Книга - Охрана окружающей среды - Белов (1991) (994567), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Исходя из этого, метод термического обезвреживания применим для выбросов, включающих токсичные компоненты органического происхождения, но не содержащие галогены, серу и фосфор. Различак~т три схемы термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое окисление и каталитическое сжигание. Прямое южиганне в пламени и термическое окисление осуществляют при температурах 600 — 800 С; каталитическое сжигание — при 250 — 450'С. Выбор схемы нейтрализации определяется химическим составом загрязняющих веществ, их концентрацией, начальной температурой газовых выбросов, объемным расходом и предельно допустимыми нормами выброса загрязняющих веществ. Прямое сжигание следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы обеспечивают подвод значительной части энергии, необходимой для осуществления процесса.
Из экономических соображений этот вклад должен превышать 50% общей теплоты сгорания При проектировании устройств прямого сжигания необходимо знать пределы взрываемости или воспламеняемости сжигаемых отходов и газообразного топлива в смесях с воздухом. Эти данные показывают, будет ли данный вид газообразных отходов поддерживать горение без дополнительного подвода топлива. Для безопасности транспортировки сжигание газов в промышленных масштабах осуществляется прп концентрациях горючих компонентов не более 25г/а от нижнего предела взрываемости.
Одна из проблем, затрудняющих осуществление прямого сжигания, связана с тем, что температура пламени может достигать 1300'С. При наличии достаточного избытка воздуха и длительном выдерживании газа при высокой температуре это приводит к образованию оксидов азота. Тем самым процесс сжигания, обезвреживая загрязняющие вещества одного типа, становится источником загрязняющих веществ другого типа. Примером процесса прямого сжигания является сжигание углеводородов, содержащих токсичные газы 1например, цианистый водород), непосредственно в факеле, т. е.
просто в открытой горелке, направленной вертикально вверх. Факел применяют главным образом для сжигания горючих отходов, с трудом поддающихся другим видам обработки. Существует ряд конструктивных решений, позволяющих осуществлять прямое сжигание вредных примесей в замкнутой камере. Основные требования, предъявляемые к конструкциям таких камер,— обеспечение высокой степени турбулентности газового потока и времени пребывания его в камере в пределах 0,2— 12! 0,7 с. Типичными областями применения камерных дожигателей с открытым пламенем является дожигание газов для удаления органических отходов от лакокрасочных цехов, отходящих газов стержневых печей н оксидов азота, образующихся в процессе нитровання.
Институтом газа АН УССР разработана и успешно прошла промышленные испытания установка очистки газовых выбросов лакокрасочного производства. Установка представляет собой циклонную топку (рис. 41), скомпонованную с газовой горелкой и камерой разбавления газов после их очистки. Воздух, загрязненный токсическими примесями органических веществ (толуол, ксилол и др.), поступает в вихревую двухзонную горелку 2 по каналу 6 н непосредственно во внутреннюю полость бракс печи 4 по тангенциальайаа ным каналам 5. При- родный газ подается в Х горелку по трубе 3.
Время пребывания в Л полости не менее 0,5с к и контакт их с раска- 1 ленными стенками ка- меры обеспечивают г~~ газы полноту их сгорания. йаай" Атмосферный воздух подается по центральРнс. 41. Установка опнсткн газообразных выбросов какокпасотного производства ной трубе 1 горелки только при обезвреживании выбросов, содержащих менее 15% кислорода. Запуск установки, вывод на рабочий режим и его поддержание осуществляются с помощью блока автоматического управления н регулирования установки. Системы огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки 0,90 — 0,99, если время пребывания вредностей в высокотемпературной зоне не менее 0,5 с и температура обезвреживания газов, содержащих углеводороды, не менее 500 — 650'С, а содержащих оксид углерода — 660 — 750'С.
Термическое окисление применяют либо когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода, либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты, необходимой для поддержания пламени. Важнейшими факторами, которые должны учитываться при проектировании устройств термического окисления,— время, температура и турбулентность. Время в аппарате должно быть достаточным для полного сгорания горючих компонентов.
Обычно оно составляет от 0,3 до 0,8 с. Турбулентность характеризует степень 122 механического перемешивания, необходимого для обеспечивания эффективного контактирования кислорода и горючих примесей. Рабочие температуры зависят от характера горючих примесей. Так, при окислении углеводородов рациональный интервал температур 600 — 760'С, при окислении оксида углерода 680 — 800'С, при устранении запаха посредством окисления 480 †6'С. Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так, например, происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавильных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СсН ) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.
В тех случаях, когда температура отходящих газов недостаточна для протекания процесса окисления, поток отходящих газов подогревают в теплообменнике, а затем пропускают через рабочую зону, в которой сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ. При этом горючие компоненты отходящих газов доводят до температур, превышающих точки их самовоспламенения, и оии сгорают под действием кислорода, обычно присутствующего в потоке загрязненного газа. При недостатке кислорода его вводят в поток отходящих газов при помощи воздуходувки, эжектирования или вентилятора. Одно из простейших устройств, используемых для огневого обезвреживания технологических и вентиляционных низкотемпературных выбросов, схематически представлено на рис.
42. Загрязненный отходящий газ через ъ 5 4 5 ф 0безбременнзге — газы егобресные газы Рис. 42. Устяяовкв лля огневого обевврежнввиия технологических и вентиляционных выбросов входной патрубок 1 и полость теплообменника-подогревателя 2 поступает н Ч-образную полость коллектора горелки 3.
При этом горючие компоненты отходящих газов доводят до необходимой температуры и сжигают в кислороде, присутствующем в потоке загрязненного газа. Процесс доторания происходит в камере смешения 4, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми выбросами при их турбулизации перегородками камеры. Выходящие из патрубка 5 газы могут либо выбрасываться непо- 123 средственно в атмосферу, либо пропускаться через дополнительный теплообменник с целью рекупера.гни теплоты горячих газов. Основное преимущество термического окисления — относительно 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 количества дополнительного газообразного топлива, необходимого для достижения требуемой температуры обрабатываемых отходящих газов; объема газообразных продуктов сгорания и объема камеры сгорания. Объемный расход дополнительного газообразного топлива Я„„, м'/с, зависит от количества теплоты д„, кДж/с, необходимого для повышения температуры обрабатываемого газа от начальной до температуры сгорания (ориентировочно определяют из значений энтальпий для воздуха) и теплотворной способности топлива дв"", кДж(м', природного газа: Я., = д,~дя'". Суммарный расход газообразных продуктов в устройстве для дожигания определяют как сумму объемного расхода продуктов сгорания, вычисляемого по стехиометрии реакции окисления, и объемного расхода обрабатываемого газа.
Эта величина позволяет определить диаметр сопла горелки. Оптимальная скорость газа, проходящего через сопло горелки, обеспечивающая наиболее эффективное перемешивание продуктов сгорания и загрязненного газа, должна составлять 4,5 — 7,5 м1с. Диаметр камеры сгорания определяют, исходя из необходимости обеспечения достаточного времени пребывания и интенсивности турбулентности. Дчя устройств термического окисления рациояальное время пребывания газа в камере сгорания находится в пределах О,З вЂ” 0,9 с.
Каталитический метод используют для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ — катализаторов. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих соединений, образует промежуточное вещество, которое распадается с образованием продукта регенерированного катализатора.
Каталитическое окисление выгодно отличается от термического кратковременностью протекания процесса (нногда достаточно нескольких долей секунды), что позволяет резко сократить габариты реактора. Кроме того, при пропускании газообразных отходов через слой катализатора температура, необходимая для осуществления реакции органических газов и паров с кислородом, 124 существенно снижена (до 300'С) по сравнению с термическим окислением. Методы подбора катализаторов разнообразны, но все они, как правило, базируются на эмпирических или полуэмпирических способах. Основной критерий выбора катализаторов — их активность и долговечность Об активности катализатора судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по объемной скооости каталитического процесса, при которых обеспечивается требуемая степень обезвреживания обрабатываемого газа.
Объемную скорость определяют как отношение расхода обрабатываемого газа (м'/ч), приведенного к нормальным условиям, к объему катализаторной массы (м'). Степень обезвреживания 0,85 — 0,96 обычно достигается при объемной скорости от 2000 до 60000 ч-'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
