3.4. 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.

Сульфиды органические (тиоэфиры), соединения общей формулы RSR^• (R и R^•  органические радикалы). Бесцветные жидкости со слабым эфирным запахом.

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);

 необходимость 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:

 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. 27) 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 °С) в печи не достигается необходимая степень обезвреживания.

Рис. 27. 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

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 (рис. 28) 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. 28. 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

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 другие углеводороды. Оборудование для сжигания в этом случае включает горелку, установленную на стальной трубе, по которой идет газ. Чтобы пламя факела было некоптяшим (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.

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.

На рис. 29 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.

Основная часть факельной установки  факельная труба и горелка. Один из вариантов горелки (горелка с соплом Вентури) представлен на рис. 30. 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.

Рис. 29. Устройство факельной установ­ки: 1  сепаратор; 2  факельная труба; 3  дежурные горелки; 4  запальные горелки; 5  гидрозатвор	Рис. 30. Факельная горелка с соплом Вентури: 1  электрозапал; 2  трубопровод топливного газа; 3  дежурная горелка; 4  трубка из пиро-лана; 5  запальная свеча; 6  футеровка; 7  кольцо из жаропрочной стали; 8  колос­никовая решетка для стабилизации пламени; 9  решетка огнеоградителя

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.

Таким образом, в первом модуле дисциплины «Охрана окружающей среды в теплотехниологии: выбросы теплотехнических установок» даются описания основных выбросов теплотехнологических установок промышленных предприятий и их влияние на окружающую среду, а также техники и технологии удаления взвешенных веществ из атмосферных выбросов; удаления газообразных вредных веществ из примесей.