Проектирование технологических процессов очистки промышленных выбросов

Технологический процесс очистки промышленных выбросов включает следующие стадии:

1. Отбор газов или воздуха от источника выделения вредных веществ. Эта

стадия определяет количество выбросов, содержание в них вредных ве­ществ и в определенной мере приведенные затраты на очистку выбросов. Действительно, если на этой стадии удается эффективно отобрать образующиеся вредные вещества пыли от источника выделения, т. е. локализовать выбросы, с одновременным обеспечением установленных значений ПДК в рабочей зоне, то приведенные затраты на очистку будут, как прави­ло, меньшими. И наоборот, если отбор производится неэффективно и выб­росы, разбавленные воздухом, поступают на очистку в большом количестве, то для их очистки потребуется применение аппаратов больших размеров и, как следствие, приведенные затраты будут выше. Эффектив­ность отбора (отсоса) газов и воздуха зависит от степени конструктивного совершенства применяемых для этой цели укрытий открытого, полузакрытого и закрытого типов (см. § 3.1) и скоростей отбора.

2. Подготовка промышленных выбросов к очистке. Обычно газообраз­ные выбросы имеют различные физико-химический состав и технологи­ческие параметры в зависимости от реализуемого процесса. Газоочистные же аппараты рассчитаны на работу в строго определенных технологических режимах (температура и влажность газов, концентрация, дисперсность, фи­зико-химические свойства вредных веществ и др.), которые колеблются в довольно узком диапазоне. Поэтому для обеспечения эффективной очист­ки газов желательно в каждом конкретном случае осуществить подготовку газов путем их предварительной обработки с таким расчетом, чтобы техно­логические параметры газов соответствовали оптимальным характеристикам газоочистных аппаратов, в которых они будут подвергаться очистке.

Только в том случае, когда каждый аппарат, входящий в состав системы очистки газов, будет работать в оптимальном режиме, на который он рас­считан, можно добиться высокой эффективности, надежности и рентабель­ности газоочистки.

Подготовка газов к очистке от взвешенных частиц обычно производится в следующих направлениях: объединение выбросов от группы оборудования, с подключением отдельных ответвлений к сборнику-коллектору; подвод очищаемых газов или воздуха к газоочистному аппарату с обеспе­чением равномерного их распределения по сечению; охлаждение газов; укрупнение частиц пыли с помощью различных механизмов коагуляции; снижение концентрации взвешенных частиц посредством предваритель­ной очистки газов в простых неэнергоемких аппаратах; увлажнение газов.

3. Газоочистка. При выборе газоочистного оборудования учитывается большое количество показателей, наиболее важным из которых является требуемая эффективность очистки газа. От нее во многом будет зависеть стоимость очистки газа, ведь каждый последующий процент повышения степени очистки газа достигается все более дорогой ценой.

В общем виде возрастание стоимости очистки газов от пыли в зависи­мости от степени очистки газа характеризуется следующим уравнением:

1-η = e^р, (10.1)

где Р— стоимость пылеулавливающей установки.

Отсюда следует, что для улавливания, например, 90 г пыли из содер­жащихся в исходном газе 100 г (η = 0,9), нужна установка стоимостью P рублей, для доулавливания следующих 9 г пыли (η = 0,99) нужна установ­ка стоимостью 4Р, следующих 0,09 г (η = 0,999) — установка стоимостью 40Р и т. д.

Т аким образом, для улавливания 1 г пыли на конечной стадии пыле-

4Р∙90 улавливания требуется затрат в раз больше, чем для улавливания 1 г пыли в начальной стадии.

Требуемая степень очистки выбросов η должна определяться по фор­муле

(10.2)

где М— массовый поток выброса, г/с.

Если для источника выбросов ПДВ не установлено, то требуемая сте­пень очистки может быть установлена: для источников, загрязняющих воздух в жилой застройке:

(10.3)

для источников, загрязняющих воздух на территории промышленной площадки:

(10.4)

где C_max — максимальная приземная концентрация, рассчитываемая в соот­ветствии с ОНД-86 (уравнения (2.4), (2.5) для высоких источников).

Если для расчета η по вышеуказанным формулам нет необходимых [данных, то ее величина может быть определена лишь ориентировочно и только для источников, загрязняющих в основном воздух на территории промышленной площадки. При этом определяется допустимое содержание вредных веществ С _доп в выбросах, мг/м³:

С =100 к, (10.5)

доп где к — коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК _з:

ПДК_р.з < 2 2—4 4-6 > 6

к 0,3 0,6 0,8 1

Если объем выбросов менее 15 000 м³/ч, то концентрацию допускается

принимать несколько большей:

С_доп = (160-4V) k, мг/м³, (10.6)

где V — объем выброса, тыс. м³/ч.

После нахождения С_доп можно ориентировочно определить η_тр:

(10.7)

да С — концентрация загрязняющего вещества в выбросах.

Эффективность очистки воздуха, возвращаемого для рециркуляции, должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы концентрация вредных ве-цеств в воздухе, поступающем в помещение, не превышала 30% ПДК тех же вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Схемы с рециркуляцией, на первый взгляд, требуют больших приве­денных затрат, чем схемы с направлением очищенных выбросов в атмос­феру. Однако следует учитывать возможную, при внедрении схем с рецир­куляцией, экономию энергии, расходуемую на подогрев наружного приточного воздуха в холодные периоды года, что может быть весьма важ­ным для крупных по объему производственных помещений. В настоящее время схемы газоочистки с рециркуляцией очищенного воздуха получили некоторое распространение в системах местной вентиляции только в виде индивидуальных пылеулавливающих установок (агрегатов) малой произво­дительности в таких процессах и операциях, как обработка металлов и не­металлических материалов режущим и абразивным инструментом, автоматическая электросварка.

|При решении следующего после определения требуемой степени очи­стки важнейшего вопроса технологии газоочистки — выбора числа ступеней очистки и типов газоочистных аппаратов — следует ориентироваться, главных образом, на выбор унифицированных аппаратов, на которые име­ются отработанные типовые чертежи. Особенно это важно при необходимости и возможности изготовления аппаратов непосредственно на предприятиях.

Выбор газоочистного устройства обусловлен, кроме требуемой степени очистки, размером улавливаемых частиц (для пылеулавливающих устройств), физическими и химическими свойствами вредных веществ. Так, при улавливании пылей из выбросов, содержащих взрывоопасные газообразные смеси, приходится в ряде случаев отдавать предпочтение мокрым способам очистки, а при улавливании пылей, склонных к электризации, требуется устанавливать предохранительные мембраны на газоходах и воздуховодах, ограничивать объем бункеров — сборников уловленной пыли.

Важнейшим критерием выбора является стоимость очистки. Аппаратурно-технологическая схема очистки газов должна компоноваться из таких аппаратов, которые при работе в оптимальных условиях обеспечивают необходимую степень очистки при минимальных затратах на очистку 1000 м' газа (удельная стоимость очистки). Удельная стоимость складывается из стоимости оборудования и стоимости помещения, занимаемого установкой, из стоимости электроэнергии, воды и расходов на ее очистку (при мокрой газоочистке), из зарплаты, расходов, связанных с удалением уловленного материала, из стоимости затрачиваемых материалов и др.

Ниже приведены данные о расходах энергетических ресурсов (электроэнергии и воды) на очистку 1000 м³ технологических выбросов от пыли

Вид пылеулавливающего оборудования Электроэнергия, кВт-ч Вода, м

Электрофильтры сухие 0 5 – 10

Электрофильтры мокрые 0,3 – 0 5 4 – 6

Скрубберы Вентури 1 – 4 0,5 – 1,2

Форсуночные скрубберы 0,15 – 0 2 3 – 6

Циклоны 0,2 – 0,25

Батарейные циклоны 0,2 – 0,25

Тканевые фильтры 0,4 – 0,6

Центробежные скрубберы ВТИ 0,3 – 0,4 0,1 – 0,14

Пенные аппараты:

с провальными решетками 0,2 – 0,25 0 8 – 0 9

с переливными решетками 0,2 – 0,25 0 2 – 0 3

Сравнительная характеристика пылеулавливающих аппаратов, в том числе и ориентировочная стоимость очистки, дана в табл. 10.1.

Более подробные рекомендации по применению конкретных газоочистных аппаратов и вспомогательных устройств в конкретных условиях бы ни даны в гл. 5, 6, 9.

4. Выгрузка пыли, удаление и транспортирование уловленного продукта От этой стадии зависит обеспечение нормальной работы газоочистного оборудования. Например, если устройства для сухой выгрузки пыли (см гл. 9) негерметичны или ненадежны в работе, то степень очистки выбросов в правильно рассчитанной циклонной установке будет ниже расчетной, а в некоторых случаях она может снизиться практически до нуля. На степень очистки отрицательное влияние могут оказывать неправильный вы бор и эксплуатация устройств для удаления шламов и золы.

Другим важнейшим условием осуществления этой стадии является ис­ключение вторичного загрязнения воздуха и водных объектов уловленными продуктами. Вторичное загрязнение воздуха может происходить как при выгрузке, так и при транспортировке уловленного продукта.

5. Утилизация уловленного продукта. От этой стадии зависит, будет ли газоочистка комплексным технологическим процессом или в результате улавливания вредных веществ возникнет новый источник загрязнения окружающей среды. Причем для охраны окружающей среды, в конечном сче­те, не имеет особого значения, где будет использован уловленный продукт -на этом же предприятии или на предприятиях других отраслей промыш­ленности, в строительстве или в сельском хозяйстве.

На этой стадии часто возникают непреодолимые трудности. Они обусловлены следующими факторами:

— эта задача часто выступает как межотраслевая, а в региональном мас­штабе отсутствуют межотраслевые связи в отношении возможности ис­пользования отходов;

— для ее решения требуются более высокие капиталовложения;

— сочетание широкой номенклатуры производственных отходов с не­большим количеством каждого отдельного вида отходов;

— отсутствие площадей на действующих предприятиях;

— недостаточные экономические рычаги для побуждения к утилиза­ции отходов, фактически по доизвлечению компонентов;

— недостаточный учет отходов на предприятиях.

При разработке вопросов по использованию отходов газоочистных си­стем специалисты должны хорошо знать технологические процессы, реа­лизуемые на родственных предприятиях и предприятиях других отраслей. Если не удается вернуть уловленный продукт в свой технологический про­цесс, необходимо подобрать другой процесс, где этот продукт будет слу­жить в качестве исходного сырья для получения нового продукта с иными потребительскими свойствами.

Примером оптимального решения проблемы утилизации уловленно­го продукта является система очистки выбросов электролизера, применяемого в производстве алюминия. В качестве адсорбента при сорбционной очистке от фтористого водорода используется глинозем, служащий сырьем для алюминия. После насыщения улавливаемым компонентом фторированный глинозем отправляется на производство алюминия.

Неутилизируемые твердые отходы являются источником загрязнения почвы и вторичного загрязнения воздуха. Поэтому в соответствии с сани­тарными требованиями такие отходы должны собираться на предприятии и вывозиться в специально отведенные места для захоронения.

Основы разработки технологической схемы. Технологическая схема от­ражает взаимосвязь и характер отдельных технологических процессов и оборудования. Как проектный документ технологическая схема представ­ляет собой графическое изображение совокупности операций, составля­ющих законченный технологический процесс, и сопровождается описа­нием и необходимыми расчетами (расчетно-пояснительной запиской).

Технический уровень и качество технологической схемы определяются детальной проработкой отдельных технологических узлов предварительно намеченной принципиальной схемы. Технологическим узлом обычно называют аппарат (сооружение, машину) или их группу, в которых начинается и полностью заканчивается один из этапных процессов, необходи­мых для достижения заданной степени переработки исходного материала, 1 том числе для очистки выбросов. Технологическая схема, таким образом, представляет собой различные взаимосвязанные узлы, включающие:

— транспортные средства (вентиляторы, газодувки, компрессоры, мно­гочисленные грузоподъемные и транспортирующие машины);

— оборудование для механического разделения, смешения, усредне­ния, отстаивания, фильтрования, сортировки и др.;

— оборудование для осуществления физических или физико-химичес­ких методов переработки (сорбции и десорбции, выпаривания, кри­сталлизации, ректификации, сушки, экстракции и пр.);

— реакторы разных типов для химической переработки;

— узлы биохимической переработки;

— узлы теплообмена и утилизации тепла;

— узлы термической переработки (печи, аппараты, сооружения для пиролиза, жидкофазного окисления и др.);

— узлы для создания требуемых параметров работы (узлы вакуумирования и др.);

— устройства для отбора (отсоса) газов или воздуха;

— средства для подготовки выбросов к очистке; Непременной частью любого узла технологической схемы являются

обвязочные трубопроводы, арматура, оборудование для контроля и авто­матического регулирования.

Правильная работа каждого технологического узла обеспечивает не­обходимую степень надежности всей схемы, что способствует снижению

I потерь сырья, материалов, энергии.

Технологическая схема разрабатывается для непрерывного или периодического процесса. При периодическом процессе осуществляется пуск и установка системы и отдельных узлов, легче достигается переход от производства одного вида продукции к другому. Для периодического процессатребуется более простое аппаратурное оформление. При непрерыв ном процессе обеспечивается получение более качественной продукции и образуется сравнительно меньшее количество отходов, снижаются так же потери сырья и материалов. Оборудование для непрерывных процессов обычно отличается большей производительностью. Кроме того, непрерывные процессы относительно легко поддаются механизации и автоматизации. Их применение наиболее рационально в производствах большой мощности. В ряде случаев в периодическую схему включают непрерывно работающие технологические узлы (ректификации, экстрак­ции, сушки и т. д.).

Применение рециклов в реакторных узлах позволяет обеспечить оптимальные параметры работы аппаратов, наиболее полно обеспечивать реагенты и энергию, высвобождающуюся в данном технологическом узле, а также уменьшить прямые вредные выбросы в окружающую среду.

При оформлении схемы производства, наряду с основной технологи ческой линией, необходимо учитывать технологические потоки воды, пара и конденсата, газа, сжатого воздуха и т. д.

В технологической схеме должно быть отражено, куда и какими способами удаляются отходы производства, в том числе сточные воды. Не сле­дует допускать использование воды питьевого качества для других нужд. I

Схема не должна содержать стрелок-указателей выбросов (типа надписи «в атмосферу») без указания условного обозначения выброса, квалифицирующего его объем, состав, другие показатели качества по ГОСТ17.2.1.01-76 «Атмосфера, классификация выбросов по составу», I Аналогичными должны быть требования и к оформлению способа отведения твердых отходов, которые могут быть отмечены кодом данного отхода по соответствующему классификатору. Технологические решения и I оформление схемы всего производства должны соответствовать «Системе стандартов в области охраны природы и улучшения использования при родных ресурсов».

При проектировании систем очистки выбросов следует соблюдать ряд I требований:

— необходимо тщательно продумывать удобства эксплуатации и ремонта устройств газоочистки (гл. 12);

— пылеуловители могут устанавливаться как на всасывание, так и на | нагнетание, если улавливаемая пыль не обладает абразивными свойствами и не является взрывоопасной;

— скорость в каналах, подводящих воздух к пылеуловителям, должна подбираться с учетом справочных данных о скоростях, рекомендуемых для предупреждения выпадания пыли в воздуховодах (гл. 9);

рекомендуется избегать устройства поворотов и других местных со­противлений на участках воздуховодов, по которым воздух подво­дится к инерционным пылеуловителям на расстоянии, равном не менее 10 диаметров воздуховодов. Перед сухими и мокропленочными циклонами допускаются повороты воздуховодов в направлении вращения воздуха в циклонах;

при проектировании систем аспирации взрывоопасной пыли объе­мы отсоса воздуха следует принимать достаточно большими, чтобы избежать образования в пылеуловителях и воздуховодах взрыво­опасных концентраций;

при проектировании систем аспирации диэлектрической пыли не­обходимо особенно тщательно заземлять воздуховоды и предупреж­дать возможность оседания и накопления частиц в воздуховодах; отвод воздуха от циклонов всех видов допускается производить без раскручивающих элементов. Целесообразность установки на вых­лопах защитных колпаков следует рассматривать в каждом отдель­ном случае;

выброс очищенного воздуха следует предусматривать на высоте не менее 1 м над высшей точки кровли здания, удаляя его от приемных устройств для забора наружного воздуха систем приточной венти­ляции на расстоянии не менее 20 м по горизонтали или на 6 м выше воздухоприемных устройств при горизонтальном расстоянии мень­ше 20 м (за пределами циркуляционных зон); выбросы в атмосферу воздуха, содержащего вредные вещества I и II класса опасности, горючие жидкие аэрозоли, а также дурно пахну­щие вредные вещества следует предусматривать выше уровня цирку­ляционных зон, создаваемых зданиями, с помощью высоких труб или высокоскоростными струями (факельный выброс); пыль, осажденная в сухих пылеуловителях, должна собираться в проектируемых для этого бункерах. Сборные бункеры должны быть соединены с бункерами пылеуловителей с помощью герметических соединений и снабжены герметическими пылевыгрузочными уст­ройствами в виде барабанных лопастных затворов, мигалок и пр. В случае необходимости должны приниматься меры по предупрежде­нию зависания пыли в бункерах. Емкость сборных бункеров долж­на соответствовать количеству улавливаемой пыли и установленно­му режиму их разгрузки. Необходимо предусматривать удобную и беспыльную разгрузку пыли в транспортную тару и ее механизиро­ванное удаление. Горючие и взрывоопасные пыли необходимо уда­лять непрерывно;

при применении в проектах мокрой очистки воздуха расход воды и схема водоснабжения скруббера должны быть согласованы с соответствующими территориальными организациями. Использование водопроводной питьевой воды в газоочистных устройствах проточного типа (ЦВП, ВТИ-ПСП, СИОТ, КМП) допускается только и порядке исключения, при наличии обоснования;

— требования к очистке вод сточных проточных скрубберов, в которых распыление жидкости производится с помощью форсунок, со пел, отражательных дисков и других элементов, подверженных из носу частицами, взвешенными в воде, определяются в соответствии с технической документацией на пылеуловители;

— при использовании воздуха, очищенного в мокрых пылеуловителях для рециркуляции, заполнение пылеуловителей и их системы обо ротного водоснабжения, а также долив для компенсации потерь воды производятся водой питьевого качества. Эффективность очистки оборотной воды, подаваемой в пылеуловители, должна быть достаточно высокой для того, чтобы исключить возможность загнивания органических примесей и появление в воздухе неприятного запаха.