Способы отчистки газовых выбросов

Министерство образования  и науки РФ

Санкт-Петербургский  Государственный Электротехнический Университет (ЛЭТИ)

 

Факультет электротехники и  автоматики

Кафедра электротехнологической и преобразовательной техники

 

 

РЕФЕРАТ

на тему: Способы отчистки газовых выбросов

 

 

 

 

 

 

Студент         Р.А.Булатов

Преподаватель         А.М.Любомиров

 

 

Санкт-Петербург

2012

Содержание

Введение 3

1 Классификация газообразных промышленных выбросов 3

2 Фильтрация 7

3 Очистка  газов в фильтрах 8

3.1 Тканевые  фильтры 10

3.2 Волокнистые  фильтры 14

3.3 Зернистые  фильтры. 18

3.4 Очистка  газов в электрофильтрах 20

Список литературы 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Классификация газообразных промышленных выбросов

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно  разделить на две группы:

а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ — пыль, дым; жидкостей  — туман;

б) газообразные и парообразные вещества.

К аэрозолям относятся  взвешенные твердые частицы неорганического  и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана). Пыль – это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных  частиц, чем дымы и туманы.

В настоящее время, когда  безотходная технология находится  в периоде становления и полностью  безотходных предприятий еще  нет, основной задачей газоочистки  служит доведение содержания токсичных  примесей в газовых примесях до предельно  допустимых концентраций (ПДК), установленных  санитарными нормами.

В таблице 1 выборочно приведены  ПДК некоторых атмосферных загрязнителей./1,с.342/

Таблица 1 – ПДК некоторых  атмосферных загрязнителей.

ВЕЩЕСТВА	ПДК, мг/м3 максимальная разовая  среднесуточная
Аммиак	0,2	0,2
Ацетальдегид	0,1	0,1
Ацетон	0,35	0,35
Бензол	1,5	1,5
Гексахлоран	0,03	0,03
Ксилолы	0,2	0,2
Марганец и его соединения	—	0,01
Мышьяк и его соединения	—	0,003
Метанол	1,0	0,5
Нитробензол	0,008	0,008
Оксид углерода (СО)	3,0	1,0
Оксиды азота (в пересчете  на N2O5)	0,085	0,085
Оксиды фосфора (в пересчете  наP2O5)	0,15	0,05
Ртуть	0,0003	0,0003
Свинец	—	0,0007
Сероводород	0,008	0,008
Сероуглерод	0,03	0,005
Серы диоксид SO2	0,5	0,05
Фенол	0,01	0,01
Формальдегид	0,035	0,012
Фтороводород	0,05	0,005
Хлор	0,1	0,03
Хлороводород	0,2	0,2
Тетрахлорид углерода	4,0	2,0

При содержании в воздухе  нескольких токсичных соединений их суммарная концентрация не должна превышать 1, то есть

с1/ПДК1 + с2/ПДК2 + ... + сn/ПДКn = 1,(1)

где c1, с2, …, сn – фактическая концентрация загрязнителей в воздухе, мг/м3;

ПДК1, ПДК2, …, ПДКn – предельно  допустимая концентрация, мг/м3.

При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда применяют многократное разбавление токсичных веществ  или выброс газов через высокие  дымовые трубы для рассеивания  примесей в верхних слоях атмосферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы  в зависимости от высоты трубы  и других факторов связано с законами турбулентной диффузии в атмосфере  и пока разработано не полностью. Высоту трубы, необходимую, чтобы обеспечить ПДК токсичных веществ в нижних слоях атмосферы, на уровне дыхания, определяют по приближенным формулам, например:

,(2)

где ПДВ – предельно  допустимый выброс вредных примесей в атмосферу, обеспечивающий концентрацию этих веществ в приземном слое воздуха не выше ПДК, г/с;

Н — высота трубы, м; V – объем газового выброса, м3/с;

Dt –разность между температурами газового выброса и окружающего воздуха, °С;

A – коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе, с2/3- (ОС)1/3 (например, для района Урала А = 160);

F— безразмерный коэффициент,  учитывающий скорость седиментации  вредных веществ в атмосфере  (для Cl2, HCl,HF F = 1);

т — коэффициент, учитывающий  условия выхода газа из устья трубы, его определяют графически или приближенно  по формуле

,(3)

где   – средняя скорость на выходе из трубы, м/с;

DT — Диаметр трубы, м.

Метод достижения ПДК с  помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так как не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения  из одного района в другие.

2 Фильтрация

Основана на прохождении  очищаемого газа через различные  фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно  и др.) или через другие фильтрующие  материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные  волокнистые материалы — стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала  различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы).

Тканевые фильтры, чаще всего  рукавные, применяются при температуре  очищаемого газа не выше 60-65°С. В зависимости  от гранулометрического состава  пыли и начальной запыленности степень  очистки (КПД) составляет 85-99%. Для непрерывной  очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами – соплами, расположенными против каждого рукава, движущимися  наружными продувочными кольцами и  др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрами  с продувкой их импульсами сжатого  воздуха.

Волокнистые фильтры, имеющие  поры, равномерно распределенные между  тонкими волокнами, работают с высокой  эффективностью; степень очистки h = 99,5¸99,9 %

На фильтрах из стекловолокнистых  материалов возможна очистка агрессивных  газов при температуре до 275°С. Для тонкой очистки газов при  повышенных температурах применяют  фильтры из керамики, тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью  к переменным нагрузкам;

Фильтрация – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества – сравнительная низкая стоимость  оборудования (за исключением металлокерамических  фильтров) и высокая эффективность  тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление  и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

3 Очистка газов в фильтрах

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в  ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

Рисунок 1 - Динамический пылеуловитель: 1 - «улитка»; 2 - циклон; 3 - пылесборный бункер.

Фильтрующие перегородки  весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из волокнистых  или зернистых элементов и  условно подразделяются на следующие  типы:

гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон: нетканыеволокнистые материалы (войлоки, клены и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан,мембранные фильтры);

полужесткие пористые перегородки  — слои волокон, стружка, вязаные  сетки, положенные на опорных устройствах  или зажатые между ними;

жесткие пористые перегородки — зернистые материалы ( пористая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.); волокнистые материалы (сформированные слои из стеклянных и металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы.

В процессе очистки запыленного  газа частицы приближаются к волокнам или к поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются главным образом в результате действия сил диффузии, инерции и  электростатического притяжения.

Проходя через фильтрующую  перегородку, поток разделяется  на тонкие непрерывно разъединяющиеся  и смыкающиеся струйки. Частицы, обладая инерцией, стремятся перемещаться прямолинейно, сталкиваются с волокнами, зернами и удерживаются ими. Такой  механизм характерен для захвата  крупных частиц и проявляется  сильнее при увеличении скорости фильтрования. Электростатический механизм захвата пылинок проявляется в том случае, когда волокна несут заряды или поляризованы внешним электрическим полем.

В фильтрах уловленные частицы  накапливаются в порах или  образуют пылевой слой на поверхности  перегородки, и таким образом  сами становятся для вновь поступающих  частиц частью фильтрующей среды. По мере накопления пыли пористость перегородки  уменьшается, а сопротивление возрастает. Поэтому возникает необходимость удаления пыли.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры условно разделяют  на три класса:

фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры) предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (>99%) в основном субмикронных частиц из промышленных газов с низкой входной концентрацией (<1 мг/м3) и скоростью фильтрования <10 см/с. Фильтры применяют для улавливания особо токсичных частиц, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении некоторых технологических процессов. Они не подвергаются регенерации;

воздушные фильтры - используют в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Работают при концентрации пыли менее 50 мг/м3, при высокой скорости фильтрации - до 2,5-3 м/с. Фильтры могут быть нерегенерируемые и регенерируемые;

промышленные  фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м3. Фильтры регенерируются.

3.1 Тканевые фильтры

Эти фильтры имеют наибольшее распространение. Возможности их использования  расширяются в связи с созданием  новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов  тканей. Наибольшее распространение  имеют рукавные фильтры (рис. 1-10).

Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный  вертикальными перегородками на секции, в каждой из которых размещена группа фильтрующих рукавов. Верхние концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов каждой из секций производится поочередно.

В тканевых фильтрах применяют  фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые  на ткацких станках и войлоки, получаемые путем сволачивания или  механического перепутывания волокон  иглопробивным методом. В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями достигает 100—200 мкм.

Рисунок 2 - Рукавный фильтр:

1 - корпус; 2 - встряхивающее устройство; 3 - рукав;

4 - распределительная решетка.

К тканям предъявляются следующие  требования:

1) высокая пылеемкость  при фильтрации и способность  удерживать после регенерации  такое количество пыли, которое  достаточно для обеспечения высокой  эффективности очистки газов  от тонкодисперсных твердых частиц;

2) сохранение оптимально  высокой воздухопроницаемости в  равновесно запыленном состоянии;

3) высокая механическая  прочность и стойкость к истиранию  при многократных изгибах, стабильность  размеров и свойств при повышенной  температуре и агрессивном воздействии химических примесей, находящихся сухих и насыщенных влагой газах;

4) способность к легкому  удалению накопленной пыли;

5) низкая стоимость.

Существующие материалы  обладают не всеми указанными свойствами и их выбирают" в зависимости  от конкретных условий очистки.

Ткань регенерируют путем  продувки в обратном направлении, механического  встряхивания или другими методами.

Средняя скорость фильтрации vср (в м/мин) для многосекционных тканевых фильтров

 (5)

где  - заданное сопротивление запыленной ткани перед регенерацией Па;

- продолжительность цикла фильтрации в секции, мин;

с' - исходная концентрация пыли, г/м3;

Кпс - коэффициент удельного сопротивления пыли, Н×мин/(кг×м);

- скорость фильтрации, м/мин (  определяют при  = 49 Па);

,(6)

где  - количество пыли, накопленное при увеличении сопротивления от

, 

Коэффициент Кпс характеризует структуру слоя пыли в реальных условиях работы фильтра и представляет собой слой пыли массой 1 кг, накопленный на 1 м2 фильтрующей поверхности и создающий сопротивление 1 Па при скорости фильтрации  = 1 м/мин.

Необходимая площадь ткани  в м2 в одной секции

(7)

где  — объем фильтруемого газа, м3/мин;

п — число секций.

Сопротивление запыленной ткани  с учетом продувочного воздуха в регенерируемой секции определяется по уравнению

(8)

где  — скорость продувочного воздуха через ткань в регенерируемой секции, м/мин.

Исходя из практических и  экономических соображений, сопротивление  фильтров не должно превышать 0,75—1,5 кПа, лишь в особых случаях оно может  быть 2—2,5 кПа. При более высоком  значении сопротивления резко увеличивается  величина проскока и возможен срыв рукавов или их разрушение.

Для приближенного расчета  площади фильтрации следует определить общий расход запыленных газов (с  учетом подсоса) и расход продувочных

газов, поступающих из регенерируемой секции. Надо знать скорость фильтрования. Тогда общая площадь фильтрации установки (в м2) составит

(9)

где SР - площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м2;

SС - площадь ткани в регенерируемой секции, м2;

 - расход запыленных газов с учетом подсоса, м3/мин;

— расход продувочных газов или  воздуха, м3/мин.

По данным практики, остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10—50 мг/м3./2,с.42/

3.2 Волокнистые фильтры