Что такое дымовые газы
Дымовыми газами называются продукты горения, которые выделяются в процессе сожжения органического топлива — нефти, газа, каменного и древесного угля.
Правовая сторона ограничения выбросов дымовых газов в атмосферу
Большинство государств регулирует количество выбросов дымовых газов в атмосферу, устанавливая предельно допустимую концентрацию (ПДК) для основных продуктов загрязнения.
Стоит отметить, что ПДК регулярно уменьшается и к 2050 году планируется свести загрязнение к величинам, близким к нулю.
Основные положения по очистке воздуха в России содержатся в Федеральном законе N 96-ФЗ «Об охране окружающей среды» от 04.05.1999, а также в ГОСТ 17.2.3.02-2014 и ГОСТ 12.1.005-88. Предельно допустимая концентрация прописана в СанПиН 2.1.6.1032-01.
Основные типы загрязнений в дымовом газе
Основные типы загрязнения, выделяющиеся в процессе горения:
-
Летучая зола — мелкие частицы несгораемого остатка, состоящие из минеральных примесей, которые были в исходном топливе. Количество золы в дымовых газах варьируется от типа топлива — в мазуте содержание, как правило, 0.05-0.15%, в дровах от 0.5% до 2%, в каменном угле содержание золы варьируется от 1 до 50%, в торфе от 3 до 30%, а в горючих сланцах от 50 до 80% золы. Чем больше процент содержания золы в топливе, тем больше золы образуется в процессе горения. Следовательно, от используемого типа топлива зависит и выбор очистительных систем для дымовых газов.
-
Оксиды серы (SO2) и азота (NO и NO2) — в воздухе соединяются с парами воды и в ходе фотохимической реакции образуют кислоту, которая оседает на землю в виде кислотных дождей.
-
Тяжелые металлы — группа элементов таблицы Менделеева, обладающие свойством токсичности. Стоит оговорится, что термин «тяжелые металлы» охватывает достаточно широкую группу элементов, и используется, как правило, в контексте вредности для здоровья. С технической точки зрения, к тяжелым металлам причисляют элементы с плотностью выше плотности железа (8 г/см2). На практике, чаще всего термин «тяжелые металлы» применяется к свинцу, ртути и кадмию.
Основные источники загрязнения дымовыми газами
Основными источниками загрязнения атмосферы дымовыми газами на сегодняшний день являются предприятия энергетической сферы — тепловые электростанции и котельные, работающие на ископаемом топливе: каменном угле, природном газе, мазуте и т.д.
Кроме того, дымовые газы выбрасывают:
-
Нефтяные факелы, сжигающие попутный газ;
-
Промышленные предприятия;
-
Автотранспорт с ДВС.
Методы очистки дымовых газов
Сразу отметим, что универсального метода очистки воздуха от дыма и прочих типов загрязнения не существует, поэтому приходится комбинировать методы для достижения максимального эффекта.
Способы очистки дымового газа от золы и твердых частиц
Фильтрование:
Рукавные тканевые фильтры — представляют из себя цилиндрические емкости, в которых расположены вертикально подвешенные тканевые мешки. Частицы золы в дымовом газе, проходя через ткань, застревают. Очищенный воздух выводится через трубу в верхней части емкости. Для очистки рукавов от золы их периодически встряхивают. Зола собирается в отстойнике. Рукавные тканевые фильтры для очистки воздуха от дыма улавливают до 99.9% золы.
Электростатические фильтры — в таких устройствах поток загрязненного воздуха проходит через электрическое поле, после чего частицы оседают на электродах под действием электростатического поля обратной полярности. Кольцевые эмульгаторы — в основе работы таких очистителей лежит эмульгационный способ мокрой очистки, который во многом схож с принципом работы скруббера, но имеет свои нюансы.
Кольцевой эмульгатор представляет из себя вертикальную емкость, внутри которой находится вращающаяся тарелкообразная насадка. Дымовой газ поступает через патрубки внизу емкости, расположенные под углом. Как результат — загрязненный газ завихряется. Контактируя с жидкостью на тарелке, газ образует с водой газожидкостную эмульсию, которая накапливается под тарелкой. После выключения аппарата, образуется противоток газ-жидкость —шлам стекает через отверстие в основании рабочей камеры, а очищенный газ выходит через выходной газоход.
Скрубберы — аппараты для мокрой очистки дымовых газов. Представляют из себя вертикальные емкости, внутри которых располагаются различные приспособления для мокрой очистки (форсунки для разбрызгивания воды, различные насадки, устройства для дробления воды газовым потоком). Дым промывается и очищается водой, вся сажа остается с водой, которая утекает в отстойник, очищенный же газ выводится в атмосферу через патрубок в верхней части скруббера.
Способы очистки дымового газа от оксидов серы
Для очистки дымовых газов от оксидов серы применяются 3 технологии: мокрая, мокросухая и сухая очистка. В основе каждого способа очистки лежит принцип сорбции — оксиды серы соединяются с камим-либо активным веществом, образуя либо осадок, либо безвредное вещество.
Мокрая сероочистка
Используется при высокой концентрации в серы в исходном топливе (от 2 до 4%), обеспечивает уровень очистки в 95-99% в зависимости от используемого сорбента.
В качестве сорбента используются используются:
-
Суспензия извести
-
Соединения аммиака
-
Суспензия доломита
-
Кальцинированная вода
-
Морская вода
-
Сточные воды
-
Карбонат натрия
Сероочистка при мокром способе очистки происходит в скруббере.
Сухая очистка
Технология сухой сероочистки основывается на использовании различных сухих сорбентов — чаще всего используется сухой известняк, который вводят непосредственно в топку. В ходе кальцинирования известняка выделяется известь, которая связывает серные соединения, тем самым не давая им попасть в дымовые газы.
Такой способ очистки позволяет улавливать до 99% оксидов серы.
Мокросухая чистка
При таком методе сероочистки в поток дымового газа вводится жидкий абсорбент (чаще всего — суспензия извести), вода испаряется, а известь связывает оксиды, образуя сульфаты и сульфиды кальция, которые впоследствии улавливаются рукавными или электростатическими фильтрами.
Мокросухая очистка обеспечивает до 98% улавливания оксидов серы.
Каталитические способы очистки дымового газа от оксидов азота
Для очистки дымовых газов от оксидов азота используются две основные технологии:
-
Селективное каталитическое восстановление NOx (используется аббревиатура СКВ)
-
Селективное некаталитическое восстановление NOx (используется аббревиатура СНКВ)
В основе обеих технологий лежит реакция восстановления NOx при помощи аммиака или его производных (мочевина, соли аммония) до образования азота и воды.
При использовании СКВ очистка проводится на поверхности гетерогенных катализаторов при рабочей температуре 200-500 градусов Цельсия.
В случае технологии СНКВ процесс очистки проходит в газовой камере, при рабочей температуре свыше 800 градусов по Цельсию
В обоих случаях катализаторы представляют собой пластины с нанесенной на них каталитической массой или же соты, где каталитическое вещество нанесено на подложку сот. В роли каталитического вещества используется оксид ванадия в смеси с оксидом титана или оксидом алюминия.
Про мокрые способы очистки газов от оксидов азота можно почитать здесь.