Для тонкой очистки широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло), гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан), полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл).

Часто применяют несколько ступеней очистки пылегазовых выбросов и почти всегда одной из них является электрофильтр.

Рис.2 Схемы пылеуловителей: а – циклон, б – ротационный пылеуловитель, в – радиальный пылеуловитель, г – вихревой пылеуловитель

Электрическая очистка – один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газов в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Между ними создается электрическое поле высокого напряжения (30 – 100 кВ). поскольку коронизирующие электроды изготавливаются из относительно тонких стержней, то около них создается поле высокой напряженности, вызывающее интенсивную ионизацию газовых молекул. Этот процесс и вызывает образование вокруг электродов светящейся короны. Под действием электрического поля, заряженные аэрозольные частицы движутся от коронизирующего электрода к осадительному и прилипают к нему, отдавая свой заряд.

Ударная ионизация газа протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис.3). В зазоре между коронирующим 1 и осадительным электродами 2 создается поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.

Рис.3 Схема расположения электродов в электрофильтре: 1 - коронирующий электрод , 2 - осадительный электрод, 3 - силовые линии электрического поля в электрофильтре, 4 - выпрямитель.

Мокрые пылеуловители, как правило, применяют для тонкой очистки, что требует систем водоподготовки и шламоудаления. Кроме того, жидкость должна быть раздроблена на капли или пленки для увеличения адсорбирующей поверхности. Конструктивно это достигается разными способами.

Например, на рис.4 показаны схемы скруббера Вентури (а), где дробление жидкости происходит высокоскоростным потоком газа; форсуночного (б) и центробежного (в) скрубберов. В форсуночном скруббере вода дробится центробежным или струйным распылителем (форсункой), а в центробежном газ, как в циклоне, подается через тангенциальные (касательные к стенке) входные каналы, обеспечивающие закрутку и движение газа навстречу жидкости.

Рис.4 Схемы скрубберов: а – скруббер Вентури, б – форсуночный скруббер; в – центробежный скруббер 

1.5.2 Газо- и пароочистители

Эти аппараты по принципу действия можно подразделить на пять групп.

Наиболее распространены скрубберные газоочистители, которые практически не отличаются от скрубберных пылеуловителей (зачастую они выполняют двойную функцию пыле- и газоулавливания).

Работают они по принципу абсорбции – поглощения веществ жидкостью (абсорбентом). В качестве абсорбентов применяют воду (для аммиака, хлорфторводорода и др.), растворы сернистой кислоты и суспензий вязких масел (для хлора, сернистого ангидрида), растворы извести или едкого натра (для оксидов азота, хлорводорода).

Метод хемосорбции основан на химической реакции при поглощении газов и паров жидкими поглотителями с образованием малолетучих и слаборастворимых соединений. Например, для отделения сероводорода применяют щелочные растворы, причем процесс идет в скрубберных аппаратах того же типа, что и для метода абсорбции.

Метод адсорбции (задержания, извлечения) основан на способности некоторых твердых пористых тел селективно (избирательно) извлекать элементы. Адсорбентами чаще всего служат:

1)                активированный уголь, имеющий поверхность пор до 105 – 106 м2/кг и хорошо адсорбирующий сернистые соединения, органические растворители и др.;

2)                оксиды прстые и комплексные типа силикагеля, глинозема, цеолитов; они обладают высокой селективной способностью, которая снижается при повышении влажности газов.

Иногда сорбенты обрабатывают реактивами для хемосорбции. Адсорбенты требуют регенерации, которая чаще всего производится нагревом, продувкой паром или специальным реагентом.

Три других метода в настоящее время применяются значительно реже и лишь для небольших выбросов: термический (дожигание), каталитический (реакция на катализаторы) и биохимический (работа микроорганизмов).

Прямое сжигание – разновидность термического метода – применяется при утилизации горючих отходов, с трудом поддающихся другой обработке (например, для лакокрасочной промышленности).

Каталитическая обработка экономичнее термической по времени процесса, но требует особого внимания к активности катализатора и его долговечности. Во многих случаях катализаторами служат благородные металлы или их соединения: платина, палладий, оксиды меди, марганца, и др. Эффективность метода повышается с ростом температуры газов. Наиболее широко применяются каталитические нейтрализаторы для отработанных газов автомобилей.

Биохимическая очистка применяется для очистки газов, состав которых слабо меняется. Этот процесс происходит в биофильтрах или биоскрубберах, где микроорганизмы находятся в фильтрующей насадке из почвы, торфа, компоста и т.п. или в водной суспензии активного ила.

В целом выбор системы очистки определяется многими факторами, важнейшие из которых:

1)                номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;

2)                требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);

3)                объемы выбросов, их температура и влажность;

4)                наличие сорбентов и реагентов;

5)                потребность в продуктах утилизации;

6)                стоимостные оценки.

Сегодня главное – обеспечить максимальное снижение выбросов вредных веществ и теплоты, возврат их в исходный технологический процесс. Для современного производства, как правило, требуется многоступенчатая очистка, особенно если номенклатура примесей многообразна. Так, при производстве электронной аппаратуры количество вредных веществ доходит до 20 – 30 наименований: от углекислого газа и пыли до соединений меди и свинца, формальдегида и эпихлоргидрина. Поэтому необходимы сухие и мокрые аппараты, адсорбенты и абсорбенты наряду с электрофильтрами. Но и для этого производства основная задача – уменьшение объема и перечня отходов, их рециклизация, создание замкнутых циклов.

2. Ход решения задачи

2.1 Условие задачи

В равнинной части Свердловской области в районе станции Н на расстоянии 2 км от селитебной зоны проектируется строительство ТЭЦ, на которой в качестве топлива будет использоваться каменный уголь. При этом в отходящих газах будут содержаться пыль и сернистый газ. Для очистки от газов и пыли предусматривается устройство специальных мультициклонов, эксплуатационный коэффициент очистки которых равен 75%. Суммарный выброс пыли до очистки равен 500 г/с, сернистого газа – 350 г/с. диаметр устья трубы 2м. Температура газовоздушной смеси 130°С, средняя температура окружающего воздуха в самый жаркий месяц в 13 часов равна 30°С. Другие исходные данные прведены в таблицах 1 и 2. Расчитать величину санитарно – защитной зоны (СЗЗ), на основании которой определить класс вредности предприятия и уточнить конфигурацию СЗЗ согласно «розы ветров». Начертить уточненную СЗЗ.

Таблица 3

Таблица 4

2.2 Расчет санитарно – защитной зоны

Санитарно-защитная зона – благоустроенная или озелененная территория, отделяющая площадку предприятия, являющегося источником загрязнения атмосферы, шумовых, радиационных и прочих воздействий, от жилой и общественной застройки. Размеры ее устанавливаются с учетом санитарной классификации предприятий, расчетов загрязнения атмосферы и других факторов. Санитарная классификация приведена а Санитарных правилах и нормах – СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. нормами установлено 5 классов предприятий и соответственно 5 размеров нормативных СЗЗ: I класс –2000 м; II класс – 1000 м; III класс – 500 м; IV класс – 300 м; V класс – 100 м.

Расчеты СЗЗ должны проверяться расчетом загрязнения атмосферы с учетом перспективы развития предприятия и фактического загрязнения атмосферного воздуха. Полученные таким образом размеры расчетной СЗЗ должны уточняться отдельно для различных направлений ветра в зависимости от результатов расчета и среднегодовой розы ветров района.

Определение расчетной СЗЗ.

Приземная концентрация загрязняющих веществ в атмосфере, создаваемая источником выбросов на предприятии рассчитывается по формуле:

С = СмS1                                (1)

где См – максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника, мг/м3:

См ═ АМFmnη , мг/м3;                     (2)

Н2 3√QΔT

где А – коэффициент температурной стратификации атмосферы (для

Свердловской области А = 160);

М – мощность выброса, г/с;

F – коэффициент оседания веществ в атмосфере (для пыли F = 3, для

газов F = 1)

m,n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (диаметр и высота устья, температура и скорость выхода газовоздушной смеси);

η – коэффициент рельефа местности (для равнины равен 1);

Н – высота источника, м;

Q – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м3/с;

ΔT – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси

и температурой окружающего воздуха,°С;

S1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения х/хм и коэффициента F:

S1 =     1,13     ,                 (3)

0,13(х/хм)2 +1

где х – расстояние от источника выброса, м;

хм – расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация достигает максимального значения, м. Оно определяется по формуле:

хм = (5 – F)kH ,                         (4)

4

где k = 4,95νм при νм ≤ 2,

k = 7√νм при νм > 2,

νм = 0,65 3√(QΔT/H)                       (5)

Q = υπd2/4                            (6)

где υ – скорость выхода газовоздушной смеси, м/с;

d – диаметр устья трубы, м.

Q = 5*3,14*22/4 = 15,7 м3/с;

νм = 0,65*3√(15,7*(130-30)/100) = 1,63 ≤ 2,

k = 4,95*1,63 = 8,06;

хм = (5 – 3)*8,06*100 = 403 – для пыли,

4

хм = (5 – 1)*8,06*100 = 806 – для газов;

4

См ═ 160*0,25*500*3*1,2*0,55*1 = 0,34 мг/м3 для пыли;

1002 3√15,7*(130 – 30)

См ═ 160*0,25*350*1*1,2*0,55*1 = 0,08 мг/м3 для газов;

1002 3√15,7*(130 – 30)

0,15 = 0,34*S1 ;

S1 = 0,15/0,34 = 0,44 – для пыли,

S1 = 0,05/0,08 =0,625 – для газов.

0,44 =     1,13     ,

0,13(х/403)2 +1

х = √((1,13/0,44-1)/0,13)*403 = 1400 м, для пыли;

0,625 =     1,13     ,

0,13(х/806)2 +1

х = √((1,13/0,625-1)/0,13)*806 = 2009 м, для газов;

На основании полученных данных делаем вывод о том, что рассматриваемое предприятие является предприятием I – го класса, а СЗЗ должна быть не менее 2000 м.

2.3 Уточнение санитарно–защитной зоны согласно «розы ветров»

Полученные размеры СЗЗ уточняются отдельно для различных направлений ветра в зависимости от среднегодовой розы ветров района по формуле:

L = L0*P/P0

где L – уточненный размер СЗЗ в направлении противоположном розе ветров, м;

L0 – нормативный размер СЗЗ, полученный на основании проведенных расчетов, 2000 м;

P – среднегодовая повторяемость рассматриваемого направления ветра,%, приведенная в таблице 2;

P0 – повторяемость направлений ветров при круговой розе ветров (при восьмирумбовой розе ветров P0 = 100/8 = 12,5%).

LC  = 2000*4/12.5 = 640 м,                LЮ = 2000*6/12.5 =960 м,

LCВ = 2000*4/12.5 = 640 м,                      LЮЗ = 2000*36/12.5 =5760 м,

LВ =  2000*7/12.5 = 1120 м,                       LЗ = 2000*24/12.5 =3840 м,

LЮВ = 2000*10/12.5 = 1600 м,                    LСЗ = 2000*9/12.5 = 1440 м.

2.4 Пояснение к чертежу

В ходе работы были расчитаны данные для построения уточненной СЗЗ предприятия согласно розы ветров.

На графике, который прилагается к данной работе изображены роза ветров (верхний график) и непосредственно сама уточненная СЗЗ предприятия.

На графике «Роза ветров» представлены 8 направлений сторон света: север – С, юг – Ю, восток – В, запад – З, северо-восток – СВ, северо-запад – СЗ, юго-восток – ЮВ, юго-запад – ЮЗ. Вдоль этих направлений отмечены направления ветров в процентных показателях в масштабе 1см : 4%. По графику видно, что в данном регионе преобладают юго-западные и западные ветра (36% и 24% соответственно).

На нижнем графике представлена уточненная СЗЗ предприятия и ход ее построения. На тех же направлениях сторон света в точке их пересечения (в центре) находится предприятие (затушеванный квадрат). От центра пунктиром проведена окружность радиусом 2 000 м в масштабе 1см : 500 м (это масштаб всего построения) – это расчетная СЗЗ. Затем откладываются точки СЗЗ согласно розы ветров по алгорифму: показания для севера откладываютя на юг, а для запада – на восток, и соединяются плавной пунктирной линией. Далее проводится основная плавная линия уточненной СЗЗ предприятия: если линия СЗЗ проходит внутри расчетной СЗЗ, то уточненная СЗЗ проходит по линии расчетной СЗЗ, и наоборот, если расчетная СЗЗ проходит внутри СЗЗ, то уточненная СЗЗ проходит по линии СЗЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Антропогенный фактор может иметь и позитивные, и негативные стороны. Главные негативные стороны – загрязнение воздуха, воды, поверхности земли и истощение ее ресурсов, позитивные – предотвращение всего этого в рамках биосферы. Преобразуемую человеком биосферу называют, по В.Вернадскому, «ноосферой» (или сферой разума). Это название может быть оправдано только в том случае, если человек будет вести себя как «гомо сапиенс» - человек разумный.

Список использованных источников

1.                 В.М.Гарин, И.А.Кленова, В.И.Колесников, Промышленная экология, Маршрут, 2005г.;

2.                 Ю.С.Рыбаков, Лекции по курсу «Промышленная экология», Екатеринберг, 2004г.

3.                 Ю.С.Рыбаков, методическое пособие «Определение СЗЗ предприятия».

Страницы: 1, 2