Очистка дымовых газов: методы, фильтры, очистка от оксидов азота, оксидов серы, золы, твердых частиц

В целом, технологии дымоочистки можно разделить на:
• сухие механические — задержка твердых частиц с помощью циклонирования (завихрения потоков), силы тяжести, фильтров, контактных поверхностей;
• влажные — с эмульгацией и растворением загрязнителей, прилипанием (адсорбцией) на увлажненных поверхностях;
• химические — за счет протекания глубоких реакций с образованием совершенно новых веществ;
• электрические и магнитные — применимы для улавливания заряженных частиц или ферромагнетиков, статический заряд создается искусственно при помощи коронирования.

Традиционная очистка дымовых газов не ставит цель задержать углекислоту, выделяемую при горении в наибольших количествах, наряду с парами воды. Это требует применения усложненных и дорогостоящих устройств. Некоторые объемы углекислого газа могут поглощаться, контактируя с такими реагентами, как известь, если кальцийсодержащие вещества применяются для других целей.

Для очищения газообразных выбросов широко используется фильтрация, как правило, в сочетании с другими методиками. Фильтрующие приспособления устанавливаются на входе, и в дальнейшем система очистки дымовых газов подвергается меньшим нагрузкам.

Центробежный пылеуловитель, или циклон для очистки дымовых газов используется, когда дым содержит много пылевых частиц (зола, сажа). Сухое пылеулавливание не так эффективно, как мокрое, но проще реализуется и обходится гораздо дешевле.

Типичный циклон для дымовых газов представляет собой вертикальный цилиндр с конической нижней частью. Дым подается тангенциально, через круглое, или чаще прямоугольное отверстие. Течение газовоздушных потоков рассчитаны таким образом, что происходит многократное завихрение, с максимальным приближением к стенкам на всем протяжении. Пыль замедляет свое движение, сталкиваясь со стенками и другими пылевидными частичками, затем оседает под силой тяжести. Необходимо периодически очищать конус внизу, заполненный пылевой массой. Очищенный воздух или почти чистая смесь углекислого газа с водными парами выпускается вверху сквозь выходное отверстие.

Сухая очистка дымовых газов от твердых частиц менее действенна, чем влажная. Поэтому при возрастании требований к остаточным ПДК примесей на предприятиях обычно используют «мокрые» очищающие устройства. Мокрый скруббер для дымовых газов состоит из корпуса, схожего с применяемым для сухого циклонирования, но внутри происходит распыление жидкости (воды с добавками).

Контактируя с каплями, туманом и стекающей по стенкам жидкостью, улавливаются не только частички пыли. Некоторые газообразные вещества, например, серные и азотные окислы, активно взаимодействуют с жидкой фазой, а также растворенными добавками.

Схемы водораспыления различаются, типовой скруббер для очистки дымовых газов оснащен несколькими горизонтальными рядами форсунок (ярусами). Корпус достаточно легко разбирается, форсунки регулярно чистят и ремонтируют, при необходимости заменяют. На предприятиях с непрерывным циклом работы предусматривают запасные уловители, с переключением дымопотоков, когда проводится обслуживание форсуночных колонн.

В барботажных устройствах, помимо распыления воды из форсунок происходит вращательное движение тарелей с мелкими отверстиями, что тоже способствует перемешиванию содержимого циклона. Вода нередко падает сплошной завесой, внутри стоит мельчайший туман, хорошо поглощающий пыль.

Подробнее о работе агрегатов в статье «Скруббер воздуха: применение, принцип работы, производство, расчет, монтаж, инструкции».

Электростатическая фильтрация применима на производстве, где исключен взрыв или возгорание из-за воздействия высоковольтных разрядов. Даже искры «холодного» коронирования опасны для легковоспламеняющихся субстанций. К таковым относятся и содержащие органические остатки, помимо негорючих минеральных примесей.

Если дым не взрывоопасен, то одним из лучших методов нейтрализации является электрофильтр для очистки дымовых газов, принцип работы которого основан на генерации статических зарядов.

К преимуществам технологии относится:
• работа при высоких температурах (не требуется предварительное охлаждение);
• улавливание частиц любого размера, вплоть до небольших летучих молекул электрофильных веществ;
• надежное оседание на компактных электродах со сравнительно малой площадью.

Недостатком является высокая стоимость постоянного возбуждения коронного разряда в просвете электрофильтра. Кроме того, не все загрязняющие примеси являются электрофильными. Молекулы многих углеводородов плохо заряжаются при коронировании. Однако, электрофобные свойства инертных газов (азот, аргон) способствуют свободному пропусканию этих безопасных веществ.

Фильтрующая установка состоит из следующих блоков:
• прямоугольный корпус с наружной теплоизоляцией;
• игольчатые коронирующие электроды на подвесных рамах;
• пластинчатые осадительные электроды с газопроходами;
• устройства для автоматического встряхивания.

Коронирующие подвески располагаются ближе к центру пропускного канала, сбор отходов происходит по бокам, что улучшает собираемость заряженной пыли.

Количество улавливающих секций подбирают, ориентируясь на допустимые показатели загрязнения выбросов. В большинстве случаев электрофильтр для очистки дымовых газов рассчитан на удаление только пыли. Сухая методика не позволяет длительно удерживать на электродах низкомолекулярные вещества.

Селективная очистка дымовых газов от оксидов азота основана на каталитическом и некаталитическом восстановлении. Каталитическое (СКВ) связано с использованием гетерогенных катализаторов при температуре от 200 до 500 градусов. Некаталитическая технология очистки дымовых газов (СНКВ) реализуется при температурах около 800 градусов. Обе технологии требуют в качестве расходного материала аммиака, солей аммония или мочевины. В результате образуется нейтральный двухатомный азот и вода. Катализатором обычно служит смесь окислов ванадия, титана и алюминия, нанесенных на пластины или подложку сот.

Селективная очистка дымовых газов от оксидов серы намного экономнее, и осуществляется в устройствах, близких по конструкции к стандартным скрубберам. Применяются такие технологии, как сухая сорбция, полувлажная и влажная. Во всех случаях сернистые соединения реагируют с активными веществами. Выпадает осадок или получаются растворимые соединения, безвредные для человека и окружающей среды. Самой эффективной является мокрая сероочистка, применяемая при высоких концентрациях серы (2-4%). Сорбент поглощает 95-99% нежелательных примесей. Для сорбции используют известь, доломит, соду, морскую воду. Существуют методы очистки дымовых газов от оксидов серы с помощью сточных вод.

Зольные примеси хорошо улавливаются практически любым способом. Возможна очистка дымовых газов от золы с применением электрофильтров, циклонов и скрубберов. Основной трудностью является большой объем накопленных отходов. Следует часто встряхивать сухие системы золоочистки. В мокрых применяются поплавки, всплывающие по мере заполнения нижней части скруббера жидким шламом. Когда поплавок замыкает электрический контакт или давит на рычаг, происходит автоматизированное опорожнение емкости. Шлам должен оставаться жидким, чтобы происходило всплывание поплавка.

Металлургическое производство относится к «грязным». Даже в черной металлургии выбрасываются из печей огромные количества золы и металлических окислов. Цветная металлургия еще сильнее загрязняет атмосферу. Соединения основного выплавляемого металла могут быть токсичными (медь, свинец), также вносят свой вклад неизбежные в природном сырье примеси.

Учитывая это необходимы сложные, многоступенчатые системы очистки дымовых газов металлургических печей.

Типичная дымоочистка в металлургии состоит из следующих этапов:
• пылеулавливание – поглощение пылеуловителями сравнительно крупных взвешенных частиц;
• сухая, полусухая или влажная адсорбция мелкой пыли в сочетании с частичным химическим обезвреживанием;
• химическая нейтрализация специфических веществ – окислов серы, азота и других неметаллов.

Наиболее технологически продвинутые системы оснащаются электрофильтрами для тонкого очищения на завершающей стадии. Поскольку основная часть загрязнений улавливается на первых стадиях, уменьшаются затраты на эксплуатацию электростатических генераторов с коронным разрядом.

Конструктивно установки очистки дымовых газов могут формировать единый комплекс или разделяться на модули, подключаемые по мере необходимости. Комплексная компоновка привлекает экономностью изготовления, также уменьшается расход материалов. С другой стороны, модульные структуры лучше адаптируются к потребностям заказчика. При переходе на новый сорт угля или иного топлива требуется лишь частичное изменение дымонейтрализующей установки.

Металлургические предприятия работают при высоких температурах, что ужесточает требования к конструкционным материалам. При оформлении заказа на изготовление дымоуловителей следует подчеркнуть, для каких целей оборудование будет использоваться. Наши специалисты подберут адекватную технику.

Однако, чаще практикуется изготовление дымопоглотителей по чертежам заказчика, на основе индивидуальных проектов. Это выгодно на крупных металлургических заводах, со множеством печей, где дым отводится по разветвленной системе трубопроводов. В подобных условиях оправдано индивидуальное проектирование. Вложения в составление проекта окупаются экономией при изготовлении и эксплуатации оборудования.

При горении твердого топлива выделяется масса вредных примесей. На теплоэлектростанциях, где сжигаются углеводороды, может использоваться простейшая схема очистки дымовых газов с использованием влажного скруббера. Но угольные ТЭЦ, и в особенности мусоросжигательные заводы требуют лучшей системы дымоочистки.

В зависимости от состава топлива, возможны изменения характера выбросов. Практически всегда очистка дымовых газов котельной связана с регулярным проведением анализов в лаборатории. Если возрастает содержание соединений азота или серы, к системе дымоочистки присоединяют дополнительные модули, вносят активные добавки в орошающую жидкость. Способы нейтрализации сернистых и азотистых соединений были описаны ранее в соответствующем разделе этой статьи.