Меню Рубрики

Установки для очистки дымовых газов

Очистка дымовых газов

Очистка дымовых газов

Для борьбы с загрязнением воздуха установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ — выброс в атмосферу, измеряемые на уровне дыхания человека, т. е. на высоте 1,5 м от уровня Земли. Так, например, ПДК в районе расположения котельных не должна превышать для золы и сернистого газа 0,5 мг/м 3 , окислов азота 0,06 мг/м 3 и т. д.

В силу того, что котельные являются источником загрязнения воздушного бассейна, выбор места для их размещения регламентирован, а сами котельные должны быть расположены с подветренной стороны ближайших жилых и промышленных объектов и иметь санитарно-защитные зоны определенных размеров (от 15 до 200 м), зависящих от вида и качества топлива. При выборе размеров санитарно-защитной зоны предполагается, что дымовые газы в значительной степени очищены от содержащихся твердых частиц уноса и золы. Установки для очистка дымовых газов от уноса и золы следует иметь при сжигании всех основных и резервных твердых топлив, если произведение Л р %-Вмакс>5000. В случае невозможности создания санитарно-защиnной зоны необходимых размеров, например при осуществлении встроенных в общественные и жилые здания котельных установок, их теплопроизводительность ограничивается величиной, обусловленной качеством топлива; эти данные приведены в табл. 7-3.

Необходимость ограничения теплопроизводительности связана с тем, что при сухом золоулавливании соединения серы и азота полностью выходят в атмосферу, а мокрое улавливание золы в котельных применяется редко.

При сжигании твердого топлива в слое дымовые газы выносят в среднем около 15% золы, содержащейся в топливе; при камерном сжигании и сухом удалении шлака унос золы достигает 85 — 95%, и только малая часть (5 -15%) золы топлива осаждается в топке в виде шлака. Кроме золы, дымовые газы выносят в атмосферу и некоторое количество несгоревшего топлива, в основном в виде частиц углерода. Если учитывать это, количество твердых частиц в дымовых газах за котельной установкой, кг/с (кг/ч), может быть определено из выражения

где все обозначения были даны в гл. 1 и 2. Отнеся полученную величину к объему дымовых газов, м 3 /с или м 3 /ч,

Можно найти концентрацию твердых частиц в дымовых газах, мг/м 3 ,

и установить необходимость их очистки.

Для улавливания твердых частиц из дымовых газов существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистка дымовых газов основаны на использовании сил инерции, тяжести и центробежных или на образовании коронного разряда между электродами и направленного движения газа, несущего твердые частицы к положительному электроду, на котором частицы осаждаются.

К сухим золоуловителям относятся жалюзийные золоуловители, циклоны различного типа и электрофильтры.

Жалюзийный золоуловитель ВТИ состоит из решетки- жалюзи, бункера и циклона. Поток газов с золой со скоростью 12 — 16 м/с входит в жалюзи, изменяет свое направление почти на 180° и разделяется на две части: один поток в количестве 7 — 10% поступает в циклон вместе с золой, другой — в газоходы; степень очистка дымовых газов около 50%, сопротивление от 0,3 до 0,9 кПа (от 30 до 90 кгс/м 2 ).

Такие золоуловители применяются при слоевом сжигании твердого топлива, так как они не улавливают мелких твердых частиц (с размером примерно до 20 мкм), и при любом способе сжигания твердого топлива для временно работающих котельных установок.

Для лучшей очистка дымовых газов в тех случаях, когда твердое топливо сжигается в слое и количество дымовых газов не превышает 1,4 м 3 /с (50-103 м 3 /ч), т. е. теплопроизводительность котельной не более 3,5 МВт (3 Гкал/ч), применяются циклоны НИИОГАЗ. (рис. 7-21).

Рис. 7-21. Циклон типа НИИОГАЗ

Принцип действия циклона основан на закручивании тангенциальным коробом 2 входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центробежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона 1 и по ним скользят вниз в емкость 3; очищенные газы по центрально расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.

Увеличение диаметра циклона и доли мелких твердых частиц снижает эффективность очистки газов, которая в среднем в одиночном циклоне составляет 85%. Поэтому для одиночных установок предложен конический циклон типа СК-ЦН, который позволяет снизить содержание мелких частиц в выходящих газах в 2 — 3 раза.

Степень очистки дымовых газов повышается при установке нескольких циклонов малого размера, соединенных блоком, с общими коробами на входе для запыленного и выходе — очищенного газа. Схема установки блока циклонов показана на рис. 7-22.

Рис. 7-22. Блок циклонов ЦКТИ.

Шибер 1 позволяет на малых нагрузках отключить половину циклонов и сохранить нужную степень очистки газов. Блоки устанавливаются за котлами со сдоевыми топками, когда степень очистки может составлять 80 — 90%, но при количестве дымовых газов до 0,85 м 3 /с (до 30 -103 м 3 /ч).

Читайте также:  Установка радар детектора под зеркало

Степень очистки газов перед выбросом в атмосферу можно повысить, если на входе запыленного потока и на выходе газов в центральный патрубок поставить устройства, увеличивающие закручивание потока, как это сделано институтом Гипрогазоочистка в циклоне типа ЦМС. Такие циклоны имеют при одинаковых значениях скоростей и температур газов несколько меньшее газовое сопротивление, что позволяет их использовать при естественной тяге, т. е. в тех случаях, когда сопротивление золоуловителя должно быть низким.

При уменьшении диаметра циклона степень улавливания твердых частиц при прочих равных условиях возрастает; при увеличении количества циклонов их компоновка, естественно, затрудняется.

На рис. 7-23 изображен батарейный циклон, состоящий из болшого числа (от 20 до 56) циклонов 1 с наружным диаметром 254 мм, скомпонованных внутри общего кожуха 2, покрытого тепловой изоляцией. Кожух 2 разделен на две секции, каждая из которых имеет свой подводящий патрубок 3 и расположенную за ним распределительную камеру 4. Перед патрубком установлен перекидной шибер 5, позволяющий при разных его положениях пропускать запыленные газы через весь, одну или две трети циклона. Выходная камера 9 выполнена общей. Каждый элемент — циклон состоит из чугунного корпуса 7, закрепленного болтами на опорной нижней решетке 6. Газ через закручивающие7 розетки или другие направляющие аппараты 7 входит в циклон, очищается и по стальному патрубку 8 выходит в выходную камеру 9.

Рис. 7-23 Батарейный циклон

Для закрепления стальных патрубков сваркой низ выходной камеры выполнен в виде стальной решетки 10. Верхняя крышка кожуха имеет лаз 11 и взрывной клапан 12. Уловленные твердые частицы попадают; в бункера 13, из которых их удаляют тем или иным способом.

Батарейным циклоном можно отделить из дымовых газов при слоевом сжигании топлива 85 — 92% твердых частиц и при камерном — 83 — 90%; тазовое сопротивление батарейного циклона равно при этих условиях 0,4 — 0,6 кПа (40 — 60 кгс/м 2 ).

В сухом виде твердые частицы и зола улавливаются в тканевых и электрических фильтрах. В тканевых фильтрах газы могут быть очищены очень глубоко, даже от частиц меньше 5 мкм, но такие фильтры имеют высокое газовое сопротивление — от 0,8 до 2 кПа (от 80 до 200 кгс/м 2 ), чувствительны к механическому воздействию, воздействию щелочей и кислот (особенно при повышенных температурах). Если точка росы дымовых газов высока, эти фильтры быстро засоряются.

Очистка дымовых газов перед выбросом в атмосферу в электрофильтрах основана на образовании коронного разряда между электродами, создании направленного движения газа между ними, захвате твердых частиц отрицательно заряженными ионами газа и их движении вместе с газом от электродов, создающих коронный разряд, к осадительным.

Схемы устройства жоронирующих 1 и осадительных 2 электродов показаны на рис. 7-24,а. Применяемые типы и профили коранирующих 3 и осадительных 4 электродов показаны на рис. 7-24,б. Следует подчеркнуть, что коронный разряд возникает лишь при определенной напряженности поля, зависящей от состава газов, их температуры и давления. Удаление твердых частиц с осадительных электродов выполняется периодически отряхиванием при сухом и смывом водой при мокром способе. Последовательным расположением в потоке газов систем электродов и электрических полей получают одно-, двух-, трех- и четырехпольные электрофильтры.

Рис. 7-24. Схемы размещения и действия электродов в электрофильтрах. а — коронирующие электроды; б — осадительные электроды.

Для обеспечения хорошей (98 — 99%) очистки дымовых газов перед выбросом в атмосферу в электрофильтре их скорость должна составлять 1,0 — 2,0 м/с и температура на входе не превышать 150 — 200°С. Низкие скорости и температуры дымовых газов предопределяют большие габариты и массу электрофильтров при малом газовом сопротивлении от 0,15 до 0,8 кПа (от 15 до 80 кгс/м 2 ).

Для получения электрически заряженных ионов газа и твердых частиц требуется высокое напряжение электрической энергии — порядка 80 000 В и соответствующие устройства для его повышения с обычных напряжений. Отряхивание или смыв водой твердых частиц с осадительных электродов должны осуществляться автоматически с помощью специальной аппаратуры; поэтому электрофильтры требуют значительных капитальных затрат.

На рис. 7-25 показан общий вид горизонтального электрофильтра пластинчатого типа ДГПН, который содержит корпус 1, собираемый из отдельных плит и опирающийся на каркас; бункера для уловленной золы 2, коронирующие электроды 3, осадительные электроды 4 , механизмы для встряхивания осадительных и коронирующих электродов 5 и устройства для привода в движение этих механизмов 6. Электрофильтры наиболее хорошо очищают газы от твердых частиц с малыми размерами; вследствие этого для улавливания крупных частиц до электрофильтров иногда устанавливаются батарейные циклоны.

Рис. 7-25. Общие виды и разрезы электрофильтра ДГНП

Читайте также:  Установка интеркулера на астру

Из-за больших габаритов и массы электрофильтры применяются только при производительности котельных агрегатов Q > 3,6 МВт (30 Гкал/ч) и D > 1,4 кг/с (50 т/ч).

К мокрым золоуловителям относятся центробежные скрубберы ЦС-ВТИ, мокропрутковые золоуловители МП-ВТИ и пенные газоочистители. Процесс улавливания твердых частиц из дымовых газов в золоуловителях ЦС-ВТИ и МП-ВТИ происходит при осаждении частиц на пленке жидкости, текущей по внутренним поверхностям аппарата — стенкам и пруткам, и на каплях жидкости, находящихся в объеме.

Одновременно с твердыми частицами в мокрых золоуловителях вода при контакте с очищаемым газом абсорбирует часть содержащихся в нем соединений серы, азота и других веществ образуя кислые растворы. При содержании в золе дымовых газов со¬единений СaО больше 20% образуются твердые отложения, нарушающие работу золоуловителя и примыкающих к нему трубопроводов.

Центробежный скруббер ВТИ, показанный на рис. 7-26, состоит из цилиндра 1 с коническим дном 2 и подходящим по касательной к цилиндру патрубкам 3 для ввода дымовых газов (см. сечение А — А). Внутри цилиндр выложен защитным слоем — метлахской плиткой или другим материалом, а в месте отвода золы с водой 5 трубопровод, защищен свинцом (см. узел I).

Для улавливания золы по стенкам и дну скруббера создается пленка воды, выходящей из сопл 4 по касательной к внутренним стенкам (см. сечение Б — Б рис. 7-26). Газы входят со скоростью около 20 м/с и содержат пыль в количестве 15 — 30 г/м 3 ; расход воды составляет or 0,1 до 0,6 кг/м 3 очищаемого газа. Температура дымовых газов в скруббере снижается со 170 — 200 до 103 — 110°С, а температуря воды повышается. Частично вода с золой срывается со стенок, разбрызгивается и уносится из золоуловителя в короба и дымосос, где происходит налипание золы на поверхности. Газовое сопротивление скрубберов составляет 0,6- 1 кПа (60 — 100 кгс/м 2 ), а степень очистки от 87 до 92%.

Изготавливаются скрубберы на расход газа от 0,28 до 2,8 м 3 /с (от 1 x 10 3 до 10 x 10 3 м 3 /ч).

Рис. 7-26. Центобежный скруббер-золоуловитель ВТИ.

При мокрой очистке дымовых газов необходимы очистка использованной в скрубберах воды от механических примесей, постоянный напор воды, так как без очистки использовать повторно воду нельзя из-за загрязнения и окисления.

Мокропрутковый золоуловитель ВТИ, показанный на рис. 7-27,а, состоит из орошаемой водой решетки 1 (см. узел 1) с соплами 2, разбрызгивающими воду на решетку, устанавливаемую до бхода дымовых газов в скруббер и соплами на стенах цилиндрического корпуса 3, работающего по принципу центробежного скруббера.

Прутки-решетки для очистки дымовых газов изготовляются диаметром 14 — 20 мм из специальных материалов — стеклопластика, капрона, резины и т. п. Во время эксплуатации решетки очищают от золы и промывают.

По предложению УО ОРГРЭС с 1967 г. на золоуловителях МП-ВТИ вместо решетки устанавливаются трубы Вентури 4 с центробежной форсункой для воды, что схематично изображено на рис. 7-27, б

При такой схеме золоуловитель МП-ВТИ работает эффективней, но его газовое сопротивление увеличено в 1,3 — 1,5 раза.

Рис. 7-27. Мокропрутковый золоуловитель. а — с решеткой; б — с трубой Вентури

Для эффективной работы скорость входа дымовых газов в патрубки перед решеткой должна составлять 12 — 14 м/с, расход воды — 0,10 — 0,12 кг/м 3 при запыленности газов 15 — 25 г/м 3 , из которого на сопла корпуса и смачивание решетки поступает до 40%; слив пульпы (золы и воды) осуществляется через клапан 5.

В золоуловителях МП-ВТИ дымовые газы при камерном сжигании топлива удается очистить на 85 — 95% при газовом сопротивлении золоуловителя 0,6 — 1,0 кПа (60 — 100 кгс/м 2 ), температуре газов на входе до 170°С и содержании СаО меньше 20%. Их обычно устанавливают за котельными агрегатами с Q>5,8 МВт (50 Гкал/ч) и D>21 кг/с (75 т/ч).

Золоуловители и частично короба обкладываются внутри кислотоупорной плиткой на таком же кислотоупорном цементе.

Унос капель воды с золой, поглощение окислов из газов, снижение температуры газов при использовании мокрых золоуловителей способствуют коррозии газоходов и дымососов. При выборе сухих инерционных золоуловителей ЦКТИ рекомендуется при номинальной производительности котельных агрегатов иметь газовое сопротивление золоуловителя 0,5 — 0,6 кПа (50 — 60 кгс/м 2 ).

Все типы золоуловителей следует устанавливать до дымососов для защиты последних от износа. Так как золоуловители дают присос воздуха в газоход (см. табл. 2-5а), необходимо уплотнять как сами золоуловители, так и бункера для золы, затворы и мигалки.

Установка золоуловителей выполняется индивидуальной к каждому котлоагрегату. При установке золоуловителей вне здания котельной газоходы, короба и золоуловитель должны быть покрыты тепловой изоляцией, места ввода, трубопроводы для воды и пульпы утеплены.

Читайте также:  Установки вытяжной вентиляции на производстве

источник

Установки для очистки дымовых газов

Очистка дымовых газов: методы и оборудование

Что такое дымовые газы

Дымовыми газами называются продукты горения, которые выделяются в процессе сожжения органического топлива — нефти, газа, каменного и древесного угля.

Правовая сторона ограничения выбросов дымовых газов в атмосферу

Большинство государств регулирует количество выбросов дымовых газов в атмосферу, устанавливая предельно допустимую концентрацию (ПДК) для основных продуктов загрязнения.

Стоит отметить, что ПДК регулярно уменьшается и к 2050 году планируется свести загрязнение к величинам, близким к нулю.

Основные положения по очистке воздуха в России содержатся в Федеральном законе N 96-ФЗ «Об охране окружающей среды» от 04.05.1999, а также в ГОСТ 17.2.3.02-2014 и ГОСТ 12.1.005-88. Предельно допустимая концентрация прописана в СанПиН 2.1.6.1032-01.

Основные типы загрязнений в дымовом газе

Основные типы загрязнения, выделяющиеся в процессе горения:

Летучая зола — мелкие частицы несгораемого остатка, состоящие из минеральных примесей, которые были в исходном топливе. Количество золы в дымовых газах варьируется от типа топлива — в мазуте содержание, как правило, 0.05-0.15%, в дровах от 0.5% до 2%, в каменном угле содержание золы варьируется от 1 до 50%, в торфе от 3 до 30%, а в горючих сланцах от 50 до 80% золы. Чем больше процент содержания золы в топливе, тем больше золы образуется в процессе горения. Следовательно, от используемого типа топлива зависит и выбор очистительных систем для дымовых газов.

Оксиды серы (SO2) и азота (NO и NO2) — в воздухе соединяются с парами воды и в ходе фотохимической реакции образуют кислоту, которая оседает на землю в виде кислотных дождей.

Тяжелые металлы — группа элементов таблицы Менделеева, обладающие свойством токсичности. Стоит оговорится, что термин «тяжелые металлы» охватывает достаточно широкую группу элементов, и используется, как правило, в контексте вредности для здоровья. С технической точки зрения, к тяжелым металлам причисляют элементы с плотностью выше плотности железа (8 г/см 2 ). На практике, чаще всего термин «тяжелые металлы» применяется к свинцу, ртути и кадмию.

Основные источники загрязнения дымовыми газами

Основными источниками загрязнения атмосферы дымовыми газами на сегодняшний день являются предприятия энергетической сферы — тепловые электростанции и котельные, работающие на ископаемом топливе: каменном угле, природном газе, мазуте и т.д.

Кроме того, дымовые газы выбрасывают:

Нефтяные факелы, сжигающие попутный газ;

Методы очистки дымовых газов

Сразу отметим, что универсального метода очистки воздуха от дыма и прочих типов загрязнения не существует, поэтому приходится комбинировать методы для достижения максимального эффекта.

Способы очистки дымового газа от золы и твердых частиц

Фильтрование:

Рукавные тканевые фильтры — представляют из себя цилиндрические емкости, в которых расположены вертикально подвешенные тканевые мешки. Частицы золы в дымовом газе, проходя через ткань, застревают. Очищенный воздух выводится через трубу в верхней части емкости. Для очистки рукавов от золы их периодически встряхивают. Зола собирается в отстойнике. Рукавные тканевые фильтры для очистки воздуха от дыма улавливают до 99.9% золы.

Электростатические фильтры — в таких устройствах поток загрязненного воздуха проходит через электрическое поле, после чего частицы оседают на электродах под действием электростатического поля обратной полярности. Кольцевые эмульгаторы — в основе работы таких очистителей лежит эмульгационный способ мокрой очистки, который во многом схож с принципом работы скруббера, но имеет свои нюансы.

Кольцевой эмульгатор представляет из себя вертикальную емкость, внутри которой находится вращающаяся тарелкообразная насадка. Дымовой газ поступает через патрубки внизу емкости, расположенные под углом. Как результат — загрязненный газ завихряется. Контактируя с жидкостью на тарелке, газ образует с водой газожидкостную эмульсию, которая накапливается под тарелкой. После выключения аппарата, образуется противоток газ-жидкость —шлам стекает через отверстие в основании рабочей камеры, а очищенный газ выходит через выходной газоход.

Скрубберы — аппараты для мокрой очистки дымовых газов. Представляют из себя вертикальные емкости, внутри которых располагаются различные приспособления для мокрой очистки (форсунки для разбрызгивания воды, различные насадки, устройства для дробления воды газовым потоком). Дым промывается и очищается водой, вся сажа остается с водой, которая утекает в отстойник, очищенный же газ выводится в атмосферу через патрубок в верхней части скруббера.

Способы очистки дымового газа от оксидов серы

Для очистки дымовых газов от оксидов серы применяются 3 технологии: мокрая, мокросухая и сухая очистка. В основе каждого способа очистки лежит принцип сорбции — оксиды серы соединяются с камим-либо активным веществом, образуя либо осадок, либо безвредное вещество.

Мокрая сероочистка

Используется при высокой концентрации в серы в исходном топливе (от 2 до 4%), обеспечивает уровень очистки в 95-99% в зависимости от используемого сорбента.

В качестве сорбента используются используются:

источник