Все возрастающий антропогенный пресс на естественную среду обитания во многом связан с увеличением объемов промышленного производства во всех странах мира. Преобразующее воздействие человеческого общества на природу неизбежно, оно усиливается по мере роста численности населения, в результате научно-технического прогресса, увеличения числа и массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот.
Загрязнение атмосферного воздуха индустриальной пылью и газовыми примесями из производственных пылегазовоздушных выбросов оказывает вредное воздействие на организм человека, животных и растительность, наносит ущерб хозяйственной деятельности, вызывает глубокие изменения в биосфере. Поэтому защита от вредных веществ, содержащихся в производственных пылегазовоздушных выбросах, атмосферного воздуха, который
необходим для жизни людей, животного и растительного мира, а также служит основой многих технологических процессов, является важнейшей экологической проблемой.
Основными путями снижения и полной ликвидации загрязнения окружающей природной среды и в первую очередь атмосферного воздуха являются: применение безотходных технологий, разработка и внедрение высокоэффективных фильтров, установок и устройств для очистки и обезвреживания производственных пылегазовоздушных выбросов от вредных примесей, использование экологически безопасных источников энергии, озеленение природных объектов.
Безотходная технология производства эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное производство, сопоставимое с циклическими процессами в биосфере, – это будущее (по техническим и экономическим причинам) промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей природной среды.
Поэтому очистные фильтры-пылегазоуловители являются в настоящее время основным средством борьбы с загрязнением атмосферы пылегазовоздушными выбросами промышленных предприятий нефтегазового
комплекса.
Пыль является одним из наиболее многотоннажных выбросов предприятий нефтегазового комплекса в атмосферу. Под индустриальной пылью понимают содержащиеся в производственных пылегазовоздушных выбросах
твердые и пластичные частицы загрязнений, которые могут быть классифицированы по природе (органическая и неорганическая), по токсичности (токсичная и нетоксичная), по составу (содержащая металлы, кварц, песчаник и т.д.), по растворимости (растворимая и нерастворимая), по размерам частиц, по склонности к агрегации, адгезии, слипаемости и т.д.
Частицы пыли, независимо от их происхождения, размером более 20 мкм, подчиняясь закону тяготения, быстро оседают, а размером от 20 до 0,1 мкм, испытывая сопротивление воздуха, также медленно оседают с постоянной
незначительной скоростью. Частицы пыли менее 0,1 мкм практически не оседают и находятся в постоянном беспорядочном движении в воздухе. Чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше возможность попадания их в дыхательные пути. Пыль оказывает вредное действие на дыхательные пути человека, вызывая заболевания легких, а также воздействует на кожу и глаза. При вдыхании пылевых частиц размером более 5 мкм они всецело задерживаются в верхних дыхательных путях, в первую очередь в полости носа, что вызывает травмирование и раздражение слизистой. Фильтрующая способность носовой полости сильно снижается, а в далеко зашедших случаях вовсе исчезает. Под влиянием длительного воздействия пыли развиваются хронические воспалительные процессы и на других участках дыхательных путей. Твердые пылинки с острыми краями могут вызвать травмы глаз.
Для улавливания пыли из пылегазовоздушных выбросов применяют фильтры-пылеуловители, которые по принципу действия делятся на механические и силовые.
В механических фильтрах очистка пылегазовоздушных выбросов предприятий нефтегазового комплекса и других родственных предприятий от твердых и пластичных частиц загрязнений осуществляется за счет применения различных жестких или гибких фильтрующих перегородок или насыпных зернистых слоев фильтрующего материала.
Работа фильтров-пылеуловителей силового типа (силовых фильтров- пылеуловителей) основана на действии различных сил на частицу пыли при ее извлечении из потока производственных пылегазовоздушных выбросов.
Такими силами являются сила тяжести, центробежная и инерционная сила, электрическая сила и т.д. В зависимости от этого созданы различные конструкции силовых фильтров-пылеуловителей (осадительные камеры,
центробежные и вихревые циклоны, электрические фильтры и т.д.).
Для очистки пылегазовоздушных выбросов от содержащихся в них вредных паров, газов и токсичных веществ используют абсорбционный, адсорбционный, химический, биохимический и термический способы.
В последние годы российские и зарубежные фирмы промышленно развитых стран мира, наряду с разработкой новых экологически чистых безотходных технологий производства, разработали, запатентовали и выпускают новые конструкции фильтров-пылегазоуловителей, отличающихся улучшенными характеристиками.
Высокую степень очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от высокодисперсной пыли обеспечивает механический кассетный фильтр, содержащий корпус 1 (рис. 1) со встроенным коллектором 3 для подвода на очистку пылегазовоздушных выбросов с входным патрубком 2, расположенным с одной стороны корпуса 1, и встроенным коллектором 7 для отвода очищенных производственных выбросов с выходным патрубком 6, расположенным с другой стороны корпуса 1. В нижней части корпуса 1 размещены бункеры 4 для пыли. Сверху на корпусе 1 установлено устройство импульсной регенерации, состоящее из накопителя сжатого воздуха 10, продувочных клапанов 9 и пирамидальных съемных колпаков 8 с рассекателями потока выбросов. В корпусе 1 последовательно в два ряда расположены секции кассетного фильтра, каждая из которых разделена на камеру
чистых выбросов и на камеру загрязненных выбросов. В камерах загрязненных выбросов установлены фильтровальные кассеты с клинообразными карманами 5, изготовленные из фильтровального материала и объемных проволочных каркасов клинообразной формы. Угол раскрытия колпаков 8 составляет 60 – 90°. Камеры загрязненных выбросов, смежные по соседнему ряду секций, выполнены сообщающимися между собой. Между камерами чистых выбросов, смежными по одному ряду секций и также выполненными сообщающимися между собой, установлены перегородки, состоящие из набора последовательно расположенных с зазором по вертикали колосников, для предотвращения влияния импульсов сжатого воздуха при регенерации фильтровальных кассет на процесс фильтрации в смежной секции.
РИС. 1. Механический кассетный фильтр для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от высокодисперсной пыли, с устройством импульсной регенерации фильтровальных кассет
Загрязненные пылегазовоздушные выбросы через входной патрубок 2 и встроенный коллектор 3 поступают в первый ряд камер загрязненных выбросов, которые последовательно расположены вдоль оси коллектора 3. Затем через щели, которые расположены напротив просветов между клинообразными карманами 5 фильтровальных кассет, загрязненные выбросы попадают в расположенные во втором ряду смежные камеры загрязненных выбросов. Дальше загрязненные выбросы распределяются по внешней поверхности фильтровального материала между карманами 5 фильтровальных кассет секций обоих рядов. При этом обеспечивается оптимальная скорость движения очищаемых выбросов (6 – 8 м/с) между смежными по соседнему ряду камерами загрязненных выбросов. В процессе фильтрации от высокодисперсной пыли очищенные выбросы поступают во внутреннее пространство карманов 5 фильтровальных кассет и поднимаются в камеры чистых выбросов. Далее очищенные выбросы через встроенный коллектор 7 и выходной патрубок 6 направляются в окружающую воздушную среду или для повторного использования в технологических процессах.
Дешевый в производстве и удобный в эксплуатации механический рукавный фильтр для эффективной очистки пылегазовоздушных выбросов от тонкодисперсных частиц пыли содержит корпус, разделенный перегородкой 7 (рис. 2) на камеры загрязненных 2 и очищенных 4 выбросов. Четыре фильтрующих рукава 1 закреплены открытыми концами в отверстиях перегородки 7 таким образом, что их рабочая фильтрующая поверхность находится внутри камеры 2. Запыленный поток выбросов поступает в камеру 2 в пространство между фильтрующими рукавами 1 фильтра. При создании разряжения внутри камеры 4 при помощи вентилятора 5 загрязненные (запыленные) производственные выбросы из камеры 2 перекачиваются через фильтрующие рукава 1 и уже очищенные попадают
в камеру 4, а затем в окружающую воздушную среду.
РИС. 2. Механический рукавный фильтр для очистки пылегазовоздушных выбросов от тонкодисперсных частиц пыли с разделительной перегородкой в корпусе и регенерацией фильтрующих рукавов
В процессе фильтрации на наружной поверхности фильтрующих рукавов 1 оседают частицы пыли, увеличивая
гидравлические (аэродинамические) потери на фильтре. Регенерация фильтрующих рукавов 1 осуществляется кратковременным импульсом сжатого воздуха, поступающим из ресивера 3 в продувочные трубы 6. Сжатый воздух из ресивера 3 через сопла на трубах 6 поступает вовнутрь рукавов 1. При этом происходит резкая деформация (надувание) рукавов 1 с одновременной продувкой их потоком сжатого воздуха в направлении обратном
направлению движения потока загрязненных пылегазовоздушных выбросов, поступающих на очистку во время фильтрации. Происходит встряхивание фильтрующих рукавов 1 и частицы пыли падают под действием силы тяжести на дно корпуса.
Поскольку в состав механического рукавного фильтра входят четыре рукава 1, то их регенерация происходит по очереди серией импульсов с интервалом времени, необходимым для достижения заданного давления в ресивере 3 системы регенерации и в зависимости от концентрации пыли в очищаемых пылегазовоздушных выбросах.
Фирма «Schuko GmbH» (Германия) осуществляет производство высокоэффективных и удобных в эксплуатации механических рукавных фильтров серии Schuko Cone для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от твердых частиц загрязнений, отличающихся увеличенной площадью фильтрующей поверхности рукавов.
Пылегазовоздушные выбросы подаются на очистку во внутреннюю полость фильтра и частицы загрязнений оседают на внутренней поверхности рукавов и надежно удерживаются на ней потоком очищаемых пылегазовоздушных выбросов. Очистка (регенерация) рукавов фильтра от задержанных частиц загрязнений осуществляется подачей импульсов сжатого воздуха противотоком к направлению потока очищаемых производственных пылегазовоздушных выбросов.
Фильтрующий нетканый материал для механического рукавного фильтра, предназначенного для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от взвешенных частиц загрязнений, содержит два волокнистых
слоя, выполненных из смеси полиэфирных волокон 0,33 и 0,84 текс, и каркасное полотно, расположенное между ними, с соотношением волокон в смеси 80 : 20 мас, %. Слои скреплены путем иглопрокалывания и пропитаны специальной водной дисперсией с привесом по сухому остатку от 2 до 6 %.
Фильтрующий материал обладает водоотталкивающими свойствами и обеспечивает стабильную длительную очистку высокотемпературных влажных пылегазовоздушных выбросов с масляными включениями в течение длительного времени.
Фирмой «Tetratec PTFE Technologies Donaldson GmbH» (Германия) разработана высокоэффективная, удобная в эксплуатации фильтровальная установка для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от
частиц загрязнений, включающих в себя несколько механических рукавных фильтров. Фильтрующие
рукава фильтров, изготовленные из стеклоткани с покрытием политетрафторэтиленовыми пористыми мембранами,
обеспечивают высокую степень очистки пылегазовоздушных выбросов от механических примесей.
Эффективно очищают пылегазовоздушные выбросы механические фильтры-пылеуловители фирмы «Headline Filters GmbH» (Германия) с фильтрующими перегородками из высокопрочного пористого микростекловолокна. Фильтры обеспечивают пропускную способность по очищаемым пылегазовоздушным выбросам 2 – 700 м куб./час со степенью улавливания твердых частиц загрязнений до 99,9 %.
Фирма «Mikro Pul GmbH» (Германия) выпускает компактные механические фильтры-пылеуловители марки Everclean RPB, имеющие пропускную способность 1 500 – 10 000 м куб./час и обеспечивающие высокую степень очистки пылегазовоздушных выбросов. Их фильтрующие элементы выполнены в виде бесконечных лент, которые
движутся в вертикальном направлении между шкивами. Предусмотрены регенерация фильтрующих элементов и сборник для пыли.
Разработан новый механический рукавный фильтр марки OptipulseLKP, обеспечивающий высокую степень очистки больших объемов производственных пылегазовоздушных выбросов от мелкодисперсных твердых и пластичных частиц загрязнений. Фильтр отличается низкими эксплуатационными расходами благодаря энергоэффективному импульсному процессу регенерации фильтрующего рукава и удобству обслуживания.
Повышенной эффективностью очистки производственных пылегазовоздушных выбросов промышленных предприятий от частиц пыли отмечается силовой центробежный фильтр-пылеуловитель, содержащий цилиндрический корпус 1 (рис. 3а) с входным патрубком 2, расположенным тангенциально под углом к горизонтали, с выходным патрубком 3, расположенным соосно в центре корпуса, и с разгрузочным патрубком 4, расположенным соосно в конце конической части корпуса 1, и вставку 5 в форме винтовой поверхности, имеющую бортик «б» (рис. 3б) со щелевыми улавливающими отверстиями «В».
РИС. 3. Силовой центробежный фильтр-пылеуловитель для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов
Поток пылегазовоздушных выбросов поступает на очистку в корпус 1 (рис. 3а) фильтра-пылеуловителя через патрубок 2 и движется по спирали по направлению к нижнему концу выходного патрубка 3. Под действием возникающей при этом центробежной силы частицы пыли, находящиеся в потоке пылегазовоздушных выбросов, движутся к стенке корпуса 1 фильтра-пылеуловителя. При этом частицы пыли большого размера касаются стенки корпуса 1 выше места установки вставки 5 (рис. 3в), опускаются по стенке корпуса 1 на поверхность вставки 5 и движутся по ней вниз в коническую часть корпуса 1 (рис. 3а) к разгрузочному патрубку 4. Частицы пыли меньшего размера, имеющие меньшую радиальную составляющую скорости, движутся в нисходящем потоке очищаемых
пылегазовоздушных выбросов, тем самым достигают поверхности бортика «б» (рис. 3б) со щелевыми улавливающими отверстиями «В».
Продолжая движение на поверхности бортика «б», мелкие частицы пыли проходят через щелевые улавливающие
отверстия «В», попадают на поверхность вставки 5 (рис. 3а) и движутся по ней совместно с крупными частицами пыли вниз к разгрузочному патрубку 4 и благодаря этому улавливаются. Бортик «б» вставки 5 также предотвращает их вынос из корпуса 1 фильтра-пылеуловителя с выходящим потоком очищенных пылегазовоздушных выбросов при прохождении зоны его поворота в выходной патрубок 3.
Высота бортика «б» (рис. 3б), количество витков, форма образующей винтовой поверхности вставки 5, а также конфигурация, размеры, угол наклона и количество щелевых улавливающих отверстий «В» на бортике «б» вставки 5 в форме винтовой поверхности определяется в зависимости от концентрации, физико- механических свойств пыли и режимных параметров работы фильтра-пылеуловителя.
Повышенной эффективностью улавливания твердых частиц загрязнений из пылегазовоздушного потока производственных выбросов предприятий нефтегазового комплекса отличается силовой многоступенчатый фильтр-
пылеуловитель центробежного типа (рис. 4).
РИС. 4. Силовой многоступенчатый фильтр-пылеуловитель центробежного типа со спиральным каналом прямоугольного поперечного сечения
Пылегазовоздушный поток поступает через тангенциальный входной патрубок (на рис. 4 не показан) в камеру 4 первичной сепарации, имеющую спиральный канал прямоугольного поперечного сечения. В результате движения очищаемого пылегазовоздушного потока по спиральному каналу под действием центробежных сил происходит его расслоение на концентрированный периферийный пылевой слой и предварительно очищенный внутренний слой потока. Концентрированный периферийный пылевой слой через щелевой зазор выводится в бункер 3 и удаляется из фильтра-пылеуловителя. Предварительно очищенный в камере 4 (первая ступень очистки), внутренний слой пылегазовоздушного потока, двигаясь по дуге криволинейного канала камеры вторичной сепарации 5 (вторая ступень очистки), под действием центробежных сил также расслаивается на два потока: периферийный пылевой, выводимый в бункер 2, и вторично очищенный внутренний слой, направляемый в спиральный канал камеры доочистки 6 (третья ступень очистки), в котором установлен завихритель потока. Остаточные частицы загрязнений, двигаясь по спиральной траектории канала камеры доочистки 6 вместе с очищаемым пылегазовоздушным потоком, под давлением центробежных сил отжимаются к внутренней поверхности канала и через специальные щели отводятся в пылесборные бункеры 1. Очищенный от твердых частиц загрязнений газовоздушный поток выводится через патрубок 7 улиточной формы.
Таким образом, конструкция силового многоступенчатого фильтра-пылеуловителя центробежного типа позволяет
оптимально организовать аэродинамику течения пылегазовоздушного потока, очищаемого от твердых частиц в
камерах первичной 4 и вторичной 5 сепарации, а также в камере доочистки 6, предотвратить появление вторичного уноса пыли из пылесборных бункеров 3, 2, 1 и межбункерных перетоков очищаемого пылегазовоздушного потока, а также рационально использовать энергию вращающегося очищенного газовоздушного потока с целью повышения эффективности улавливания наиболее тонких фракций пыли в камере доочистки 6.
Электрические (электростатические) силовые фильтры являются одним из наиболее совершенных устройств для очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от частиц пыли и мельчайших капелек воды. Процесс очистки в электрофильтрах основан на ударной ионизации очищаемых пылегазовоздушных выбросов в зоне коронирующего разряда, передаче ионов частицам загрязнений и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах.
Основное достоинство электрического способа очистки пылегазовоздушных выбросов от частиц загрязнений
в том, что он позволяет использовать значительные силы, непосредственно действующие на частицы загрязнений,
а не на дисперсионный пылегазовоздушный поток. С этим обстоятельством связаны и другие преимущества очистки пылегазовоздушных выбросов от частиц пыли в электрическом поле (электростатическое осаждение частиц пыли): удаление из пылегазовоздушного потока частиц загрязнений размерами вплоть до субмикрометрового диапазона, высокая степень очистки, умеренное потребление энергии, малое аэродинамическое сопротивление и т.д.
Вместе с тем электрическому осаждению частиц загрязнений из пылегазовоздушного потока присуща некоторая избирательность в отношении извлекаемых частиц, которые должны обладать невысоким удельным электрическим сопротивлением. Однако такой недостаток можно компенсировать предварительной обработкой пылегазовоздушного потока химическими, физическими и другими методами. Кроме того, удалить из пылегазовоздушных выбросов электрическим способом очистки вредные газовые загрязнения – оксиды азота, диоксид углерода и т.д. – не представляется возможным. Для эффективной очистки пылегазовоздушных потоков от частиц загрязнений и мельчайших капелек воды предназначен электрофильтр, отличающийся небольшими габаритными размерами и массой. Пылегазовоздушный поток поступает в электрофильтр на очистку по стрелке А (рис. 5).
РИС. 5. Электрофильтр для очистки пылегазовоздушных выбросов от частиц загрязнений и мельчайших капелек воды
Коронирующие электроды 1, ориентированные вдоль очищаемого пылегазовоздушного потока, соединены с источником питания. Пористый осадительный электрод 2 вращается с помощью привода 3, установленного на
опорах 4. Возникающие в процессе коронного разряда электрические заряды (ударная ионизация пылегазовоздушного потока) попадают на содержащиеся в газовом потоке аэрозольные частицы и капельки конденсата и заряжают их. Под действием электрического поля коронирующих электродов 1 электрически заряженные аэрозольные частицы и капельки конденсата движутся к осадительному электроду 2.
Учитывая, что поверхность осадительного электрода 2 выполнена пористой, заряженные частицы загрязнений проникают вовнутрь ее. В процессе движения капель конденсата по порам осадительного электрода 2 происходит смачивание окружающей поверхности, слияние капель и заполнение капиллярных каналов жидкостью конденсата. Таким образом, капли конденсата задерживаются в процессе движения дисперсной среды через осадительный
электрод 2 поверхностью пор, а газовоздушная составляющая беспрепятственно выходит по открытым порам наружу (рис. 5, поток по стрелке Б). Вследствие вращения осадительного электрода 2 с помощью привода 3, возникающие центробежные силы выносят сконденсированную влагу в кольцевую проточку и через сквозные отверстия (на рис. 5 не показаны) в дренажную систему.
Процесс конденсации содержащихся в пылегазовоздушном потоке паров воды, а также отвода тепла конденсации и охлаждение очищаемого газовоздушного потока осуществляется за счет перемешивания очищаемого газовоздушного потока с дополнительным более холодным воздушным потоком по стрелке В.
Дополнительный воздушный поток формируется за счет ветра, путем ориентации фильтра на подшипниках 6, 8 с помощью привода 7 таким образом, чтобы дополнительный ветровой поток набегал на очищаемый поток и
увлекал его на осадительный электрод 2. При малом значении воздушного ветрового потока включаются вентилятор 5 и теплообменник-охладитель 9. Электрофильтр отличается большим ресурсом работы.
Компактную конструкцию имеет эффективный в работе газовый электрофильтр-пылеуловитель, содержащий корпус с расположенными в нем осадительными и коронирующими электродами. Коронирующие электроды выполнены в виде трубчатой рамы, при этом внешние стороны верхней и нижней труб снабжены дополнительными коронирующими элементами с острыми концами, направленными на корпус электрофильтра. Минимальное расстояние от концов дополнительных коронирующих элементов до корпуса относится к минимальному расстоянию между осадительными и коронирующими электродами электрофильтра как 1 : 1/2. Дополнительные
коронирующие элементы крепятся к верхней и нижней трубам рамы при помощи шпилек, при этом концы шпилек, выступающие за пределы верхних и нижних труб рамы, заострены.
Для обеспечения современных нормативных требований на выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, содержащихся в отходящих производственных пылегазовоздушных выбросах промышленных предприятий, разработаны силовые электрические фильтры типа ЭГСЭ, имеющие существенные преимущества перед ранее выпускавшимися электрофильтрами:
- электродные системы фильтров размером от 7 до 18 м предельно снижают требуемую площадь размещения электрофильтров типа ЭГСЭ, и в любых условиях гарантируется одноярусная компоновка электрофильтров;
- коронирующие электроды с распределенными центрами обратного коронирования обеспечивают снижение обратного коронирования при улавливании высокоомных зол и предотвращают запирание коронного разряда при высоких запыленностях очищаемых производственных пылегазовоздушных выбросов;
- верхнее расположение системы отряхивания коронирующих электродов сокращает габаритные размеры фильтров типа ЭГСЭ;
- новые приводы механизмов отряхивания с регулируемым числом оборотов, изменяющие период оборота вала отряхивания, уменьшают вторичный унос и предотвращают залповый выброс пыли из бункеров электрофильтра;
- новые микропроцессорные системы автоматического управления агрегатами питания электрофильтра непрерывно оптимизируют режим электропитания и предотвращают образование обратного коронирования, а также сокращают расход электроэнергии;
- усовершенствованная система газораспределения на входе и внутри электрофильтра снижает аэродинамические потери потока очищаемых пылегазовоздушных выбросов.
К наиболее распространенным способам очистки и обезвреживания производственных пылегазовоздушных выбросов от вредных и токсичных веществ относятся сорбционные способы (адсорбция и абсорбция). При этом либо происходит процесс физической сорбции, либо сорбент вступает в химическое взаимодействие с сорбируемым компонентом (химическая сорбция).
Способ адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел (адсорбентов) с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из промышленных пылегазовоздушных выбросов. В то время как абсорбция представляет собой процесс, при котором происходит разделение пылегазовоздушных выбросов на составные части путем
поглощения одного или нескольких компонентов жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Повышенной эффективностью очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от твердых и пластичных частиц загрязнений и растворимых в воде вредных газовых примесей отличается силовой центробежный
фильтр-пылегазоуловитель с подачей в поток очищаемых выбросов жидкости-абсорбента. Пылегазовоздушный поток на очистку поступает в корпус 4 (рис. 6) через тангенциальный патрубок 3 и встречает на своем
пути закрученный распыленный поток жидкости-абсорбента, поступающий по трубопроводу 1 и имеющий направление закрутки, противоположное направлению закрутки очищаемого пылегазовоздушного потока.
РИС. 6. Силовой центробежный фильтр-пылегазоуловитель с подачей в поток очищаемых выбросов жидкости- абсорбента
В результате такого взаимодействия образуется газожидкостная взвесь, которая в корпусе фильтра-пылегазоуловителя делится на два потока: поток очищенных пылегазовоздушных выбросов, который через
патрубок-раскручиватель 5 выводится в газоход из корпуса 4 фильтра, и жидкостной поток, содержащий частицы загрязнений и растворенные вредные газовые примеси, выводимый из корпуса 4 фильтра через трубку 2 для утилизации. При очистке пылегазовоздушных выбросов в корпусе 4 фильтра-пылегазоуловителя совместно протекают процессы пылеулавливания и абсорбции вредных газовых примесей и растворимой, и нерастворимой
(находится во взвешенном состоянии) пыли в жидкости-абсорбенте, направляемой на утилизацию. За счет большой поверхности соприкосновения очищаемого пылегазовоздушного потока с распыленным потоком жидкости-абсорбента улавливание частиц загрязнений размером больше 5 мкм составляет 95 – 97 %.
Разработана мультиблочная установка для комплексной очистки и утилизации горячих пылегазовоздушных выбросов предприятий нефтегазового комплекса и других предприятий, позволяющая повысить экологическую и экономическую эффективности её работы. Установка содержит транзитный газоход 1 (рис. 7) с отсечными клапанами 3, соединенный с ним через окно в его днище с зоной обработки, представляющей собой вертикальную шахту, разделенную вертикальными перегородками 4 на параллельные проходы с входными 2 и выходными 5 клапанами, в которых устроены блоки очистки и утилизации. Каждый блок очистки и утилизации состоит из воздухоподогревателя-абсорбера 6, в котором размещены сверху вниз три ступени охлаждения горячих пылегазовоздушных выбросов (отходящих дымовых газов).
РИС. 7. Мультиблочная установка для комплексной очистки и утилизации вредных примесей из пылегазовоздушных выбросов
Между первой и второй ступенями охлаждения устроена окислительная камера 9 с помещенным в ней
патрубком подачи озоновоздушной смеси, снабженным насадком 8, выполненным в виде конуса с полусферическим перфорированным основанием. Между второй и третьей ступенями охлаждения помещена камера усреднения 7, где происходит усреднение концентрации реагирующих компонентов по всему объему очищаемых пылегазовоздушных выбросов.
Шахтная мультиблочная установка обеспечивает компактность размещения оборудования в вертикальных газоходах с входными 2 и входными 5 клапанами, автономность работы вертикальных газоходов, равномерное
распределение озоновоздушной смеси в объеме очищаемых пылегазовоздушных выбросов, что обеспечивает более полное протекание реакции окисления труднорастворимого монооксида азота (NO) в легкорастворимый диоксид азота (NO2), соединяющийся с водой с образованием азотной кислоты (HNO3), при этом в условиях конденсации скорость кислотообразования возрастет по сравнению с обычной абсорбцией оксидов азота в 10 раз. Кроме того, исключается возможность образования отклонений на внутренней поверхности труб ступеней охлаждения и в воздухоподогревателях-абсорберах 6, повторного испарения кислого конденсата, влекущее за собой повышенный расход охлаждающего воздуха, опасность проскока озона в очищенные пылегазовоздушные
выбросы, унос капель кислого конденсата в транзитный газоход 1, необходимость сооружения отводных и параллельного газоходов.
Оксиды азота, попадающие в атмосферу с производственными пылегазовоздушными выбросами, оказывают наиболее пагубное воздействие на человека, животный мир и растительность. Главный источник оксидов азота обычно – это процессы сжигания органического топлива. Источниками образования оксидов азота являются азот воздуха и азотосодержащие компоненты топлив. Существуют три вида оксидов азота: термические,
быстрые и топливные и, соответственно, известны три механизма их образования.
Термические оксиды азота образуются в зоне максимальной температуры Т (Т = 1300 1500 °С) в результате диссоциации молекул кислорода и азота в средней части факела.
Быстрые оксиды азота возникают в начальной части факела, характеризующейся сравнительно низкой температурой Т (Т < 1300 °С) реакций с участием топливных радикалов CH-, CH2- и азота воздуха.
Топливные оксиды азота образуются из азотосодержащих компонентов топлива (прежде всего угля и мазута) в начальной части факела.
Систематизация факторов, обуславливающих образование оксидов азота в газогорелочной и газопечной технике, позволяет определить три основных параметра: избыток воздуха, температура факела и время пребывания продуктов сгорания при температуре выше 1 300°С. Каждый из этих параметров обусловлен соответствующими
гидродинамическими, теплотехническими и геометрическими факторами.
Высокую степень очистки производственных пылегазовоздушных выбросов от оксидов азота обеспечивает способ
очистки путем введения в поток выбросов специального продукта смешения. Продукт смешения готовят следующим образом. Водный раствор карбамида контактирует с перегретым паром при температуре 150 – 500 °С, давлении 3 – 10 атм в течение 0,5 5,0 с. Полученную парогазовую восстановительную смесь смешивают с озоновоздушной или озонокислородной смесью и продукт смешения подают в поток очищаемых пылегазовоздушных выбросов с температурой -50…1000 °С. Массовое отношение озон : карбамид составляет
0,01/1,0. Продукт смешения подают в поток пылегазовоздушных выбросов, имеющих температуру 250 450 °С,
газом-носителем, выбранным из группы, содержащей воздух, водяной пар, инертные газы или их смесь. Время пребывания продукта смешения в потоке очищаемых пылегазовоздушных выбросов составляет 0,2 – 1,0 с. Способ
позволяет повысить степень очистки пылегазовоздушных выбросов от оксидов азота в широком диапазоне температур.
В биологических (биохимических) фильтрах очищаемые пылегазовоздушные выбросы пропускаются через слой
насадки, орошаемой жидкостью, содержащей питательной вещества, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически
активной пленкой (биопленкой) из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в пылегазовоздушной среде вредные вещества. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в пылегазовоздушной среде. После биологического фильтра жидкость поступает в отстойники и даже снова подается на орошение.
Достоинствами биохимического способа очистки (обезвреживания) пылегазовоздушных выбросов промышленных предприятий от вредных примесей являются:
- высокая эффективность очистки при малых энергетических затратах;
- простота конструкции очистного оборудования и его эксплуатации;
- возможность изготовления очистного оборудования из полимерных материалов.
окисления уловленных вредных веществ больше скорости их поступления из газовой фазы.
Анализ деятельности предприятий нефтегазового комплекса показывает, что воздействие вредных загрязняющих
веществ, содержащихся в их пылегазовоздушных выбросах, на окружающую среду зависит от их физических и химических свойств, свойств продуктов деструкции и концентрации тех и других в выбросах и окружающей среде.
Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются предприятия нефтегазового комплекса, в пылегазовоздушных выбросах которых содержатся следующие вредные вещества: пыли и аэрозоли, зола, оксид и диоксид углерода, оксид цинка, силикаты, хлорид свинца, диоксид и триоксид серы, сероводород, альдегиды, углеводороды, смолы, озон, радиоактивные газы и т.д.
Требования к качеству окружающей воздушной среды достаточно высокие и поэтому во всех промышленно развитых странах мира ведутся работы по созданию нового и совершенствованию существующего оборудования
для очистки и обезвреживания пылегазовоздушных выбросов промышленных предприятий, отличающегося высокими техническими и экономическими показателями.
Литература
1. Буренин В.В. Новые конструкции фильтров- пылегазоуловителей для очистки и обезвреживания выбросов перерабатывающих предприятий, // Neftegaz.RU, 2013, № 4 (апрель), с.78 – 83.
2. Пат. 2385179 Россия. МПК В01D 46/02. Кассетный фильтр, / Д.В. Сталинский, А.В. Ерохин, В.Д. Мантула, Д.В. Семёнов. Опубл. 27.03.2010. Бюлл. № 9.
3. Пат. 2375106 Россия. МПК В01D 46/02 Фильтр для очистки газа, / Ю.В. Филимонов. Опубл. 10.12.2009. Бюлл. № 34.
4. Miller Peter, Schulte-S dhof Andre. Kombiniert wirkt besser, // HOB, 2010, № 3, s.70 – 71.
5. Пат. 2437703 Россия. МПК B01D 39/16. Фильтрующий материал для очистки горючих газов, / С.А. Егупова, С.В. Конюхова, В.М. Горчакова. Опубл. 27.12.2011. Бюлл. № 36.
6. Filteranlage mit PTFE – Membranen reinigt rauch – und staubhaltige, Abluft //Maschinenmarkt, 2001, № 22, s.61.
7. Sh dliche lnebel biden (Headline Filters, Speyer /R) // Ind.-Anz., 2002, № 19, s.56.
8. Innovation in fibrous dust filtration // IPW: Int. Papierwirt, 2001, № 3, s. 31.
9. Березовая Е.Е., Рукавный фильтр – высокоэффективное газоочистительное оборудование – В материалах 6 международной научно-практической конференции. – Невинномыск, 2013, с. 110 – 111. Т.1. Физико- математические науки, химические науки, технические науки, биологические науки, сельскохозяйственные науки, исторические науки, философские науки, филологические науки, педагогические науки, психологические науки, социологические науки, политические науки, культурология, – Невинномысск, 2013 – 436 с.
10. Пат. 2496584 Россия. МПК B04С 5/103. Центробежный пылеуловитель / А.М. Гавриленков, Д.В. Каргашилов, А.В. Некрасов. Опубл. 27.10.2013. Бюлл. № 30.
11. Пат 2394629 Россия. МПК B01D 45/12. Многоступенчатый центробежный пылеуловитель / Н.Н. Гаркуша, В.П. Тарасов. Опубл. 20.07.2010. Бюлл. № 20.
12. Пат 2356632 Россия. МПК B03С 3/15. Фильтр очистки газового потока / В.Б. Лапшин, А.А. Палей. Опубл. 27.05.2009. Бюлл. № 15.
13. Пат. 2353420 Россия. МПК B01D 36/06. Электрофильтр / Л.В. Чекалов, Ю.Н. Санаев.Опубл. 27.04.2009. Бюлл. № 12.
14. Электрофильтры типа ЭГСЭ для реконструкции действующих электрофильтров ТЭС: Информация ВТИ // Промышленная энергетика, 2010, № 10, с. 66.
15. Гузаев В.А., Троицкий А.А., Шастин С.Н. Реконструкция электрофильтров на базе современных технических решений. // Экологический вестник России, 2012, № 7. С. 12 – 16.
16. Пат. 2180421 Россия. МПК B01D 47/06. Центробежный скруббер. / О.С. Кочетов, М.О. Кочетова. Опубл. 10.11.2002. Бюлл. № 3.
17. Пат. 2448761 Россия МПК B01D 53/00. Шахтная мультиблочная установка для очистки и утилизации газообразных выбросов теплогенераторов / В.С. Ежов, О.А. Алифанов, А.А. Воронин, Г.Г. Клевцов. Опубл. 27.04.2012. Бюлл. № 12.
18. Крейнин Е.В., Михалина Е.С. Рекомендации по конструированию малотоксичных газовых горелок / Экология и промышленность России, 2004, февраль, с.8 – 11.
