По расположению источники делятся на высокие и низкие.

Под эффективной высотой выброса (Нэ) понимают сумму геометрической высоты трубы (Нтр) и высоты подъема воздушной струи (Δh) загрязненного воздуха над устьем источника под действием направленного вверх начального импульса струи и сил плавучести, возникающих из-за того, что плотность загрязненного воздуха, вытекающего из источника, меньше плотности окружающей среды, Нэ = Нтр + Δh.

К высоким (незатененным) источникам относятся точечные источники – трубы высотой более 3,5 Н_зд. При такой высоте можно пренебречь влиянием на распространение примесей деформации потока ветра, вызванной строениями. На распространение вредных веществ также мало сказывается турбулентность потока, образующихся при срывах у острых кромок здания, и определяющей является турбулентность самой атмосферы.

При эффективной высоте выброса в пределах 2,5Н_зд ≤ Н_э ≤ 3,5Н_зд

имеет место переходная область. В этой области на распространение вредных веществ влияют атмосферная турбулентность и турбулентность за счет срыва потока ветра и на кромках зданий.

К низким (затененным) источникам относятся такие, эффективная высота выброса из которых меньше высоты циркуляционной зоны, возникающей над и за зданием. В этом случае выброс загрязняет в первую очередь циркуляционную зону, и максимальная концентрация вредного вещества наблюдается в пределах этой зоны.

Основы классификации газоочистных аппаратов.Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различные очистные сооружения.

Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является создание безотходных технологических процессов, предусматривающих, например, внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего времени основным средством предотвращения вредных выбросов остаются разработка и внедрение эффективных систем очистки газов.

Для улавливания из газа пыли или отдельных газообразных компонентов в зависимости от их свойств и свойств очищаемого газа используют разные по конструкции и принципу действия аппараты. Однако все методы очистки могут быть разделены на четыре основные группы:

1. Механическая или сухая очистка, при которой осаждение частиц пыли происходит под действием механической силы: силы тяжести или центробежной силы.

2. Мокрая очистка путем пропускания газа через слой жидкости или орошения его жидкостью.

3. Фильтрование газов через пористые материалы, не пропускающие частиц, взвешенных в газе.

4. Электрическая очистка газов путем осаждения взвешенных в газе частиц в электрическом поле высокого напряжения.

Аппараты газоочистки чаще всего классифицируют по принципу действия и области применения.

По принципу действияих подразделяют на следующие группы.

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах эффект очистки газа от пыли достигается в результате использования инерционных сил, в том числе центробежных. К ним относятся: пылеосадочные камеры и коллекторы, жалюзийные пылеотделители, пылеуловители и брызгоуловители инерционного действия (пылевые мешки), сухие и мокрые центробежные циклоны, центробежные пылеуловители машинного типа, статические газопромыватели, барботажные и пенные аппараты, скоростные пылеуловители с трубами Вентури.

Пористые фильтры. В этой группе аппаратов пылезадержание осуществляется при пропускании газов через пористые материалы. К ним относятся фильтры: тканевые, из волокнистых материалов, кассетные, с насыпным слоем зернистого материала, из пористой пластмассы, керамики, металлокерамики и других материалов.

Электрофильтры. В этих аппаратах газ пропускается через электрическое поле высокого напряжения. В результате этого он ионизируется, заряжает содержащиеся в газе частицы пыли или жидкости, которые осаждаются на электродах электрофильтра. Аппараты могут быть мокрыми и сухими.

Акустические пылеуловители. В них газ подвергается действию мощного звукового поля. В результате содержащаяся в газе мелкая пыль приходит в колебательное движение, частицы сталкиваются между собой и укрупняются. Очистка газа от укрупненной пыли осуществляется в аппаратах обычного типа, установленных последовательно за звуковым коагулятором.

Абсорберы. В этих аппаратах из газа улавливаются отдельные газообразные компоненты, которые растворяются в жидкости, подаваемой на орошение аппарата, или вступают с ней в химические реакции. К ним относятся скрубберы с насадками, полые скрубберы, барботеры, пенные аппараты и турбулентные газопромыватели.

По области примененияаппараты газоочистки можно подразделить на две группы: грубой и тонкой очистки газа. К пылеуловителям грубой очистки газа относятся устройства, обеспечивающие задержание пыли с размером частиц более 10 мкм. В эту группу входят все инерционные пылеуловители и некоторые пористые фильтры. К аппаратам тонкой очистки газа относятся фильтры, в которых задерживаются частицы размером менее 10 мкм. В эту группу входят большинство пористых фильтров, электрофильтры и скоростные пылеуловители с трубами Вентури.

При выборе аппаратов для очистки газов учитывают способ вывода уловленного продукта. В сухих аппаратах задержанная из газа пыль обычно удаляется в сухом виде. В мокрых аппаратах пыль выводится в виде шлама (смеси пыли с жидкостью). Поэтому мокрые способы очистки газа от пыли требуют устройства дорогостоящей шламовой канализации с отстойниками для пыли. Кроме того, обычно в шламе находятся в растворенном состоянии отдельные газообразные компоненты, которые содержатся в очищаемом газе. Если эти компоненты образуют в растворе кислоты, следует защищать аппараты и шламовую канализационную систему от коррозии и предусматривать нейтрализацию сточных вод.

На сегодняшний день одним из распространенных методов нейтрализации токсичных газовых выбросов являются термические методы. Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод – факельное сжигание – возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температуру процесса 750–900 °С и теплоту, полученную в результате горения примесей можно использовать в качестве вторичных энергоресурсов. Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне либо использовать первичные энергоресурсы для достижения необходимой температуры в аппарате нейтрализации. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе.

Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки – адсорбционные или каталитические.

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками.

Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться.

Оценка эффективности работы пылеуловителей.Методы оценки эффективности работы аппаратов для очистки газа

Степенью очистки газа пылеуловителем η, %, называют отношение массы пыли, уловленной в аппарате m1, к массе пыли, поступившей в него вместе с газом на очистку в единицу времени М:

η = (m1/M)100.

В некоторых случаях необходимо обеспечить требуемую концентрацию пыли в очищенном газе. Такие требования предъявляют чаще всего, руководствуясь санитарными соображениями, во избежание загрязнения атмосферы. В этом случае, зная содержание пыли М в газе, поступающем в аппарат, и содержание пыли в очищенном газе m2, можно определить требуемую степень очистки газа в аппарате:

η = [(M – m2)/M]100.

Если известно количество пыли, уловленной в аппарате в процессе очистки газа, и содержание пыли в очищенном газе степень очистки определяют по формуле

η = [m1/(m1 + m2)]100.

Содержание пыли в газе на входе в аппарат M и в очищенном

газе m2, г/ч, можно найти из выражения

M = q1V, m2 = q2V,

где q1, q2 – величина запыленности соответственно на входе в аппарат и в очищенном газе, г/см3; V – количество газа, поступившего на очистку при нормальных условиях, м3/ч.

Приведенные формулы выражают общую степень очистки газа в аппарате. Однако эффективность пылезадержания одного и того же аппарата при прочих равных условиях зависит от дисперсности пыли. Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность, тем лучше они осаждаются в аппаратах газоочистки. Очищаемый газ содержит в основном полидисперсную пыль. Для того чтобы можно было судить о степени очистки в данном пылеуловителе пылей разной фракции, введено понятие коэффициента фракционной эффективности ηф, показывающего отношение количества пыли данной фракции mф, уловленной в аппарате, к количеству пыли этой же фракции Мф, содержащейся в газе на входе в аппарат:

ηф = (mф/Mф) 100.

Коэффициенты фракционной эффективности аппаратов различных типов определяют экспериментальным путем для пылей разных фракций. Полную степень очистки газа от пыли можно рассчитать по ее фракционному составу на входе в аппарат и по коэффициентам фракционной эффективности аппарата:

η = [(Мф1ηф1 + Мфηф2 +…+ Мфnηфn)/(Мф1 + Мф2 +… + Мфn)100,

где Мф1, Мф2,…, Мфn – массы частиц различных фракций; ηф1, ηф2…ηфn – коэффициенты фракционной очистки данного аппарата для пылей этих же размеров.

Величина Мф1 + Мф2 +…+ Мфn = М представляет собой общую массу пыли, которая содержится в газе, поступающем в аппарат на очистку. Отношения Мф1/М = Ф1; Мф2/М = Ф2; …, Мфп/М = Фn выражают

долю каждой фракции в общей массе пыли. Тогда окончательное выражение общей степени эффективности аппарата можно записать как

η = (Ф1ηф1 + Ф2ηф2 + Фnηфn)100

или

η = 100Σ Фiηфi.

Коэффициенты фракционной эффективности для аппаратов разных типов приведены в каталогах газоочистного оборудования, паспортах аппаратов и справочной литературе.

В большинстве случаев не удается добиться требуемой степени очистки газа в одном аппарате и приходится использовать серию последовательно установленных аппаратов одного или различных типов. В этом случае для расчета общей эффективности системы газоочистки требуется определить фракционный состав пыли, содержащейся в газе, выходящем из первого аппарата и поступающем в последующий для дальнейшей очистки. Масса пыли, г, данной фракции в таком газе на выходе из первого аппарата может быть найдена по формуле

mфi = (1 – η1 фi) M1фi,

где η1фi – коэффициент фракционной эффективности очистки газа от пыли данной фракции в первом аппарате, доли ед.; М1фi – масса пыли данной фракции, содержащейся в газе на входе в первый аппарат, г.

Общую степень очистки газа во втором аппарате рассчитывают с учетом фракционного состава пыли, входящей в этот аппарат. Суммарную степень очистки газа в системе, состоящей из двух и более аппаратов, определяют из выражения

η1 = 100[1 – (1 – η1) (l – η2) … (1 – ηn)],

где η1, η2,…, ηn – степени очистки газа в отдельных аппаратах, доли ед.