Требования к выбросам в атмосферу
Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на бензине, при неустановившихся режимах (разгоне, торможении) нарушаются процессы смесеобразования, что способствует повышенному выделению токсичных продуктов. В дизелях с уменьшением нагрузки содержание токсичных компонентов в отработавших газах уменьшается, а при работе на режиме максимальной нагрузки возрастает за счет роста выбросов оксида углерода и углеводородов.Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине:
Концентрация свинца в бензине, г/л . . 0,15 0,20 0,25 0,50
Концентрация свинца в воздухе, мкг/м 0,40 0,50 0.55 1,00
Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.
Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для ГТДУ на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).
Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.
Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГТДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах показывают, что поступления от ГТДУ в приземный слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.
Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl2О3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).
В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высокотемпературное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние 30...60 км, оно может рассеяться, но может стать причиной кислотных дождей.
При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли.
Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. По прогнозам фирмы «Аэроспейс», в XXI в. для транспортирования грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.
В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.
6.2. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ
Требования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие
C+Cф ? ПДК (6.2)
по каждому вредному веществу (Сф –фоновая концентрация), а при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия – условие (3.1). Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
– вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху (рис. 6.2, а);
– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (рис. 6.2, б);
– очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (рис. 6.2,в);
– очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.) (рис. 6.2, г).
Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04–86, выбросы автомобилей с ДВС–ГОСТ 17.2.2.03–87 и рядом других.
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02–78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК.
Рис. 6.2. Схемы использования средств защиты атмосферы:
1–источник токсичных веществ; 2–устройство для локализации токсичных веществ (местный отсос); 3–аппарат очистки; 4–устройство для забора воздуха из атмосферы; 5–труба для рассеивания выбросов; 6 –- устройство (воздуходувка) для подачи воздуха на разбавление выбросов
Рассеивание выбросов в атмосфере. Технологические газы и вентиляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств, подчиняется законам турбулентной диффузии. На рис. 6.3 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы: переброса факела выбросов Б,
характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; задымления В
с максимальным содержанием вредных веществ и постепенного снижения уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10...49 высот трубы.
Максимальная концентрация примесей в приземной зоне прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Подъем горячих струй
Рис. 6.3. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:
А–зона неорганизованного загрязнения; Б–зона переброса факела; В–зона задымления; Г– зона постепенного снижения уровня загрязнения
почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.
Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.
В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники используют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники. Выделяющиеся из них вредные вещества при рассеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания (с заветренной стороны). Линейные источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру.
Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы.
Незатененные, или высокие источники свободно расположены в недеформированном потоке ветра. К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Нзд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним (в результате обдувания его ветром) на высоте h?2,5Нзд.
Основньм документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД–86». Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.
При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию Сф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу
где Н– высота трубы; Q – объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу; ?Т–разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч; А –коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей; kF–коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере; т
и п – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.
Оборудование для очистки выбросов. В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).
Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.
Эффективность очистки
где Свх и Свых–массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.
В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки
?i=(Cвxi-Свыхi)/Cвхi
где Свх/ и Сдых/–массовые концентрации /-и фракции пыли до и после пылеуловителя.
Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:
Как следует из формул (6.4) и (6.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К= 1-?.
Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки ?р определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата Рвх и выходе Рвых из него. Значение ?р находят экспериментально или рассчитывают по формуле
?р=Рвх-Рвых=?рw2/2 (6.6)
где w –коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; р и W–плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.
Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное ?Pнач и конечное значение ?Pкон- При достижении ?P = Pкон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров ?Ркон = (2...5)?Рнач
Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q
очищаемого газа
N = k?pQ/(?м?в)
где k–коэффициент запаса мощности, обычно k=
1,1...1,15; ?м– КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно ?м = 0,92...0,95; ?п. –КПД вентилятора; обычно ?в = 0.65...0.8.
Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны (рис. 6.4) различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер.
Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 5. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.
Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.
Рис. 6.4. Схема циклона |
Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе |6.11].
Электрическая очистка (электрофильтры) –один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.
Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рис. 6.5), адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака.
Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы.
Большое значение для процесса осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления различают:
Рис. 6.5. Схема электрофильтра
1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (< 104 Ом?см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток; противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;
2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом-см; они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании;
3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 1010 Ом-см; они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.
В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.
Определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:
?=1-е-WэFуд, (6.7)
где Wэ,–скорость движения частицы в электрическом поле, м/с;
Fyд –удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м2?с/м3. Из формулы (6.7) следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени WэFyд.
|
WэFуд… ?… |
3,0 0,95 |
3,7 0,975 |
3,9 0,98 |
4,6 0,99 |
Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувствительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру путем правильной организации подводящего газового тракта и применения распределительных решеток во входной части электрофильтра.
7–распределительные решетки; 2–осадительные и коронирующие электроды; 3– корпус; 4 – смолоулавливающий зонт
Рис. 6.7. Схема фильтра
Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры.
Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3.
Для вновь поступающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.
Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.
По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, вой локи, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.). Рис. 6.9. Схема скруббераВентури
Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов получили рукавные фильтры (рис. 6.8).
Аппараты мокрой очистки газов –мокрые пылеуловители – имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с du?0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.
Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.
Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис. 6.9). Основная часть скруббера –сопло Вентури 2. В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной .скорости (W?= 15...20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 30...200 м/с и более. Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла.
Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15...20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона.
Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г/м3. Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1...6,0 л/м3, то эффективность очистки равна:
|
d4,мкм… ?… |
1 0,70..0,90 |
5 0,90…0,98 |
10 0,94…0,99 |
К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной (рис. 6.10, а) и переливной решетками (рис. 6.10, б). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2...2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ~ 0,95...0,96 при удельных расходах воды 0,4...0,5 л/м . Практика эксплуатации этих аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению.
|
Рис. 6. 10. Схема барботажно-пенного пылеуловителя с провальной (а) и переливной (б) решетками |
Рис. 6.11. Схема фильтрующего элемента низкоскоростного туманоуловителя |
Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис 6.11. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток помещают волокнистый фильтроэлемент 4,
который крепится с помощью фланца 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость осевшая на фильтроэлементе; стекает на нижний фланец 5 и через трубку гидрозатвора 6
и стакан 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность очистки газа (до 0,999) от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои
Рис 612 Схема высокоскоростного туманоуловителя
Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9...0,98 при ?р= 1500...2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей.
В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6...0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5...5 м/с, что приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брыз-гоунос обычно возникает при скоростях 1,7...2,5 м/с).
Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя. Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.
На рис. 6. 12. показана схема высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. В барабане установлен грубоволокнистый войлок 2 толщиной 3...5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель, 1 представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэлемент нижней частью установлены в слой жидкости.
Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом–иглопробивным войлоком, состоящим из волокон диаметром 70 мкм, толщиной слоя 4. .5 мм.
Метод абсорбции –очистка газовых выбросов от газов и паров – основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы.
Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен (рис. 6.13), форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов. Описание процесса очистки и расчет аппаратов приведены в работе [6.11].
Р и с . 6.13. Схема насадочной башни:
1 – насадка; 2 –
разбрызгиватель
Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вентури и т. п. Хемосорбция –один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17...0,86 и от паров кислот– 0,95.
Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 105...106 м2/кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.
Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов и т. п.
Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах. Патроны с адсорбентом следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным в паспорте респиратора или противогаза. Так, фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 (ГОСТ 12.4.004–74) следует использовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 6.2 и 6.3.
Таблица 6.2. Марки патронов респираторов РПГ-67
|
Марка патрона |
Марка респиратора |
Вредные вещества, от которых защищает респиратор |
|
|
А В КД Г |
РПГ-67А РПГ-68В РПГ-67КД РПГ-67Г |
Пары органических веществ (бензина, керосина, сероуглерода, ксилола, толуола, ацетона, спиртов, кетонов, эфиров, бензола и др.), хлор-и фосфорорганических ядохимикатов. Кислые газы (сернистый газ, сероводород, хло-роводород и др.), пары хлор- и фосфорорганических ядохимикатов Аммиак, сероводород и их смесь. Пары ртути и ртутьорганические соединения |
Таблица 6.3. Условия применения респираторов РПГ-67
|
Марка патрона |
Вредные вещества |
Концентрация, г/м3 |
Время защитного действия, мин, не менее |
|
А |
Бензол |
10 |
60 |
|
В |
Диоксид серы |
2 |
50 |
|
КД |
Аммиак |
2 |
30 |
|
Сероводород |
2 |
50 |
|
|
F |
Пары ртути |
0,01 |
1200 |
Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого метода используют нейтрализаторы. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигание; термическое окисление; каталитическое дожигание.
Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циановодород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Такие дожигатели можно использовать для нейтрализации паров токсичных горючих или окислителей при их сдувах из емкостей.
Термическое окисление находит применение в тех случаях, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода или когда концентрация горючих веществ незначительна и недостаточна для поддержания пламени.
В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха (дожигание оксида углерода и углеводородов), а во втором – при подаче дополнительно природного газа. Схема устройства для термического окисления выбросов показана на рис. 6.14.
Каталитическое дожигание используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами. Для реализации процесса необходимо кроме катализаторов поддержание таких параметров газового потока, как температура и скорость газов.
В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Температуры начала каталитических реакций газов и паров изменяются в широких пределах–200...400°С. Объемные скорости процесса каталитического дожигания обычно устанавливают в пределах 2000...6000 ч-1 (объемная скорость–отношение скорости движения газов к объему катализаторной массы).
Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов и т. п.
Термокаталитические реакторы с электроподогревом типа ТКРВ разработаны Дзержинским филиалом НИИОГАЗа. Они предназначены для очистки газовых выбросов сушильных камер окрасочных линий от органических веществ и других технологических производств.
Каталитическая нейтрализация отработавших газов ДВС на поверхности твердого катализатора происходит за счет химических превращений (реакции окисления или восстановления), в результате которых образуются безвредные или менее вредные для окружающей среды и здоровья человека соединения. Устройство и расчет нейтрализаторов отработавших газов ДВС даны в |6.9].
Оборудование, применяемое для очистки выбросов в машиностроении и приборостроении, приведено в приложении 1.
Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки. В системе последовательно соединенных аппаратов общая эффективность очистки ?= 1-(1-?1)(1–?2)...(1-?n),где ?1, ?2,..., ?n–эффективность очистки 1, 2 и n-го аппаратов.
Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т.
п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение (см. рис. 6.2, а).
Производство и применение очистного оборудования. Перечень газо- и туманоочистного оборудования, разработанного НИИОГАЗом, приведен в табл. 6.4.
Таблица 64. Очистное оборудование НИИОГАЗа
|
Тип оборудования |
Марка |
Год выпуска |
Улавливаемое вещество |
|
Адсорбер |
АВП |
1986 |
Пары ртути |
|
АВКФп |
1986 |
Органические растворители |
|
|
СП |
1987 |
Фтористые соединения, диоксид серы |
|
|
СДК |
1988 |
То же |
|
|
СПК-Б |
1988 |
Неприятно пахнущие вещества |
|
|
АН |
1991 |
То же |
|
|
Термокаталити- |
ТКРО |
1989 |
Углеводороды, оксид углерода, непри- |
|
ческие реакторы |
ятно пахнущие вещества |
||
|
КР |
1990 |
То же |
|
|
КР-35 |
1991 |
>> |
|
|
КРТ-50 |
1991 |
>> |
|
|
Электрофильтры |
ЭВМ |
1990 |
Смолистые вещества |
|
ЭТМ |
1991 |
Пары серной кислоты |
|
|
Волокнистые |
ФВГ-Т |
1983 |
Туман и брызги серной и хромовой |
|
фильтры |
кислоты |
||
|
ФВГ-С-Ц |
1985 |
Цианистые соединения |
|
|
ВВЦ-180 |
1990 |
Туманы масел |
долл.) компаний США на защиту атмосферного воздуха в отдельных отраслях промышленности составили:
|
1986 г. |
1987 г. |
1988 г. |
|
|
Теплоэнергетика ............... |
1310 |
1053 |
808 |
|
Нефтеперерабатывающая .......... |
459 |
427 |
656 |
|
Химическая ................. |
320 |
438 |
597 |
|
Горнодобывающая .............. |
178 |
181 |
57 |
|
Целлюлозно-бумажная ............ |
161 |
196 |
168 |
|
Металлургическая (черная и цветная) .... |
65 |
76 |
94 |
|
Автомобильная ... .......... |
252 |
154 |
31 |
|
Машиностроение (общее) .......... |
69 |
134 |
88 |
|
Электротехническое машиностроение .... |
111 |
25 |
36 |
|
Приборостроение .............. |
20 |
32 |
36 |
|
Число, шт. |
Стоимость, млн. долл. |
|
|
Электрофильтры |
168 |
169,3 |
|
Рукавные фильтры |
18172 |
154,9 |
|
Сухие пылеуловители |
5508 |
25,9 |
|
Мокрые скрубберы |
1407 |
25,1 |
|
Каталитические дожигатели |
555 |
14,6 |
|
Термические дожигатели |
308 |
20,3 |
|
Абсорберы |
627 |
12,5 |
|
Адсорберы |
46 |
3,3 |
|
Устройства для обессеривания |
122 |
165,2 |
|
Прочие |
– |
37.6 |
6.3. СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫПУСКОВ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ
В машиностроении источниками загрязнений сточных вод являются производственные, бытовые и поверхностные стоки.
Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Типовой состав примесей сточных вод представлен в табл 6.5. Сточные воды сварочных, монтажных, сборочных, испытательных цехов содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты и тому подобные вещества в значительно меньших концентрациях, чем в рассмотренных видах цехов и участков. Наибольшую опасность в машиностроении представляют стоки гальванического производства.
Таблица 65 Состав сточных вод [6.10]
|
Тип цеха, участка |
Вид сточных вод |
Основные примеси |
Концентрация примесей, кг/м3 |
Температура сточных вод, °С |
|||||
|
Металлургические |
От охлаждения печей |
Взвешенные вещества Масла |
0,01… 0,05 0,01 |
40…45 |
|||||
|
От влажной газо- |
Мелкодисперсная |
2…5 |
65 |
||||||
|
Литейные |
очистки |
минеральная пыль |
|||||||
|
От грануляторов стержневых смесей |
Песок, частицы шлака |
20...40 |
50 |
||||||
|
От гидровыбивки |
Песок, окалина, |
0.5...15 |
15...30 |
||||||
|
отливок и регенерации смеси |
глина Органические вещества |
0,05 |
|||||||
|
Кузнечно-прессовые |
От охлаждения поковок и оборудова |
Взвешенные вещества минерального |
0,1…02 |
30…40 |
|||||
|
ния |
происхождения Окалина |
5…8 |
|||||||
|
Масла |
10…15 |
||||||||
|
Механичес |
Отработанные сма- |
Взвешенные веще- |
0.2…1 |
15 20 |
|||||
|
кие |
зочноохлаждающие |
ства |
|||||||
|
жидкости |
Сода |
5…10 |
|||||||
|
Из гидрокамер окрасочных отделений Из отделений гид |
Масла Органические растворители Масла, краски Взвешенные веще |
0,5…2 0,1…0,2 0,1…0,3 0,1…0,2 |
15…25 15…20 |
||||||
|
Равлических испытании |
ства Масла |
0,03…0,05 |
|||||||
|
Термические |
Промывные растворы Из закалочных ванн |
Окалина Щелочи Масла Взвешенные веще |
0,02…0,03 0,02…003 0,01…0,02 0,05…0,25 |
50…60 30…40 |
|||||
|
ства минерального |
|||||||||
|
происхождения Тяжелые металлы Масла Цианиды |
0,03…0.15 0,001…0,01 0,002…0,05 |
||||||||
|
Травиль- |
Промывные воды |
Механические |
0,4 |
15…25 |
|||||
|
ные |
|||||||||
|
Маслоэмульсии |
0,05…0,1 |
||||||||
|
Щелочи |
0,02…0,2 |
||||||||
|
Кислоты |
0,02…0,25 |
||||||||
|
Отработанные рас- |
Механические |
10…20 |
|||||||
|
творы |
|||||||||
|
Маслоэмульсии |
10 |
||||||||
|
Щелочи |
20…30 |
||||||||
|
Кислоты |
30…50 |
||||||||
|
Гальвани- |
Промывные воды |
Хром |
0,005…0,2 |
20…30 |
|||||
|
ческие |
|||||||||
|
Циан |
0,005 0,15 |
||||||||
|
Отработанные |
Тяжелые металлы |
0…10 |
20…25 |
||||||
|
электролиты |
|||||||||
|
Кислоты |
0,04…20 |
||||||||
|
Щелочи |
0,02…30 |
||||||||
|
Масла |
0,02…0,05 |
||||||||
|
Хром |
5…200 |
||||||||
|
Циан |
10…100 |
||||||||
