Техника и технология удаления газообразных вредных веществ из выбросов

Введение

Среди основных источников загрязнения атмосферы в настоящее время следует выделять промышленные предприятия и транспорт, тепловые электростанции и животноводческие комплексы и так далее. Каждый из этих источников сопровождается выделением огромного количества специфических токсичных веществ, оказывающих значительное негативное воздействие на окружающую природную среду и здоровье человека.
С газами, выделяемыми предприятиями, в атмосферу поступают твердые, паро- и газообразные органические и неорганические вещества, для улавливания и очистки которых в настоящее время существует большое количество различного пылеулавливающего и газоочистного оборудования.
Таким образом, целью данной работы является обзор современных способов очистки газовых выбросов.
Основные задачи данной работы:
- изучение характеристики газовых выбросов;
- анализ литературных источников, посвященных описанию методов защиты атмосферы от газовых выбросов.

1. Характеристика газовых выбросов
Источники загрязнения окружающей среды принято разделять на 2 основных вида: естественные и антропогенные.
Так, например, космическая пыль, образующаяся из остатков сгоревших в атмосфере Земли метеоритов, ежегодно выпадает на нашу планету, достигая массы порядка 5 млн.т. Так же естественной составной частью атмосферы Земли является и природная пыль.
Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате:
- выветривания и разрушения горных пород и почвы;
- извержений вулканов;
- лесных, торфяных и степных пожаров;
- испарений с поверхности морей.
Среди источников, загрязняющих пылью нижние слои атмосферы, следует выделить безводные пустыни и степи.
К причинам естественного загрязнения атмосферы газообразными веществами, такими как аммиак, сероводород, оксиды азота и углерода, углеводороды и так далее, следует относить биологическое разложение веществ [1].
Источниками антропогенного загрязнения атмосферного воздуха в настоящее время являются увеличивающиеся с каждым днём различные виды автомобильного транспорта, промышленные предприятия, а также предприятия сельского хозяйства.
Выбросы транспорта и теплоэнергетическими предприятиями обусловлены процессами, связанными с сжиганием топлива. Продукты горения топлива характеризуются наличием таких веществ, как зола, оксиды серы, азота и углерода, оксиды ванадия, углеводороды, а также бенз/а/пирен [2]. Согласно различным статистическим данным, именно эти вещества и являются наиболее распространёнными загрязнителями атмосферы в настоящее время.
2. Обзор методов очистки газовых выбросов
В настоящее время наукой и промышленностью разработан широкий спектр различных аппаратов для очистки газовых выбросов. Однако широкое распространение получило разделение методов очистки на три основные группы: физико-механические, физико-химические и биохимические (таблица 1) [3].
Таблица 1 - Классификация методов и оборудования очистки газов от вредных примесей
Метод Оборудование
Физико-механические методы
Сухие методы Гравитационные пылеуловители, инерционные пылеуловители, динамические пылеуловители, центробежные пылеуловители, фильтрующие пылеуловители
Мокрые методы Полые газопромыватели, насадочные газопромыватели, тарельчатые газопромыватели, ударно-инерционные газопромыватели, центробежные осадители, механические осадители, скоростные осадители, фильтрующие осадители
Электрические методы Сухие и мокрые электрофильтры
Физико-химические методы
Абсорбционные методы Насадочные, тарельчатые, пленочные и распылительные абсорберы
Адсорбционные методы Адсорберы с неподвижным слоем, адсорберы с движущимся слоем, адсорберы с псевдоожиженным слоем
Каталитические методы Реакторы с неподвижным, движущимся и псевдоожиженным слоем
Термические методы Печные дожигатели, топочные дожигатели, горелочные дожигатели
Биохимические методы
Метод биофильтрации
Биофильтры, биоскрубберы, биореакторы с омываемым слоем

Физико-механические методы широкое распространение получили для очистки газовзвесей и аэрозолей. Физико-химические - применяются для удаления вредных газовых или парообразных веществ из потока газовой смеси. Что касается биохимических методов, то их чаще всего применяют для осуществления процессов дезодорации выбросов.
3. Аппараты для улавливания пылей
3.1 Сухие газоочистители
Работа гравитационных пылеулавливающих устройств основана на законах гравитационного осаждения, т. е. вертикального осаждения пылевых частиц под действием силы тяжести при прохождении их через обезвреживающее устройство. Типичными представителями гравитационных пылеуловителей являются пылеосадительные камеры

. Пылеосадительные камеры представляют собой пустотелые или с горизонтальными полками камеры. Осаждение частиц в них происходит при прохождении газа через объем аппарата со скоростью 0,2-0,8 м/с.
Работа инерционных пылеуловителей основана на том, что при движении частиц пыли в газовом потоке изменение направления потока приводит к увеличению сил, ускоряющих движение частиц и вызывающих их отклонение от линии тока газа.
Инерционные пылеуловители улавливают крупную пыль, размером 20-30 мкм и более, их эффективность обычно находится в пределах 60- 95 % [4].
Преимуществом таких аппаратов является простота устройства и невысокая стоимость аппарата.
Принцип действия динамических пылеуловителей основан на действии центробежных сил и сил Кориолиса, возникновение которых связано с вращением рабочего колеса тягодутьевого устройства.
Данный вид аппаратов применяют для очистки газов от неслипающихся и слабослипающихся пылей при их значительной концентрации в потоке. Эффективность очистки от пыли с частицами размером от 8 до 12 мкм составляет 83 %. Для размера 20 мкм – до 97 % [5].
Центробежные и фильтрующие пылеуловители нашли наибольшее распространение в практике отечественной газоочистки.
В основе работы центробежных пылеуловителей лежит действий центробежных сил, возникающих при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата.
Наибольшее распространение в системах пылеочистки получили циклоны. Эффективность улавливания частиц пыли в циклонных аппаратах тем выше, чем крупнее частицы, меньше диаметр аппарата и больше скорость движения газов в нем. В то же время, скорость движения газов ограничивается условием исключения отскока частицы при касании стенки циклона, так как при этом возможен унос частицы с выходящими газами.
Фильтрация через тканевые (пористые) материалы заключается в пропускании газового потока сквозь фильтровальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы. Типичными представителями данного метода являются рукавные фильтры, достигающие эффективности очистки 99,5%.

Рисунок 1 - Сухие газоочистители
3.2 Мокрые газоочистители
В основе работы аппаратов мокрой очистки газов лежит процесс захвата частиц пыли водой (каплями) или каким-либо раствором. Наибольшее распространение в практике мокрой газоочистки получили мокрые циклоны и скрубберы.
Принцип действия мокрых циклонов, как и циклонов заключается в создании центробежных сил, однако при использовании мокрых циклонов дополнительный захват частиц пыли водой. Что касается скрубберов, работа данных аппаратов заключается в том, что поступающий на очистку газ поступает в нижнюю часть аппарата и движется противотоком орошаемой из верхней части воде [3,4].

Рисунок 2 - Скруббер: 1 - корпус; 2 - решетка; 3 - форсунки
- аппараты ударного и ударно-инерционного действия.
3.3 Электрические газоочистители
Сущность процессов электрической фильтрации заключается в том, что газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным пространством) коронирующих электродов, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения.
При достаточно большом напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку, у поверхности коронирующего электрода происходит интенсивная ударная ионизация газа, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (короны), который на весь межэлектродный промежуток не распространяется и затухает по мере уменьшения напряженности электрического поля в направлении осадительного электрода.
Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в межэлектродном промежутке возникает электрический ток, называемый током короны. Улавливаемые частицы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них.
Для проведения процессов электрической очистки применяются сухие и мокрые электрофильтры. Особенность последних заключается в смыве осажденной на электродах пыли водой [5].

Рисунок 3 - Электрофильтр
4. Аппараты для улавливания газов и паров
4.1 Абсорберы и адсорберы
Абсорбционная и адсорбционная очистка газовых выбросов для удаления из газовых потоков вредных паров и газов.
Абсорбция предусматривает привнесение загрязненной газовой фазы в конденсированный объем поглотителя. В технике очистки выбросов в качестве поглотителя наиболее рационально использовать воду