6.4. Термическое обезвреживание газов

Если загрязняющие вещества легко окисляются, как, например, пары углеводородов в отходящих газах цехов растворителей или красок, то их удаление может быть осуществлено путем сжигания газов, причем образуются диоксид углерода и вода при сжигании углеводородов, или диоксид серы и вода — в случае органических сульфидов.

Преимущества метода:

— отсутствие шламового хозяйства;

— высокая эффективность;

— простота обслуживания;

— возможность полной автоматизации;

— относительно низкая стоимость очистки.

Недостатки:

— при сжигании могут образовываться продукты реакции, во много раз превышающие по токсичности исходный газовый выброс (это касается галогенов, фосфора и серы);

— необходимость учитывать, что смесь горючих веществ с кислородом образуют взрывоопасные смеси (концентрация горючих веществ в смеси должна составлять не более 25% от нижнего предела взрываемости);

— необходимо учитывать наличие в выбросах смолы и горючих пылей, которые при транспортировке могут откладываться в местах резкого изменения направления движения, что приводит к их воспламенению при аварийной ситуации.

К оборудованию термического обезвреживания выбросов предъявляют следующие требования:

Рис. 6.15. Печь для обезвреживания фенолсодержащих веществ:

1 — горелка; 2 — топка; 3 — взрывной клапан; 4 — поворотный клапан; 5 — сотовые перегородки; 6 — дымовая труба; 7 — газоход; 8 — камера смешения; 9 — окно; 10 — перегородка

— полнота сгорания, предотвращающая образование других вредных промежуточных и конечных продуктов;

— бездымность сгорания;

— стабильность технологического процесса горения при изменении расхода и состава сбрасываемых газов; взрывобезопасность; шумность и яркость должна быть в пределах санитарных норм.

В зависимости от условий сжигания и технологического оформления процесса применяют два метода термического обезвреживания: в факельных устройствах и в печах (топках) различной конструкции.

Сжигание в печах (в замкнутом пространстве) используют если содержание сжигаемых примесей в газах недостаточно (малая теплотворная способность газового потока). При этом приходится либо добавлять топливо, либо, предварительно нагревать газовый поток до температуры сгорания.

Аппараты термического обезвреживания в топках подразделяются на следующие группы: камерные печи; печи с использованием циклонного принципа смешения газов; печи со струйным смешением газов; системы обезвреживания выбросов в технологических топках; регенеративные установки термического обезвреживания выбросов; комбинированные установки обезвреживания выбросов.

Камерные печи (рис. 6.15) обычно подразделены на две камеры: камеру горения и камеру смешения, которая переходит в дымоход. Несмотря на значительное время пребывания газов в печи (до 3,5 с), обусловленное ее большими габаритами, и довольно высокую температуру (более 850 градусов) в печи не достигается необходимая степень обезвреживания.

Процесс термического обезвреживания кислородсодержащих выбросов в ряде случаев целесообразно проводить в топках котельных и других технологических агрегатах путем подачи выброса в качестве окислителя. При этом выбросы могут подаваться непосредственно в горелки котла или зону горения. Недостающее количество воздуха, необходимое для полного горения топлива, добавляют к выбросу до его подачи в технологический агрегат. При этом может происходить ускоренная коррозия и некоторое снижение КПД котлов. Однако, последнее может компенсироваться дополнительным теплом от сжигания СО. К технологическим агрегатам, где возможно это использовать относятся котлы ТЭЦ.

Наиболее экономичными и перспективными для термического обезвреживания газов являются печи с использованием регенеративных теплообменников. Такие печи состоят из камеры горения и двух или нескольких слоев регенеративной насадки 4. За счет реверсивного движения обезвреживаемых газов через аппарат (клапан 1, патрубки 2 и 3) слои насадки обеспечивают утилизацию тепла с помощью насадки, которая, нагреваясь продуктами горения, отдает аккумулированное тепло обезвреживаемому газу (рис. 6.16).

При сжигании на факельных установках используется газообразное или жидкое топливо. При этом необходим избыток кислорода на 10–15% больше стехиометрического количества. Обычно на факельных установках сжигают попутные газы, метан, пропан и других углеводороды. Оборудование для сжигания в этом случае включает горелку, установленную на стальной трубе, по которой идет газ. Чтобы пламя факела было некоптящим (при сжигании углеводородов с низким соотношением углерод — водород), добавляют воду в виде пара. При этом происходит реакция водяного пара с углеводородами с образованием водорода и СО.

В зависимости от характера сжигания факельные установки подразделяют на три типа: факелы, в которых сжигаемый газ и воздух предварительно смешиваются вне зоны горения; факелы, в которых кислород соединяется с сжигаемым газом в момент горения; комбинированные факелы, в которых часть кислорода предварительно смешивается с горючим газом, а недостающий кислород поступает из окружающей среды.

Рис. 6.16. Устройство для технического дожигания отбросных газов с вертикально расположенными насадками:

1 — клапаны; 2, 3 — патрубки; 4 — насадка; 5 — камера; 6 — теплоизолированный корпус; 7 — перегородки; 8 — смесительные каналы; 9 — горелки; 10 — окна

По способу расположения факельной горелки установки могут быть высотными и наземными. В высотных установках горелка расположена в верхней части факельной трубы и продукты сгорания непосредственно поступают в атмосферу. В наземных установках горелка расположена на небольшом расстоянии от земли, а продукты сгорания отводятся в атмосферу через дымовую трубу.

В зависимости от давления установки подразделяют на установки низкого (до 0,2 мПа) и высокого (выше 0,2 мПа) давления.

По периодичности работы они могут быть периодического и постоянного действия, а по месту расположения — отдельно стоящие и размещенные на технических установках.

В зависимости от состава газов, поступающих на сжигание, установки подразделяют на сухие и мокрые. Мокрые предназначены для сжигания газов, содержащих водяные пары и тяжелые углеводороды, а сухая — для сжигания сухих паров углеводородов с молекулярной массой менее 45 при температуре 0.

Рис. 6.17. Устройство факельной установки:

1 — сепаратор; 2 — факельная труба; 3 — дежурные горелки; 4 — запальные горелки; 5 — гидрозатвор

На рис. 6.17 показан один из вариантов факельной установки. Сбрасываемые газы направляются через сепаратор 1 на сжигание в факельную трубу 2. Конденсат из сепаратора возвращают в производство или сливают в канализацию через гидрозатвор 5. Факельную трубу оснащают дежурными 3 и запальными горелками 4, к которым подводится природный газ. При такой схеме факельная труба может быть смонтирована отдельно или на технологической установке.

Рис.6.18. Факельная горелка с соплом Вентури:

1 — электрозапал; 2 — трубопровод топливного газа; 3 — дежурная горелка; 4 — трубка из пиролана; 5 — запальная свеча; 6 — футеровка; 7 — кольцо из жаропрочной стали; 8 — колосниковая решетка для стабилизации пламени; 9 — решетка огнеоградителя

Основная часть факельной установки — факельная труба и горелка. Один из вариантов горелки (горелка с соплом Вентури) представлен на рис. 6.18. Такая конструкция позволяет сжигать газы без образования дыма. В этой горелке пламя стабилизируется колосниковой решеткой. Факельную горелку рекомендуется выполнять из жаропрочной стали или футеровать жаростойким бетоном.

Расчеты показывают, что для увлечения достаточного количества воздуха скорость газового потока должна приближаться к сверхзвуковой. Поэтому на практике обычно вокруг форсунок для впрыска газа располагают сопла для подачи пара с высокой скоростью, что приводит к большому шуму факела и является одним из главных недостатков этого способа сжигания.