Термическая очистка газов

Термическая очистка газов

    Метод основан на способности горючих токсичны компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещества) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси.

Этот метод применяется в случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации ЗВ превышают 300 млн^-1 г/м³.

Методы термической нейтрализации имеют следующие преимущества:

- отсутствие шламового хозяйства;

- малые габариты очистных установок;

- простота обслуживания;

- низкая стоимость очистки.

Применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны чем исходные вещества.

Рекомендуемые материалы

Термическое обезвреживание отходящих газов осуществляют в устройствах двух типов:

- факельных установках;

- печах (камерах) различной конструкции.

К первым предъявляют следующие требования:

1. полнота сгорания без образования вредных газов;

2. отсутствие выделения дыма и сажи;

3. безопасность и бесшумность.

Факельные установки сооружают непосредственно на технологических агрегатах, со сбросом газов в факельную трубу (рис. 4.12) стр. 148 или с отбором газов для переработки (рис. 4 - 16).

Печи для сжигания отходящих газов (камеры) представляю собой установки, в футерованном (облицованном) корпусе которого размещаются устройства для осуществления процесса, линии ввода газа, оборудование для прокачки и т.д.

Применяют также многокамерные термические устройства для дожигания газа с предварительным подогревом

Высокая степень очистки достигается тем, что камеры с насадками перекрыты дополнительными сводами, обеспечивающими подвод отводящего газа к корням факелов горелок.

Разработаны также установки с вращающимися насадками, обладающие меньшими габаритами.

Конструкция термического нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания газов в аппарате при температуре, гарантирующей термическую обработку (нейтрализацию).

Время пребывания обычно составляет 0,1 – 1 сек, рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на нижний предел самовоспламенения обезвреживаемых газовых смесей и превосходит  ее на 100 – 150⁰. Аммиак  - 649⁰С, ацетон – 260⁰С, керосин - 254⁰С.

В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо. В качестве самостоятельного топлива могут сжигаться отходящие газы с теплотворной способностью 3,35 – 3,77 МДж/м², если они обладают повышенной температурой.

Принципиальные схемы термических нейтрализаторов отходящих газов представлены на рис.

Область применения термической нейтрализации вредных примесей  ограничивается характером образующихся продуктов реакции. Так при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу, образующие продукты реакции по токсичности во много раз превышают исходный выброс, то есть для газов, содержащих эти компоненты, метод не применим.

Различают 3 схемы термической нейтрализации газовых выбросов:

1. прямое сжигание в пламени;

2. термическое окисление;

3. каталитическое сжигание.

         И термоокисление осуществляют при температурах 600 - 800⁰С, каталитическое сжигание – при 250 – 450 ⁰С.

         Выбор схемы нейтрализации определяется химическим составом ЗВ, их концентрацией, начальной температурой, расходом и т.д.

         Прямое сжигание в пламени.

         Следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии. Для безопасности транспортировки сжигание газа в промышленных масштабах осуществляется  при концентрациях горючих компонентов не более 25 % от нижнего предела взрываемости.  Сложность прямого сжигания связана с тем, что температура пламени может достигать 1300⁰C. При наличии избытка воздуха это приводит к образованию оксида азота, то есть обезвреживая вещества одного типа процесс сжигания становится источником ЗВ другого типа.

         Примером прямого сжигания являются: сжигание углеводородов непосредственно в факеле, то есть в открытой горелке, направленной вверх.

         Существует ряд решений, позволяющие проводить прямое сжигание в замкнутой камере (время пребывания 0,2 – 0,7 сек) – в таких камерах обычно идет дожигание газов для удаления органических отходов от лакокрасочных цехов.

         Разработана и применяется циклонная топка, скомпонованная с газовой горелкой и камерой разбавления газов после их очистки (рис. 41, стр. 122).

         Воздух, загрязненный примесями органических веществ (толуол, стирол и др.) поступает в вихревую горелку 2 по каналу 6 и непосредственно во  внутреннюю полость печи 4 по тангенциальным каналам 5. природный газ подается по трубе 3. время пребывания в аппарате не менее 0,5 сек. Атмосферный воздух подается по центральной трубе 1 только при обезвреживании выбросов, содержащих менее 15 % кислорода. Эффективность очистки – 90 – 99 %. Малозатратный метод.

         Термическое окисление

         Применяют либо когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них практически нет кислорода, либо концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты.

         Важнейшими факторами при проектировании устройств термического окисления являются время, температура и турбулентность.

         Время обычно составляет 0,3 – 0,8 сек. Турбулентность характеризует степень механического перемешивания для контактирования кислорода и горючих примесей. Рабочие температуры – 500 – 800⁰С.

         Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха (дожигание оксида углерода, углеводородов и продуктов неполного сгорания автомобильных двигателей ) непосредственно на выходе.

         Когда температура отходящих газов недостаточна для протекания процесса окисления, поток газов подогревают в теплообменнике , а затем пропускают через рабочую зону. При этом горючие компоненты доводят до температур, превышающих точки самовоспламенения и они сгорают под действием кислорода. При недостатке кислорода его вводят при помощи воздуходувки или вентилятора.

         Основное преимущество:

 - низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовление камеры сжигания и избежать значительного образования оксидов азота.

         Расчеты процессов термического окисления выполняют с целью определения дополнительного количества топлива, объемов газообразных продуктов сгорания и объема камеры сгорания. Диаметр камеры сгорания определяют исходя из необходимости обеспечения достаточного времени пребывания  и интенсивности турбулентности (рациональное время пребывания 0,3 – 0,9 сек). Оптимальная скорость газа, проходящего через сопло горелки должна составлять 4,5 – 7,5 м/сек. Объемный расход дополнительного топлива Q_г, м³/сек зависит от количества теплоты q_г, кДж/сек  и теплотворной способности топлива q_r,кДж/м³.

Тепловые методы воздействия на пзс - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

, м³/сек.

Каталитическое сжигание

         Используют для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов  в вещества безвредные путем введения в систему катализатора.

         Каталитическое окисление отличается от термического тем, что позволяет резко сократить габариты реактора при значительном снижении температуры.

Схема каталитического реактора представлена на рис.