и из листовой пористой металлокерамики, полученной прокаткой из металлокерамического порошка с последующим спеканием при температуре 800–1300 ⁰С. Пылегазовоздушные выбросы подаются на очистку в фильтр-пылеуловитель через боковой патрубок (7) корпуса (1), проходят через фильтрующий блок (2) и очищенными выводятся из корпуса (1) через выходной патрубок (5) вентиляторным агрегатом (4). Степень засорения фильтрующих патронов блока (2) контролируется датчиками давления (на рис. 1 не показаны), а очистка их осуществляется устройством для регенерации (6). Частицы пыли из бункера (8) выводятся через патрубок (9).

ЗАО «НТЦ "Бакор"» (Россия) разработало пористые проницаемые керамические материалы с различной структурой и технологию получения фильтрующих элементов для механических фильтров из этих материалов[4]. Фильтрующие элементы из этой керамики отличаются низким гидравлическим (аэродинамическим) сопротивлением с оптимальным размером пор и максимальной эффективностью при очистке, устойчивостью к кислотам и щелочам, способностью выдерживать резкие колебания температур (термоудары) очищаемых пылегазовоздушных выбросов, стабильностью физико-механических свойств в течение длительного времени при воздействии очищаемых горячих запыленных газов, хорошей регенерируемостью, т.е. восстановлением фильтрующих характеристик после периодической продувки сжатым воздухом высокого давления.

Использование в механических фильтрах-пылеуловителях фильтрующих элементов из пористой проницаемой керамики дает большой экономический и экологический эффект. Кроме того, экономическая составляющая этого эффекта может быть увеличена за счет нанесения катализатора и химических веществ на высокопористую поверхность фильтрующих элементов, т.е. появляется дополнительная возможность очистки горячих газов от паров вредных веществ.

Новые фильтровальные установки модели Torit для очистки пылегазовоздушных выбросов фирмы DonaldsonGmbH (Германия)[5] включают 12 механических рукавных фильтров типа PowerCore, которые при необходимости легко заменяются. Эти установки по сравнению с ранее применявшимися фильтровальными установками требуют для размещения уменьшенную на 70 % производственную площадь.

Силовые фильтры-пылеуловители

Механические и силовые фильтры-пылегазоуловители мокрой очистки (скрубберы) предназначены для промывки жидкостями производственных пылегазовоздушных выбросов с целью их очистки (обезвреживания) от вредных примесей, а также для извлечения одного или нескольких загрязняющих компонентов. Достоинством скрубберов является сравнительно низкая стоимость очистки пылегазовоздушных выбросов, недостатками — образование большого количества шлама, необходимость обработки (очистки) образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и требование защиты фильтров от коррозии при обработке агрессивных сред.

Удобен в эксплуатации и обладает повышенной надежностью в работе силовой фильтр-пылеуловитель[6] для мокрой очистки производственных пылегазовоздушных выбросов (рис. 2).

Фильтр-пылеуловитель содержит цилиндрический корпус, состоящий из верхней (8) и нижней (2) частей с патрубками подвода (4) и отвода (7) пылегазовоздушных выбросов. Поток пылегазовоздушных выбросов по тангенциальному патрубку (4) поступает на очистку в нижнюю часть (2) корпуса, где происходит первоначальное взаимодействие потока с поверхностью жидкости А. Жидкость А под действием сил трения о поток пылегазовоздушных выбросов приводится во вращение, образуя дополнительную зону контакта с потоком пылегазовоздушных выбросов, при этом происходит смачивание и сепарация крупных частиц загрязнений. Далее поток пылегазовоздушных выбросов, проходя между пластинами (13) вихревого контактного устройства (11), закручивается, образуя разрежение в приосевой области. За счет разрежения по патрубку (14) транспортируется жидкость из нижней части (2) корпуса в вихревое контактное устройство (11), в котором происходит основное взаимодействие компонентов, при котором твердые частицы загрязнений переходят из потока пылегазовоздушных выбросов в жидкость. Далее жидкость с уловленными частицами загрязнений, проходя через сепаратор (6) вихревого контактного устройства (11), из распыленного состояния переходит в пленочное, отделяется от потока пылегазовоздушных выбросов, стекает на тарелку (10) и перетекает по переточному трубопроводу (12) в нижнюю часть (2) корпуса. После осветления жидкость вновь поступает на взаимодействие в вихревое контактное устройство (11), образуя замкнутый цикл. Твердые частицы загрязнений осаждаются в нижней части (2) корпуса и в виде шлама удаляются через патрубок (1) на утилизацию. Очищенные пылегазовоздушные выбросы выводятся из верхней части (8) корпуса через патрубок (7). Жидкость подается в корпус фильтра через патрубок (9). Достоинством фильтра-пылеуловителя мокрой очистки является и то, что он может работать как в непрерывном, так и периодическом режиме.

Повышенной эффективностью очистки отходящих дымовых газов (производственных пылегазовоздушных выбросов) от вредных примесей отличается фильтр-пылегазоуловитель мокрой очитски (скуббер)[7] (рис. 3).

 Фильтр-пылегазоуловитель мокрой очитски (скуббер) включает корпус (1), выполненный полым, в нижней части которого установлен патрубок подвода очищаемых дымовых газов (9) и сборник жидкости (10). На корпусе (1) соосно на разных уровнях установлены пять поясов орошения с водяными коллекторами (2, 3, 4, 5, 7), на которых установлены форсунки (8), причем факел раскрытия водяных струй форсунок (8) коллекторов (2, 3, 4, 5) совпадает с направлением движения очищаемых дымовых газов, а факел раскрытия струи форсунки (8) водяного коллектора (7), расположенного в верхней части корпуса (1), непосредственно у патрубка отвода очищенных дымовых газов (6), направлен навстречу движению очищаемых дымовых газов.

Дымовые газы на очистку подводятся через патрубок (9) в корпус (1) фильтра-пылегазоуловителя снизу и поднимаются вверх. В процессе движения поток дымовых газов орошается водой, распыляемой форсунками (8). Частицы загрязнений (частицы пыли), находящиеся в дымовых газах, осаждаются на каплях воды, происходит инерционный эффект захвата каплями воды частичек пыли, т.е. осуществляется процесс кинематической коагуляции, причем в случае совпадения направления движения потоков газов и воды коагуляция происходит интенсивнее и быстрее из-за более длительного пребывания капель воды в корпусе (1), а форсунки (8) водяного коллектора (7) обеспечивают встречное движение капель воды по отношению к очищаемым дымовым газам, что уменьшает унос последних в патрубок (6). Кроме того, капли воды поглощают из очищаемых дымовых газов растворимые вредные газовые примеси.

Повышенной эффективностью и надежностью процесса пылеулавливания путем увеличения степени распыла жидкости форсунками отличается силовой фильтр-пылеуловитель мокрого типа[8] (рис. 4), предназначенный для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от твердых и пластичных частиц загрязнений.