ПОП_и_ООС_заочникам / Теория (основная) / Лекции ПОЛНЫЕ

пыль

Рис. 6. Рукавный фильтр с обратной продувкой

Наиболее часто в промышленности используют тканевые рукавные фильтры. В аппарате расположен целый ряд тканевых рукавов. Газ подается в нижнюю часть аппарата и выходит в верхней. В результате отложения в порах и на поверхности ткани пыли гидравлическое сопротивление аппарата увеличивается. При достижении определенного уровня сопротивления осуществляется обратная продувка рукавов чистым газом, при этом пыль собирается в бункере под рукавами. В качестве фильтров применяют хлопчатобумажные и шерстяные ткани (до 80…100º), ткани из синтетических волокон (до 140º), стекловолокна (с большой термостойкостью до 300º) и даже ветр и войлок.

Механизмы очистки в таких фильтрах: инерционное улавливание, эффект зацепления, диффузионный эффект.

5.б. Волокнистые фильтры – это фильтры из слоев волокон. Слои могут быть различной толщины, в которых волокна распределены равномерно. Толщина волокон может колебаться в пределах от 0,01 мкм до 100 мкм. Ультратонкие волокна используют для очистки газовых потоков от высокодисперсных радиоактивных и высокотоксичных аэрозолей (0,05…0,50 мкм). Эффективность составляет от 99%. В большей своей части это синтетические волокна (полипропилен, полиэфиры, фторопласты). Регенерация таких фильтров в большей части нерентабельна и даже невозможна. Обычно они работают достаточно долго (0,5-3,0 года), а затем заменяются на новые.

Грубоволокнистые фильтры с периодической промывкой в последние годы применяются для очистки газов от брызг растворов кислот, токсичных солей и щелочей.

5.в. Электрофильтры – это устройства, в которых очистка газов от взвешенных в них твердых или жидких частиц происходит под действием электрических сил (рис. 7). Газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через систему, состоящую из заземленных

осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным промежутком) от коронирующих электродов, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения.

Рис. 7. Электрофильтры

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку у поверхности коронирующего электрода, происходит интенсивная ударная ионизация газа, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (короны).

Ионы газов различной полярности, образующиеся в зоне короны под действием сил электрического поля, движутся к разноименным электродам, вследствие чего в межэлектродном промежутке возникает электрический ток, называемый током короны. Улавливаемые частицы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают заряд и под влиянием электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество осаждается на заземленных электродах. По мере накопления на электродах осажденных частиц они промываются. Степень очистки от субмикронных частиц может достигать 99,9%. Но это очень дорогое и сложное в изготовлении и эксплуатации оборудование.

Кроме того, в последнее время активно применяют для очистки газов абсорберы и адсорберы (это тоже фильтры). Абсорбция – это процесс избирательного поглощения газов или паров массой жидкого поглотителя – абсорбента. При физической абсорбции растворение газа не ведет к химической реакции. Обычно в качестве абсорбента воду, органические растворители.

Но применяется и хемосорбция, когда абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с газом. В этом случае используют обычно растворы солей, водные суспензии.

Сложность здесь одна, как регенерировать жидкость? Хорошо, если хемосорбция не дает токсичных соединений. В противном случае абсорбент подлежит или очистке, или захоронению. Эффективность абсорбционного метода по хлористому водороду составляет 85-92%, по оксидам азота – 65%.

Адсорбция – это процесс избирательного поглощения газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем – адсорбентом. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь (хорошо очищает выбросы от диоксида серы),

силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты (оксиды щелочных и щелочноземельных металлов), активированные углеродные волокна. Например, цеолиты

– алюмосиликаты применяют для абсорбции полиароматических углеводородов.

3.3.2. Технические пути сокращения выбросов диоксида серы

Как известно, диоксид серы образуется при сгорании серы, которая входит в состав природного топлива. Одна из возможностей уменьшения содержания диоксида серы в выбросах состоит в обессеривании топлива. Из угля можно удалять 25-50% серы, если его предварительно мелко измельчить, просеять через сито и промыть водой. При этом сера отделяется от частиц угля в результате седиментации пирита вследствие его относительно большой плотности (5,0-5,2 г/см3). Полного отделения серы от угля таким методом достичь не удается.

В США сейчас как вновь строящиеся, так и действующие на угле станции переводят на цикл с газификацией угля. Газ очищается лучше и его сжигание более полное. Благодаря этому американцы снизили нормы по выбросам как SO2, так и NOx более чем в два раза. Этому способствует и система торговли разрешениями на выбросы.

Нефть и нефтепродукты можно гидрировать при высоких температурах и под большим давлением в присутствии катализатора, при этом сера переходит в H2S. При охлаждении сероводород остается в газовой фазе и легко отделяется от вновь сконденсированного топлива. Но полностью очистить нефть также не удается.

Природный газ обычно не содержит серы, но иногда в нем присутствует сероводород. Газ можно очистить, промывая его водой (но тоже не на 100%).

Существует ряд методов по очистке газов от SO2.

1. Один из самых простых для очистки газа, образующегося при сжигании бурого угля, сухой метод, не требует больших затрат. По этому методу измельченный уголь перемешивается с известняковой пылью, и это смесь подается в камеру сгорания. После сжигания известняка, диоксида серы и кислорода воздуха образуется гипс, который высыпается через колосники вместе с золой и остатками известняка.

2CaCO3 + 2SO2 + O2 → 2CaSO4 + CO2

известняк гипс

Вместо известняка можно использовать негашеную известь CaO: 2CaO + 2SO2 + O2 → 2CaSO4

Этим методом связывается до 50% SO2 топочных газов, т.е. эффективность его низка. 2. Поэтому был разработан более технически сложный и более дорогостоящий метод “кипящего слоя”. Смесь угля и известняковой пыли, как и в первом случае, подается в

камеру сгорания. Благодаря одновременной подаче подогретого воздуха снизу камеры смесь поддерживается в воздухе во взвешенном состоянии, и весь процесс сгорания протекает в “кипящем слое”. Преимущество этого метода состоит в том, что такой принцип сжигания позволяет использовать температуры 800-900ºС. Это позволяет сократить не только на 90% выбросы SO2, но и на 50% образование оксидов азота, в отличие от методов, в которых применяется температура выше 1000ºС.

Мокрые методы 3. Метод Вальтера.

К топочному газу добавляют аммиак. В скруббере NH3, SO2 и H2O превращаются при участии катализаторов в сульфат аммония. В качестве катализаторов могут выступать оксиды азота.

4NH3 + 2SO2 + 2H2O + O2 → 4NH4+ + 2SO42-

Полученный сульфат аммония можно использовать в качестве удобрения, если в осадке нет тяжелых металлов и галогенов.

4.Компания Кнауф Рисег Коттрелл (Германия) предложила дорогой, но очень эффективный метод (до 95%).

Вначале пыль подвергается методу скрубберной очистки. Применяется также электрофильтр. После охлаждения до 50ºС газ поступает в скруббер с известковым молоком. В нем сначала образуется сульфит кальция, а затем гипс:

SO2 + CaSO3 + H2O → Ca(HSO3)2

Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 + O2 → 2CaSO4 + 2H2O

5.Существует метод, когда газ пропускают через нагретый раствор сульфита. Реакция та же. Но, опять таки, всегда необходимо помнить, что в раствор сульфита переходят галогены и тяжелые металлы.

6.Существует дорогостоящий метод, по которому диоксид серы окисляют пероксидом водорода в серную кислоту:

SO2 + H2O2 → H2SO4

Полученная этим методом серная кислота, благодаря ее высокой чистоте, пользуется

большим спросом.

Очень больших успехов в десульфиризации выбрасываемых газов добилась Япония. В Японии на конец прошлого столетия действовало 2000 промышленных установок по десульфиризации, из которых 1300 работали в энергетике. Японцам за счет использования систем селективного каталитического восстановления (добавке аммиака NH3 в дымовые газы при 300-400%) удалось снизить и выбросы NOx до 90%.

3.3.3. Снижение выбросов за счет повышения КПД установок и снижения уровня теплопотерь

Один из важных путей уменьшения выбросов в атмосферу – это повышение КПД тепловых установок, уменьшение потерь тепла на всех этапах его производства и транспортировки. Одним из примеров энергосбережения является внедрение конденсирующих печей в энергетике, которые утилизируют значительную часть тепла, содержащегося в уходящих газах, и потому потребляют на 28% меньше топлива по сравнению с традиционными газовыми печами и выбрасывают меньше вредных веществ в атмосферу. Очень большими потребителями энергии являются металлургические заводы. Американцы на 40% снизили потребление энергии на сталелитейных заводах за счет внедрения прогрессивных энергосберегающих технологий.

Очень много тепла теряется при транспортировке. Тепловая съемка из космоса СанктПетербурга показала, что теплопотери при транспортировке тепла от ТЭЦ к домам, то есть потери на улицах города составляют 24% от всего теплового потока. В Хельсинки такие теплопотери в 3 раза меньше – всего 8%.

Необходима замена труб с асбестоцементной изоляцией на трубы с пенополиуретановой изоляцией, позволяющей снизить теплопотери как минимум в два раза.

КПД самих установок теплоэнергетики мощный резерв уменьшения выбросов в атмосферу. Средние КПД угольных ТЭС в Европе составляет 35%, в Германии – 43%. Повышение КПД в целом по Европе до 40% позволит снизить выбросы в атмосферу на 15%. В Японии работают электростанции с КПД равным 49%, что позволило Японии наполовину сократить выбросы по сравнению с 50-ми годами.

Вконце прошлого столетия Япония добилась выхода своих энергоблоков на КПД больше 50% при очень низких выбросах NOx и SO2. При том, Япония даже на мусороперерабатывающих заводах достигла КПД выработки электроэнергии в 30%, когда

вЕвропе и Америке этот показатель составляет лишь 15%. Японцы – безусловные лидеры

вданном направлении наряду с Германией. К ним подтягиваются Италия и Великобритания.

Вцелом, за XX столетие количество ископаемого топлива необходимого для выработки 1 кВт·ч электроэнергии снизилось на 90%.

Энергосберегающие технологии – это второй магистральный путь развития промышленности. Сейчас во многих промышленных странах стабилизировалось потребление энергии, а в ряде стран даже снизилось (Япония).

В России также принимаются меры по увеличению КПД предприятий. Например, на комбинате “Пиченеганикель” в результате реконструкции и совершенствования технологии удалось снизить выбросы SO2 более чем в 2 раза (на 61,6%), а при полном окончании реконструкции планируется снизить в 10 раз. На магнитогорском металлургическом комбинате при росте производства стали выбросы вредных веществ в атмосферу сокращены на 30000 т в год. Магнитка тратит в среднем $ 200 млн. в год прибыли на обновление оборудования и внедрение новых технологий.

Можно привести и другие примеры по России. Наши ученые дают много предложений в этой области. Но, тем не менее, мы заметно отстаем в технологическом плане, в плане энергосбережения не только от передовых стран мира, но и таких, например, как Скандинавские страны.

При этом снижение потребления энергии идет не только в промышленности. Например, улучшение теплоизоляции зданий позволяет снизить потребление энергии на треть.

Необходимо использование более экономичных электроламп. Например, лампа дневного света и традиционная лампа накаливания. Первая потребляет на 80% меньше электроэнергии и служит в 13 раз дольше. За свой срок службы она позволит избежать выброса в атмосферу 12 кг SO2, а также NOx и тяжелых металлов. Если электростанция работает на нефти, эта лампа может сэкономить достаточно нефти, чтобы обычный автомобиль проехал 1500 км. В целом замена ламп такими лампами может на четверть снизить потребление энергии и расходы.

Даже просто улучшенная теплоизоляция домов позволяет снизить потребление энергии на 30%. А разработанная в одном из американских институтов супертеплоизоляция снижает потребление энергии на 90%.

Такие примеры можно приумножать. Так, например, современные хорошие холодильники потребляют энергии в 3 раза меньше, чем их предшественники 30 лет назад.

Наконец, лучший способ прекратить загрязнения атмосферы – это прекратить сжигать топливо, необходимо получать энергию другим путем.

3.3.4. Использование нетрадиционных источников электроэнергии

Норвегия в настоящее время 95% электроэнергии получает от ГЭС. Швеция 50% от ГЭС и 42% от АЭС. Франция – 80% от АЭС. В мире в целом получают 18% электроэнергии от АЭС. Япония – 40% от АЭС. Отметим, что непосредственный риск от угольных ТЭС в 8-10 раз выше, чем на АЭС с легководными реакторами. Угроза

населению в ближайшем окружении от АЭС в 10-100 раз ниже, чем от угольных ТЭС, а отдаленный риск – в 10 раз ниже.

Строительство АЭС проходит с более точными расчетами, с продуманной системой их защиты. Дисциплина на АЭС имеет сходство с армейской дисциплиной. У нас в стране, по всей видимости, будет продолжаться строительство АЭС, как стационарных, так и плавучих для районов Крайнего Севера наиболее уязвимых с экологической точки зрения.

Ветровые установки.

С 1993 г. по 2003 г. энергопроизводительность ветровых установок возрасла в 13 раз. Лидеры – Германия (37% общего мирового производства), США (16%), Испания (15,8%), Россия (0,01%). Мощность ветровой установки в Германии, используемой в сельском хозяйстве, составляет более 500 кВт. Перспективы ветровой электроэнергетики очень велики. По прогнозам в 2010 г. уже 10% электроэнергии будет получаться на ветровых энергоустановках, а в 2020 г. – 20%.

Солнечная энергетика.

Установка солнечных батарей имеет высокую стоимость. Но, тем не менее, с 1993 г. по 2003 г. производительность солнечных батарей удалось повысить в 10 раз. Лидеры – Япония (28%), США (16%), Германия (10%), Россия (0,08%).

Япония планирует к 2010 г. сократить стоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, до уровня стоимости электроэнергии от традиционных источников. Откроются широкие возможности использования такого нового типа энергии.

Гидроэнергетика.

Строительство гидроэлектростанций на равнинах невозможно, из-за затопления больших площадей земель.

Вгорах строительство очень дорого, тем более, что потенциальные районы, где возможно и целесообразно строительство за малыми исключениями приходятся на слабо развитые страны Азии и Африки.

Тем не менее, и США, и Норвегия, и Швеция, и Канада планируют строительство новых ГЭС.

Очень интересна программа, которая сейчас осуществляется в Северной Америке, но которая имеет большую перспективу и в странах Африки и Юго-Восточной Азии.

В1994 г. два брата Левески из канадской провинции Квебек создали фирму Microturbines Technologies, выпускающую высокотехнологичные микротурбины для производства электроэнергии в отдаленных от энергосетей местностях. Комплект оборудования прост: винтовая микротурбина, генератор переменного тока, регулятор мощности и запорный клапан. Мощность от 10 до 50 кВт, что достаточно для

энергоснабжения поселка с населением до 500 жителей. Для установки и монтажа турбины требуется не более 3 человек. Для работы турбины необходим весьма небольшой перепад уровней, она совершенно не влияет на экосистему, а расход воды ей нужен всего лишь 2 м3/с.

С марта 1995 г. по всей Канаде начала проводиться замена дизель-генераторов на мини-ГЭС. При замене только 1000 дизель-генераторов выбросы CO2 в атмосферу снижаются на 200000 т в год. Экономия только по топливу на 1 дизель-генератор составляет $ 80000, при стоимости таких турбин от $ 120000 до $ 250000. Себестоимость 1 кВт·ч составляет всего 3 цента, против 7 центов на ГЭС Квебека или 19-45 центов в общей энергосистеме Канады. Рынок в Северной Америке сейчас достиг уже 20000 штук, то есть на 4 млн. т в год уменьшится выброс CO2 только в ближайшие 1-2 года по Северной Америке.

Для поселков Африки и Юго-Восточной Азии – это очень перспективный путь решения проблемы их энергетического обеспечения.

Лекция №4 Охрана атмосферного воздуха. Правовые, организационные и экономические

методы охраны

4.1. Государственное управление и охрана ОС

Охрана атмосферного воздуха – это система мер, осуществляемых органами государственной власти РФ, органами государственной власти субъектов РФ, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами в целях улучшения качества атмосферного воздуха и предотвращения его вредного воздействия на здоровье человека и окружающую природную среду.

Критерии безопасности и безвредности для человека атмосферного воздуха, в том числе и ПДК химических, биологических веществ и микроорганизмов в воздухе устанавливаются санитарными правилами.

Органы государственной власти РФ, субъектов федерации, местного самоуправления, индивидуальные предприниматели, юридические лица в соответствии со своими полномочиями обязаны осуществлять меры по предотвращению и снижению загрязнения атмосферного воздуха, по обеспечению соответствия атмосферного воздуха санитарным правилам.

Закон “Об охране атмосферного воздуха” принят в 1999 г. Он устанавливает правовые основы охраны атмосферного воздуха и направлен на реализацию конституционных прав граждан на благоприятную окружающую среду и доступную информацию о ее состоянии.

Законодательство субъектов РФ в области охраны атмосферного воздуха вправе предусматривать введение дополнительных экологических требований охраны атмосферного воздуха.

Государственное управление в области охраны атмосферного воздуха основывается на

следующих принципах:

1.приоритет охраны жизни и здоровья человека, настоящего и будущих поколений;

2.обеспечение благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха человека;

3.недопущение необратимых последствий загрязнения атмосферного воздуха для

окружающей среды;

4. обязательность государственного регулирования выбросов вредных (загрязняющих)

веществ в атмосферный воздух;

5.гласность, полнота и достоверность информации о состоянии атмосферного воздуха и его загрязнении;

6.научная обоснованность и комплексность подхода к охране атмосферного воздуха;

7.обязательность соблюдения законодательства РФ в области охраны атмосферного

воздуха, ответственность за нарушение данного законодательства.

Государственное управление в области охраны атмосферного воздуха осуществляется правительством РФ непосредственно или через специально уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха, а также органами государственной власти субъектов РФ.

К полномочиям государственной власти РФ в области охраны атмосферного воздуха относится:

1.формирование и проведение единой государственной политики в области охраны атмосферного воздуха на территории РФ;

2.формирование единой нормативно-методической базы в области охраны атмосферного воздуха и установление порядка разработки и утверждение нормативов качества атмосферного воздуха;

3.обеспечение реализации федеральных целевых программ охраны атмосферы;

4.установление порядка государственного учета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

5.установление порядка и утверждения предельно допустимых выбросов и технических нормативов выбросов;

6.установление порядка определения и взимания платы за загрязнение атмосферного воздуха, а также порядка возмещения вреда, причиненного здоровью граждан и ОС загрязнением атмосферы;

7.установление порядка выдачи разрешений на выбросы в атмосферу и порядка организации и проведения государственного контроля за охраной атмосферы;

8.установление порядка ограничения, приостановления или прекращения выбросов вредных веществ в атмосферу, предусмотренных разрешениями;

9.координация деятельности органов государственной власти субъектов федерации в области охраны атмосферного воздуха.

К полномочиям органов государственной власти субъектов РФ относятся:

1.проведение политики РФ в области охраны атмосферного воздуха на собственной территории;

2.принятие нормативных правовых актов субъектов РФ в области охраны атмосферного воздуха;

3.разработка и реализация целевых программ охраны атмосферного воздуха;