книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

ПДВ устанавливается в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02–78.

ПДВ вредного вещества в атмосферу устанавливают для каждого источника загрязнений при условии, что выбросы от рассматриваемого источника и совокупности других источников предприятия или населенного пункта с учетом перспективы развития предприятия и рассеивания вредных выбросов в атмосфере не создадут приземную концентрацию данного вещества С, превышающую ПДК населенного пункта.

Для населенных мест требуется выполнение соотношения: С/ПДК < 1.

При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы учитывают установленные расчетом или экспериментального значения фоновых концентраций вредных веществ в воздухе Сф (мг/м3) от остальных источников населенного пункта, т.е.

С = Ср + Сф

где Ср – максимальная расчетная концентрация вредного вещества, мг/м3. Максимальную приземную концентрацию вредного вещества определяют расчетом рассеивания выбросов в атмосфере в соответствии с нормативным документом ОНД-86 «Указания по расчету рассеивания

ватмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий», утвержденным Госкомгидрометом (1986 г.).

ПДВ определяют для каждого источника загрязнения. Для неорганизованных выбросов и близкорасположенных мелких одиночных источников устанавливают суммарный ПДВ. В результате суммирования ПДВ отдельных источников загрязнения атмосферы определяют ПДВ для предприятия в целом.

При установлении ПДВ необходимо учитывать перспективу развития предприятия, физико-географическое расположение и климатические условия местности, взаимное расположение предприятия и жилой застройки и т.д.

Если в воздухе населенных пунктов концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значение ПДВ по объективным причинам

внастоящее время не могут быть достигнуты, то вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. На каждом этапе до обеспечения ПДВ устанавливают временносогласованный выброс (ВСВ) на уровне предприятий с наилучшей достигнутой технологией производства, аналогичных по мощности и технологическому процессу.

81

4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ. СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБРОСОВ. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫБРОСОВ. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ. СНИЖЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫБРОСОВ. РАССЕИВАНИЕ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРЕ. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Основы классификации газоочистных аппаратов. Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различные очистные сооружения.

Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является создание безотходных технологических процессов, предусматривающих, например, внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего времени основным средством предотвращения вредных выбросов остаются разработка ивнедрение эффективных систем очистки газов.

Для улавливания из газа пыли или отдельных газообразных компонентов в зависимости от их свойств и свойств очищаемого газа используют разные по конструкции и принципу действия аппараты. Однако все методы очистки 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 центробежной 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 действия 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, жалюзийные пылеотделители, пылеуловители и брызгоуловители инерционного действия (пылевые мешки), сухие и мокрые

82

центробежные циклоны, центробежные пылеуловители машинного типа, статические газопромыватели, барботажные и пенные аппараты, скоростные пылеуловители с трубами Вентури.

Пористые фильтры. В этой группе аппаратов пылезадержание осуществляется при пропускании газов через пористые материалы. К ним относятся фильтры: тканевые, из волокнистых материалов, кассетные, с насыпным слоем зернистого материала, из пористой пластмассы, керамики, металлокерамики и других материалов.

Электрофильтры. В этих аппаратах газ пропускается через электрическое поле высокого напряжения. В результате этого он ионизируется, заряжает 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 мощного звукового поля. В результате содержащаяся в газе мелкая пыль приходит в колебательное движение, частицы сталкиваются между собой и укрупняются. Очистка газа от укрупненной пыли осуществляется в аппаратах обычного типа, установленных последовательно за звуковым коагулятором.

Абсорберы. В этих аппаратах из газа улавливаются отдельные газообразные компоненты, которые растворяются в жидкости, подаваемой на орошение 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 очистки газа относятся устройства, обеспечивающие задержание пыли сразмером частиц более 10 мкм. В эту группу входят все инерционные пылеуловители и некоторые пористые фильтры. К аппаратам тонкой очистки газа относятся фильтры, в которых задерживаются частицы размером менее 10 мкм. В эту группу входят большинство пористых фильтров, электрофильтрыискоростные 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 канали-

83

зации с отстойниками для пыли. Кроме того, обычно в шламе находятся

врастворенном состоянии отдельные газообразные компоненты, которые содержатся в очищаемом газе. Если эти компоненты образуют в растворе кислоты, следует защищать аппараты и шламовую канализационную систему откоррозииипредусматривать нейтрализацию сточныхвод.

На сегодняшний день одним из распространенных методов нейтрализации токсичных газовых выбросов являются термические методы. Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод – факельное сжигание – возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температуру процесса 750–900 ° С и теплоту, полученную в результате горения примесей можно использовать в качестве вторичных энергоресурсов. Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне либо использовать первичные энергоресурсы для достижения необходимой температуры в аппарате нейтрализации. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются

ватмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки – адсорбционные или каталитические.

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками.

Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться

84

от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален.

Оценка эффективности работы пылеуловителей. Методы оцен-

киэффективности работы аппаратовдля очистки газа Степенью очистки газа пылеуловителем η, %, называют отноше-

ние массы пыли, уловленной в аппарате m1, к массе пыли, поступившей

внего вместе с газом на очистку в единицу времени М:

η= (m1/M)100.

Внекоторых случаях необходимо обеспечить требуемую концентрацию пыли в очищенном газе. Такие требования предъявляют чаще всего, руководствуясь санитарными соображениями, во избежание загрязнения атмосферы. В этом случае, зная содержание пыли М в газе,

поступающем в аппарат, и содержание пыли в очищенном газе m2, можно определить требуемую степень очистки газа в аппарате:

η = [(M – m2)/M]100.

Если известно количество пыли, уловленной в аппарате в процессе очистки газа, и содержание пыли в очищенном газе степень очистки определяют по формуле

η = [m1/(m1 + m2)]100.

Содержание пыли в газе на входе в аппарат M и в очищенном газе m2, г/ч, можно найти из выражения

M = q1V, m2 = q2V,

где q1, q2 – величина запыленности соответственно на входе в аппарат и в очищенном газе, г/см3; V – количество газа, поступившего на очистку при нормальных условиях, м3/ч.

Приведенные формулы выражают общую степень очистки газа в аппарате. Однако эффективность пылезадержания одного и того же аппарата при прочих равных условиях зависит от дисперсности пыли. Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем лучше они осаждаются в аппаратах газоочистки. 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 эффективности ηф, показывающего отношение количества пыли данной фракции mф, уловленной в аппарате, к количеству пыли этой же фракцииМф, содержащейся вгазе на входе ваппарат:

85

ηф = (mф/Mф) 100.

Коэффициенты фракционной эффективности аппаратов различных типов определяют экспериментальным путем для пылей разных фракций. Полную степень очистки газа от пыли можно рассчитать по ее фракционному составу на входе в аппарат и по коэффициентам фракционной эффективности аппарата:

η = [(Мф1ηф1 + Мфηф2 +…+ Мфnηфn)/(Мф1 + Мф2 +… + Мфn)100,

где Мф1, Мф2,…, Мфn – массы частиц различных фракций; ηф1, ηф2… ηфn – коэффициенты фракционной очистки данного аппарата для пылей этих же размеров.

Величина Мф1 + Мф2 +…+ Мфn = М представляет собой общую массу пыли, которая содержится в газе, поступающем в аппарат на очи-

стку. Отношения Мф1/М = Ф1; Мф2/М = Ф2; …, Мфп/М = Фn выражают долю каждой фракции в общей массе пыли. Тогда окончательное выра-

жение общей степени эффективности аппарата можно записать как

η = (Ф1ηф1 + Ф2ηф2 + Фnηфn)100

или

η = 100∑ Фiηфi.

Коэффициенты фракционной эффективности для аппаратов разных типов приведены в каталогах газоочистного оборудования, паспортах аппаратов и справочной литературе.

В большинстве случаев не удается добиться требуемой степени очистки газа в одном аппарате и приходится использовать серию последовательно установленных аппаратов одного или различных типов. В этом случае для расчета общей эффективности системы газоочистки требуется определить фракционный состав пыли, содержащейся в газе, выходящем из первого аппарата и поступающем в последующий для дальнейшей очистки. Масса пыли, г, данной фракции в таком газе на выходе из первого аппарата может быть найдена по формуле

mфi = (1 – η1 фi) M1фi,

где η1фi – коэффициент фракционной эффективности очистки газа от пыли данной фракции в первом аппарате, доли ед.; М1фi – масса пыли данной фракции, содержащейся в газе на входе в первый аппарат, г.

Общую степень очистки газа во втором аппарате рассчитывают с учетом фракционного состава пыли, входящей в этот аппарат. Сум-

86

марную степень очистки газа в системе, состоящей из двух и более аппаратов, определяют из выражения

η1 = 100[1 – (1 – η1) (l – η2) … (1 – ηn)],

где η1, η2,…, ηn – степени очистки газа в отдельных аппаратах, доли ед.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие мероприятия осуществляют с целью снижения выбросов вредных веществ?

2.Что такое ПДК вещества?

3.Что такое ПДВ?

4.На какие группы делят газоочистные аппараты?

5.Какойпринципдействияположенвосновуработыкаждойгруппы?

6.Чем отличаются фракционная и полная степень очистки?

7.Как определяют общую степень очистки при работе нескольких последовательно установленных аппаратов?

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

5.1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ: ГРАВИТАЦИОННОЕ И ИНЕРЦИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ.

ОСАЖДЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ. ЗАЦЕПЛЕНИЕ. ДИФФУЗИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ. ТЕРМОФОРЕЗ И ДИФФУЗИОФОРЕЗ

В сухих инерционных пылеуловителях для очистки газов от пыли используют гравитационные, инерционные и центробежные силы. Под действием гравитационных сил пыль осаждается в пылеосадочных камерах и коллекторах. В инерционных пылеуловителях пыль улавливается из газа за счет инерционных сил, возникающих в процессе движения частиц с определенной скоростью в газовом потоке. При изменении направления движения газа пыль по инерции двигается в первоначальном направлении и в результате этого выделяется из газового потока. Для изменения направления движения газа в аппаратах устанавливают

87

жалюзи, перегородки и другие устройства. Инерционные силы для очистки газа используют в жалюзийных пылеотделительных и инерционных пылеуловителях (пылевых мешках).

В центробежных аппаратах (циклоны, батарейные циклоны, аппараты машинного типа) очистка газа от пыли осуществляется за счет центробежной силы, развивающейся при вращательном движении запыленного газа и действующей на частицы пыли. Ввиду того, что центробежная сила во много раз больше инерционной для одних и тех же условий, в центробежных аппаратах газ очищается более эффективно, чем в инерционных аппаратах.

Пылеосадочные камеры и коллекторы

Если запыленный газ, движущийся с определенной скоростью по газоходу, ввести в камеру, имеющую площадь поперечного сечения значительно большую, чем площадь газохода, то в этой камере скорость газа резко уменьшается. В этих условиях содержащаяся в газе пыль выпадает из него под действием гравитационных сил (сил тяжести). Такие камеры называют пылеосадочными. Условия осаждения пыли в них должны быть такими, чтобы частицы пыли успели осесть на дно камеры раньше, чем газ выйдет из нее.

Если ранее пылеосадочные камеры (рис. 5.1, а) использовались довольно широко для предварительной очистка газов от крупной пыли, то

Рис. 5.1. Типыпылеосадочных камер: а– полая; б– с горизонтальнымиполками; в– с вертикальными перегородками. Навходеваппарат: 1 – запыленныйгаз; на выходеиз аппарата: 2 – очищенныйгаз; 3 – пыль

88

сейчас их применение весьма ограниченно по следующим причинам: большие размеры (их длина может достигать нескольких десятков метров); установленные на камерах люки (для очистки и удаления осевшей пыли), а также во многих случаях недостаточная плотность стен камер приводят к большому подсосу атмосферного воздуха в камеры. Их применяют в основном там, где по условиям производственного процесса необходимо разделение уловленной из газа пыли на крупные и мелкие фракции. Наиболее полно в пылеосадочных камерах осаждаются частицы размером более 40 мкм, поэтому их используют в качестве первой ступени перед аппаратами, предназначенными для очистки газа от мелкодисперсной пыли.

Конструктивные и эксплуатационные характеристики камер и коллекторов

Пыль из газового потока осаждается медленно, поэтому размеры камеры, в частности ее площадь, в процессе расчета получаются большими. Для уменьшения размеров камеры в ней устанавливают горизонтальные полки, разделяющие ее на ряд небольших камер, в которые газ попадает параллельно по ходу своего движения (рис. 5.1, б). Для уменьшения скорости движения пыли вдоль камеры в ней устанавливают вертикальные перегородки (рис. 5.1, в). Газ в процессе движения огибает перегородки; пыль, ударяясь о них, теряет скорость и падает на дно.

Осевшую на полках пыль удаляют вручную. Эта операция трудоемка, поэтому полки в камерах выполняют наклонными. По мере накопления пыли на полках их поворачивают при помощи лебедок, соединенных с полками тросами, и устанавливают вертикально. При этом пыль ссыпается в бункер и удаляется из него шнековым механизмом. При необходимости непрерывной очистки газа пылеосадочные камеры разделяют на две параллельные секции, из которых одна находится в работе, а другая в это время очищается от пыли. Выполняют камеры обычно из кирпича, бетона или металла.

Скорость газа в простых камерах и камерах с вертикальными перегородками 0,2–0,8 м/с, а в камерах с горизонтальными или наклонными полками – до 3 м/с.

Основы расчета пылеосадочных камер

При приближенном расчете осадительных камер принимают, что частицы движутся вдоль камеры (рис. 5.2) со скоростью wп, равной скорости газового потока wг, иодновременно опускаются вниз со скоростью,

89