Рассеивание выбросов в атмосфере.

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 28Следующая ⇒

На ТЭС, ТЭЦ, металлургических заводах, химических комбинатах и т.д. достаточно эффективным решением пока остается рассеивание нескольких очищенных выбросов в атмосфере с помощью высоких вертикальных труб. Они имеют два назначения: 1) создание тяги для подачи в топку в нужном количестве и с должной скоростью воздуха; 2) отвод продуктов горения из топки в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению в этих слоях вредные газы и твердые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются. Так, труба высотой 100 м рассеивает мощные выбросы с мельчайшими частицами пыли в окружности радиусом 20 км до концентрации, безвредной для человека; высотой 250 м - радиусом до 75 км. Таким образом, в ближайшем окружении такой трубы создается так называемая теневая зона, в которую совсем не попадают вредные и 3В.

На процесс рассеивания выбросов влияют состояние атмосферы, расположение ИЗА, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых 3В, высота ИЗА, диаметр устья и т.п. Горизонтальное перемещение загрязнений определяется в основном скоростью ветра , а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении или степенью вертикальной устойчивости атмосферы (СВУА), приведенной в табл. 5.2 и определяемой по табл. 5.3 и 5.4.

Классическая схема распределения концентраций 3В в атмосфере при выбросе через высокие (более 10 м) трубы приведена на рис. 5.1. Как видим, по мере удаления от трубы по факелу выделяются тон зоны: I - зона переброса факела выбросов, которая характеризуется невысоким содержанием 3В в приземном слое из-за выбросов низких ИЗА: II - зона максимального загрязнения приземного слоя и III - зона постепенного снижения уровня загрязнения приземного слоя.

Наиболее опасной для населения является зона II и поэтому она должна быть исключена из селитебной застройки. Ее размер колеблется в пределах 10...40 Нт, Концентрация 3В в этой зоне прямо пропорциональна производительности ИЗА и обратно пропорциональна . Подъем горячих струй почти полностью зависит от подъемной силы 3В, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Поэтому повышение температуры и скорости выбрасываемых 3В приводит к увеличении подъемной силы и снижению их приземной концентрации . В условиях безветрия рассеивание 3В происходит, главным образом, под действием вертикальных тепловых потоков, вызываемых СВУА. Высокие увеличивают разбавлящую роль атмосферы, что создает более низкие в направлении ветра. При этом турбулентные вихри в атмосфере изгибаются, разрывают поток 3В и перемешивают его с окружающими воз-душными массами. Но с увеличением уменьшается высота факела над устьем трубы, что способствует повышению . Поэтому введено понятие опасной , при которой имеет наибольшее значение. Чтобы этого избежать, скорость выброса 3В должна вдвое превышать опасную на уровне горловины трубы.

Рис. 5.1. Распределение концентраций 3В в атмосфере при выбросе через высокую трубу: ИЗА - источник загрязнения атмосферы высотой Нт; - угол раскрытия факела: - максимальная концентрация 3В в приземном слое; – концентрация ЗВ по Факелу выброса; I, II, II – зоны загрязнения (см. текст).

Данным закономерностям распределения 3В подчиняются газообразные вещества и пылевые частицы размером менее 10 мкм (см. ОНД-86). Для более крупных частиц эти закономерности нарушаются, так как скорость их осаждения возрастает под действием силы тяжести. Поэтому выбросы 3В через трубы предварительно очищаются от крупных частиц пыли в сухих пылеулавливающих устройствах (ПУ).

С методиками расчета параметров рассеивания студент может познакомиться в разделах 2 и 3 учебного пособия [2].

Таблица 5.2. Степени вертикальной устойчивости атмосферы (CBУА).

Методы очистки выбросов.

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные методы очистки, используемые в соответствующих ПУ. Последние классифицируют по принципу очистки на четыре следующие группы.

1. Сухие ПУ – циклоны, радиальные, вихревые, жалюзийные и ротационные ПУ, пылеосадительные камеры. В циклонах различных типов под действием центробежных сил частицы пыли движутся по их стенке и попадают в бункер, а газовый поток поворачивает на 180° и через выходную трубу попадает в атмосферу. В радиальных ПУ отделение пыли от газового потока происходит при совместном действии гравитационных и инерционных сил, возникающих при поворота газового потока на 180°. В вихревом ПУ под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к его перефирии, а затем спиральными струями вторичного потока перемещаются к низу аппарата и в бункер. В жалюзийном ПУ отделение частиц пыли от газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в решетку, и за счет эффекта отражения частиц от поверхности этой решетки при соударении. Затем обогащенный пылью газовый поток направляется к циклону для дальнейшей его очистки. В ротационном ПУ за счет вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли размером более 5 мкм выделяются из него в радиальном направлении и поступают в бункер. В пылеосадительных камерах (без и с перегородками) и многополочных камерах используются гравитационный и инерционный механизмы осаждения пыли, т.е. обеспечивается медленное движение пылегазового потока, изменение направления движения этого потока или установка на его пути препятствий (перегородок или полок).

2. Мокрые ПУ - скрубберы и барботеры, но чаще их называют газопромыватели. В них чаще всего используется вода в качестве орошающей жидкости. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия газопромыватели подразделяют на виды:

1) полые форсуночные; 2) насадочные с поперечным орошением;

3) с подвижной насадкой, в качестве которой используются шары, кольца и т.д.; 4) тарельчатые (с провальными тарелками или тарелками с переливом); 5) ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) центробежного действия (циклон с водяной пленкой) и 7) скоростные (скрубберы Вентури и эжекторные). По затратам энергии мокрые ПУ подразделяют на низконапорные (гидравлическое сопротивление которых Па) - форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.; средненапорные ( = 1, 5...3000 Па) - динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы высоконапорные ( > 3, 0 кПа) - скрубберы Вентури, с подвижной насадкой. Эти ПУ представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения достаточно больших размеров.

В скрубберах различных типов осаждение частиц смачиваемой пыли на поверхность капель, пленку жидкости или зеркало воды происходит под действием сил инерции и броуновского движения или центробежных сил, возникающих при вращении пылегазового потока в аппарате. В барботерах пылегазовый поток поступает под решетку, проходит через ее отверстия и, барботируя через слой жидкости и пены, очищается от частиц пыли за счет осаждения ее частиц внутренней поверхности газовых пузырей, которые удаляются в шлакоотстойник.

3. Электрофильтры сухого и мокрого типов с одной или двумя зонами. В них процесс очистки пылегазового потока основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче зарядов ионов частицам пыли и осаждении последних на осадительных электродах. При этом важное значение на процесс осаждения пыли на электродах играет электрическое сопротивление слоев пыли, особенно для пыли с удельным электрическим сопротивлением более Ом-м. Поэтому в реальных условиях снижают путем увлажнения пылегазовоздушного потока.

4. Фильтры, в которых процесс тонкой очистки состоит в задержании частиц пыли на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. По типу перегородки они бывают: с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязальные и тканевые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с полужесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.). По конструктивному признаку фильтры делят на рукавные, ячейковые (рамочные и каркасные) и рулонные (детально см. в учебнике [11]).

ПУ различных типов, включая и электрофильтры, применяют при концентрациях пыли > 50 мг/ м³, а фильтры - при < 50 мг/м³. При значительных начальных применяют систему последовательно соединенных ПУ и фильтров, т.е. двух- или трехступенчатую очистку выбросов. Выбор ПУ в первую очередь зависит от дисперсного состава частиц пыли, как приведено ниже, а также от других свойств пыли, требуемой степени очистки выбросов и, конечно, от стоимости данного ПУ.

Для очистки выбросов от газообразных веществ применяют следующие методы: 1) абсорбции; 2) хемосорбции; 3) адсорбции; 4) каталитический; 5) термический; 6) биохимический. Выбор метода очистки, а следовательно, и конструкции газоуправлявающего устройства зависит от концентрации извлекаемого компонента в отходящих выбросах, объема и температуры газа, наличия в газе других примесей, от требуемой степени очистки и возможности продуктов рекуперации.

Метод абсорбции состоит в промывке выбросов растворителями газовых веществ (например, водой, водными растворами химических веществ, вязким маслом и т.д.), которые поглощают один или несколько веществ из выброса и образуют концентрированный раствор с извлеченными газами. Последний затем подвергается регенерации или десорбции. Чем меньше насыщен раствор или применяемая жидкость (называют абсорбент), тем больше он поглощает газа (например, аммиака, хлористого или фтористого водорода и т.д.). В зависимости от конкретных задач применяют абсорберы различных конструкций (пленочные, насадочные, трубчатые и др.).

Метод хемосорбции состоит в промывке выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически. Хемосорбентами являются растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Они вступают в химические реакции с газами (например, и т.д.) выбросов и образуют малолетучие и малорастворимые соединения. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому этот метод выгоден при небольшой концентрации газов в выбросах. Хемосорбент затем подвергается десорбции.

Mетод адсорбции состоит в поглощении газовых примесей пористыми телами-адсорбентами, В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикагель, синтетические цеолиты или

молекулярные сита, т.е. вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. На них поглощенные молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел межмолекулярными силами притяжения (физическая адсорбция) либо химическими силами (хемосорбция). Адсорбенты подвергаются периодической регенерации. Адсорбция используется для очистки только сухих и незапыленных выбросов с невысоким содержанием газовых примесей (например, и др.), в том числе и в автомобилях. Она проводится в адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента.

Каталитический метод состоит в химическом превращении токсичных компонентов выбросов в вещества безвредные или менее вредные на поверхности твердых катализаторов. Последними являются металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди, марганца и кобальта). Этот метод применяют для очистки газовых выбросов, в которых не содержатся пыли и катализаторные яды, а имеются оксиды азота, серы, углерода или органические примеси. Для очистки применяют реакторы различной конструкции, в тем числе и в автомобилях.

Термический метод состоит в высокотемпературном сжигании или термическом окислении выбросов, имевших легкоокисляемые токсичные и дурнопахнущие примеси. Выбор схемы сжигания или окисления зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей, и других компонентов. Сжигание или окисление горючих примесей осуществляют в топках печей или котельных агрегатов, а также в факельных горелках. В итоге получают обезвреженные газы на выходе установки, в том числе и автомобиля.

Биохимический метод основан на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения в отходящих газах постоянного состава. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах. Этот метод реализуется в биофильтрах и биоскрубберах. В первых аппаратах очищаемый газ проходит через слой фильтра-насадки (почва, торф, компост и др.), орошаемой водой для создания необходимой влажности для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Биоскруббер - это абсорбер или скруббер, в котором орошавшей жидкостью (абсороентом) служит водяная суспензия активного ила. В нем улавливается абсорбентом вредные вещества, содержащиеся в очищаемых газах, и расщепляются микроорганизмами активного ила [11].

Сложный химсостав и высокие концентрации 3В промвыбросов заранее предопределяют многоступенчатые схемы газоочистки, представляющие собой комбинаций вышеназванных методов. Однако выбор метода или методов очистки определяется в конечном счете технико-экономическим расчетом, учитывающим также максимально возможное удержание вредных веществ, теплоты и возврат их в технологический процесс.

С методикой выбора и расчета средств по пылегазоочистке студенты знакомятся при изучении дисциплины “Строительная экология" или " Безопасность жизнедеятельности".

5.2. Защита водной среды от материальных загрязнений*

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒