Лекция № 8 Загрязнение от различных энергетических установок. Средства защиты атмосферы. Оборудование для очистки выбросов - сухие, электрические фильтры.

Рис. 10.1. Материальный баланс современной угольной ТЭС мощностью 1000 МВт с эффективностью очистки выбросов от твердых веществ 0,99: / — электрофильтр; 2 — парогенератор; 3— турбина; 4 — генератор; J— конденсатор

Автомобильный транспорт также является источником загрязнения атмосферы. Так как число автомобилей непрерывно возрастает, особенно в крупных городах, то растет и валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Автотранспорт относится к движущимся источникам загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха.

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 про­уктов. В дизелях с уменьшением нагрузки содержание токсичных компонентов отработавших газах уменьшается, а при работе на режиме максимальной нагрузки возрастает за счет роста выбросов оксида углерода, оксидов азота и углеводородов.

10.1.2. 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

С + С_ф ≤ ПДК (10.2)

но каждому вредному веществу (C_ф — фоновая концентрация), а при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия — условие (0.2). 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. 10.2, а);

локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (см. рис. 10.2, б);

очистка технологических газов выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (см. рис. 10.2, 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.) (см. рис. 10.2, г).

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс

Рис. 10.3. 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

(ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

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.

Рассеивание выбросов в атмосфере. Технологические газы и венти­ляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств подчиняются законам турбулентной диффузии. На рис. 10.3 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.

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 тумамон и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Эффективность очистки

где С_вх и С_вых — массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки

где с_вхi и с_выхi. — массовые концентрации i-й фракции пыли до и после пылеуловителя.

Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:

Как следует из формул (10.4) и (10.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К= 1 — µ.

Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Δ определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата рвх и вы­ходе рвш из него. Значение Δ находят экспериментально или рассчитывают по фоомуле

где £ — коэффициент гидравлического сопротивления аппарата;  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 Δ_нач и конечное значение Δ_кон. При достижении Δ = Δ_кон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров Δ_кон = (2...5)Δ_нач.

Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Дочищаемого газа:

где k — коэффициент запаса мощности, обычно k= 1,1...1,15;

µ_н — КПД передачи мощности отэлектродвигателя к вентилятору; обычно µ_м = 0,92...0,95; г) µ_в — КПД вентилятора; обычно µ_н = 0,65...0,8.

Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители — цикло­ны (рис. 10.4) 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 3. Для нормальной работы ци­клона необходима герметичность бункера.

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 циклоновнесколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе [16].

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, 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. 10.5), 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,электрофильтра Движение заряженных частиц к осадительному

Рис. 10.7. Схема фильтра

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.

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют раз- Рис. 10.6. Электрофильтр типа С для улавливания смол:

1 — распределительные решетки; 2 — осадительные и коронируюшие электроды; 3— корпус; 4 — смолоулавли- вающий зонт

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. 10.7. 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, образуя на поверхности перегородки слой 3, и задерживаются в порах. 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 эффектов.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.