ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ
ПОСЛЕ
ТЕРМОЛИЗНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМБЫТОТХОДОВ
Автор: Падалка Т.В., науч. руководитель: проф. Парфенюк А.С.
ВВЕДЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ ОТХОДОВ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ К ОЧИСТКЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ И СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛИ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ВВЕДЕНИЕ
Во многих технологических процессах промышленные газы содержат мелкие твердые или жидкие частицы, от которых должны быть очищены. Отходящие газы после термолизно - энергетической переработки твердых бытовых отходов (ТБО), также не являются исключением. В целом ряде производств эти частицы являются конечным продуктом, например, в производстве некоторых цветных металлов, сажи, цемента, улавливании катализаторов при нефтеперегонке.
Но при переработке ТБО все, что выбрасывается в атмосферу, наносит большой вред окружающей среде и негативно влияет на здоровье человека. При сжигании ТБО токсичные металлы выбрасываются в форме солей и окислов, то есть в устойчивом виде могут лежать много лет, накапливаясь постепенно с пылью и попадая в организм человека.
Естественно, что при термолизе почти всё железо уходит в шлак, но уже медь частично летит с пылью и именно она ответственна за процесс образования диоксинов. Один из самых токсичных и коварных металлов - кадмий, летит с пылью, и удержать его в фильтрах трудно. А ртуть, о ядовитости которой знают всё, почти вся следует за кадмием в трубу. Также происходит выброс в атмосферу свинца, хлорной кислоты, сернистого газа, оксидов азота и т.д.
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ ОТХОДОВ
Термолиз - это эффективный метод термохимической переработки органической части промышленных и бытовых отходов и одновременно одним из наименее развитых технологий энергетического использования органической части твердых бытовых отходов.
Термолиз - это процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода, который протекает при довольно низких температурах (900 - 13000С) и непосредственного сжигания (1000 - 20000С).
Первичными продуктами термолиза могут быть - твердое углеродное вещество, газы или жидкость, в зависимости от вида и параметров процесса.
Вторичными продуктами могут быть - энергия,топливо и химические продукты. Твердым продуктом процесса есть углеродное вещество, выход которого может достигать 30 - 35% массы сухого сырья. Углеродное вещество может использоваться в виде топлива, а также для технологических потребностей промышленности.
Выход газа может достигать 60% массы сухого сырья при так называемом быстром термолизе. Состав газа зависит от сырья и параметров процесса. Теплопроводимая способность газа существенно повышается, если использовать газ пока он еще горячий и содержит большое количество смолы. Обычно именно газ используют в процессе термолиза для поддержания необходимой температуры процесса и подсушивания выходного сырья. В составе продуктов термолиза выявлено несколько сотен химических компонентов. Все больше значения уделяют регенерации отдельных химических соединений или их родственных компонентов из продуктов термолиза.
Более высокая ценность отдельных химических продуктов в сравнении с топливом могут сделать прибыльным выделение этих продуктов, даже при их относительно малых концентрациях.
Интегральный подход к проблеме получения химических продуктов и топлива открывает новые более широкие возможности в этом направлении.
Жидкие продукты термолиза представляют большой интерес в следствие их высокой энергетической ценности и потенциальной возможности их использования в виде жидкого топлива. Необработанное топливо - черная смолянистая жидкость, которая состоит из смеси углеводородов с содержанием воды до 20%. Жидкое топливо можно использовать как котельное топливо.
Термолиз, как метод переработки углеводородных веществ, в отличие от пиролиза, не такой требовательный к сырью, которое подлежит переработке. Благодаря термолизу возможно перерабатывать не только органическую часть твердых бытовых отходов, но и разнообразные промышленные отходы, например, шламы обогащения угля.
Необходимым требованием к сырью, что идет на переработку, есть однообразность ее физических и химических качеств. Современные методы предварительной подготовки сырья позволяют составлять комплексные смеси из твердых бытовых и промышленных отходов.
Таким образом, существует реальная возможность комплексной переработки твердых бытовых и промышленных отходов, что должно помогать улучшению экологической ситуации в сфере обращения с отходами.
Технология совместной переработки твердых бытовых и промышленных отходов методом термолизной деструкции состоит из следующих основных операций: - сортировка исходного сырья с извлечением ликвидных компонентов мусора; - измельчение, дозирование и смешение компонентов; - загрузка смесей в термолизные агрегаты; - термолиз смеси с получением необходимых продуктов; - горение полученного термолизного топлива.
Для того, чтобы в агрегаты подавались смеси стабильного химического и физического составов, важным заданием перед загрузкой смесей из твердых бытовых отходов и шлама непосредственно в термолизные агрегаты, есть их предварительное усреднение и уменьшение плотности. При этом необходимо как можно лучше удалять из потока твердых бытовых отходов ликвидные компоненты.
Оптимальным путем решения этого вопроса есть предложенная специалистами технологическая схема предварительной переработки потока твердых бытовых отходов.
Схема фактически соединяет процесс подготовки первичного сырья, аналогичный коксохимическому, с процессом удаления из твердых бытовых отходов их ликвидных компонентов.
Комплекс переработки мусора и шлама работает таким образом. Твердые бытовые отходы специальными машинами направляют к приемному бункеру, откуда с помощью грейфера они попадают на участок приема твердых бытовых отходов.
На приемном участке происходит сортировка отходов. Сортировка в целом идентичная европейской практике и представляет собой ручную выборку тех или других ценных компонентов с ленты конвейера. Кроме этого, на приемном участке отделяют слишком большие части твердых бытовых отходов, которые требуют специальной переработки.
Далее поток твердых бытовых отходов попадает на конвейер, где с помощью магнитных сепараторов черных и цветных металлов из потока вылавливают большие куски последних.
После предварительного извлечения их потока твердых бытовых отходов металлов, отходы направляют на колосниковый грохот, где происходит первичное отделение легких и тяжелых фракций твердых бытовых отходов, отделенные легкие фракции передают в смеситель.
Тяжелые фракции измельчают с помощью роторной дробилки и передают в аэродинамический сепаратор.
В сепараторе происходит конечное отделение легкой и тяжелой фракций твердых бытовых отходов.
Отделенная тяжелая фракция направляется в накопительный бункер и далее измельчается в барабанной дробилке, конечный продукт измельчения, который представляет собой мелкий строительный мусор, куски стекла и керамики после необходимой обработки может использоваться в строительстве дорог.
Легкая фракция твердых бытовых отходов поступает в смеситель, где происходит смешение легкой фракции и шламов, которые поступают из бункера-накопителя.
После смешения смесь передают в наклонные термолизные агрегаты, которые компонуют в батареи, аналогичные коксовым.
Характерной чертой процесса термолиза в определенном агрегате является приложение давления к шихте после загрузки агрегата.
Последняя черта способствует значительному уменьшению выбросов в воздух продуктов термолиза за счет герметичности при загрузке камеры агрегата смесью и выгрузке твердого остатка термолиза в сравнении с коксохимическим производством.
В состав термолизного агрегата входит загрузочная секция с проталкивающим устройством, загрузочные бункера, камера термолиза, разгрузочная секция с завором.
Камеры термолиза имеют наклон. В связи с чем на 40 - 50% снижается усилие проталкивания. Кладка камеры термолиза выполнена из больших бетонных блоков. Регенераторы агрегата выполнены аналогично коксовым агрегатам.
Согласно графику загрузки, смесь шлама и твердых бытовых отходов подают в загрузочные бункера термолизных агрегатов.
Сверху печи предусмотрены люки для контроля процесса термолиза, а на коксовой стороне - стояк с газосброником для вывода газообразных продуктов термолиза.
Из бункеров загрузки смесь идет к зоне загрузки каждой печи порциями. Смесь, которая осыпается, создает гидравлическое сопротивление, которое останавливает проход продуктов термолиза в воздух.
Прессующе-проталкивающее устройство, обеспечивает перемещение смеси и ее проталкивание к подогреваемой зоне термолизного агрегата. Пресс-проталкиватель - агрегат с гидроприводом. Проталкиватель осуществляет прессование за 40 секунд, что обеспечивает полную загрузку-разгрузку печи за 20 - 40 минут. Прессованная смесь в момент очередного проталкивания перемещается на шаг, равный размеру одного прессованного блока.
Разгрузочное устройство необходимо для синхронной с проталкиванием разгрузки твердого остатка термолиза из термолизного агрегата и для герметизации агрегата.
Газы, которые образовываются в процессе термолиза (прямой термолизный газ), после прохождения цеха улавливания возвращаются в виде топлива в термолизные агрегаты.
Твердый остаток термолиза с температурой 600 - 7000С идет на сжигание или на гашение. Предусмотрено два варианта гашения твердого остатка термолиза - мокрый и сухой.
Вариант сухого гашения в специальном многоканальном аппарате позволяет ликвидировать выбросы в атмосферу и утилизировать тепло твердого остатка термолиза.
Вариант сжигания твердого остатка термолиза предполагает использование специального агрегата, который работает на основе технологии кипящего слоя.
Для обеспечения минимизации выбросов в атмосферный воздух оксидов серы через специальные трубы к агрегату предполагается подача сорбента извести или доломита.
Горячая смола с температурой 700 - 8000С поступает в котел утилизатор, а далее по герметичным трактам направляется к сепараторам черных и цветных металлов, где с помощью электромагнитного поля из золы отделяют мелкие куски металла.
Обращаем внимание, что отделенные куски металла при предварительном извлечении и при удалении из золы прессуют с помощью пакетировочных прессов.
Зола, которая является продуктом сжигания твердого термолизного остатка, может использоваться в производстве строительных материалов.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ К ОЧИСТКЕ
Подготовка газов, направляемых на очистку от взвешенных частиц в газоочистные установки, проводится путем искусственного изменения технологических параметров очищаемых газов с таким расчетом, чтобы они стали соответствовать оптимальным характеристикам применяемых газоочистных аппаратов.
Наиболее часто приходится изменять следующие параметры:
Ниже рассматривается влияние этих параметров на работу газоочистных аппаратов.
Дисперсность частиц:
Эффективность работы газоочистного оборудования определяется скоростью осаждения взвешенных частиц (с увеличением скорости осаждения эффективность растет). В пылеуловителях центробежного действия скорость осаждения Wч (м/с) осаждения в области существования закона Стокса можно рассчитать, приравнивая центробежную силу, развивающуюся при вращении газового потока:
Fцс = mч*w2*R
стоксовой силе сопротивления:
Fc = 3*p*m г *dч*Wч
Таким образом, скорость осаждения частиц прямо пропорциональна квадрату диаметра частиц. Во всех применяемых типах газоочистных аппаратов крупные частицы улавливаются лучше, чем мелкие, и для повышения эффективности работы целесообразно искусственно укрупнять (коагулировать) находящиеся в газовом потоке частицы перед их подачей в пылеуловители.
Концентрация частиц пыли в газах:
В газоочистных аппаратах, работа которых основана на действии силы инерции, концентрация пыли не играет существенного значения и практически может быть любой.
Допускаемая запыленность газов зависит от диаметра аппарата и может принимать следующие значения:
Таблица 1 - Зависимость допускаемой запыленности газов от типа аппаратов
|
Диаметр аппарата, мм |
800 |
600 |
500 |
400 |
300 |
200 |
100 |
|
Допускаемая концентрация частиц, кг/м3 |
2,5 |
2,0 |
1,5 |
1,2 |
1,0 |
0,8 |
0,6 |
При определении ПДК частиц следует учитывать склонность прилипания пыли к стенкам аппарата, зависящую от физико-химических свойств газов и пыли, дисперсности, влажности, материала и состояния поверхности стенок аппарата.
Температура газового потока:
Каждый тип газоочистного аппарата рассчитан на работу в определенном диапазоне температур. Эффективность инерционного механизма с повышением температуры газов падает и тем значительнее, чем меньше частица. Для сухих механических пылеуловителей верхний предел температуры в основном определяется механической прочностью материала, из которого изготовлен аппарат.
Следует иметь в виду, что эффективность осаждения пыли в этих аппаратах обратно пропорциональна динамической вязкости газов, которая с ростом температуры увеличивается.
Известно, что степень очистки газов в общем виде можно выразить формулой:
h
=1-еwfгде w - эффективная скорость осаждения частиц, м/с;
f - коэффициент, характеризующий геометрические размеры аппарата и скорость газов, м2/(м3/с);
Влажность газов:
Точка росы, или температура конденсации водяных паров в газах, зависит от количества этих паров, содержащихся в единице объема газов. Изменением влажности очищаемых газов можно регулировать точку росы водяных паров в газах, что во многих случаях позволяет достичь оптимума эффективности работы газоочистных аппаратов.
Находящаяся в газах влага при определенных условиях смачивает частицы. Под смачиваемостью понимают поверхностное адсорбирование влаги частицей. Условием смачиваемости частиц является образование на их поверхности слоя жидкости, из которого влага проникает внутрь пылевой частицы. При этом она укрупняется и утяжеляется, что облегчает ее осаждение в газоочистных аппаратах.
Кроме этого, вводя влагу, можно снизить удельное электрическое сопротивление пыли, что имеет большое практическое значение при очистке газов от пыли, обладающей повышенным сопротивлением.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ И СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Исследования в области прогрессивных технологических процессов по совершенствованию установок сжигания угля и использования альтернативных видов топлива является в настоящее время наиболее актуальным для предприятий теплоэнергетики.
Основное направления совершенствования пылеугольного сжигания и использование альтернативных видов топлива является обеспечение жестких экологических требований по удельным выбросам вредных веществ с отработанными газами котельных установок, нормативы для которых определены ГОСТ Р50831-95. На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды является весьма многосторонней, находится на острие научно-технической мысли и требует особого внимания.
Одним из комплексных решений этой сложной народохозяйственной проблемы является разработка и внедрение новых прогрессивных, экологически чистых технологий сжигания широкой гаммы топлив, а также котлов со стационарным и циркулирующим кипящим слоем.
Проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды является весьма многосторонней, находится на острие научно технической мысли и требует особого внимания. Значительный интерес для энергетики в области снижения антропогенного воздействия на среду представляют исследования в области применения альтернативным видов топлив и совершенствования технологических процессов по снижению твердого топлива, обеспечивающего снижение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ (ЗВ). Одним из основных преимуществ сжигания в кипящем слое является высокая эффективность связывания диоксида серы путем подачи в слой СаСО3. Необходимо отметить, что в кипящем слое не происходит образование оксидов азота воздуха. Хотя отечественная технология сжигания топлива в стационарном кипящем слое стала развиваться одновременно с аналогичными работами в США, Германии и др. странах, у нас практически не освоено ни одного мощного энергетического котла. Поэтому особое место в разработке и освоении экологически чистой технологии сжигания угля занимает первый отечественный котел БКЗ 420-140 КС.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛИ
Циклонная моечная установка
Этот аппарат в форме полой башни сочетает принцип распыления для осуществления контакта газ / жидкость с центробежной силой для отделения от газа капелек отходной и загрязняющей жидкости.
Это распространенный тип моечной установки, благодаря простоте и малому перепаду давления (менее 100 мм вод.ст.).
Особенно рекомендуется метод влажного обеспыливания, учитывая его высокий к.п.д., для частиц более 5 микрон. Установка при этом является также абсорбером.
Аппарат приспособлен к колебаниям подачи газа при сохранении производительности в случае дополнительной установки регулировочной задвижки на входе воздуховода.
Принцип работы.
Газ, входящий по касательной в нижнюю часть аппарата, движется по восходящей спиральной траектории, встречая на своем пути полосы распыленной жидкости, которая смачивает твердые частицы и поглощает газовые выбросы.
Под действием центробежных сил капли жидкости отбрасываются на стенку моечного аппарата и растекаются по ней, образуя непрерывную жидкую пленку.
Моечная жидкость (вода, раствор кислоты или щелочи, в зависимости от каждого отдельного случая), загрязненная примесями, удаляется самотеком в нижнюю часть аппарата, где может храниться моечный раствор.
Распылители, тип которых определяется тем, какую функцию выполняет раствор, содержащий твердые частицы во взвеси: абсорбирует ли он газовые выбросы или обеспыливает газ, - имеются внутри коробок, распределенных по стенкам моечного аппарата.
Количество и способ размещения распылительных коробок зависит от размера моечного аппарата и области его применения.
Эта проверенная система распыления дает возможность демонтировать серию распылителей, не прекращая работу установки.
Благодаря каплеотбойнику, расположенному в верхней части башни, улучшается качество разделения газа / жидкости перед выбросом в атмосферу.
Технология конструкции.
· Благодаря несложной форме, циклонный промывочный аппарат может быть выполнен из любых антикоррозионных материалов: нержавеющей стали, стали с эбонитовым термостойким пластмассовым покрытием и др.
· В случае использования для горячих и коррозионных газов к моечному аппарату предусмотрено отделение увлажнения, обеспыливающее предварительное насыщение газа перед поступлением в моечный аппарат, который изготавливается с соблюдением всех правил техники безопасности из обычных материалов.
Система промывки в секции увлажнения была разработана особенно тщательно для осуществления непрерывной очистки стенок, которые, в зависимости от применения, выполнены из инколоя, хастеллоя или стальной основы с эбонитовым и кислотоупорным покрытием.
Тарельчатый моечный аппарат
Тарельчатый моечный аппарат с противоточной циркуляцией газа и жидкости позволяет производить:
- обеспыливание с высоким к.п.д. для частиц > 1m;
- химическую абсорбцию газообразных загрязняющих примесей;
- возможное охлаждение газа перед выбросом в атмосферу.
Эти операции осуществляются поэтапно на многочисленных ступенях внутри аппарата, благодаря конструкции противоударных тарелок, составляющих основную часть аппарата.
Функционирование.
Газы попадают в увлажняющее отделение, где происходит насыщение и частичное удаление наиболее крупных частиц пыли с помощью распылительной рампы, которая, помимо этого, обеспечивает еще и постоянную очитку нижней части отражающей тарелки, составляющей первую ступень промывки.
Каждая тарелка состоит из перфорированной пластины со смонтированными отражательными перегородками, полностью погруженными в моечную жидкость.
Увеличение скорости газа, вызванное прохождением через отверстия тарелки, вместе с переменой направления в результате удара по отражательным перегородкам создает значительное турбулентное движение газа / жидкости.
В результате происходит образование капелек, создающих достаточно большую поверхность соприкосновения, необходимую для абсорбции и обеспыливания, которая постоянно обновляется.
Производительность системы зависит от конструкции тарелок (диаметр отверстий 3 - 14 мм), их поверхности и глубины водного слоя на отражательной пластине.
Технология.
Многоступенчатые аппараты. Тип и количество тарелок определяются необходимой производительностью.
В многоступенчатой системе (1 ступень может состоять из нескольких тарелок) на каждую ступень может подаваться различная моечная жидкость, чтобы сети промывки не смешивались.
При подаче одного моечного раствора на все тарелки достаточно загружать питание на верхнюю тарелку, с которой оно стекает к сливному желобу нижней ступени.
Конструкция.
Обработка большей части существующих коррозионных жидкостей и газов.
В случае горячих газов в увлажняющем отделении имеется футеровка, тип которой зависит от химического состава газа.
Конструкция башни из любых материалов: нержавеющей стали всех марок, хастеллоя, инколоя или полипропилена.
Достоинства:
· Компактность установки за счет эффективности и оптимального размещения тарелок.
· Гибкость при использовании при меняющейся величине подачи.
· Небольшой расход воды и малое давление моечной жидкости, ведущее к экономии энергии.
· Слабый выброс каплевидных частиц, благодаря внутренней конструкции.
· Простота доступа для демонтажа тарелок.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Черп О.М., Винниченко В.Н. "Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход". Москва: Эколайн. 1996.
2. Меньшиков В.В., Савельева Т.В. Методы оценки окружающей среды - М.: Из-во. МНЭГУ, 2000.
3. Парфенюк А.С., Антонюк С.И. Получение твердого топлива из смесей углеродистых промышленных и бытовых отходов // Кокс и химия. - 2001.
4. Парфенюк А.С. Новый агрегат для переработки твердых отходов // Кокс и химия. - 1999.
5. Золотко А.А. Ресурсы вторичного топлива в отходах обогащения и возможности его извлечения // Уголь Украины. - 1996.
6. Бенч О.И. Прогноз социально-экологических последствий утилизации промышленных отходов в Украине // Уголь Украины. - 1996.
7. Панков А.К. Муниципальные отходы. - М.: экология, 2000.