СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
Промышленные предприятия. Окружающий человека атмосферный воздух непрерывно подвергается загрязнению. Воздух производственных помещений загрязняется выбросами технологического оборудования или при проведении технологических процессов без локализации отходящих веществ. Удаляемый из помещения вентиляционный воздух может стать причиной загрязнения атмосферного воздуха промышленных площадок и населенных мест. Кроме того, воздух промышленных площадок и населенных мест загрязняется технологическими выбросами цехов, выбросами ТЭС, транспортных средств и других источников.
Воздух жилых помещений загрязняется продуктами сгорания природного газа и других топлив, испарениями растворителей, моющих средств, древесно-стружечных конструкций и т. п., а также токсичными веществами, поступающими в жилые помещения с приточным вентиляционным воздухом. В летний период года при средней наружной температуре 20 °С в жилые помещения проникает около 90 % примесей наружного воздуха, а в переходный период при температуре 2,5 °С – 40 %.Номенклатура токсичных примесей в воздухе производственных помещений и в технологических выбросах промышленного объекта определяется совокупностью технологических процессов, видом используемого сырья и материалов, характеристиками применяемых машин и оборудования.
Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи покрытий и крупное литейное производство. В состав предприятий также входят испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессе производства машин и оборудования широко используют сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т. п. Ниже даны рекомендации по расчету выбросов загрязняющих веществ основными цехами машиностроительного производства [2.5]. Источники и выбросы в атмосферный воздух предприятий других отраслей подробно рассмотрены в работах [2.2–2.4].
Масса выброса i-гo загрязняющего вещества
mi=mудiПk(1-η), (6.1)
где /mудi/ – удельное выделение i-гo загрязняющего вещества на единицу продукции; П–расчетная производительность технологического процесса (агрегата и т. п.); k–поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса; η –эффективность средств очистки выбросов в долях единицы; при отсутствии средств очистки η=0.
Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделений в атмосферу в литейных цехах являются: вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов; участки выбивки и очистки литья.
Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и в электродуговых печах производительностью 7 т/ч приведены ниже:
| Пыль | Оксид углерода | Углеводоро ды | Оксиды азота | Диоксид серы | |
| Открытая вагранка . . . | 2,4 | 0,014 | 1.5 | ||
| Элсктродуговая печь . . . | 8,1 | 1,5 | – | 0.29 | – |
Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке цветных металлов и сплавов составляют:
| Пыль | Оксиды азота | Диоксид серы | Оксид углерода | Прочее вещества | |
| Индукционные печи . . . | 1,2 | 0,7 | 0,4 | 0,9 | 0,2 |
| Элекгродуговые печи . . | 1,8 | 1,2 | 0,8 | 1,1 | 0,3 |
| Печи сопротивления . . . | 1,5 | 0,5 | 0,7 | 0,5 | 0,3 |
| Газомазутные плавильные | |||||
| печи (плавка алюминия) . | 2,8 | 0,6 | 0,6 | 1,4 | 0,18 |
При работе плавильных агрегатов кроме организованных нужно учитывать неорганизованные выделения, произошедшие вследствие неплотностей технологического оборудования и при выполнении некоторых операций (например, при выпуске расплавленного металла в изложницы). Они составляют среднем 40 % массы веществ, выделяемых плавильными агрегатами, поэтому для оценки количества неорганизованных выбросов в формуле (6.1) принимают k = 1,4.
При выпуске 1 т чугуна из вагранок в ковш в атмосферу цеха выделяется 18...22 г графитовой пыли и 125...130 г оксида углерода. При разливе чугуна в формы в атмосферу цеха дополнительно выделяется оксид углерода в количестве:
| Масса отливок, т ........... Удельное выделение оксида углерода, кг/т | 0,1 | 0,2...0,3 | 0,5...! | 1...2 |
| 1,05 | 0,9 | 0,75 | 0.7 |
При литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегид и другие токсичные вещества. Их количество зависит от состава формовочных смесей, массы и способа получения отливки и других факторов. Выделения газов при заливке форм металлом и их охлаждении можно определить по данным [2.5].
От участков выбивки отливок на 1 м2 площади решетки выделяется до 45...60 кг/ч пыли, 5...6 кг/ч оксида углерода, до 3 кг/ч аммиака. Значительными выделениями пыли сопровождаются процессы очистки и обрубки отливок в дробеметных и дробеструйных камерах, очистных барабанах и на столах.
Много пыли и газов выделяют в атмосферу участки литейных цехов по приготовлению, переработке и использованию шихты и формовочных материалов. Интенсивность выделения вредных веществ (приведено к формальдегиду) при изготовлении стержней из холоднотвердеющей смеси зависит от состава связующего вещества (газовыделение отнесено к 1 дм2 площади поверхности стержня):
| При заполнении ящиков смесью | При отверждении смеси, мг/(дм2·ч) | ^ | ||
| мг/(кг·ч) | ||||
| Фенолоформальдегидныс (ОФ-1) . . . | 9,2 | 1,46 | ||
| Карбамидоформальдегидные (УКС) . . | 37,8 | |||
| Карбамидофурановые (БС-40) ..... На основе синтетических смол УГТС . | 5 7 | |||
| 10,3 | ||||
В процессах нагрева и обработки металла в кузнечно-прессовых цехах выделяются пыль, оксид углерода, диоксид серы и другие вредные вещества.
Для определения массы выделений вредных веществ от пламенных нагревательных печей целесообразно пользоваться удельными показателями по выбросам, приведенным к единице массы (т) или объема (м3) сжигаемого топлива (S–содержание серы в исходном топливе, %;
А" –зольность топлива, %):
| Мазут, кг/т . | Пыль 1,2Ар | Оксиды азота 12,4 | Диоксид серы 19S | Оксид углерода 4,8·10-3 | Углеводороды 0,38 | |
| Природный газ, | кг/тыс, м3 | 2,4·10-3 | 6,24 | – | Следы | Следы |
Общеобменная вентиляция кузнечно-прессового цеха выбрасывает в атмосферу оксиды углерода и азота, диоксид серы. От пролетов с молотами выбросы оксида углерода на 1 т мазута составляют 7 кг, диоксида серы – 5,2; от пролетов с прессами и ковочными машинами – 3 и 2,2 кг.
Вентиляционный воздух, выбрасываемый из термических цехов, обычно загрязнен парами и продуктами горения масла, аммиаком, циановодородом и другими веществами, поступающими в систему местной вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термической обработки. Источниками загрязнений в термических цехах являются нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные и дробеметные камеры. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных и дробеметных камер, где металл очищается после термической обработки, достигает 2...7 г/м3. При закалке и отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1 % паров масла от массы металла. При цианировании выделяется до 6 г/ч циановодорода на один агрегат цианирования.
В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вредные вещества находятся в виде тонкодисперсного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются в процессах кислотного и щелочного травления.
Масса вредных веществ, выделяющихся при травлении с поверхности зеркала ванны (мг/мин), m=mудS, где туд–интенсивность выделения вредных веществ с единицы площади зеркала ванны, мг/(м2 ·мин); S–площадь зеркала ванны, м2.
Так, при травлении стали 20 в 15 %-ном растворе серной кислоты при температуре 70°С выделяются пары и туман кислоты в количестве до 200, а при травлении стали 10 в 20 %-ном растворе соляной кислоты – 26000 мг/м2мин).
При нанесении гальванических покрытий (воронении, форсфати-ровании, анодировании и т. д.) образуются различные вредные вещества. Так, при фосфатировании изделий выделяется фтороводород, концентрация которого в отводимом воздухе достигает 1,2...15 г/м3. Концентрации кислот, оксидов хрома, циановодорода и др. в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются в значительных пределах, что требует специальной очистки воздуха перед выбросом в атмосферу. При проведении подготовительных операций в гальванических цехах (механической очистке и обезжиривании поверхностей) выделяются пыль, пары бензина, керосина, трихлорэтилена, туманы щелочей. Анализ дисперсного состава туманов показал, что размер частиц находится в пределах 5...6 мкм при травлении, 8...10мкм при хромировании и 5...8 мкм при цинковании.
Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластика, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита выделение пыли (г/ч) составляет: на токарных станках 50...80; на фрезерных–100...120; на зубофрезерных– 20...40.
При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылью могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенола, формальдегида, стирола и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов.
На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых материалов. Наибольшие выделения вредных веществ характерны для процесса ручной дуговой сварки покрытыми электродами: при расходе 1 кг электродов в процессе сварки стали образуется до 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота; при сварке чугунов –до 45 г пыли и 1,9 г фтороводорода. При полуавтоматической и автоматической сварке (в защитной среде и без нее) общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5–2 раза, а при сварке под флюсом –в 4...6 раз.
Сварочная пыль на 99 % состоит из частиц размером 10-3...1 мкм, около 1 %–1...5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от состава свариваемых металлов. В состав сварочного аэрозоля входят соединения хрома, марганца, фториды и др. Валовые выделения вредных веществ при сварке находят в расчете на 1 кг расходуемых сварочных материалов [2.5].
Газовая и плазменная резка металлов сопровождается выделением пыли и вредных газов. Пыль представляет собой конденсат оксидов металлов, размер частиц которого не превышает 2 мкм. Химический состав пыли определяется главным образом маркой разрезаемого материала. При резке обычно выделяются токсичные соединения хрома и никеля, марганец, вредные газы – оксид углерода и оксиды азота, а при плазменной резке образуется еще и озон.
Для приближенной оценки массы (г) токсичных веществ, входящих в состав пыли и выделяющихся при резке 1 м металла при толщине листа δ,мм, можно использовать следующие соотношения:
| Оксиды алюминия при плазменной резке сплавов алюминия . Оксиды титана при газовой резке титановых сплавов ..... Оксиды железа при газовой резке легированной стали ..... | 1,2δ 38 0,25δ |
| Марганец* при газовой резке легированной стали ....... | 0,25δ Mn/100 |
| Оксиды хрома* при резке высоколегированной стали ..... | 0,065δ Сг/100 |
· Мп. Сг –содержание марганца и хрома в стали. %.
В вентиляционный воздух на участках пайки и лужения выделяются токсичные газы (оксид углерода, фтороводород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т. п. Удельные выделения аэрозоля свинца (размер частиц 0,7...7 мкм) при лужении и пайке оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 при пайке электропаяльниками мощностью 20–60 Вт составляют 0,02–0,04 мг/100 паек; при лужении погружением в припой (отнесено к поверхности ванны) –300–500 м2ч); при лужении и пайке волной (отнесено к поверхности волны) – 3000...5000 мг/(м2ч).
В окрасочных цехах токсичные вещества выделяются при обезжиривании поверхностей органическими растворителями перед окраской, подготовке лакокрасочных материалов, нанесении их на поверхность изделий и сушке покрытия. Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от окрасочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда загрязнен парами растворителей, а при окраске распылением, кроме того, окрасочным аэрозолем. При окраске изделий порошковыми полимерными материалами в вентиляционном воздухе содержится пыль.
Концентрации вредных веществ в вентиляционных выбросах, удаляемых от мест окраски, зависят от состава и расхода лакокрасочных материалов, способа их нанесения на окрашиваемую поверхность, устройства вентиляции, окрасочного оборудования, метода окрашивания. В вентиляционных выбросах окрасочных цехов могут содержаться окрасочный аэрозоль (до 1 г/м3) и пары растворителей (до 10 г/м3).
Масса паров растворителей, выбрасываемых в атмосферу от окрасочного и сушильного оборудования,
m=m1k1k2k3(1-η),
где т\ –расход лакокрасочных материалов, г/ч; k1 –доля растворителей в лакокрасочных материалах (при покрытии лаком в лакокрасочных машинах k1 равен 0,6 и 0,8 соответственно для металлических и деревянных изделий); k2 –коэффициент, учитывающий количество выделяющегося растворителя из лакокрасочного материала за время окраски и сушки (для камер окраски распылением k2= 0,3, для сушильных установок 0,7); k3 – коэффициент, учитывающий поступление паров растворителей в рабочую зону (обычно 2...3 %); k3= 0,975;
ηр –эффективность улавливания паров растворителей в системе очистки вентиляционных выбросов (для гидрофильтров 0,3...0,35).
Масса выбросов аэрозоля от окрасочного оборудования с вентиляционным воздухом в атмосферу
ma=m1k4k5(1-η)
где k4 –доля лакокрасочных материалов, расходуемых на образование окрасочного аэрозоля; зависит от способа распыления краски; k5 – коэффициент, учитывающий поступление окрасочного аэрозоля в рабочую зону; обычно k5=k3 = ηа –эффективность улавливания окрасочного аэрозоля гидрофильтрами; обычно 0,92...0,98.
Значения k1 и k4 для различных способов окраски металлических изделий приведены ниже:
| k1 | k4 | |
| Распыление | ||
| пневматическое .... | 0,4 | 0,3 |
| безвоздушное | 0,22 | 0,25 |
| Электроосаждение | 0,1 | – |
| Окунание | 0,35 | – |
| Струйный облив | 0,25 | – |
Энергетические установки. Много загрязняющих веществ поступает в атмосферный воздух от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензине, керосине, дизельном топливе, мазуте, угле и др.). Количество этих веществ определяется составом, массой сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС). Доля загрязнений атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах и крупных промышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников, сопоставимы с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.
Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках,– нетоксичные диоксид углерода и водяной пар. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен, несгоревшие частицы твердого топлива и т. п.
Рис. 6.1. Материальный баланс современной угольной ТЭС мощностью 1000МВт с
эффективностью очистки выбросов от твердых веществ 0,99:
7 – электрофильтр; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – генератор; 5 – конденсатор
При сжигании твердого топлива в котлах ТЭС образуется большое количество золы, диоксида серы, оксидов азота. Например, подмосковные угли имеют в своем составе 2,5...6,0 % серы и 30. .50 % золы. Материальный баланс современной угольной ТЭС показан на рис. 6.1.
Перевод котлов на жидкое топливо (мазут) существенно уменьшает образование золы, но практически не снижает выбросы диоксида серы, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат 2 % и более серы. Дымовые газы, образующиеся при сжигании мазута, содержат, кроме того, оксиды азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. Так же, как и при сгорании твердого топлива, отходящие газы содержат соединения тяжелых металлов. При сжигании природного (неочищенного) газа в дымовых выбросах содержатся оксиды азота.
Исследования показывают, что вблизи электростанции, выбрасывающей в сутки 280...360 т диоксида серы, максимальные концентрации его с подветренной стороны на расстоянии 200...500, 500...1000 и 1000...2000 м составляют соответственно 0,3...4,9 , 0,7...5,5 и 0.22...2.8 мг/м3.
Автомобильный транспорт также является источником загрязнения атмосферы. Так как число автомобилей непрерывно возрастает (в 1990 г. в мире эксплуатировали 420 млн. автомобилей, а в 2000 г. их число достигнет 520 млн.), особенно в крупных городах, то растет и валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Автотранспорт относится к движущимся источникам загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха.
Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает - 45 % углеводородов от их общего выброса.
Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько десятков компонентов, основные из которых приведены в табл. 6.1. Диоксид серы образуется в отработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном топливе (дизельное топливо).
Анализ данных, приведенных в табл. 6.1, показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большого выброса оксида углерода, оксидов азота, углеводородов и др. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая время воздействия токсичных веществ на человека.
Таблица 6.1. Состав отработавших газов ДВС
| Компонент | Объемная доля компонента, % | Примечание | |
| карбюраторные ДВС | дизельные | ||
| Азот | 74...77 | 76...78 | Не токсичны |
| Кислород | 0,3...8 | 2...18 | |
| Пары воды | 3,0...5,5 | 0,5...4.0 | |
| Диоксид углерода | 5,0...12.0 | 1,0...10,0 | |
| Водород | 0...5,0 | – | |
| Оксид углерода | 0,5...12,0 | 0,01...0,50 | Токсичны |
| Оксиды азота (в пе | До 0,8 | 0,0002...0.5 | |
| ресчете на N2О5) | |||
| Углеводороды | 0,2...3,0 | 0,009...0.5 | |
| Альдегиды Сажа | До 0,2 мг/л 0...0,04 г/м3 | 0,001...0.09 мг/л 0,01...1.1 г/м3 | |
| Бенз(а)пирен | 10...20 мкг/м3 | До 10 мкг/м3 |
Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на бензине, при неустановившихся режимах (разгоне, торможении) нарушаются процессы смесеобразования, что способствует повышенному выделению токсичных продуктов. В дизелях с уменьшением нагрузки содержание токсичных компонентов в отработавших газах уменьшается, а при работе на режиме максимальной нагрузки возрастает за счет роста выбросов оксида углерода и углеводородов.
Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от двигателя – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине:
Концентрация свинца в бензине, г/л . . 0,15 0,20 0,25 0,50
Концентрация свинца в воздухе, мкг/м 0,40 0,50 0.55 1,00
Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.
Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для ГТДУ на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).
Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.
Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГТДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах показывают, что поступления от ГТДУ в приземный слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.
Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl2О3 со средним размером 0,1мкм (иногда до 10 мкм).
В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высокотемпературное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние 30...60 км, оно может рассеяться, но может стать причиной кислотных дождей.
При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. По прогнозам фирмы «Аэроспейс», в XXI в. для транспортирования грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.
В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.
СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ
Требования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие
C+Cф≥ ПДК (6.2)
по каждому вредному веществу (Сф –фоновая концентрация), а при наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия – условие (3.1). Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы.
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
– вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху (рис. 6.2, а);
– локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (рис. 6.2, б);
– очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (рис. 6.2,в);
– очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.) (рис. 6.2, г).
Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок. Предельно допустимые выбросы ГТДУ самолетов гражданской авиации определены ГОСТ 17.2.2.04–86, выбросы автомобилей с ДВС–ГОСТ 17.2.2.03–87 и рядом других.
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02–78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК.
Рис. 6.2. Схемы использования средств защиты атмосферы:
1–источник токсичных веществ; 2–устройство для локализации токсичных веществ (местный отсос); 3–аппарат очистки; 4–устройство для забора воздуха из атмосферы; 5–труба для рассеивания выбросов; 6 –- устройство (воздуходувка) для подачи воздуха на разбавление выбросов
Рассеивание выбросов в атмосфере. Технологические газы и вентиляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств, подчиняется законам турбулентной диффузии. На рис. 6.3 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы: переброса факела выбросов Б, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; задымления В с максимальным содержанием вредных веществ и постепенного снижения уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10...49 высот трубы.
Максимальная концентрация примесей в приземной зоне прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Подъем горячих струй
Рис. 6.3. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:
А–зона неорганизованного загрязнения; Б–зона переброса факела; В–зона задымления; Г– зона постепенного снижения уровня загрязнения
почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.
Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы; их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.
В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники используют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники. Выделяющиеся из них вредные вещества при рассеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания (с заветренной стороны). Линейные источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру. Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы.
Незатененные, или высокие источники свободно расположены в недеформированном потоке ветра. К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Нзд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним (в результате обдувания его ветром) на высоте h≤2,5Нзд.
Основньм документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД–86». Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха.
При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию Сф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу
где Н– высота трубы; Q – объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу; ΔТ–разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч; А –коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей; kF–коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере; т и п – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.
Оборудование для очистки выбросов. В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса использовать аппараты для очистки газов от примесей.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.
Эффективность очистки
где Свх и Свых–массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.
В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки
ŋi=(Cвxi-Свыхi)/Cвхi
где Свх/ и Сдых/–массовые концентрации /-и фракции пыли до и после пылеуловителя.
Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки:
Как следует из формул (6.4) и (6.5), коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К= 1-ŋ.
Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Δр определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата Рвх и выходе Рвых из него. Значение Δр находят экспериментально или рассчитывают по формуле
Δр=Рвх-Рвых=ζрw2/2 (6.6)
где w –коэффициент гидравлического сопротивления аппарата; р и W–плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата.
Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное ΔPнач и конечное значение ΔPкон- При достижении ΔP = Pкон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию (очистку) аппарата. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров ΔРкон = (2...5)ΔРнач
Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа
N = kΔpQ/(ηмηв)
где k–коэффициент запаса мощности, обычно k= 1,1...1,15; ηм– КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору; обычно ηм = 0,92...0,95; ηп. –КПД вентилятора; обычно ηв = 0.65...0.8.
Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны (рис. 6.4) различных типов. Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 5. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.
Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2) и коническими (СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33) циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.
Рис. 6.4. Схема циклона
|
Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК, предназначенные для очистки газа от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК.
Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе |6.11].
Электрическая очистка (электрофильтры) –один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.
Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рис. 6.5), адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда. Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы.
Большое значение для процесса осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления различают:
Рис. 6.5. Схема электрофильтра
1) пыли с малым удельным электрическим сопротивлением (< 104 Ом·см), которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток; противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки;
2) пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом-см; они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании;
3) пыли с удельным электрическим сопротивлением более 1010Ом-см; они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.
В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа.
Определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча:
η=1-е-WэFуд, (6.7)
где Wэ,–скорость движения частицы в электрическом поле, м/с;
Fyд –удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м2·с/м3. Из формулы (6.7) следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени WэFyд.
| WэFуд… η… | 3,0 0,95 | 3,7 0,975 | 3,9 0,98 | 4,6 0,99 |
Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д. В промышленности используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров [6.11], применяемых для очистки технологических выбросов (рис. 6.6).
Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувствительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр. Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру путем правильной организации подводящего газового тракта и применения распределительных решеток во входной части электрофильтра.
|
Рис. 6.6. Электрофильтр типа С для улавливания смол:
7–распределительные решетки; 2–осадительные и коронирующие электроды; 3– корпус; 4 – смолоулавливающий зонт
Рис. 6.7. Схема фильтра
Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) 2 на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3. Для вновь поступающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.
Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др.
По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, вой локи, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.). Рис. 6.9. Схема скруббераВентури
Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов получили рукавные фильтры (рис. 6.8).
Аппараты мокрой очистки газов –мокрые пылеуловители – имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с du≥0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.
Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.
Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис. 6.9). Основная часть скруббера –сопло Вентури 2. В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной .скорости (Wτ= 15...20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 30...200 м/с и более. Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15...20 м/с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона.
Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г/м3. Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1...6,0 л/м3, то эффективность очистки равна:
| d4,мкм… η… | 0,70..0,90 | 0,90…0,98 | 0,94…0,99 |
Скрубберы Вентури широко используют в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц более 0,3мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.
К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной (рис. 6.10, а) и переливной решетками (рис. 6.10, б). В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей. Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м/с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2...2,5 м/с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли ~ 0,95...0,96 при удельных расходах воды 0,4...0,5 л/м . Практика эксплуатации этих аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки. Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению.
|
|
| Рис. 6. 10. Схема барботажно-пенного пылеуловителя с провальной (а) и переливной (б) решетками |
| Рис. 6.11. Схема фильтрующего элемента низкоскоростного туманоуловителя |
Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры–туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диффузии или инерционного механизма отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимости от скорости фильтрации Wф. Туманоуловители делят на низкоскоростные (Wф≤0,15м/с), в которых преобладает механизм диффузного осаждения капель, и высокоскоростные (Wф = 2...2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.
Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис 6.11. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток помещают волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится с помощью фланца 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость осевшая на фильтроэлементе; стекает на нижний фланец 5 и через трубку гидрозатвора 6 и стакан 7 сливается из фильтра. Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность очистки газа (до 0,999) от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои
Рис 612 Схема высокоскоростного туманоуловителя
|
формируются из стекловолокна диаметром 7...40 мкм. Толщина слоя составляет 5...15 см, гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов –200...1000Па.
Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9...0,98 при Δр= 1500...2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей.
В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6...0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5...5 м/с, что приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента (брыз-гоунос обычно возникает при скоростях 1,7...2,5 м/с). Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя. Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м/с.
На рис. 6. 12. показана схема высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой. В барабане установлен грубоволокнистый войлок 2 толщиной 3...5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель, 1 представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэлемент нижней частью установлены в слой жидкости.
Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом–иглопробивным войлоком, состоящим из волокон диаметром 70 мкм, толщиной слоя 4. .5 мм.
Метод абсорбции –очистка газовых выбросов от газов и паров – основан на поглощении последних жидкостью. Для этого используют абсорберы. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен (рис. 6.13), форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов. Описание процесса очистки и расчет аппаратов приведены в работе [6.11].
Р и с . 6.13. Схема насадочной башни:
1 – насадка; 2 – разбрызгиватель
|
Работа хемосорберов основана на поглощении газов и паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вентури и т. п. Хемосорбция –один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17...0,86 и от паров кислот– 0,95.
Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. Так, удельная поверхность активированных углей достигает 105...106 м2/кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.
Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов и т. п.
Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах. Патроны с адсорбентом следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным в паспорте респиратора или противогаза. Так, фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 (ГОСТ 12.4.004–74) следует использовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 6.2 и 6.3.
Таблица 6.2. Марки патронов респираторов РПГ-67
| Марка патрона | Марка респиратора | Вредные вещества, от которых защищает респиратор | |
| А В КД Г | РПГ-67А РПГ-68В РПГ-67КД РПГ-67Г | Пары органических веществ (бензина, керосина, сероуглерода, ксилола, толуола, ацетона, спиртов, кетонов, эфиров, бензола и др.), хлор-и фосфорорганических ядохимикатов. Кислые газы (сернистый газ, сероводород, хло-роводород и др.), пары хлор- и фосфорорганических ядохимикатов Аммиак, сероводород и их смесь. Пары ртути и ртутьорганические соединения |
Таблица 6.3. Условия применения респираторов РПГ-67
| Марка патрона | Вредные вещества | Концентрация, г/м3 | Время защитного действия, мин, не менее |
| А | Бензол | ||
| В | Диоксид серы | ||
| КД | Аммиак | ||
| Сероводород | |||
| F | Пары ртути | 0,01 |
Для очистки газов от паров растворителей с концентрацией более 0,3 г/м3 НИИОГАЗом разработан типовой ряд адсорберов АВКФ с производительностью по очищаемому газу 10, 20, 40 и 80 тыс. м3/к4.
Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого метода используют нейтрализаторы. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигание; термическое окисление; каталитическое дожигание.
Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циановодород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Такие дожигатели можно использовать для нейтрализации паров токсичных горючих или окислителей при их сдувах из емкостей.
Термическое окисление находит применение в тех случаях, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода или когда концентрация горючих веществ незначительна и недостаточна для поддержания пламени.
В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха (дожигание оксида углерода и углеводородов), а во втором – при подаче дополнительно природного газа. Схема устройства для термического окисления выбросов показана на рис. 6.14.
Каталитическое дожигание используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами. Для реализации процесса необходимо кроме катализаторов поддержание таких параметров газового потока, как температура и скорость газов.
В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Температуры начала каталитических реакций газов и паров изменяются в широких пределах–200...400°С. Объемные скорости процесса каталитического дожигания обычно устанавливают в пределах 2000...6000 ч-1 (объемная скорость–отношение скорости движения газов к объему катализаторной массы).
Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов и т. п.
Термокаталитические реакторы с электроподогревом типа ТКРВ разработаны Дзержинским филиалом НИИОГАЗа. Они предназначены для очистки газовых выбросов сушильных камер окрасочных линий от органических веществ и других технологических производств.
Каталитическая нейтрализация отработавших газов ДВС на поверхности твердого катализатора происходит за счет химических превращений (реакции окисления или восстановления), в результате которых образуются безвредные или менее вредные для окружающей среды и здоровья человека соединения. Устройство и расчет нейтрализаторов отработавших газов ДВС даны в |6.9].
Оборудование, применяемое для очистки выбросов в машиностроении и приборостроении, приведено в приложении 1.