13.4. Системы комплексной очистки газопылевых выбросов

Большое разнообразие способов очистки газопылевых смесей и конструкций установок связано с рядом существенных обстоятельств. Это, во-первых, стремление реализовать наиболее эффективные технологии очистки. В результате были созданы многоступенчатые системы пыле-газоочисток и их интегрирование с системами утилизации уловленных компонентов. Во-вторых, это реализация эколого-экономических требований к обеспечению наилучшего качества окружающей среды, для чего необходима организация очистки выбросов в атмосферу с минимальными затратами при минимальном ущербе природным системам.

Системы комплексной очистки строятся как каскад установок для подготовки газов, их транспортировки, улавливания различных примесей и рассеивания очищенного выброса в атмосферу. Поскольку принципы действия и конструкции газоочисток зависят от специфики производств, то проиллюстрировать имеющиеся решения можно только отдельными типичными примерами.

Одним из перспективных методов предварительной подготовки запыленного газа к очистке является его акустическая обработка. Генератором акустического сигнала является «сирена», работающая в частотном диапазоне 100-2000 Гц. Под действием этого сигнала в пылегазовом потоке частицы приходят в колебательные движения с существенным возрастанием числа их столкновений друг с другом и, как следствие, усилением процессов их коагуляции. При этом высокодисперсные аэрозоли коагулируют намного эффективнее, чем пыли средних и больших размеров, которые при крупности более 10 мкм практически не вовлекаются в колебательные движения. Укрупнение пылевых частиц зависит от их слипаемости (свойств адгезии), частоты и уровня силы звукового сигнала. Примером акустической подготовки газовой смеси является установка по обработке воздуха, загрязненного пылями мукомольного производства (рис.13.5). Экспериментами установлено, что при запыленности более 2 г/м³ укрупнение пыли в 8 раз получается при звуковом давлении 140 дБ, частоте колебания от 200 до 1000 Гц и времени обработки 1,5 – 2 с. При таких же параметрах «сирены» укрупнение пыли других производств было иным: средне слипающаяся чайная пыль – в 6,4 раза, слабослипающаяся известковая пыль – в 4, 5 раза.

Большинство технологических газов энергетических, металлургических и ряда других производств имеют повышенную температуру, что может приводить к энергетическому загрязнению или выходу из строя газаочистных установок. Поэтому перед очисткой газы охлаждают. В зависимости от состава и температуры газа охлаждение производится рядом способов: а) смешением с воздухом из атмосферы; б) охлаждением в теплообменных аппаратах с утилизацией избыточного тепла; в) впрыском воды; г) снижением температуры газа до точки «росы».

Рис.13.5.Схема установки акустической обработки

запыленного воздуха: 1- вентилятор;. 2 – циклон; 3 – акустическая

сирена; 4 – электродвигатель; 5 – акустическая колонна.

Первый способ применяют, когда температура газа относительно невелика и необходимо ее небольшое снижение, например, для очистки газа в рукавном фильтре, допускающем работу при температурах газа не выше 140⁰С. Второй способ можно применять для утилизации избыточного тепла газа в котлах-утилизаторах, кожухотрубных теплообменниках и др. В ряде случаев охлаждение ненасыщенного парами газа производится впрыском воды. Оно осуществляется либо непосредственно в газоочистной установке (например, в скруббере Вентури), либо в специальных испарительных скрубберах. Последний способ охлаждения применяют при отводе газа от установок с повышенным уровнем давлений.

Типичным примером является комплексная очистка газов агломерационных машин по производству железорудного сырья (агломерата). Агломерационные газы содержат 2-6 г/м³ пыли, в которой много крупных фракций (в среднем 46 % частиц с размерами более 40 мкм), а также значительное количество газовых примесей (до 10 % CO₂, 3 % СО, 0,6 % SO₂+SO₃, и 0,2 % NO_x). Поскольку интенсивность выделения пылей и газовых загрязнений по длине агломерационной ленты различна, то технологические газы разделены на 2 потока: с высоким и низким содержанием пыли и сернистых соединений (рис.13.6). Сначала отходящие газы очищают от крупных фракций пыли в коллекторах вакуум-камер, выполняющих функции пылеосадителей (степень очистки до 60 %). Затем от вакуум-камер 2 и 3 они подаются в электрические фильтры, где улавливаются средние и мелкие фракции до остаточного содержания пыли не более 50-100 мг/м³. Газы от вакуум-камер 2 после дымососа поступают в поверхностный теплообменник 11 (рекуператор), где за счет тепла воздуха, подаваемого от охладителя агломерата 13, подогреваются от 120⁰С до 400⁰С. Газы от вакуум-камер 3 частично (до 70% объемного расхода) подаются на известняковую сероочистку 10 в скрубберы (эффективность до 85%), а частично возвращаются

Рис. 13.6.. Схема комплексной очистки технологических газов агломерационной машины: 1 – агломерационная лента; 2,3 – вакуум-камеры;

4 – электрические горизонтальные фильтры; 5 – дымосос; 6 – дымовая труба;

7 – установка восстановления NO_x до N₂; 8 – установки окисления СО до СО₂; 9 – смеситель; 10 – известняковая сероочистка; 11 – рекуператор; 12 – циклон; 13 – кольцевой охладитель агломерата; 14 – вентиляторы.

для процесса спекания под укрытия агломерационной ленты. Два потока газов (от теплообменника 11 и сероочистки 10) смешиваются в установке 13 и с температурой 300⁰С передаются сначала на каталитическое окисление СО до СО₂ в слое палладиевого катализатора в реакторе 8 (эффективность очистки до 90 %), а затем на каталитическое восстановление NO_х до N₂ и О₂ аммиаком в слое ванадиевого катализатора (V₂O₅) в реакторе 7 (эффективность

очистки до 90 %).

В системе комплексной очистки интересны решения по извлечению из газовой смеси СО, СО₂, SO₂, NO_x. Рассмотрим некоторые типичные технологии. Для очистки газа от SO₂ применяют известняковый метод (рис 13.7). Результатом реакций является образование мелкокристаллического осадка сульфата кальция при 90% связывания SO₂ из загрязненного газа. Более эффективными, но экономически более затратными являются аммиачный, поташномагнезитовый, цинковый методы очистки газов от SO₂.

Рис.13.7. Схема очистки газа от SO₂ известняковым методом: 1 – адсорбер;

2 – кристаллизатор; 3 – узел вывода шлама (сгуститель, фильтр или центрифуга); 4 – реактор для приготовления поглотительного раствора; 5 – классификатор (разделитель по фракциям) сухого известняка; 6 – мельница;

7 – дробилка.

Поскольку содержание СО в агломерационных газах невелико и его невыгодно использовать в качестве топлива, то очистка от оксида углерода ведется его дожиганием в газоотводящем тракте с утилизацией избыточного тепла или доокислением до CO₂ на катализаторе. В последнем случае применяют конверсию СО водяным паром на палладиевом катализаторе с последующим поглощением СО₂ (рис. 13.8). Поглотителями СО₂ являются сначала вода, а затем водные растворы щелочей (NaOH, KOH, NH₄OH и др.). Процесс абсорбции осуществляют при избыточном давлении около 3 МПа. Воду, насыщенную СО_2, пропускают через турбину, где избыточное давление преобразуют в электрическую энергию, а затем передают в десорберы с растворами щелочей для доочистки и в десорбционную колонну для удаления остаточной влаги из газа. Обогащенный СО₂ газ используют в ряде промышленных технологий в качестве исходного компонента.

Очистка газов от оксидов азота является наиболее сложной и затратной технологией. В технологических газах оксиды азота могут присутствовать в формах N₂O, NO, NO₂, N₂O₄. В качестве восстановительного газа используют метан, оксид углерода, аммиак и другие газы, которые, как правило, являются попутными или конечными продуктами производств на данном предприятии. Широкое распространение получил аммиачно-каталитический способ. Высокотемпературные технологические газы охлаждают до 280 – 320⁰С и подают в реактор с аммиаком и слоем ванадиевого катализатора (V₂O₅), нанесенного на насадку из оксидов алюминия или

Рис. 1 3.8. Схема водной очистки газов от СО₂: 1 – сепаратор; 2 – абсорбер;

3 – регулятор уровня жидкости; 4 – турбина; 5 – насос; 6 – электродвигатель;

7 – промежуточный десорбер; 8 – конечный десорбер; 9 – десорбционная колонка.

селикагеля. Оксиды азота восстанавливаются до N_2, а образующаяся при этом влага конденсируется и выводится из реактора.

Развитие существующих и внедрение новых технологий очистки пылегазовых выбросов и рассеивания их в атмосфере не прекращается. Это относится, прежде всего, к конструктивному совершенствованию оборудования и замене изношенных аппаратов на новые (аналогичные заменяемым или более эффективные). Особое значение приобретают специализированные установки очистки, обеспечивающие наибольший эффект улавливания и нейтрализации вредных примесей выбросов того или иного технологического объекта. Качество улавливания пылей улучшается после их предварительной подготовки. Для этого используют методы турбулизации, ионизации, акустической обработки, увлажнения (кондиционирования). Например, в электрических фильтрах при низкой влажности газа, содержащего пыль с высоким удельным электрическим сопротивлением, эффективность очистки снижается из-за возникновения тока обратной короны. Этого избегают при подаче пара в рабочую зону, а в более сложных случаях добавляют в пар сернистый ангидрид, аммиак, хлориды калия и магния. Кондиционирование увеличивает проводимость пыли и позволяет повысить напряженность электрического поля в межэлектродном промежутке, т.е. улучшить качество очистки газа. Должное внимание следует уделять внедрению комплексной многоступенчатой очистке газов, позволяющей с максимальным эффектом улавливать практически все примеси.