Очистки промышленных выбросов

Технологический процесс очистки промышленных выбросов, в общем случае, 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 стадии отбора 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 па очистку будут, как правило, меньшими. И, наоборот, если отбор производится неэффективно, выбросы, разбавленные воздухом, поступают на очистку в большем 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. гл. 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 к очистке 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 (см. гл. 5.6).

3. Газоочистка.При выборе газоочистного оборудования учитываются 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 — h = е^Р, (10.1)

где Р — стоимость пылеулавливающей установки.

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

Таким образом, для улавливания 1 г пыли на конечной стадии пылеулавливания требуется затрат в раз больше, чем для улавливания 1 г пыли в начальной стадии.

Требуемая степень очистки выбросов h_тр должна определяться по формуле:

, (10.2)

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

Если для расчета h_тр 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_допв выбросах, мг/м³:

С_доп = 100 k, (10.5)

где k — коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК_р.з.:

ПДКр.з	< 2	2–4	4–6	> 6
k	0,3	0,6	0,8

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 h_тр:

, (10.7)

где С — концентрация загрязняющего вещества в выбросах.

Эффективность очистки воздуха, возвращаемого для рециркуляции, должна быть выбрана из такого расчета, чтобы концентрация вредных веществ 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 объемам 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. При возможности использования уловленной золы в качест­ве добавки при производстве вяжущих следует применять сухие способы золоулавливания и транспортировки золы, так как при применении мокрых способов происходит выщелачивание и зола теряет вяжущие.

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 м³ газа (удельная стоимость очистки). Удельная стоимость складывается из стоимости оборудования и стоимости помещения, занимаемых установкой, стоимости электроэнергии, стоимости воды и расходов на ее очистку (при мокрой газоочистки), зарплаты, расходов, связанных с удалением уловленного материала, 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, м3
Электрофильтры сухие	0,5–1,0	—
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 с переливными решетками	0,2–0,25 0,2–0,25	0,8–0,9 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 были даны в главах 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 выбор 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.

Основные виды устройств, применяемых на этой стадии приведены в гл. 9.

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 будут 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;

Таблица 10.1 Сравнительные характеристики различных пылеуловителей Показатели Гравитационные пылеуловители Центробежные пылеуловители Мокрые пылеуловители Тканевые фильтры Электрофильтры Низко-напорные Средне-напорные Низко- напорные Высоко-напорные Гидравлическое сопротивление, Па До 100 100-300 750-1250 750-1500 5000-12500 750-1500 100-400 Зависимость эффективности от концентрации частиц   Не влияет Определяется диаметром аппарата и слипаемостью пыли Определяется диаметром аппарата и слипаемостью пыли Определяется системой водоснабжения и возможными затратами энергии Определяется системой водоснабжения и возможными затратами энергии Определяется типом фильтра (обычно не более 20 г/м3) Z (предельная)= Влажность Не влияет Не влияет   Не влияет   Способствует росту эффективности   Способствует росту эффективности Не влияет Способствует росту эффективности Ориентировочный минимальный размер частиц, улавливающихся с высокой эффективностью, мкм От 50 до 40   От 40 до 30 От 25 до 8 От 5 до2   От 1 до 0,1   0,1 От 1,0 до 0,25   Стойкость к коррозии Достаточно стойки Достаточно стойки Достаточно стойки При наличии в газах кислот требуется антикоррозионная защита При наличии в газах кислот требуется антикоррозионная защита Стойки при температуре, повышающей точку росы Стойки при температуре, повышающей точку росы Взрыво- и огнеопасность Незначительная Незначительная Незначительная Минимальная Минимальная Большая Большая Ориентировочная относ. стоимость очистки (по отношению к низконапорным циклонам     -     1,0-1,5 2-3 2,5-4,0   7 -15 3,0-7,5   5-15

— 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 хозяйственников 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 очистки 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, в 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 т. д.);

— узлы для создания требуемых параметров работы (например, 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 потерь сырья, материалов, энергии.

Технологическая схема разрабатывается для непрерывного или периодического процесса. При периодическом процессе осуществляются пуски и установки системы и отдельных узлов, легче достигается переход от производства одного вида продукции к другому. Для периодического процесса требуется более простое аппаратурное оформление. При непрерывном процессе обеспечивается получение более качественной продукции и образуется сравнительно меньшее количество отходов, снижаются также 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 основой технологической 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.

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».. Аналогичными должны быть требования и к оформлению способа отведения твердых отходов, которые могут быть отмечены кодом данного отхода по соответствующему классификатору. Технологические решения и оформление схемы всего производства должны соответствовать «Системе стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов».

При проектировании систем очистки выбросов необходимо соблюдать ряд 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 бункера 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 безпыльную 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 должна быть согласованы с соответствующими территориальными организациями. Использование водопроводной питьевой воды в газоочистных устройствах проточного типа (ЦВП, ВТИ-ПСП, СИОТ, КМП) следует допускать только в порядке исключения, при наличии обоснования;

— требования к очистке вод сточных проточных скрубберов, в которых распыление жидкости производится с помощью форсунок, сопел, отражательных дисков и других элементов, подверженных износу 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 оборотного 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 исключать возможность загнивания органических примесей и появление в воздухе неприятного запаха.

Глава 11