9655

151

Рис. 4.2. Схема подачи выбросов реакторов окисления в топку нагревательной печи: 1 – печь для нагрева битума; 2 – реактор окисления битума; 3 – расширитель; и. б – исходный битум; о.б – окисленный битум; о.г – отходящие газы

Одним из эффективных технологических методов следует считать замену экологоопасного технологического сырья менее опасным. В качестве примера можно привести замену растворителя циклогексанона (2 класс опасности) в технологическом процессе нанесения покрытия на заводе искусственных кож в г. Богородске Нижегородской области. Выброс циклогексанона (ЦГ) был настолько велик, что резкий запах ЦГ ощущался в нескольких километрах от города. Замена растворителя на 2 класс опасности резко улучшила состояние воздушного бассейна в городе и окрестностях [41].

Следующим технологическим методом следует считать снижение

удельного расхода топлива на выработку единицы промышленной продукции.

В настоящее время почти вся промышленная продукция России является слишком энергоемкой, что повышает её стоимость и затрудняет сбыт, особенно за рубежом. Причина заключается в том, что ввиду больших запасов топлива в стране создатели технологий не задумывались о его экономии. Тем более что стоимость топлива в СССР была просто мизерной. Постоянный рост стоимости современного топлива вынуждает технологов к снижению его затрат на единицу товарной продукции.

С экологических позиций этот метод явится технологическим, так как сжигание топлив резко повышает загрязнение воздушного бассейна токсичными продуктами сгорания – СО, сажей, БП, оксидами азота и серы.

152

4.2. Методы очистки технологических и вентиляционных выбросов в промышленности

В системах газоочистки от вредных паро-газообразных примесей получили наибольшее применение следующие способы:

–термические методы – огневое обезвреживание (дожигание) и гомогенное высокотемпературное восстановление; каталитическое окисление или восстановление;

–адсорбция – избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси с помощью адсорбентов – твердых материалов с большой удельной поверхностью;

–абсорбция – избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями;

–фильтрационные методы – основаны на фильтрации газов с целью осаждения на фильтровальном материале парообразных загрязнителей.

4.2.1. Методы термического обезвреживания токсичных веществ

Методы термического обезвреживания вредных веществ можно разделить на окислительные (дожигание, катализ) и восстановительные (высокотемпературное восстановление, каталитическое восстановление).

Обезвреживание промышленных выбросов методом дожигания

Дожигание традиционно применяется для нейтрализации выбросов технологических процессов, в которых выделяются токсичные горючие вещества: альдегиды, спирты, растворители (бензол, толуол, ксилол и др.), пары битума, оксид углерода, углеводороды, сажа и др., а именно в химической, электротехнической, электронной, пищевой отраслях промышленности и при производстве лакокрасочных материалов и др.

Высокотемпературное окисление (дожигание) может осуществляться:

–в существующих топках котлов и печей;

–в специально установленных (автономных) топочных камерах.

Примечание: чаще используются автономные топочные камеры, но более перспективным является дожигание вредных веществ в существующих топках котлов и печей.

153

Автономные топочные камеры

Эффективность обезвреживания выбросов в дожигательных установках определяется свойствами токсичных веществ, подлежащих нейтрализации: температурой самовоспламенения обезвреживаемого вещества и временем пребывания его в необходимой температурной зоне [29, 41, 43].

Температуры самовоспламенения наиболее распространенны горючих загрязнителей отходящих газов промышленности приведены в табл. 4.1 [44].

Таблица 4.1

Температуры самовоспламенения t,°С наиболее распространенных горючих загрязнителей отходящих газов промышленности

Дожигание заключается в нагреве выбросов до температур, превышающих температуры воспламенения токсичных компонентов, и выдержке их при этих температурах в присутствии кислорода.

Температура в зоне обезвреживания токсичных горючих веществ должна превышать температуру их воспламенения в 1,5 – 2 раза с целью надежного дожигания вредных ингредиентов смеси, подаваемой на нейтрализацию, но быть не менее 750 0С.

Дожигание может осуществляться путем подачи обезвреживаемой смеси:

− в факел сжигаемого топлива (так называемое огневое обезвреживание),

154

где устанавливается температурный интервал 1500-1800°С;

− непосредственно в камеру сжигания (топочную камеру), т.е. в зону температур 1300-1100°С.

Конструкция установки дожигания должна обеспечить нейтрализацию токсичного продукта. Горючие примеси с теплотой сгорания более 3500 кДж/м3 при их значительном содержании в очищаемом газе могут использоваться в качестве топлива. Однако в большинстве случаев приходится затрачивать дополнительно топливо (рис. 4.5а), чаще всего – природный газ для создания необходимой температуры обезвреживания. Чтобы снизить расход сжигаемого топлива (см. расчет автономной камеры), используют устройства для утилизации теплоты, например установку теплообменника для подогрева подаваемой смеси (рис. 4.3 (б))

Рис. 4.3. Схемы термических нейтрализаторов промышленных отходящих газов: а – без теплообменника; б – с теплообменником

Температуру обезвреживания выбросов можно снизить, а полноту очистки увеличить, если топочную камеру оснастить специальными дожигательными устройствами. Это особенно важно при обезвреживании технологических выбросов, имеющих нестабильный состав во времени, особенно содержание горючих веществ. В этом случае дожигательные устройства будут служить надежным аккумулятором и запальником для горючей смеси.

На рис. 4.4 показана автономная топочная камера для дожигания водородсодержащих газов, оснащенная дожигательным устройством в виде

155

нескольких рядов дожигательных решеток [41]. Отбросные газы способны гореть самостоятельно, но их состав колеблется во времени.

Рис. 4.4. Топочная камера с дожигательными решетками: 1 – вход обезвреживаемой смеси, содержащей токсичные горючие вещества; 2 – подсос воздуха для горения;

3 – дожигательные решетки; 4 – устройство для отбора проб

Необходимое время пребывания токсичной примеси в зоне высоких температур должно находиться в пределах (0,1 1,0)с. Время пребывания обезвреживаемой смеси в камере термического обезвреживания можно увеличить за счет установки специальных перегородок на пути движения продуктов сгорания, аналогично промышленным котлам.

В зависимости от содержания горючих токсичных веществ в промышленных выбросах, обезвреживание может происходить следующим образом:

-большие концентрации токсичных веществ, когда достигается автотермичность горения примесей (генераторный газ, водяной газ и др.) – использование в качестве топлива;

-значительное содержание токсичных веществ, но не достигается автотермичность горения – замена части топлива горючими веществами выбросов;

-незначительное содержание горючих веществ, например, вентиляционные выбросы, при содержании в выбросах кислорода не менее 18% - подача в качестве дутьевого воздуха в топки существующих котлов и печей (рис.3.5).

По расположению топочные камеры можно разделить на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные печи занимают меньше места в плане помещения, а горизонтальные удобнее с позиции обслуживания, наблюдения за работой и отбора проб для анализа газов.

Принципиальные схемы ввода отбросных газов в топочные устройства в зависимости от содержания в них кислорода:

156

I II III

Рис. 4.5. Схемы ввода отбросных газов в топочные устройства:

I – Концентрация О2 более 17%; II – Концентрация О2 (5-17)%; III – Концентрация О2 менее 5%; 1 – источник отбросных газов; 2 – топочное устройство; 3 – горелочное устройство

По способу ввода обезвреживаемых газов топочные камеры можно разделить на прямоточные и циклонные. В циклонных топках выбросы вводятся тангенциально, что улучшает условия перемешивания продуктов сгорания топлива с выбросами.

Преимущества метода термического обезвреживания (дожигания) в автономной топке:

- можно добиться практически полного устранения вредных примесей (при соблюдении указанных ранее условий) – см. табл. 4.2 [29].

Таблица 4.2

Эффективность обезвреживания газов окисления в печах дожига на установках по производству битума Рязанского НПЗ

-малое аэродинамическое сопротивление установки;

-простота аппаратурного исполнения (отсутствие дорогостоящего катализатора);

-возможность обезвреживать выбросы, содержащие смолистые вещества (катализатор забивается и резко снижается способность к обезвреживанию).

157

Недостаток метода дожигания – больший расход топлива из-за более высоких температур в зоне обезвреживания примесей.

Дожигательные устройства на газоходах

Кроме того, возможно выполнение дожигательных устройств на существующих газоходах топливосжигающих установок. Это особенно касается высокотемпературных печей безокислительного нагрева и др. печей, когда технологический процесс предполагает неполное сгорание в основном объеме печи (см. очистка ваграночных газов далее).

Дожигатель на газоходе может собой представлять либо специальную камеру с подводом воздуха (если его недостаточно для дожигания) и горелочным устройством, либо состоять из блоков, заполненных засыпкой из керамических элементов (рис. 4.6). Засыпка ограничена сеткой из легированных сталей.

Рис. 4.6. Элементы зернистого слоя: шар, цилиндр, кольца Рашига, Лессига, звездочки

Дожигание ваграночных газов наиболее легко обеспечить ниже колошникового (загрузочного) окна. Отобранные газы смешиваются в специальных турбулентных горелках с воздухом и дожигаются в закрытых топках, предварительно разогретых до температуры ~ 800°С за счёт сжигания природного газа или мазута в качестве топлива.

Воспламенение газовоздушной смеси, подаваемой горелкой в вагранку,

Использование топочных камер котлов в качестве инсенераторов

Наименее затратным является метод термического обезвреживания токсичных промышленных выбросов, содержащих токсичные горючие компоненты, в существующих топках котлов и печей.

Схема дожигания вредных выбросов от пропиточных агрегатов картоннорубероидного цеха в существующих топочных камерах котельной установки представлена на рис.4.8.

Это самый малозатратный метод, так как выбросы подаются в существующие топочные камеры, то есть отпадает необходимость в дополнительном расходе топлива для обезвреживания токсичных веществ. Более того, горючие вещества вносят при сгорании некоторую долю теплоты (в зависимости от теплоты сгорания примесей и температуры выбросов), следовательно, снижается расход основного топлива.

Однако перед использованием способа следует убедиться в возможности его применения, а для этого:

- сопоставить режимы работы технологического оборудования,

159

выделяющего токсичные вещества с режимами работы существующих котлов или печей, в которые подаются выбросы с целью дожигания;

-сопоставить расход выбросов (Vвыбр.) с потребностью в дутьевом воздухе (Vдут.) в тех случаях, когда выбросы подаются в качестве дутьевого воздуха для топливосжигающего оборудования;

-убедиться, что подача выбросов не внесет негативных изменений в процесс горения основного топлива и работу поверхностей нагрева.

Рис. 4.8. Схема термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлов: 1 – технологическое оборудование; 2 – местный отсос; 3 – существующий вентилятор (осевой); 4 – существующий выброс в атмосферу; 5 – технологический вентилятор, транспортирующий выброс в котельную; 6 – сборный коллектор (в непосредственной близости от котельной; 7 – воздухозаборная шахта; 8 – дутьевой вентилятор; 9 – топочная камера; 10 – система шиберов; 11 – опора; 12 – огнепреградители; 13 – взрывные клапаны; 14 – заземление

Таким образом, сначала анализируем величины (Vвыбр) и (Vдут).

Если расход выбросов не превышает потребности в дутьевом воздухе (Vвыбр≤Vдут) даже при минимальной нагрузке котельной (или печного отделения), то это количество выбросов может быть подано на обезвреживание.

Примечание: При этом нужно ещё убедиться, что сами примеси не окажут негативного воздействия на оборудование или аппаратуру котла (или печи). Например, если в обезвреживаемых газах содержатся смолистые вещества или твердые частицы, то необходима предочистка.

В тех случаях, когда расход выбросов превышает потребность в дутьевом воздухе (Vвыбр > Vдут), возможны следующие варианты:

160

–герметизация технологического оборудования, выделяющего вредные вещества,

сцелью снижения расхода выбросов;

–подача одной части выбросов в дутьевой тракт, а другой непосредственно в топочную камеру во избежание отрыва факела; при этом коэффициент избытка воздуха не

должен превышать α=1,8. Дальнейшее разбавление газов вызовет резкое снижение температуры в топке и нарушит работу котла. Меньшее разбавление продуктов сгорания в топке (α=1,3-1,4) не приведет к погасанию факела, но увеличит потери с уходящими газами и аэродинамическое сопротивление котла.

Во всех этих случаях необходимо выполнять поверочный тепловой расчет работы котла в новых условиях и только на основании результатов расчета делать вывод о подаче определенного расхода выбросов на дожигание.

Особое внимание при подаче выбросов в существующие топливосжигающие устройства необходимо уделить их безопасной транспортировке. С позиции техники безопасности трасса воздуховодов должна быть оснащена:

–огнепреградителями;

–взрывными клапанами для предотвращения разрушения воздухопроводов;

–заземлением во избежание накопления статического заряда;

–конденсатосборниками в местах возможного скопления конденсирующихся примесей.

Использование регенеративных аппаратов термического обезвреживания

Втех случаях, когда на данном предприятии отсутствует возможность дожигания вредных выбросов в существующих топках котлов и печей, наиболее перспективно использование регенеративных аппаратов термического обезвреживания.

Процесс обезвреживания вредных веществ происходит в этих аппаратах

смаксимальной эффективностью при низких удельных расходах топлива, что достигается за счет высокой степени регенерации тепла в теплоаккумулирующих насадках с большой поверхностью теплообмена.

Вкачестве примера можно привести регенеративную термическую установку очистки выбросов окрасочного производства (паров растворителей) грузовых и легковых автомобилей ОАО «ГАЗ» (рис. 4.9).