Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего и профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт цветных металлов и золота

Кафедра инженерной теплофизики

Авторы: Козлова С.А., Шалаев И.М., Раева О.В., Киселев А.В.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ

ГАЗОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ

(Электронный

курс лекций)

Направление: 150100 «Металлургия»

Красноярск, 2007

1. ГАЗООЧИСТНЫЕ АППАРАТЫ

1.1. ВВЕДЕНИЕ. ИСТОЧНИКИ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ

В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

Лекция 1

План лекции

1.Проблемы охраны окружающей среды

2.Общие вопросы защиты воздушного бассейна металлургических

предприятий

3. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмо-

сферном воздухе

В промышленно развитых странах загрязнение атмосферы возрастает

пропорционально росту производства. В атмосферу во всем мире ежегодно

выбрасывается более 200 млн. т. окиси углерода, более 50 млн. т. различных

углеводородов, около 150

млн. т. двуокиси серы, 60 млн. т. окиси азота и

другие вредные вещества. На долю предприятий цветной и черной металлур-

гии приходится 25-30 % общих загрязнений атмосферы промышленностью, а

в районе расположения крупных металлургических комбинатов эта доля до-

ходит до 50 %.

Работа основных и вспомогательных цехов заводов черной и цветной

металлургии сопровождается выбросами в атмосферу

большого количества

пыли и газов, содержащих сернистый ангидрид, окись углерода, сероводо-

род, оксиды азота и другие вредные соединения. Количество этих вредных

соединений зависит от вида перерабатываемого сырья и принятого техноло-

гического процесса.

В системе мероприятий об охране атмосферного воздуха видное место

занимают планировочные мероприятия, позволяющие при постоянстве вало-

вых выбросов

существенно снизить воздействие загрязнения окружающей

среды на человека. Прежде всего большое значение имеют правильный вы-

бор площадки предприятия, взаимное расположение его цехов и жилых мас-

сивов.

Рекомендуется располагать предприятия и жилые кварталы на откры-

той ровной местности, хорошо продуваемой ветрами, исключающей образо-

вание застойных зон. По отношению к жилому массиву предприятие

должно

располагаться с подветренной стороны, чтобы большую часть года в соответ-

ствии с розой ветров выбросы уносились в сторону от жилых кварталов.

Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия,

так как в противном случае преимущество высоких дымовых труб сводится

на нет.

Площадка предприятия должна иметь положительную инверсионную

характеристику. Температура воздуха в любое время года с увеличением рас-

стояния от земной поверхности должна уменьшаться, чтобы обеспечивалась

естественная вентиляция площадки предприятия даже при отсутствии ветра.

Цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует

располагать на краю территории предприятия со стороны, противоположной

жилой застройке. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы

при направлении ветров в сторону жилых массивов выбросы их не объединя-

лись.

Большое количество пыли и газов выбрасываются в атмосферу неорга-

низованно, минуя системы пылегазоочистки. Источниками таких выбросов

являются места измельчения, сортировки, транспортировки

и складирования

пылящих материалов; неплотности конструкций и рабочие проемы техноло-

гических агрегатов.

В условиях, когда тот или иной процесс идет открыто, важное место в

борьбе с загрязнением воздуха занимает предотвращение пылегазовыделений

путем их подавления в местах образования. В зависимости от конкретных

условий протекания процесса подавление пылегазовыделений может осуще-

ствляться различными способами

Увлажнение сыпучих материалов, руды и пыли резко сокращает пыле-

ние по всем трактам движения и складирования этих материалов. На складах

для проведения операции увлажнения используют автоматические стацио-

нарные распылители и специальные автомобили. Равномерное увлажнение,

предотвращающее распыливание, обеспечивают расположением и подбором

форсунок, давления воды, высоты распыления. Каждый материал имеет свою

предельную

влажность, при которой не происходит пылевыделение, напри-

мер для пыли она равна 18-20 %.

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) в узлах разгрузки

пылящих материалов резко сокращает загрязнение окружающего воздуха.

Эти вещества применяются в виде вырабатываемой в специальных пеногене-

раторах воздушно-механической пены, для образования которой используют

2-3 % - ные водные растворы ПАВ. Для различных

способов разгрузки мате-

риалов разработаны разные конструкции для пылеподавления. Например,

при разгрузке в бункера пена, поданная в бункер, по мере ссыпки материала

поднимается, образуя как бы крышку, через которую пыль не выбивается в

атмосферу.

Гидросмыв пыли является надежным средством обеспыливания при

выходе проката из валков прокатных станов: компактные струи воды

пода-

ются непосредственно на сляб или листы на выходе из валков. Коэффициент

обеспыливания составляет 90-95 % и выше, охлаждение проката практически

не происходит.

Организация противодавления с помощью инертного газа позволяет

подавлять выбивание грязного доменного газа в засыпной аппарат при ссып-

ке в печь очередной порции шихты.

Обеспечение в атмосферном воздухе жилых массивов концентраций

вредных веществ не выше допустимых санитарными нормами достигается

осуществлением комплексных мероприятий, основными

из которых, исклю-

чающими или уменьшающими загрязнение атмосферы, являются: замена и

совершенствование технологических процессов и технологического обору-

дования, выделяющего вредные вещества в окружающую среду; ведение

технологического процесса в герметичных устройствах и под разрежением;

перевод технологических агрегатов на отопление жидким и газообразным

топливом (при этом ликвидируются источники пыления – склады угля, золы

и т.д.); применение герметичных устройств, пневмотранспорта и гидротранс-

порта пылящих материалов; механизация и автоматизация вредных произ-

водственных процессов и дистанционное управление ими; создание замкну-

тых непрерывных циклов производства и процессов, опасных в отношении

выделений в окружающую среду вредных веществ; уборка помещений от

пыли пневматическими устройствами и мокрыми способами; устройство

эффективной

местной и общеобменной вентиляции; обеспечение блокировки

пуска технологического оборудования с вентиляционными системами; улав-

ливание и эффективная очистка технологических и вентиляционных выбро-

сов.

Действие установок и агрегатов для улавливания пыли и очистки газов

основано на использовании различных физических и химических процессов.

Применяемые аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так

по принципу осаждения взвешенных частиц. В основе работы сухих аппара-

тов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаж-

дения или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях осущест-

вляется контакт запыленного потока с жидкостью. При этом осаждение про-

исходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости.

В электрофильтрах отделение

заряженных частиц аэрозоля происходит на

осадительных электродах. Следует отметить, что зачастую сложный химиче-

ский состав выбросов и высокие концентрации токсичных компонентов пре-

допределяют многоступенчатые схемы очистки, представляющие собой ком-

бинацию разных методов.

Настоящая дисциплина изучает теоретические принципы действия,

конструктивные особенности и эксплуатационные показатели пылеуловите-

лей и аппаратов для химической очистки

газов, наиболее распространенных

в цветной металлургии, преимущества и недостатки каждого типа оборудо-

вания, а также вопросы очистки газов на предприятиях металлургической

промышленности.

Требования, предъявляемые к очистке газа

Технологические газы и вентиляционный воздух, удаляемые местными

отсосами, в большинстве случаев содержат пыль или вредные вещества. Если

такие газы не очищать перед выбросом в атмосферу, они будут загрязнять

воздушный бассейн.

Для предотвращения негативных последствий

воздействия загрязняю-

щих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо учи-

тывать их предельные уровни в газах, выбрасываемых из труб промышлен-

ных предприятий и рассеиваемых в воздухе, при которых возможна нор-

мальная жизнедеятельность и функционирование организма. Основной вели-

чиной экологического нормирования содержания вредных химических со-

единений в компонентах природной среды является

предельно допустимая

концентрация (ПДК). ПДК − это такое содержание вредного вещества в ок-

ружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за

определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье чело-

века и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. При оп-

ределении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего

вещества на

здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорга-

низмы, а также на природные сообщества в целом.

Для санитарной оценки воздушной среды используется несколько ви-

дов ПДК вредных веществ, в том числе ПДК для рабочей зоны (р.з), макси-

мально-разовая (м.р) и среднесуточная (с.с) ПДК

, которые установлены на

основе рефлекторных реакций организма человека на присутствие в воздухе

токсикантов.

ПДК

р.з

– предельно-допустимая концентрация вредного вещества в

воздухе рабочей зоны, мг⋅м

-3

. Эта концентрация не должна вызывать у рабо-

тающих при ежедневном вдыхании в течение 8 часов за все время рабочего

стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоро-

вья, которые могли бы быть обнаружены современными методами исследо-

вания непосредственно во время работы или в отдаленные сроки. При этом

рабочей

зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или

площадки, на которой расположены места постоянного или временного пре-

бывания работающих.

ПДК

м.р

– максимально разовая концентрация вредного вещества в воз-

духе населенных мест, мг⋅м

-3

, которая не должна вызывать рефлекторных ре-

акций в организме человека.

ПДК

с.с

– среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного

вещества в воздухе населенных мест, мг⋅м

-3

. Эта концентрация вредного ве-

щества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия

на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного

вдыхания.

Предельно-допустимые концентрации некоторых вредных веществ в

атмосферном воздухе приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – ПДК некоторых вредных веществ в атмосферном

воздухе

Вещество

ПДК, мг⋅м

-3

Вещество

ПДК, мг

⋅

-3

максималь-

но-разовая

среднесуточ-

ная

максимально-

разовая

среднесуточная

Азота оксид 0,085 0,085 Сероводород 0,008 0,008

Азотная ки-

слота

0,4 0,4 Сероуглерод 0,03 0,005

Аммиак 0,2 0,2 Соляная кислота 0,2 0,2

Бензин 5 1,5 Углерода оксид 3 1

Мышьяк - 0,003 Углерода тетрахло-

рид

Пыль неток-

сичная

0,5

0,15

Уксусная кислота

0,2

0,06

Ртуть метал-

лическая

0,0003

Уксусный ангидрид

0,1

0,03

Сажа (копоть) 0,15 0,05 Фенол 0,01 0,03

Свинец и его

соединения

0,0007

Фосфора (V) оксид

0,15

0,05

Свинца суль-

фид

- 0,0017 Фториды 0,02 0,005

Серная кисло-

та

0,3 0,1 Фтора газообразные

соединения

0,02

0,005

Диоксид серы 0,5 0,05 Хлор 0,1 0,03

Остаточная концентрация пыли в очищенном газе, выбрасываемом в

атмосферу через дымовую трубу, не должна уменьшать прозрачность атмо-

сферы, поглощать световые лучи и задерживать ультрафиолетовую солнеч-

ную радиацию. Поэтому газ не должен быть окрашен в коричневый или чер-

ный цвет и содержать пыль более 100 мг/м

Даже в том случае, когда в результате выброса газа через высокую ды-

мовую трубу обеспечивается предельно допустимая концентрация пыли в

приземном слое атмосферного воздуха населенного пункта, концентрация

пыли в этом газе более 100 мг/м

нежелательна.

Лекция 2

План лекции

1. Основы классификации газоочистных аппаратов

2. Оценка эффективности работы пылеуловителей

Основы классификации пылеуловителей

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов со-

вершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию тех-

нологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различ-

ные очистные сооружения.

Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является

создание безотходных технологических процессов, предусматривающих, на-

пример,

внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего

времени основным средством предотвращения вредных выбросов остается

разработка и внедрение эффективных систем очистки газов.

Для улавливания из газа пыли или отдельных газообразных компонен-

тов в зависимости от их свойств и свойств очищаемого газа используют раз-

ные по конструкции и принципу действия аппараты. Однако все

методы очи-

стки могут быть разделены на четыре основные группы:

1. Механическая или сухая очистка, при которой осаждение частиц

пыли происходит под действием механической силы: силы тяжести или цен-

тробежной силы.

2. Мокрая очистка путем пропускания газа через слой жидкости или

орошения его жидкостью.

3. Фильтрование газов через пористые материалы, не пропускающие

частиц, взвешенных в газе.

4. Электрическая очистка газов путем осаждения взвешенных в газе

частиц в электрическом поле высокого напряжения.

Аппараты газоочистки чаще всего классифицируют по принципу дей-

ствия и области применения.

По принципу действия их подразделяют на следующие группы.

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах эффект очистки газа от

пыли достигается в

результате использования инерционных сил, в том числе

центробежных. К ним относятся: пылеосадочные камеры и коллекторы, жа-

люзийные пылеотделители, пылеуловители и брызгоуловители инерционно-

го действия (пылевые мешки), сухие и мокрые центробежные циклоны, цен-

тробежные пылеуловители машинного типа, статические газопромыватели,

барботажные и пенные аппараты, скоростные пылеуловители с трубами Вен-

тури.

Пористые фильтры. В этой группе аппаратов пылезадержание осуще-

ствляется при пропускании газов через пористые материалы. К ним относят-

ся фильтры: тканевые, из волокнистых материалов, кассетные, с насыпным

слоем зернистого материала, из пористой пластмассы, керамики, металлоке-

рамики и других материалов.

Электрофильтры. В этих аппаратах газ пропускается через электриче-

ское поле высокого напряжения

. В результате этого он ионизируется, заря-

жает содержащиеся в газе частицы пыли или жидкости, которые осаждаются

на электродах электрофильтра. Аппараты могут быть мокрыми и сухими.

Акустические пылеуловители. В них газ подвергается действию мощ-

ного звукового поля. В результате содержащаяся в газе мелкая пыль прихо-

дит в колебательное движение, частицы сталкиваются

между собой и укруп-

няются. Очистка газа от укрупненной пыли осуществляется в аппаратах

обычного типа, установленных последовательно за звуковым коагулятором.

Абсорберы. В этих аппаратах из газа улавливаются отдельные газооб-

разные компоненты, которые растворяются в жидкости, подаваемой на оро-

шение аппарата, или вступают с ней в химические реакции. К ним относятся

скрубберы

с насадками, полые скрубберы, барботеры, пенные аппараты и

турбулентные газопромыватели.

По области применения аппараты газоочистки можно подразделить

на две группы: грубой и тонкой очистки газа. К пылеуловителям грубой очи-

стки газа относятся устройства, обеспечивающие задержание пыли с разме-

ром частиц более 10 мкм. В эту группу входят все инерционные пылеулови-

тели

и некоторые пористые фильтры. К аппаратам тонкой очистки газа отно-

сятся фильтры, в которых задерживаются частицы размером менее 10 мкм. В

эту группу входят большинство пористых фильтров, электрофильтры и ско-

ростные пылеуловители с трубами Вентури.

При выборе аппаратов для очистки газов учитывают способ вывода

уловленного продукта. В сухих аппаратах задержанная из газа

пыль обычно

удаляется в сухом виде. В мокрых аппаратах пыль выводится в виде шлама

(смеси пыли с жидкостью). Поэтому мокрые способы очистки газа от пыли

требуют устройства дорогостоящей шламовой канализации с отстойниками

для пыли. Кроме того, обычно в шламе находятся в растворенном состоянии

отдельные газообразные компоненты, которые содержатся в очищаемом

газе.

Если эти компоненты образуют в растворе кислоты, следует защищать аппа-

раты и шламовую канализационную систему от коррозии и предусматривать

нейтрализацию сточных вод.

Методы оценки эффективности работы

аппаратов для очистки газа

Степенью очистки газа пылеуловителем η, %, называют отношение

массы пыли, уловленной в аппарате m

, к массе пыли, поступившей в него

вместе с газом на очистку в единицу времени М:

η = (m

/M)100.

В некоторых случаях необходимо обеспечить требуемую концентра-

цию пыли в очищенном газе. Такие требования предъявляют чаще всего, ру-

ководствуясь санитарными соображениями, во избежание загрязнения атмо-

сферы. В этом случае, зная содержание пыли М в газе, поступающем в аппа-

рат, и содержание пыли в очищенном газе m

, можно определить требуемую

степень очистки газа в аппарате:

η = [(M – m

)/M]100.

Если известно количество пыли, уловленной в аппарате в процессе

очистки газа, и содержание пыли в очищенном газе, степень очистки опреде-

ляют по формуле

η = [m

/(m

+ m

)]100.

Содержание пыли в газе на входе в аппарат M и в очищенном газе m

г/ч, можно найти из выражения

M = q

V, m

= q

где q

, q

− величина запыленности соответственно на входе в аппарат и в

очищенном газе, г/см

; V − количество газа, поступившего на очистку при

нормальных условиях, м

/ч.

Приведенные формулы выражают общую степень очистки газа в аппа-

рате. Однако эффективность пылезадержания одного и того же аппарата при

прочих равных условиях зависит от дисперсности пыли. Чем крупнее части-

цы пыли и больше их плотность, тем лучше они осаждаются в аппаратах га-

зоочистки. Очищаемый газ содержит в основном полидисперсную

пыль. Для

того чтобы можно было судить о степени очистки в данном пылеуловителе

пылей разной фракции, введено понятие коэффициента фракционной эффек-

тивности η

, показывающего отношение количества пыли данной фракции

, уловленной в аппарате, к количеству пыли этой же фракции М

, содер-

жащейся в газе на входе в аппарат:

= (m

)100.

Коэффициенты фракционной эффективности аппаратов различных ти-

пов определяют экспериментальным путем для пылей разных фракций. Пол-

ную степень очистки газа от пыли можно рассчитать по ее фракционному со-

ставу на входе в аппарат и по коэффициентам фракционной эффективности

аппарата:

η = [(M

ф1

+ M

ф2

+… + M

фn

)/(M

ф1

+ M

ф2

+… + M

фn

)100,

где M

ф1

, M

ф2

,…, M

фn

− массы частиц различных фракций; η

ф1

, η

ф2

,…, η

фn

−

коэффициенты фракционной очистки данного аппарата для пылей этих же

размеров.

Величина M

ф1

+ M

ф2

+…+ M

фn

= М представляет собой общую массу

пыли, которая содержится в газе, поступающем в аппарат на очистку. Отно-

шения M

ф1

/М = Ф

; M

ф2

/М = Ф

;…, M

фn

/М = Ф

выражают долю каждой

фракции в общей массе пыли. Тогда окончательное выражение общей степе-

ни эффективности аппарата

η = (Ф

ф1

+ Ф

ф2

+… + Ф

фn

)100

или

η = 100ΣФ

фi

Коэффициенты фракционной эффективности для аппаратов разных ти-

пов приведены в каталогах газоочистного оборудования, паспортах аппара-

тов и справочной литературе.

В большинстве случаев не удается добиться требуемой степени очист-

ки газа в одном аппарате и приходится использовать серию последовательно

установленных аппаратов одной или различных типов. В этом случае для

расчета общей

эффективности системы газоочистки требуется определить

фракционный состав пыли, содержащейся в газе, выходящем из первого ап-

парата и поступающем в последующий для дальнейшей очистки. Масса пы-

ли, г, данной фракции в таком газе на выходе из первого аппарата может

быть найдена по формуле

фi

= (1 − η

1фi

где η

1фi

− коэффициент фракционной эффективности очистки газа от пыли

данной фракции в первом аппарате, доли ед.; M

1фi

− масса пыли данной

фракции, содержащейся в газе на входе в первый аппарат, г.

Общую степень очистки газа во втором аппарате рассчитывают с уче-

том фракционного состава пыли, входящей в этот аппарат. Суммарную сте-

пень очистки газа в системе, состоящей из двух и более аппаратов, опреде-

ляют из выражения

= 100[1 − (1 − η

)(1 − η

)…(1 − η

)],

где η

, η

,…,η

− степени очистки газа в отдельных аппаратах, доли ед.