Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Конструкции и условия эксплуатации зарубежных очистных устройств дымовых газов

Г.Я. Бернер

 

В настоящее время ужесточаются санитарные нормы состояния атмосферного воздуха. В связи с этим большое внимание уделяется технологии очистки газов, изменению конструкции очистных устройств и условий их эксплуатации.

Немецкая фирма «Штаймюллер» на многих котельных установках и на печах по сжиганию отходов устанавливает дополнительную систему очистки с активированным углем. Это позволяет улавливать фураны, кислоты, сернистые соединения, органические вещества, образующиеся в процессе сжигания топлива и отходов.

На тех же установках указанная фирма наряду с использованием активированного угля применяет специальные добавки (TAV), они ускоряют и улучшают процесс очистки газа.

Для нейтрализации аспирационных выбросов фирма «Бет» (Германия) создала вакуумные аспирационные установки для очистки воздуха ТЭС в местах транспортировки порошкообразного материала, интенсивного движения транспорта, в местах нахождения обслуживающего персонала и контейнеров с порошкообразным материалом.

На ряде предприятий для уничтожения химических соединений в газах, после печей по сжиганию отходов, используется соляная кислота. Она разлагает фтористый водород, триоксид сульфата, локализует следы тяжелых металлов, в частности ртути.

Предлагается новый процесс окисления оксидов азота в скруббере. Оксид азота окисляется в двуокись азота в присутствии озона и затем успешно выводится из системы. Для улучшения смешения оксидов азота и аммиака используются инжекторы или статистические смесители. Такие установки смонтированы на парогенераторах, где перемешивание происходит в поперечном сечении смесителя, в результате чего уменьшается расход аммиака.

Устанавливается новая конструкция электрофильтра. Осадительные электроды изготавливаются из пластика, на поверхности которого имеются раковины, смачиваемые водой. Вода покрывает пленкой поверхность электродов и предотвращает их повреждение. Водяной туман, образующийся в процессе испарения, заряжается вместе с частицами пыли и конденсируется на электродах, жидкость вместе с частицами стекает в бункер.

Для лучшего улавливания паров и аэрозолей масла в одном из металлообрабатывающих цехов применяют местные отсосы в виде зонтов с вмонтированными в них металлическими сетками, которые служат первыми ступенями очистки. На этих сетках оседают капли конденсирующихся паров эмульсий или масла. Затем поток воздуха поступает в электрофильтр для окончательной очистки.

Фирма «EMW Filtertechnik» (Германия) создала новую конструкцию фильтрующего элемента. Фильтрующий материал сшивается в форме карманов и монтируется вместе с U-образной поддерживающей рамкой из пластики или гальванической стали. Края карманов термически свариваются. Спрессованный слой фильтрующего материала на стороне чистого воздуха обеспечивает повышенную механическую прочность материала и эффективность фильтрации.

Для увеличения площади улавливания частиц фильтрующему материалу придают форму складок в сочетании с жесткими алюминиевыми сепараторами. Стекловолоконная пряжа спрессовывается и укладывается в несколько слоев. Листы алюминия, служащие сепараторами, впрессованы в корпус фильтра и располагаются в направлении воздушного потока.

Разработана конструкция фильтра с кондиционирующим ротором. Ротор является первой ступенью очистки. Он выполнен в форме сепарированной пластины, где оседают крупные частицы в результате изменения направления движения газа. Мелкие частицы задерживаются в последующем по ходу газа пластинчатом фильтре, затем выпадают на шнек и удаляются в бункер.

В фильтрах фирмы «RV» (Германия) предусмотрена циркуляция извести с коксом. Данная смесь впрыскивается в газовый поток, очищает газы от вредных соединений и затем задерживается в тканевом фильтре. Эта недорогая конструкция может использоваться при средней загрязненности газа и небольших потоках газа, направленных на очистку. По другой схеме кокс непрерывно циркулирует, двигаясь сверху вниз. Через него пропускается газ. Отработанный кокс выгружается в нижней части бункера. Такие конструкции применяются при очистке газа, образующегося при сжигании отходов.

Фирма «Venti oelde» разработала конструкцию скруббера, где в центре находится конусное устройство, а в верхней части отражательная пластина. Это позволяет очищать газ от пыли и задерживать капли влаги в поднимающемся потоке газа. В таких устройствах очищается до 50 тыс. м3/ч газа. Для улавливания особо мелких частиц (пыль, туман) сочетаются скруббер обычной конструкции и труба Вентури. Такая конструкция рекомендуется для удерживания легкой металлической пыли разливочных машин. Разработана схема двухступенчатой очистки газа. Газ проходит ленточный фильтр, затем направляется в фильтр с перегородками типа Z и вентиляторами удаляется из фильтра. В фильтрах очищается до 50 тыс. м3/ч газа.

Практикуется способ прямой подачи известняка в дымовые газы, так называемая известняковая инжекция в котел. Известняк распыляется в такой точке парогенератора, где температура газа составляет

950-1100 ОС, в результате чего СаСО3 переходит в СаО, который переводит SO2 в CaSO4.

В некоторых случаях с помощью активированного угля получают серную кислоту. К полученному соединению добавляют фосфорный порошок, полученное удобрение используют на фермах.

Большого внимания заслуживают аппараты фирмы «Nichids» (Япония). Они предназначены для поглощения органических соединений специальными роторами. Ротор выполняется в виде вращающегося колеса, поверхность которого покрыта активированным углем. В процессе вращения одна часть ротора поглощает органические вещества, а другая очищается чистым воздухом. Происходит одновременно процесс адсорбции и десорбции ротора. Воздух с органическими соединениями затем подается на термическое окисление и затем очищенный от них снова направляется к ротору. Очищается до 25 тыс. м3/ч газа.

Предлагается также схема очистки от органических соединений, где в компактный цилиндр помещается керамический теплообменник, служащий нагревателем газа, подающимся на очистку газа. Сначала органический компонент сжигается горелкой, а затем проходит теплообменник и отдает свое тепло керамическому материалу, который передает его грязному газу. Такие устройства могут иметь в своем составе как один, так и более аппаратов аналогичного действия.

Фирма «Mikropul» сконструировала плиссированный фильтр, очищающий до 100 тыс. м3/ч газа. Фильтр состоит из нескольких секций. Каждая секция представляет собой длинную плиссированную ленту, одетую петлей на два шкива. Большие частицы задерживаются на внешней стороне ленты, мелкие -между складками ленты. При достижении определенного перепада давления лента начинает вращаться на шкивах. Начинается процесс очистки ленты: под действием сжатого воздуха складки расходятся, и пыль высыпается в бункер.

Для эффективности очистки тканей от пыли необходим мощный импульс воздуха с оптимальной геометрией пневматической системы подачи импульса.

В этом случае подбирается размер воздушного сопла, площадь выходных отверстий сопел на коллекторе должна быть равна площади большого управляющего быстрооткрывающегося подающего клапана. В этом случае не теряется кинетическая энергия струи и образуется мощный импульс для сдувания пыли с поверхности ткани. Такие устройства изготавливает фирма «Australia Ltd» (Австралия).

Также фирма провела реконструкцию очистных устройств на ТЭЦ. Она демонтировала электрофильтр, а в его корпус установила тканевый фильтр. Боковой вход в блок рукавов на таком фильтре обеспечивает короткий путь пыли при ее удалении во время импульсной очистки и тем самым ограничивает повторное увлечение пыли фильтруемым газом. Вместо входной воронки электрофильтра установлена секция с изолирующим клапаном. Очистка происходит по двум программам: по установке перепада давления и фиксированному времени длительности цикла.

В цехах образуется большое количество неорганизованных выбросов, которые создаются на вспомогательных операциях технологических процессов. Это разливка металла, все стадии использования пылевидного сырья и т.д. Воздух, загрязненный пылью, обычно поднимается в атмосферу или рассеивается через существующие системы вытяжки. В Швеции в виду ужесточения законов об охране окружающей среды на мостовых кранах устанавливаются дефлектомерные пластины, расположенные вертикально до такого низкого уровня, какой позволяет эксплуатировать оборудование. Отражательные пластины концентрируют потоки воздуха в существующие вытяжные зонты, образуя так называемый «большой зонт», благодаря созданию замкнутого пространства.

В тканевых фильтрах с импульсной очисткой рукавов может быть краткосрочное просачивание пыли в чистый воздух сразу после очистки рукавов. Для исключения этого явления сконструирован тканевый фильтр, в котором имеется возможность возврата газа из недавно очищенных камер на вход фильтра для повторной очистки.

Сконструирован мокрый скруббер, потребляющий малое количество энергии. Он состроит из трех секций: хлоридной, промывочной и теплообменной. Хлориды улавливаются холодной водой, поступающей в скруббер. Сернистые соединения, SO2, вступают в реакцию с NaOH в промывочной секции. В теплообменнике вода нагревается до 65 ОС. Пыль, находящаяся в газе, улавливается жидкостью скруббера в промывочной секции, куда поступает вода вместе с NaOH.

На электрофильтрах в Швеции устанавливается аппаратура импульсной подачи энергии на очистку газа. Миллисекундные импульсы могут создаваться на существующих электрофильтрах. Микросекундные импульсы требуют реконструкцию электрофильтров и используются для улавливания высокоомных пылей. Потребление энергии сокращается на 25-50%. Такие импульсы могут образовываться на терристорах обычных агрегатов питания.

Фирма «АВВ» (Швеция) разработала 3 способа очистки газа от SO2: полусухой, мокрый известковый способ и использование морской воды. При полусухом способе в реакторе устанавливается вращающийся диск или сопло для распыливания известковой суспензии, в мокром - известковая суспензия через сопла вводится в отходящие газы. Смесь суспензии собирается в нижней части абсорбера, затем поступает на рециркуляцию и через распылительные сопла снова впрыскивается в очищаемый газ. Отход окисляется кислородом, в результате чего после обезвоживания получается гипс.

Морская вода подается в однопроходной слоевой абсорбер. После абсорбера смесь проходит аэрацию в установке по очистке морской воды и смешивается с водой охлаждения конденсатора перед сбросом в море.

В установках термического окисления органических соединений теплообменник выполняется в виде керамического материала. Он может заменяться активированным углем, который является ступенью очистки.

Большое внимание в Германии уделяется созданию компактных установок. В частности, создана новая конструкция для десульфарации газов. Абсорбент впрыскивается в небольшое пространство через три ряда сопел. Первый ряд сопел вводит абсорбент параллельно газовому потоку, второй и третий - навстречу газовому потоку. Продукты реакции направляются во вторую секцию, где окисляются воздухом.

Большой проблемой при эксплуатации сероочистки является отложение гипса на стенках скруббера. Для того, чтобы избежать этого явления, скруббер снабжается дополнительными соплами. Они ориентированы на дно скруббера. В эти сопла поступает жидкий гипс, в результате его рециркуляции возникает радиальный поток, импульс которого предотвращает отложения гипса на стенках скруббера. Для предотвращения отложения гипса на стенках бункера установлены отражатели на его острых углах, установлено дополнительное оборудование для промывки острых углов бункера.

Организована дополнительная рециркуляция гипса от зоны его охлаждения к циркуляционной зоне. Это дает возможность уменьшить плотность суспензии, сократить содержание в ней серы, увеличить окислительную способность среды.

Проведена модификация сопел для изменения схемы циркуляции суспензии в скруббере.

Фирма «Елекс» спроектировала фильтр для очистки газового потока 500 тыс. нм3/ч. Он выдерживает температуру газов до 1030 ОС. Фильтр имеет теплообменник для охлаждения отходящих газов. Тепло, отбираемое от отходящих газов, может быть использовано для нагрева рабочих сред сушильных установок, подогрева воздуха перед подачей его в бойлер. В таком теплообменнике может нагреваться и газовая среда для предотвращения коррозии оборудования или создания температуры, активизирующей технологические процессы. В таких фильтрах очищаются газы от плавильных, керамических агрегатов, цементных печей и т.д.

Для того, чтобы уменьшить расход материала при эксплуатации тканевых фильтров, создан материал политстрафлиоротилен. Он термически стабилен, имеет гладкую поверхность, пропускает потоки с большой скоростью, требует небольшой энергии, улавливает очень мелкие частицы (0,5 микрон), выполнен в виде мелкой узорчатой ткани.

Фирма «Боден» (Швеция) создала мокрые электрофильтры для очистки газов от пылей, аэрозолей, кислотного тумана и т.д. Главной его особенностью является новая форма коронирующего электрода. Это пластина из сплава нержавеющей стали с иглами определенной формы, длины и расположенными на фиксированном расстоянии. В результате, по сравнению с проволочным электродом потребление энергии понижается почти на 20%. Все части фильтра, контактирующие с газами, выполнены из нержавеющей стали для противостояния воздействию кислот и хлоридов. Возможно применение титана для этих целей. Осадительные электроды имеют кожух, через который пропускается холодная вода, создающая конденсат на внутренней стороне электрода благодаря перепаду температур между горячими газами и холодной водой.

В Швеции создают комбинированный фильтр, совмещающий функции скруббера и электрофильтра. Он удаляет пыль, органику: фенол, альдегиды и прочее. Углеводороды окисляются в круглом коллекторе дымовой трубы, скрубберная часть поглощает с помощью воды фенол, формальдегид. Аэрозоли, частицы пыли, туман задерживаются в последующем электростатическом поле. Объем пропускаемого газа достигает 400 тыс. м3/ч.

Создаются комбинированные фильтры, где сочетаются процессы абсорбции вредных соединений жидкостью и дополнительная очистка газов с помощью фильтрованных пластин. Для увеличения эффективности улавливания пыли в электрофильтрах дымовые газы увлажняются или в них вводятся дополнительные добавки. В результате уменьшается электрическое сопротивление пылей без существенного изменения температуры газа.

В аппаратах мокрой очистки сочетаются широкая цилиндрическая часть, где поток воды направлен навстречу потоку газа, с узкой цилиндрической частью и последующим ее расширением. Это позволяет создавать в аппаратах такой перепад давления, который намного увеличивает эффективность очистки. Широкая модернизация труб Вентури дает возможность улавливать мелкие частицы с меньшими перепадами давления, а, следовательно, уменьшаются энергетические затраты.

В США создан электрофильтр, улавливающий такие мелкие частицы, как 0,19 микрон. Вверху фильтра находится корона предварительного заряда. Такие частицы ликвидирует запирающий заряд, возникающий при работе электрофильтров.

При вводе газа в электрофильтр через нижнее отверстие и наличии отражательной плоскости для улавливания крупных частиц газ неравномерно распределяется по всему объему электрофильтра. Поток газа интенсивно проходит только через крайние секции электрофильтра, уменьшая общую степень очистки и вызывая коррозию оборудования. Для ликвидации этого явления устанавливается распределительная решетка, регулирующая равномерное распределение газового потока по всему объему фильтра.

При камерной шнековой очистке газа возникает проблема с перегрузкой шнека, увеличения давления в фильтре и уменьшения газового потока через фильтр. Для ликвидации этого явления продувка рукавов фильтра проводится в определенной последовательности, например, если рукава устанавливаются в 2 ряда, очередность продувки следующая: 1 -3-5; 2-4-6.

Необходимо обратить внимание на то, что если очищаемый рукав расположен рядом с чистым, может происходить миграция мелких частиц от одного рукава к другому, эффективность очистки уменьшается. Поэтому рекомендуется начинать очистку с последнего рукава, постепенно переходя к первому.

Частота очистки в зависимости от параметров процесса меняется от 1 до 30 секунд и более. Перепад давления в фильтре сохраняется в пределах 15-150 мм. вод. ст., цикл очистки задается специальными автоматическими устройствами. Кроме этого, меняется направление движения шнека. Если первоначально он был сориентирован в сторону входа газового потока, то в результате реконструкции его движение стало противоположным.

Реконструкция циклонов происходит путем изменения направления движения газового потока. Это достигается за счет монтажа дополнительных элементов внутри циклона в виде трубы в его центральной части, направляющих лопаток или специальных перегородок. По мнению авторов, такие конструктивные изменения позволяют увеличить эффективность очистки газа.

Для того, чтобы избежать абразивного действия воздуха или газа на фильтрованную ткань, стекловолокно пропитывается специальным составом, который действует как смазочное вещество. Это позволяет избежать истирания ткани. Эксплуатация таких систем показала, что срок службы увеличивается в 2 раза, созданные специальные конструкции секций позволяют их быстро разбирать, перепад давления в таких фильтрах уменьшается на 40%.

В случае установки устройств для охлаждения газа перед его подачей в фильтр выбирается оптимальное направление движения газового и водного потока. Установлено, что наибольший эффект охлаждения достигается при противоточном движении газа и воды.

При выборе тканевых фильтров большое внимание оказывается методу очистки тканей от наличия пыли.

В настоящий момент существует 3 способа очистки: встряхивание, пульсация сжатого воздуха и реверсивная продувка. Установлено, что наибольший эффект продувки имеет место при пульсации сжатого воздуха. В этом случае удельная газовая нагрузка (т.е. количество пропускаемого газа на единицу поверхности ткани) для большинства пылей при пульсации сжатого воздуха в 2-3 раза превышает величину удельной газовой нагрузки для процесса встряхивания и реверсивной воздушной среды.