Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Машины и технология литейного производства» Н.Ф. Невар ОТРАСЛЕВАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций М и н с к Б Н Т У 2 0 1 0 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Машины и технология литейного производства» Н.Ф. Невар ОТРАСЛЕВАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций для студентов специальности 1-36 02 01 «Машины и технология литейного производства» М и н с к Б Н Т У 2 0 1 0 УДК 621.74:628.5 (075.8) ББК 20.18я7 Н 40 Р е ц е н з е н т ы : Ф.И. Рудницкий, В.Ф. Одиночко Н 40 Невар, Н.Ф. Отраслевая экология: конспект лекций для студентов специально- сти 1-36 02 01 «Машины и технология литейного производства» / Н.Ф. Невар. – Минск: БНТУ, 2010. – 122 с. ISBN 978-985-525-274-1. Данное издание содержит сведения по проблемам экологии в ли- тейном производстве. Рассмотрены вопросы пылегазовыделения в литейных цехах, их характеристики и меры борьбы с ними. Осу- ществлен анализ современных методов очистки газопылевых выбро- сов. Приведены аппараты и комплексы, используемые для очистки пылегазовых выбросов, их классификация, области применения и методики расчета рабочих параметров. Предназначено для студентов дневного и заочного обучения, изучающих литейное производство. УДК 621.74:628.5 (075.8) ББК 20.18я7 ISBN 978-985-525-274-1 © Невар Н.Ф., 2010 © БНТУ, 2010 3 Предисловие Целью изучения дисциплины «Отраслевая экология» является приобретение студентами практических и теоретических знаний о влиянии техногенных факторов, сопутствующих литейному произ- водству, на экологическую обстановку как непосредственно литей- ного цеха, так и окружающей среды. Особое внимание в предлагаемом курсе уделено аппаратам га- зопылеочистки. В результате изучения курса студент должен знать: − основные положения курса; − меры борьбы с загрязнением окружающей среды; − классификацию загрязняющих веществ; − комплекс существующих методов очистки; − сферы применения аппаратов очистки газопылевых выбросов и их расчет. Студент должен уметь: − грамотно выбирать необходимые меры борьбы с загрязнением окружающей среды; − уметь подобрать аппарат или комплекс аппаратов очистки; − провести расчеты и обосновать выбор технологии очистки. 4 Введение В природе все находится во взаимной связи, и вследствие этого отравление или загрязнение атмосферы или воды в любой точке пла- неты неизбежно скажется на каждом ее жителе, где бы он не находил- ся. В связи с этим проблема охраны окружающей среды является одной из важнейших задач для государств нашей планеты. В насто- ящее время промышленно развитые страны вкладывают значитель- ные финансовые средства в экологические мероприятия различного рода. Для обеспечения экологической безопасности необходимо вносить в природоохранные мероприятия не мене 50 % средств от капитальных вложений, затрачиваемых на новые производства. Важной задачей всего комплекса природоохранных мероприятий является направление деятельности ученых и инженеров для значи- тельного снижения воздействия техногенных факторов на окружа- ющую среду и на самого человека. Проблема защиты окружающей среды возникла не сразу. Еще в XVIII веке эта проблема казалась незначительной, а сама природа и ее ресурсы неисчерпаемыми. Затем в связи с бурным развитием про- мышленного производства, созданием новых технологий, ростом численности населения, урбанизацией проблема экологической без- опасности становится одной из самых значительных. Ярким приме- ром нерационального отношения к природным богатствам явилась вырубка и выжигание лесов для расширения сельскохозяйственных угодий. После вырубки и сжигания полученного материала земля удобрялась золой и первое время (до 2 лет) обычно давала хорошие урожаи. Но затем происходило истощение почвы, вымывание и раз- рушение почвенного покрова (особенно на склонах гор и оврагов) вследствие воздействия осадков. И как результат – земля на данных участках переставала приносить обильные урожаи, начиналась круп- номасштабная эрозия почвы, истощение водных ресурсов. Поэтому возникала естественная необходимость перехода на новый участок и последующее повторение приведенной выше истории. К обострению отношений в системе человек-природа привела так- же техническая революция конца XIX века. Резкое развитие техники и промышленности, растущие города стали требовать увеличения до- бычи природных ресурсов для обеспечения необходимыми материа- 5 лами новых образцов техники. Эти факторы привели к значительному возрастанию добычи всех видов полезных ископаемых, что, есте- ственно, повлекло за собой еще большие нарушения экологического равновесия. Так, в мире средняя цифра повышения температуры за последние 100 лет составляет 0,6 оС, а на территории нашей рес- публики – примерно 2–3 оС. Следует также отметить, что регио- нальные проявления климатических изменений более показательны по сравнению с глобальным. Производственная деятельность чело- века приводит к усилению парникового эффекта. Атмосфера обла- дает свойством свободно пропускать сквозь себя солнечное излуче- ние. На земле оно превращается в тепло, которое задерживается ат- мосферой. Это и является сущностью парникового эффекта. Увеличение объема парниковых газов связано со сжиганием уг- леводородного топлива (нефть, газ, торф, дрова). Наиболее подвер- жены антропогенному воздействию углекислый газ, окислы азота и серы. Непрерывное увеличение концентрации этих газов приводит к усилению парникового эффекта, в результате чего в атмосфере увеличивается содержание углекислого газа. С другой стороны, для получения энергии из топливных ресурсов необходим кислород. Так, что уже в настоящее время происходит изменение химического состава воздуха, к которому в процессе происходящей эволюции приспособились все виды организмов, в том числе и человек. Сле- дует также отметить, что стабильный состав атмосферы (21 % кис- лорода и 72 % азота) складывался на протяжении миллионов лет. Сейчас обнаруживается тенденция к уменьшению содержания кис- лорода до 20 %. Путем моделирования доказано, что уменьшение содержания кислорода до 19 % может привести состояние живых организмов к достаточно опасным последствиям. Что же касается роста доли углекислого газа, то человечество данный фактор уже ощутило в увеличении содержания углекислого газа в атмосфере. Все это приводит к потеплению климата, засухе в отдельных регио- нах. С другой стороны, стало отмечаться увеличение влажности. Чаще выпадают атмосферные осадки, которые приводят к наводне- ниям. Анализ данных явлений показал, что проявление агрессивно- сти природы в дальнейшем будет возрастать. Так, цунами и тайфу- ны в последние годы активизировались. Исходя из данных, приводимых учеными-экологами, удвоение производства индустриальной и сельскохозяйственной продукции 6 происходит в течение 35 лет, а выработка электрической энергии возрастает вдвое через 5–7 лет. Значительный рост потребления природных ресурсов, воспроизводство которых в ряде случаев не- возможно или ограничено, приводит к истощению последних. Дан- ный фактор можно отнести к таким полезным ископаемым, как ка- менный уголь, нефть, различные виды ископаемых руд, используе- мых как химическое сырье. На создание природных запасов указан- ных выше ресурсов необходимы многие тысячелетия. Судя по име- ющимся данным из недр земли добыто свыше 18 млрд т нефти, 60 млрд т каменного угля, 2 млрд т железа. В настоящее время общий объем всех видов извлеченных полезных ископаемых составляет более 100 млрд т. Необходимо также отметить, что мировое по- требление лесных ресурсов составляет 50 % их прироста. К еще бо- лее худшим последствиям может привести постоянно увеличиваю- щееся загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных вод. Кро- ме того, в настоящее время постоянно повышается содержание СO2 в воздухе на 0,2 %. Если количество сжигаемого топлива в мировом масштабе будет расти теперешними темпами, то уже в ближайшее время содержание углекислого газа возрастет на 0,05 %. В связи с тем, что СО2 не пропускает длинноволновое тепловое излучение земли, это уже приводит к возникновению так называемого парни- кового эффекта. В течение ближайших десятков лет на земном шаре может произойти повышение средней годовой температуры на 2–4 оС. В результате такого потепления возможно смещение границ клима- тических зон на 300–800 км, и в этом случае на побережье Ледови- того океана могут возникнуть лиственные леса. При этом резко со- кратится область пустынь. Другие исследователи связывают появление парникового эффек- та с состоянием ледяных покровов Гренландии и Антарктиды. Они предполагают, что в случае повышения температуры возможен процесс таяния ледников и вследствие этого подъем мирового океа- на на 70 м. Результатом будет затопление значительной части суши, на которой в настоящее время проживает 25 % населения земли. Изменение состава атмосферы можно также связать с количеством содержащегося в ней кислорода. По проведенным подсчетам за по- следние 100 лет содержание кислорода понизилось на 240–250 млрд т и продолжает уменьшаться на 10 млн т в год. Данное уменьшение связано с развитием производства техники с двигателями внутрен- 7 него сгорания. Так, например, один самолет за трансатлантический перелет потребляет от 50 до 100 т кислорода, а автомобиль средней мощности на каждую 1000 км сжигает годовую потребность чело- века в кислороде. Если учесть то, что к началу XXI века предпола- гается потребление условного топлива в количестве 20–25 млн т, то только на процессы его горения будет использоваться около 10 млрд т кислорода. Значительную угрозу для экологической ситуации пред- ставляет запыленность воздушной среды. При увеличении запылен- ности снижается прозрачность атмосферы и изменяется интенсив- ность солнечной радиации. Запыленность также приводит к повыше- нию облачности. Основными источниками пыли на земном шаре яв- ляются извержения крупных вулканов, пылевые бури в пустынях, выбросы металлургических предприятий и литейных цехов, предприя- тий строительного и других индустриальных комплексов, а также распыление удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве. Следу- ет отметить, что в последнем случае вместе с пылью в атмосферу по- ступают различного рода отравляющие вещества, которые оказывают отрицательное воздействие на флору и фауну нашей планеты. Глобальной проблемой является загрязнение мирового океана. Как известно, мировой океан занимает около 71 % всей поверхно- сти земли и содержит 97,3 % всей воды на планете. Ежегодно в во- ды мирового океана в среднем попадает от 3 до 5 млн т нефти. Каж- дая же тонна нефти способна равномерно распределяться в виде пленки на площади до 12 км2. Вредное воздействие попадания нефти состоит не только в том, что гибнет животный и раститель- ный мир, но и в том, что нефтяная пленка не дает возможности осуществления процесса испарения воды из океана. Вследствие это- го нарушается естественный теплообмен между океаном и атмо- сферой. Мощнейшая и опаснейшая экологическая «бомба» была заложена 60 лет назад. В 1945 году прошлого века государства ан- тигитлеровской коалиции заключили на 50 лет секретное соглаше- ние по захоронению в Мировом океане отравляющих веществ, оставшихся после войны. Но в акватории Балтийского моря по сей день «покоятся» 303 тыс. т различных отравляющих веществ. К этому следует добавить, что 268 тыс. т этих веществ загружены в трюмы старых кораблей и затоплены на глубине около 214 м в про- ливе Скагеррак, а 35 тыс. т затоплено россыпью. Ученые Беларуси 8 исследовали данный вопрос еще в начале 1966 года. Один из иссле- дователей – Михаил Тявловский. В связи с этим надо сказать, что в 1972 году на международном уровне поднималась проблема отравляющих веществ. Тогда была принята Лондонская конвенция, по которой было решено данные вещества не трогать. Эти вещества при попадании в воду разнесутся течением, разбавятся и не будут опасны. Однако в течение 15 лет бы- ла собрана информация по каждому отравляющему веществу (ОВ) и доказано, что данные вещества обладают аккумулятивным действи- ем, то есть накапливаются в организме человека. Они подвержены гидролизу (разлагаются в воде), но продукты гидролиза токсичны и устойчивы. К тому же все ОВ обладают мутагенным действием. Из рассматриваемых веществ наиболее страшен иприт – даже одна его молекула в организме человека или животного становится сильней- шим мутагеном для 4–5 поколений. В связи с этим версия о безопас- ности химического оружия на дне Балтийского моря неверна. При этом необходимо учесть тот факт, что за счет диффузии происходит распределение отравляющих веществ по всей акватории Балтийского моря и затем по всей планете. Данному процессу будут способство- вать тектонические процессы. Ученые выделили области наиболее выраженных тектонических процессов, при которых платформы смещаются, наползают друг на друга. Примером этого является цу- нами 26 декабря 2004 года, вызванное смещением тектонических платформ. Область тектонической активности проходит и по местам захоронения отравляющих веществ. Статистика сейсмичности пока- зала, что в последние годы примерно каждые сутки в мировом океане проходит около 200 землетрясений разной силы, которые способны разнести отравляющие вещества по всей планете. Если отравляющие вещества попадут в воду, то это может приве- сти к заражению флоры и фауны Мирового океана. А значит, практи- чески все морепродукты станут ядом. Поднимаясь из глубин Миро- вого океана, отравляющие вещества достигнут зоны расселения фи- топланктона – мельчайших водорослей, которые не только служат началом пищевой цепи для морской фауны, но и генерируют около 60 % кислорода для планеты. Далее, испаряясь с поверхности воды (а это около 75 % планеты), отравляющие вещества будут разно- ситься над сушей и выпадать в виде осадков, способных уничто- жить все живое. И последнее, что может уничтожить жизнь на 9 нашей планете, – солнечная радиация, проникновение которой воз- растает вследствие разрушения озонового слоя. Некоторые отравляю- щие вещества (фтор, хлор) способны подниматься в атмосферу и до- стигать озонового слоя. Последние исследования показали, что один атом фтора или хлора может уничтожить до 100 и более молекул озона. Слово «аномалия» в начале 2005 года не сходит с газетных страниц и экранов телевизоров. В 1988 году всемирная метеорологи- ческая организация (WMO) и программа ООН по защите окружаю- щей среды (UNEP) создали Межгосударственный совет по измене- нию климата (IPCC). Данная организация установила, что в течение XX века климат земли стал теплее на 0,6 оС. Данный вывод послужил основой для выработки так называемого Киотского протокола и ра- мочной конвенции, вводящей ограничения на выбросы парниковых газов. В его основу положены исследования ученого Манна, который утверждал, что рост температуры в северном полушарии не имеет аналогов в истории человечества. Однако следует отметить и темпе- ратурные аномалии в южном полушарии, приводящие к снижению температуры и выпадению снега. В настоящее время средняя темпе- ратура на планете составляет 14,3 оС. Однако на земле были периоды, когда средняя температура колебалась от 15 до 22 оС или ниже 10 оС. Из этого следует, что изменение температуры происходило и ранее, т.е. вне зависимости от человеческой деятельности. Так что одно- значно говорить о глобальном потеплении за счет производственной деятельности не совсем корректно. Однако для нашей страны повы- шение климата на 1 оС приведет к экономии условного топлива на 350–500 млн т. К концу столетия повышение температуры может до- стигнуть шести градусов по Цельсию. Еще более значимой проблемой для населения нашей планеты является проблема загрязнения поверхностных и грунтовых вод, которые непосредственно используются человеком для бытовых и промышленных нужд. Так, например, в конце 80-х годов прошлого века общее мировое водопотребление составляло около 600 км3. Обратно же в водоемы поступало около 540 км3 сточных вод, которые в свою очередь загрязняли порядка 5500 км3 чистой воды. Расчеты по- казывают, что при непрерывном росте потребности населения земно- го шара в пресной воде и постоянном увеличении промышленного производства можно ожидать в начале XXI века загрязнения сточ- ными водами до 6000 км3 чистой воды. Для того, чтобы полностью 10 обеспечить все население планеты необходимым количеством пресной воды, необходимо, чтобы практически вся вода, использу- емая промышленностью, сельским хозяйством и населением, была очищена от любых загрязнений, охлаждена до необходимой темпе- ратуры и насыщена кислородом до исходного состояния. Из всего вышесказанного следует, что в результате интенсифи- кации производственной и хозяйственной деятельности человечество пришло к выводу о необходимости принятия срочных мер по охране окружающей среды, или соблюдению экологической безопасности. В связи с эти можно дать такое определение понятию «экологическая безопасность»: экологическая безопасность – ЭТО КОМПЛЕКС МЕЖДУНАРОДНЫХ, ГОСУДАРСТВЕННЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА РАЦИОНАЛЬНОЕ ИС- ПОЛЬЗОВАНИЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, УМНОЖЕНИЕ И ОХРА- НУ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ. Исходя из данного определения, можно сказать, что основной теоретической и практической задачей экологической науки являет- ся разработка основ рационального природопользования, которые смогут обеспечить дальнейший рост промышленного и сельскохо- зяйственного производства, рост и развитие городов и других насе- ленных пунктов, создание здоровой среды для жизни людей, жи- вотных и растений. 11 ГЛАВА 1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ На протяжении миллионов лет биосфера функционировала как стабильная система. Причем в те далекие времена происходили мощные геологические катастрофы, которые, однако, не столь ра- дикально влияли на общую ситуацию на планете. В дальнейшем потребовалось лишь несколько сотен лет промышленной револю- ции, чтобы основательно нарушить биосферные механизмы, а так- же привести к изменению сложившегося равновесия в живой при- роде. Поэтому выяснение границ, за которыми жизнедеятельность уже будет невозможна, является важнейшей задачей экологической науки. Анализ воздействия научно-технического прогресса на уста- новившиеся экологические системы является одной из основных задач этой науки. Одним из главных составляющих компонентов научно-техничес- кого прогресса является научно-техническая революция, которая по своей сути достаточно противоречива. С одной стороны, ее дости- жения являются необходимым условием удовлетворения растущих потребностей населения планеты, а с другой – эти же достижения отрицательно воздействуют на живую природу, приводя к загрязне- нию окружающей среды, истощению природных ресурсов и бурно- му росту численности городского населения, т.е. урбанизации пла- неты. Научно-техническая революция позволила разработать новые материалы, с помощью которых были созданы более совершенные, но менее экологически чистые средства передвижения. В дальней- шем быстрыми темпами стала производиться мелиорация заболо- ченных земель, внедрение в ранее недоступные джунгли. Высокого уровня достигло развитие новых производств, в основном химиче- ских. Развитие данных производств позволило освоить синтез со- единений, которых вообще не существует в природе и которые не поддаются разложению с помощью существующих природных ме- ханизмов. Все эти проявления научно-технической революции при- водят к значительному изменению механизмов биосферы, что в свою очередь приводит к увеличению числа так называемых техно- генных катастроф. Каждый новый природный или искусственно созданный материал с расширением сферы его применения стано- вится ресурсом. 12 Ресурсом является вещество или элемент природы при появлении в нем потребности для промышленного производства. Следует отме- тить, что пластмасса стала ресурсом в конце 30-х – начале 40-х гг. XX века. Если в 1950 году производилось 1,6 млн т, то уже в 80-е го- ды этот показатель составил 60 млн т. Научно-техническая революция требует не только постоянного роста добычи природных или создания синтетических материалов, но и постоянного увеличения производства энергии. А в настоящее время энергия является основным показателем жизненного уровня населения. Вследствие этого научно-техническая революция требу- ет не только постоянного роста добычи или производства синтети- ческих материалов, но и постоянного создания новых источников энергии. Следует отметить, что мировое потребление энергии уве- личивается в 2 раза каждые 10 лет. В конце XX века мировые элек- тростанции вырабатывали около 60000 млрд кВт/ч электроэнергии. Но при этом население 30 % экономически развитых стран является потребителем около 90 % всей производимой энергии. Исходя из последних данных, основными источниками энергии в настоящее время являются нефть, уголь и его производные, вода, природный и нефтепромышленный газ и уран. Наиболее значительным по име- ющимся запасам из применяемых в настоящее время источников энергоснабжения является уголь. По разведанным запасам уголь – основной источник тепловой энергии. Однако из произведенных подсчетов следует, что при сохранении современных темпов по- требления энергии запасов угля хватит только на 100–150 лет. Запа- сы нефти, газа и урана также не безграничны. Вследствие этого пе- ред населением нашей планеты стоит задача выживания. Все выше- сказанное приводит к тому, что возникает острая необходимость в создании новых источников энергетических ресурсов. Интенсивное развитие науки и техники позволило обеспечить продуктами пита- ния основную часть населения земли. Однако отрицательными по- следствиями этого можно считать появление продуктов питания, создаваемых на основе различного рода промышленных техноло- гий. При этом в рационе населения и домашних животных возрас- тает количество искусственно выращенной продукции. При интен- сивном ее использовании в некоторых случаях было отмечено вредное воздействие такой пищи на организм человека и животных, особенно на молодые растущие организмы. 13 Нынешние темпы развития научно-технического прогресса при- водят к существенному изменению всей биосферы земли и структу- ры земной поверхности. Изменение структуры биосферы происхо- дит в основном за счет увеличения содержания в ней выбросов промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также про- дуктов жизнедеятельности растущего населения планеты. На изме- нение структуры и характера земной поверхности основное влияние оказывает активное участие населения планеты. Вмешиваясь в при- родные механизмы и пытаясь изменить их протекание, человече- ство, само того не желая, приводит к возникновению различного рода природных катаклизмов и техногенных катастроф. Особенно активно эти явления стали проявляться в конце XX – начале XXI ве- ков. Во всем мире ежегодно выплавляется около 700 млрд т различных металлов. На сельскохозяйственных угодьях рассеивается более 100 млн т минеральных удобрений и около 4 млн т различных ядохими- катов. В связи с возрастающей необходимостью потребления про- дуктов питания, если не изменится технология их получения, воз- можно значительное увеличение приведенных выше показателей. Создание новых химических соединений, которые не встречаются в природе и в ряде случаев не подвергаются разложению в течение длительного времени (а таких соединений синтезируется ежегодно около 500 видов), приводит к нарушению естественных природных процессов. В процессе эволюции живых организмов происходит их приспо- собление к существующим в данное время природным условиям. Такими условиями являются состав атмосферного воздуха, колеба- ния температуры, влажности, солености и т.п. Резкое изменение указанных факторов может привести к следующим неблагоприят- ным последствиям. Например, предприятия, работающие на при- родном угле, выделяют большое количество двуокиси углерода, окислов серы и других соединений. Так, одна электростанция сред- ней мощности выбрасывает в воздух за сутки около 400 т золы и 120 т окислов железа. Подсчитано, что в различных установках во всем мире сжигается около 7 млрд т условного топлива. При этом в атмосферу поступает до 20 млрд т двуокиси углерода и свыше 1 млрд т других соединений. Следует также отметить, что появле- ние парникового эффекта приводит к повышению температуры, и это совпадает с интенсивным запылением земной атмосферы (вул- 14 каны и т.д.) твердыми частицами. В данном случае создается эф- фект экрана для солнечных лучей, поступающих на нашу планету. В результате производственной деятельности в окружающую среду поступает огромное количество отходов. Так, США выбрасы- вают в атмосферу и прилежащие водные источники около 160 × 106 т различных отходов в год. Появление ядовитых туманов (смога) со- путствует развитому промышленному производству. В настоящее время одной из активно воздействующих и постоян- но возрастающих опасностей является радиоактивная опасность. Ра- диоактивные отходы теперь превращаются в один из важнейших факторов загрязнения окружающей среды. В этой связи особо следу- ет отметить так называемые источники от захоронения радиоактив- ных отходов. Первоначально захоронение радиоактивных отходов производили в морях мирового океана. Основная цель данных захо- ронений – изоляция опасных веществ от среды обитания человека на период, достаточный для физического распада радионуклидов. Захо- ронение жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоак- тивных отходов (ТРО) в основном осуществлялось промышленно развитыми странами. В XX веке наибольшую опасность вызывало накопление радиоактивных отходов в морях мирового океана и в са- мом океане. Это происходило как за счет запланированных захоро- нений, так и за счет аварий судов с атомными двигательными уста- новками и атомных подводных лодок. Первое захоронение радиоак- тивных отходов было осуществлено США в 1946 году. Это захо- ронение произвели в северо-восточной части Тихого океана на рас- стоянии 80 км от побережья Калифорнии. Сброс ТРО низкого уровня активности в окружающие воды мирового океана начался практиче- ски одновременно всеми развитыми в плане атомной промышленно- сти и энергетики странами. Так, с 1947 г. радиоактивные отходы ста- ла сбрасывать Великобритания и другие государства. До 1983 г. бо- лее одиннадцати стран практиковали сброс ТРО в открытые моря Мирового океана. Последнее официально зарегистрированное захо- ронение отходов в Мировом океане, не считая СССР и России, было осуществлено на расстоянии 550 км от европейского континенталь- ного шельфа в Атлантическом океане. Захоронение радиоактивных отходов в водах Мирового океана отражено в табл. 1.1. Захоронение радиоактивных отходов в СССР началось с 1957 года. Анализ работы атомной промышленности показывает, что в 15 последние годы существования Союза объем захоронений должен был быть весьма значителен. Только по твердым отходам в север- ные и дальневосточные моря суммарный сброс составил 53376 м3 с активностью 21614 Кюри. Одновременно с твердыми отходами подвергались захоронению и жидкие радиоактивные отходы. Об- щий слив жидких радиоактивных отходов в северные моря составил 190435 м3 с активностью 23753 Кюри. А в дальневосточные моря – 123497 м3 с активностью 12337 Кюри. Исходя из этого можно сделать вывод о том, что Российские мо- ря, прилегающие к Новой Земле и к Приморскому краю, представ- ляют опасность не только для ныне живущих людей, но и для бу- дущих поколений. Таблица 1.1 № п/п Страна Сброшено (Кюри) Процент Год Атлантический океан 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Бельгия Англия Германия Италия Нидерланды США Франция Швейцария Швеция 2120 35077 0,20 0,9 336,1 2942 353,4 4419 3,23 4,63 76,55 0,0004 0,0004 0,73 6,42 0,77 9,64 0,1 1960–1982 1949–1987 до 1967 ? 1967–1982 1949–1967 1967–1969 1969–1982 1963 Всего 45252,5 98,76 Тихий океан 1. 2. 3. 4. Корея Новая Зеландия США Япония ? 1,4 554,2 15,44 ? 0,002 1,21 0,03 ? ? 1946–1970 1955–1969 Всего 45823,54 100 Вопросы для самоконтроля 1. Влияние научно-технического прогресса на экологию. 2. Разработка новых материалов и их влияние на экологию. 3. Понятие ресурса. 4. Энергия как показатель жизненного уровня. 5. Парниковый эффект и его влияние на экологию. 6. Виды радиоактивных отходов. 16 ГЛАВА 2. ПИТЬЕВАЯ ВОДА, ЕЕ КАЧЕСТВО И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ § 1. Получение питьевой воды и ее очистка Существование человечества на нашей планете немыслимо без использования имеющихся на ней природных ресурсов, основным из которых является вода. Используемая вода должна быть чистой и безопасной. Примеси, от которых зависит безопасность питьевой воды, мож- но разделить на три категории: – неорганические химические вещества, к числу которых отно- сятся арсенал-ионы, а также ряд других веществ, способных оказы- вать вредное воздействие на здоровье человека; – органические химические соединения, которые способны находиться в воде в растворенном виде, однако эти соединения мо- гут быть канцерогенами; – микроорганизмы, содержащиеся в воде и вызывающие массо- вые заболевания (холера, тиф и др.). Питьевую воду получают либо из подземных водоносных гори- зонтов, либо из поверхностных водоемов, т.е. из природных озер и рек или водохранилищ, созданных руками человека. Существуют и другие способы получения воды, пригодной для питья. В ряде промышленно развитых стран осуществляется обес- соливание (опреснение) морской воды, каким-либо методом. Одним из них является метод перегонки. Пресную воду для питья, ороше- ния посевов и промышленного использования получают в основном из подземных горизонтов и из поверхностных водоемов. В прошлом грунтовые воды были менее загрязненными источниками, по срав- нению с поверхностными. Однако опасная практика размещения отходов, а также потребления воды из все более глубоких водонос- ных слоев приводит к увеличению концентрации химических со- единений и минеральных солей в грунтовых водах. Вследствие то- го, что водоносные слои восстанавливаются очень медленно, даже однократное загрязнение водного горизонта может сохраняться в течение жизни многих поколений. Уровень загрязнения воды определяется в основном присутствием органических отходов, источниками которых являются промыш- ленные предприятия, сельскохозяйственные организации и города. 17 В состав таких отходов входят главным образом углеводороды, во- дород, кислород и азот. Окисление данных элементов обусловлива- ет возникновение неблагоприятной ситуации, при которой происхо- дит загрязнение рек и озер. Окисление органических отходов при- водит к сокращению количества кислорода в воде. В таких услови- ях различного рода микроорганизмы, находящиеся в воде, активно развиваться не могут. Лишь немногие их виды способны адаптиро- ваться к такой среде, где специализированные бактерии могут обра- зовывать среди других конечных продуктов окисленный сероводо- род с характерным запахом. Загрязнение пробы воды органическими отходами измеряются значениями биологически потребляемого кислорода (БПК). Данное значение показывает количество БПК. Это количество кислорода необходимо для окисления бактерий и простейших микроорганиз- мов всей органики, находящейся в 1 литре воды. Однако данный показатель не дает возможности судить о том, какие именно орга- нические вещества и в каком количестве содержатся в воде. Вноси- мые в природные водоемы фосфаты и нитраты служат источником питания для фотосинтезирующих бактерий. Развитие этих бактерий приводит к такому явлению, как цветение воды. Некоторые водоемы имеют тенденцию к самоочищению. Данный процесс может происходить в условиях, приводящих к прекраще- нию поступления в водоемы нитратов и фосфатов, и при наличии проточной воды. Водоемы, которые не способны к самовосстанов- лению естественным путем, требуют дополнительных мероприятий. К таким мероприятиям относятся следующие: – устройство дренажных систем; – обогащение кислородом; – создание возможности осаждения фосфатов; – биологическая обработка. Грунтовые воды подвергаются опасности заражения токсичными веществами из мест сброса и захоронения промышленных и городских отходов. По степени опасности отходы делятся на следующие группы: 1) токсичные вещества; 2) воспламеняющиеся отходы; 3) отходы, вызывающие коррозию; 4) химически активные вещества. 18 Известен ряд способов удаления и обезвреживания опасных отходов: – вторичное использование для других целей или извлечение из отходов ценных компонентов; – химическая обработка (в основном нейтрализация); – компостирование органических отходов совсем или почти не содержащих тяжелых металлов и использование их в качестве удобрений; – сжигание в высокотемпературных печах; – закачивание в глубокие скважины; – создание мусорных полигонов для отходов, которые невоз- можно удалить или обезвредить выше перечисленными методами. В ряде случаев можно использовать специальные хранилища для отходов, но все эти хранилища должны находиться под специаль- ным контролем достаточно длительный период времени. Причиной неприятного запаха и вкуса воды может быть растворенный в ней азот. Данный газ чаще всего содержится в воде, получаемой из глу- боководных скважин. Аналогичный эффект могут вызывать мерт- вые разлагающиеся органические вещества, вымываемые водой из водорослей и других водных растений. Такие вещества в больших количествах могут содержаться в воде водохранилищ. К ним присо- единяются химические соединения, применяемые для обработки сельскохозяйственных площадей. Для обеспечения приятного вкуса и запаха воды обычно приме- няются следующие методы: – метод предотвращения роста и развития водорослей и водных растений; – метод устранения неприятного вкуса и запаха. В первом случае в накопительные емкости необходимо вводить разнообразные, необходимые именно для этого, химические ингре- диенты. Вода может быть подвергнута аэрации. При этом вода раз- брызгивается в воздухе с помощью фонтанов или пропускается че- рез набор сеток. Такая обработка способствует удалению газов (например сероводорода). После проведения процесса аэрации в воду необходимо добавить различные химические вещества, например газообразный хлор, для производства заключительного этапа после всех предварительных стадий очистки. Воду при этом пропускают через фильтры, в качестве которых могут быть исполь- 19 зованы слои песка различной степени зернистости. В ходе проведе- ния такой фильтрации из воды удаляются болезнетворные бактерии. Следует отметить, что хлор является наиболее эффективным сред- ством обеззараживания воды. Но в значительных количествах он мо- жет образовывать хлоруглероды, которые обладают канцерогенным действием. Альтернативой хлорированию может быть процесс озо- нирования воды. Для этого озон пропускают через фильтры. Процесс озонирования включает в себя введение в воду озона. Озон сам по себе является достаточно сильным окислителем, который может уби- вать болезнетворные бактерии и вирусы. Данный элемент также эф- фективен при проведении процесса обесцвечивания воды. В случае применения озона в воде не появляется никакого запаха и привкуса. Однако следует отметить, что при проведении процесса озонирова- ния в обработанной озоном воде не остается следов свободного озо- на. А это приводит к тому, что отсутствует возможность быстрейше- го удостоверения в полном уничтожении всех содержащихся в воде вирусов и бактерий, как это имеет место при проведении хлорирова- ния. Другая причина в ограничении применения озона заключается в том, что продукты реакции озона с органическими веществами, со- держащимися в воде, до сих пор полностью не идентифицированы. А это может привести к накоплению в воде канцерогенных веществ. § 2. Методы борьбы с загрязнением воды Понятие «очистка воды» следует отличать от понятия «борьба с загрязнением воды». Очистка включает в себя мероприятия по под- готовке воды для потребителя, т.е. в быту и производстве. Борьба с загрязнением направлена на восстановление качества воды, которое было утрачено при использовании ее потребителем. После восста- новления качества данную воду можно возвращать в водопользова- ние. Выделяют два источника загрязнения. 1. Города, сточные воды которых поступают в водоемы через канализационные трубы. Такие источники носят название стацио- нарных или точечных. 2. Существуют источники, характерные для сельской местности. В этом случае загрязненные воды поступают в водоемы с обширных площадей. При этом в качестве таких водоемов могут быть берега рек, озер или искусственных водохранилищ. Эти источники носят название неточечных или линейных. 20 Очистка сточных вод преследует цель предупреждения загрязне- ния этими водами разнообразных водных источников таких, как реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды, а также естественные и искусственные каналы, которые можно использовать для хозяй- ственного и питьевого водоснабжения населения. Эта же вода будет использоваться для рыбохозяйственных целей. Водоемы и водостоки считаются загрязненными, если показате- ли состава и свойств воды в них изменились под прямым или кос- венным воздействием бытовых пользователей, а также в результате производственной деятельности. При этом они стали полностью или частично непригодны хотя бы для одного из любых видов во- допользования. Критерием загрязнения воды является ухудшение ее качества вследствие изменения органолептических показателей и появления в ней веществ, вредных для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов. Следующим показате- лем является повышение температуры воды и изменяющиеся при этом условия для нормальной жизнедеятельности организмов. Ос- новными действиями, которые могут предотвратить загрязнение водных источников, являются следующие: – строго запретить допуск утечки в водные объекты нефти и продуктов нефтепромыслов, а также сброс неочищенных, сточных, подсоленных и балластных вод; – запретить сброс в водные объекты сточных вод, которые могут быть очищены за счет рациональных технологий и могут быть мак- симально использованы в системах оборотного и повторного водо- снабжения; – запретить сброс стоков, содержащих ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или других предприятиях. Такие отходы содержат промышленное сырье, реагенты, полупро- дукты и конечные продукты производства. Для этих отходов уста- навливаются нормативы технологических потерь: – запретить сбрасывать отходы, содержащие вещества, для которых не установлены нормы предельно допустимых концентраций (ПДК); – запретить сброс отходов, которые с учетом их состава и мест- ных условий могут быть использованы для орошения при соблюде- нии санитарных требований. Существуют следующие методы очистки сточных вод: 1) механический; 21 2) биологический; 3) химический. Рассмотрим сущность данных методов. При механической очистке производится разделение жидкой и твердой фаз сточных вод. Для этой цели применяются решетки, песколовки, отстойники (горизонтальные, вертикальные и двухъярусные). Биологической очистке подвергается жидкая часть сточных вод. Сам процесс биологической очистки может быть естественным и искусственным. Естественная биологическая очистка проводится на полях оро- шения и в биологических прудах. Для искусственной биологиче- ской очистки используются специальные сооружения, биологиче- ские фильтры и аэротенки. Обработка осаждающегося ила произво- дится на специальных иловых площадках. Сточные воды, поступа- ющие в аэротенки, продуваются снизу мощным потоком мельчай- ших пузырьков воздуха. Очищающим началом в аэротенках является активный ил, представляющий собой совокупность микроскопиче- ских растений и животных. Данный живой компонент создан ис- кусственно. В природе такого компонента не существует. При из- бытке кислорода и притоке органических веществ в активном иле идет бурная реакция развития бактериального населения и микро- организмов. Образующиеся бактерии склеиваются в хлопья, кото- рые занимают значительную рабочую поверхность (около 1200 м2 в 1 м3 ила). Данные бактерии выделяют ферменты, расщепляющие сложные органические загрязнения до простых минеральных ве- ществ. Далее происходит минерализация органических веществ. Активно поглощая органические вещества, бактерии непрерывно делятся, наращивая при этом свою массу. Вследствие того, что бак- терии склеивают в хлопья активный ил, они быстро оседают и отде- ляются от уже чистой воды. Отстоявшаяся вода будет готова к дальнейшему использованию, а бактериальная масса снова включа- ется в технологический процесс очистки. Химическая очистка является основным способом нейтрализа- ции сточных вод. Данные воды многих предприятий, содержащие серную, соляную и азотную кислоты подлежат нейтрализации. Нейтрализация кислотных стоков может быть произведена за счет фильтрации их через магнезит, доломит или другие известняки. Также она может производиться путем смешивания кислотных сто- 22 ков со щелочными. В ряде случаев при химической очистке можно извлекать ценные соединения и тем самым уменьшить расходы производства, относящиеся к технологическим потерям. В боль- шинстве случаев после химической очистки необходимо производить технологическую. Проведение технологической очистки включает в себя следующее. 1. Первичная очистка. При этом из воды выделяются крупные твердые отходы за счет их механического осаждения из потока. Ко- личество твердых отходов, удаляемых на данном этапе может дости- гать 35 % от всего органического вещества, содержащегося в потоке. 2. Вторичная очистка. Включает в себя удаление растворимых органических веществ. В данный этап входят рассмотренные ранее этапы биологической и химической очистки. Следующей процеду- рой вторичной очистки является использование капельных биоло- гических фильтров, результатом применения которых является уда- ление из сточных вод как взвешенных частиц органических веществ, так и значительной части органических соединений. Такие фильтры способны очищать поступающие сточные воды на 80–85 %. За счет первичных и вторичных очисток можно удалить до 90 % организо- ванных загрязнений. 3. Третичная очистка. Задачей этой стадии является удаление из сточных вод соединений, которые содержат азот и фосфор. Именно эти соединения приводят к бурному росту водорослей. Третичная очистка может также включать в себя процесс адсорбции, осуществ- ляемый с помощью остаточных органических соединений, оставших- ся после вторичной очистки. Удаление из сточных вод фосфатов про- изводится путем их химического осаждения и последующего отстоя. После проведения этих стадий очистки воду хлорируют для уничто- жения оставшихся бактерий. При необходимости ее дополнительно насыщают кислородом и затем сбрасывают в природные водоемы. Вопросы для самоконтроля 1. Виды примесей, от которых зависит безопасность питьевой воды. 2. Способы получения питьевой воды. 3. Источник загрязнения вод, показатель БПК. 4. Факторы, влияющие на «цветение воды». 5. Мероприятия для очистки загрязненных водоемов. 6. Классификация по степени опасности. 23 7. Отличие понятия «борьба с загрязнением» от понятия «очист- ка воды». 8. Виды источников загрязнения. 9. Условия предотвращения загрязнения водных источников. 10. Методы очистки сточных вод. 11. Технологическая очистка и ее этапы. 24 ГЛАВА 3. ГАЗООБРАЗНЫЕ И ПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, СВОЙСТВА § 1. Вредные факторы промышленных выбросов и их воздействие на окружающую среду и человека Для выбора методов очистки промышленных выбросов литейных производств необходимо обладать знаниями физико-химических свойств пыли и газов, образующихся в отдельных литейных цехах. В связи с этим следует отметить, что наиболее активные выбросы образуются при работе сталеплавильных печей, вагранок и сушильных камер. Пыль от вагранок и печей главным образом состоит из частиц тех веществ, которые используются для плавки чугуна, стали и цвет- ных сплавов. К таким веществам относятся окислы металлов, коксо- вая пыль, пыль от флюсов, модификаторов и других добавок. Пыль также может образовываться при измельчении твердых веществ, применяющихся при осуществлении процесса плавки и непосред- ственно при транспортировании пылящих материалов. Следует так- же отметить, что при нагреве кусковых материалов происходит их растрескивание и измельчение. В результате этого также образуется пыль. В дальнейшем пыль, объединяясь с газами, выбрасывается и в рабочую зону, и в окружающую атмосферу. Данный процесс выброса газопылевого потока называют механическим уносом. Существуют такие металлургические процессы, в которых горя- чие газы могут содержать пары веществ, переходящих при их охла- ждении в жидкое или твердое состояние. Такая пыль или аэрозоль называется возгонкой, а газы, содержащие взвешенные твердые части- цы пыли или жидкие капли – аэрозолями. Сами аэрозоли могут быть дисперсионными и конденсационными. При классификации аэрозольных систем обычно исходят из размеров их частиц или их дисперсности. Под дисперсностью понимается степень измельче- ния частиц пыли до минимальных размеров. Аэрозоли, образующи- еся в результате воздействия механических процессов, обычно со- держат частицы пыли крупностью 5–10 мкм. Аэрозоли же, образу- ющиеся при конденсации и в результате проходящих химических реакций (возгонов), состоят из частиц, размер которых меньше 1 мкм. Пыль, состоящая из частиц различных размеров, называется поли- дисперсной. Знание размеров частиц пыли, ее дисперсного состава 25 имеет важное значение для выбора эффективно работающих пыле- улавливающих систем при проектировании новых предприятий. Принята следующая система классификации аэрозолей. Для твердых частиц: а) грубая пыль более 10 мкм; б) мелкая пыль 1–10 мкм; в) дым менее 1 мкм. Для жидких частиц: а) брызги, капли 1–10 мкм; б) туманы менее 1 мкм. В своем большинстве аэрозоли являются неустойчивыми, т.е. с течением времени может изменяться число и масса частиц в едини- це объема. Также в аэрозолях при столкновении частицы могут об- разовывать более крупные частицы или конгломераты. Такой про- цесс называется коалисценцией. Частицы, которые крупнее 5 мкм, конгломератов не образуют. В том случае, когда пылеобразная со- ставляющая осаждается и превращается из аэрозоли в гель, отдель- ные частицы или комочки могут дополнительно слипаться между собой. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных ве- ществ, утвержденных санитарными нормами и правилами (СНиП), показывают, что наиболее опасной для человеческого организма является пыль с размером частиц от долей микрометра до 5 мкм. Такая пыль может глубоко проникать в легкие и находиться там длительное время. Для того, чтобы она оказывала минимальное воздействие на обслуживающий персонал и окружающую среду, в отделениях литейных цехов необходимо предусмотреть установку аппаратов, способных предотвратить выброс пыли в рабочую зону. Приведем ПДК вредных веществ (газов, пыли, паров), способных образовывать аэрозоли в воздухе рабочей зоны производственных помещений, мг/м3: пыли оксидов железа – 4–6; пыли оксидов алюминия – 2–6; доломитовая пыль – 6; кремнийсодержащая пыль – 1–4; хлор – 0,1; ртуть металлическая – 0,01; фтористый водород – 5; известковая пыль – 6; 26 углеродистые пыли – 10; сернистый ангидрид – 10; оксид углерода – 20; оксиды азота – 5; сероводород – 10; оксиды марганца – 0,3. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны – такие концентра- ции, которые при работе в течение 8 часов и всего рабочего дня не вызовут у рабочих заболевания или ухудшения состояния здоровья. Среднесуточные и max-разовые ПДК некоторых веществ в атмо- сферном воздухе рабочей зоны, мг/м3, представлены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Наименование вещества Среднесуточные концентрации Max-разовые концентрации Оксид углерода Оксиды азота Пыль нетоксичная Ртуть металлическая Сернистый ангидрид Сероводород Сажа, копоть Фенол Хлор Свинец Фтористый водород 1 0,1 0,05 0,0003 0,05 0,008 0,05 0,01 0,03 0,002 0,015 6 0,3 0,5 0 0,5 0,008 0,15 0,01 0,1 0,017 0,05 Приведенные в СНиП ПДК устанавливают пределы минималь- ного количества вредных выбросов в атмосферу для достижения значений, к которым необходима соответствующая подготовка при осуществлении производственно-технологических процессов. Дис- персный состав пыли электросталеплавильных печных агрегатов зависит от химического состава сплава, наводимого шлака, техно- логического режима плавки. Высокая температура действия элек- трической дуги в плавильной зоне вызывает образование оксидов углерода и таких микроэлементов, как оксиды азота и серы, цианиды, 27 фториды. Эти вещества выбрасываются из рабочей зоны вместе с отходящими газами. Количество оксидов серы зависит от ее содер- жания в шихте. Образование оксидов азота происходит в основном за счет подсоса в рабочую зону окружающего воздуха. В процессе эксплуатации дуговых сталеплавильных печей необходимо следить за операциями подъема и опускания электродов, подъема и поворо- та свода, наклона ванны, открывания и закрывания рабочего окна. Для предотвращения попадания вредных выбросов в атмосферу и непосредственно в рабочую зону необходимо устанавливать стаци- онарные устройства для отсоса газов из около печного простран- ства. При отсутствии таких устройств выделяющиеся технологиче- ские газы, содержащие пыль и разнообразные вредные вещества, будут подниматься вверх с невысокой скоростью, а затем пылевид- ные частицы будут оседать в рабочей зоне. При отсутствии вытяж- ных устройств в верхней части рабочей зоны создаются условия, затрудняющие видимость на рабочих местах на расстоянии не- скольких метров. Одним из технических решений, служащих для эффективного отсоса газа и пыли, может быть устройство зонтов. Следует, однако, отметить, что эффективность таких устройств со- ставляет менее 70 %, а затраты электрической энергии на переме- щение выделяющихся газа и пыли довольно значительны. Такие конструкции металлоемки и ухудшают условия обслуживания и доступ к печному агрегату. В таком случае наиболее целесообраз- ным решением будет создание устройств, обеспечивающих удале- ние газовых и пылевых выбросов непосредственно из рабочего объ- ема печного агрегата. § 2. Характеристики газообразных и пылевых выбросов По качественному составу и относительной вредности выбросы, загрязняющие атмосферу можно разделить на следующие группы: – c условно чистыми выбросами, в состав которых входят веще- ства, содержащие вредные компоненты в пределах гигиенических норм; – с дурнопахнущими выбросами; – со значительными выбросами, содержащими нетоксичные или инертные вещества; 28 – c выбросами, содержащими канцерогенные, токсичные и ядо- витые вещества. Основными технологическими мероприятиями по снижению вредных выбросов в атмосферу являются совершенствование тех- нологических производственных процессов, а также модернизация или создание нового технологического оборудования. В результате осуществления таких мероприятий можно частично, а в ряде случа- ев и полностью ликвидировать вредные выбросы. К данным меро- приятиям следует отнести следующие. 1. При выборе технологических агрегатов следует отдавать предпочтение более мощным. 2. Осуществлять замену металлургических агрегатов, использу- ющих твердое и жидкое топливо, электроэнергией или газообраз- ным топливом. Последнее позволит значительно снизить количе- ство газопылевых выбросов. 3. Предусмотреть необходимость замены смоляных компонен- тов для изготовления форм и стержней на другие более экологиче- ски чистые, что позволит значительно снизить количество газовых выбросов. По возможности исключить операции и промежуточные звенья, связанные с обработкой и транспортированием пылящих веществ. Следующим этапом может быть переход от периодических процессов к непрерывным. 4. Оснастить технологические агрегаты средствами или аппара- тами для пылеулавливания. Данные мероприятия позволяют при относительном постоянстве количества выбросов существенно снизить загрязненность окружа- ющей среды. Кроме рассмотренных выше условий по выбору строи- тельной площадки для строительства промышленных и особенно литейных предприятий необходимо дополнительно учитывать сле- дующие факторы: а – площадка должна быть расположена на территории, имею- щей положительную инверсионную характеристику, т.е. температу- ра воздуха с увеличением расстояния от земной поверхности долж- на в течение всего года снижаться; б – цехи, выделяющиеся количеством вредных выбросов, следу- ет располагать на заводской территории по ее границе, противопо- ложной жилому массиву; 29 в – взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы в случае направления ветра на жилой массив их выбросы не объ- единялись. Расстояния, на которых должны строиться промышленные пред- приятия, определены санитарными нормами. В них указываются раз- меры защитных зон, рекомендации по выбору площадок и предельно допустимых концентраций на выбросы данными предприятиями. § 3. Требования, предъявляемые к очистке газопылевых выбросов Технологические газы и вентиляционный воздух, удаляемый как местными системами, так и системами пыле- и газоочистки, содер- жат пыль и вредные вещества. Если эти газы не будут проходить соответствующую очистку перед выбросом их в атмосферу, то они станут источником загрязнения воздушного бассейна. Степень очистки газов в аппаратах или системах газоочистки должна быть такой, чтобы содержание вредных веществ в очищаемом потоке газа давало возможность после выброса его из труб и рассеивания в воздухе иметь концентрацию выбрасываемых веществ, не превы- шающую ПДК (предельно допустимые концентрации). В табл. 3.2 представлены ПДК некоторых вредных веществ в атмосфере насе- ленных пунктов, мг/м3. Таблица 3.2 Наименование вещества Предельно допустимые концентрации (ПДК) мах-разовые среднесуточные 30 Пыль нетоксичная Сажа (копоть) Сернистый ангидрид Сероводород Пары серной кислоты Пары фтористого водорода Оксид углерода Хлор Аммиак Диоксид азота 0,5 0,15 0,5 0,006 0,3 0,02 3 0,1 0,2 0,085 0,15 0,05 0,05 0,008 0,1 0,005 1 0,03 0,2 0,085 Промышленные предприятия, которые являются источниками выделения вредных веществ в окружающую среду, должны быть расположены на определенном расстоянии от жилых районов и с подветренной стороны для ветров преобладающего в данном реги- оне направления. Такой разрыв между предприятием или промыш- ленной зоной и жилыми районами носит название санитарно за- щитной зоны. В зависимости от типа предприятия зона может иметь длину 50–1000 м, а в некоторых случаях и больше. Санитарно защитная зона в обязательном порядке должна быть озеленена, в ней не допускается строительства других промышленных предпри- ятий, а также размещение парков, спортивных сооружений, детских садов и лечебно-профилактических учреждений. Совершенствование технологических процессов, применение вы- сокоэффективных систем газоочистки позволяют в значительной ме- ре уменьшить размеры промышленных выбросов в воздушный бас- сейн. В то же время полностью уловить пылевые и газообразные примеси невозможно, и выделение в атмосферу некоторой части вредных веществ пока еще неизбежно. Для того, чтобы концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы не превышали допу- стимую разовую концентрацию, пылегазовые выбросы подвергаются рассеиванию в атмосфере посредством высотных труб. Также для устранения влияния вредных выбросов промышленные предприятия следует строить на ровной местности, открытой для ветров и распо- ложенной не ниже уровня ближайшего жилого массива. Такое распо- ложение позволит исключить застой загрязненного воздуха в атмо- сфере жилого района и на территории самого предприятия. Исполь- зование аппаратов или систем очистки позволит значительно снизить 31 загрязнение атмосферного воздуха технологическими и вентиляци- онными газами. При создании проекта предприятия необходимо об- ращать особое внимание на размещение и высоту дымовых труб. Распространение в атмосфере выбрасываемых из труб промыш- ленных выбросов подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятия, характер мест- ности, физические свойства выбросов, параметры источника выбро- сов и др. Горизонтальное перемещение вредных примесей опреде- ляется в основном скоростью ветра, а вертикальное – градиентом температур в летнее и зимнее время. По мере удаления от источника в направлении распространения промышленных выбросов концен- трация вредных веществ в приземном слое вначале нарастает, а за- тем медленно убывает. Источники выбросов литейных цехов отно- сятся к низким источникам (Н = 2–10 м) и высоким (Н = 10–50 м). В случае строительства низкой дымовой трубы (рис. 3.1, а) газ и содержащиеся в нем вредные компоненты достаточно быстро до- стигают зону приземной атмосферы и активно ее загрязняют. При высокой дымовой трубе (рис. 3.1, б) газ достигает приземного слоя на значительном расстоянии от источника. При этом большая часть газообразных составляющих выбросов рассеивается в верхних сло- ях атмосферы, вследствие чего их концентрация в приземном слое будет не столь значительна. а б Рис. 3.1. Влияние высоты источника выбросов на рассеивание их в атмосфере и приземном слое Максимальное значение приземной концентрации вредного веще- ства См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из устья источника 32 достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле , 3 1 2м TVH АМFmn C    где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/c; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседа- ния вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоз- душной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса над уровнем земли, м; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;  T – разность между температурами выбрасываемой газовоз- душной смеси Тг и окружающего воздуха Тв, оС; V1 – объемный расход газовоздушной смеси. Масса вредных веществ М, выбрасываемая в атмосферу каждым источником, определяется по следующим формулам: секундная , 106,3 6 ср с   QC М г/c; годовая 6 згодс г 10 3600 КТМ М  , т/год, где Q – объем выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси, м3/ч; Cср – концентрация вредных веществ в газовоздушной смеси мг/м3; Тгод – годовой фонд времени работы оборудования, ч; Кз – коэффициент загрузки оборудования. В отношении промышленных предприятий разделение источни- ков выбросов на точечные и линейные будут следующие. К точечным относятся дымовые и вентиляционные трубы, шахты. К линейным – 33 фонари аэрации цехов, ряд близко расположенных труб одинаковой высоты, неорганизованные выбросы коксохимических батарей. То- чечные и линейные источники выбросов бывают непрерывного и периодического действия. § 4. Основные физико-химические свойства газопылевых выбросов Надежность и эффективность работы систем пыле- и газоочист- ки в значительной мере зависят от физико-химических свойств пыли и от основных параметров газовых потоков. Последние должны быть вначале хорошо исследованы, а затем учтены как при проектирова- нии систем газоочистки, так и при организации их эксплуатации. Методы исследования физико-химических свойств пылевых вы- бросов достаточно многообразны. Однако подавляющее большин- ство материалов рассчитано на узкоспециализированные лаборато- рии, имеющие в своем распоряжении сложное и дорогостоящее оборудование. Вследствие этого в дальнейшем мы изложим только те методики, которые находят достаточно широкое распростране- ние в литейных цехах машиностроительных предприятий Респуб- лики Беларусь. Важнейшей характеристикой пыли является ее плотность. Различают истинную, насыпную и кажущуюся плотно- сти. Насыпная плотность пыли, в отличие от истинной, учитывает наличие воздушных зазоров между частицами свеженасыпанной пыли. Насыпной плотностью пользуются в случае определения объ- ема, который занимает пыль в бункерах. С увеличением однородно- сти частиц по размерам насыпная плотность пыли уменьшается, так как увеличивается относительный объем воздушных прослоек. Насыпная плотность слежавшейся пыли оказывается примерно в 1,2–1,5 раза больше, чем у свеженасыпанной. Кажущаяся плотность представляет собой отношение массы частицы к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты, неровности. Гладкая монолитная частица имеет кажущуюся плотность, практически совпадающую с истинной. Такие частицы в сухих инерционных аппаратах улавли- ваются лучше, чем пористые. Это происходит вследствие того, что при одинаковой массе гладкие частицы испытывают меньшее увле- кающее воздействие очищенных газов, покидающих газоочисти- 34 тельную установку. Частицы с меньшей кажущейся плотностью лучше улавливаются в «мокрых» аппаратах и рукавных фильтрах. Это происходит из-за большой вероятности захвата частиц водой или фильтровальной тканью. Кажущаяся плотность золы зависит от ее состава и может коле- баться от долей грамма для частиц золы, содержащих газовые пу- зырьки и вспученные, пористые частицы недожога, до нескольких граммов на 1 см3 для золы, содержащей частицы железа, восстанов- ленного из окислов, входящих в минеральные частицы топлива. Вопросы для самоконтроля 1. Основные факторы, которые необходимо учитывать при вы- боре методов очистки выбросов литейных цехов. 2. Возгоны и аэрозоли. 3. Классификация аэрозолей. 4. Фактор вредности воздействия пыли на организм человека. 5. В чем отличие ПДК в воздухе рабочей зоны и среднесуточной ПДК в воздухе населенных пунктов? 6. Зависимость дисперсного состава пыли. 7. Технические решения, применяемые для очистки рабочей зоны. 8. Разделение по качественному составу и вредности выбросов. 9. Технологические мероприятия по снижению вредных выбросов. 10. Факторы, учитываемые при выборе строительной площадки. 11. Нормы, учитывающие расстояние от площадок до жилых массивов. 12. Что такое ПДК? 13. Как должны быть расположены промышленные предприятия по отношению к чистым районам? 14. Влияние высоты дымовой трубы на загрязнение приземной атмосферы. 15. Классификация источников выбросов. 35 ГЛАВА 4. ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ ЛИТЕЙНЫХ ПРОИЗВОДСТВ § 1. Объемы, состав и режимы выбросов плавильных отделений литейных цехов Острой проблемой в литейном производстве остается неудовле- творительное состояние воздушной среды. Химизация литейного производства, способствуя созданию прогрессивной технологии, одновременно ставит задачи по охране окружающей среды. При- меняемые в литейном производстве плавильные агрегаты являются источниками значительного количества загрязняющих выбросов в атмосферу. Заодно с технологическими газами из них выбрасывает- ся пыль, оксиды серы, цианиды. Количество этих выбросов зависит от применяемого сырья, технологических режимов плавки, исполь- зуемых модификаторов и способа отвода газов от печей. Выбросы вредных веществ в атмосферу от оборудования литей- ных цехов составляют 60–70 % от валовых выбросов всего техноло- гического оборудования машиностроительных заводов. При этом значительная доля пылевых и газовых выделений приходится на основное оборудование плавильных отделений литейных цехов. Из общего количества выбросов плавильные агрегаты составляют до 60 % пыли, до 80 % оксида углерода, до 90 % оксидов азота и серы. Сравнение объемов выбросов вредных веществ из расчета на тонну отливок показывает, что наибольшее количество веществ вы- деляется при производстве чугуна в вагранках. Вагранки при про- изводстве 1т чугуна в среднем выделяют до 20 кг пыли, до 200 кг оксида углерода, до 1,5 кг оксидов серы, до 1 кг углеводородов и до 0,1 оксидов азота. Выход технологических газов из электрических сталеплавиль- ных печей, в частности дуговых, определяется содержанием угле- рода в шихте и электродах, а также разгаром непрореагировавшей части известняка и подсосом атмосферного воздуха в печь. Элек- тродуговые печи с емкостью от 3 до 20 т на 1т выплавляемого ме- талла выделяют в среднем около 10 кг пыли, до 80 кг оксида угле- рода, до 0,6 кг оксидов азота, до 0,06 кг углеводородов. Мелкодис- персная пыль, образующаяся в результате испарения металла в районе действия электрической дуги, взаимодействуя с кислородом 36 и азотом печного пространства, создает группу вредных выбросов в атмосферу. Эти выбросы достигают своих максимальных концен- траций в период кипения металла. В данный период происходит наиболее активное взаимодействие кислородных потоков с расплав- ленным металлом. Во время доводки количество выбросов снижается до минимума. Степень запыленности газов, выходящих из плавильного агрегата, за- висит также от интенсивности подсоса воздуха в рабочее пространство. Удельные выбросы пыли из рабочего пространства дуговой элект- ропечи представлены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Емкость печи, т Удельные выбросы тех- нологических газов, м3/т Запыленность газов, г/м3 Удельный выброс пыли, кг/г 5 10 20 100 100 100 27 22 18 9,4 8,8 8,1 При выплавке стали на грязном, окисленном и малогабаритном скрапе количество пылевых выбросов может вырасти в 2 раза. Дис- персный состав пыли электросталеплавильных печей зависит от химического состава сплава, состава шлака, периода плавки, техно- логического режима плавки и условия конденсации паров. Примерный состав пылегазовых выбросов при плавке в элек- тродуговых печах приведем в табл. 4.2. Таблица 4.2 Период плавки Количество частиц (% по массе) при диаметре частиц, мкм До 0,7 0,7–7,0 7,0–80,0 более 80,0 Расплавление Кипение Доводка 48 42 44 30 35 31 16 16 13 6 7 12 37 Пыль, выбрасываемая электросталеплавильными агрегатами, со- стоит в основном из оксидов железа. В период расплавления сумма оксидов железа составляет около 80 %, в период кипения – до 62 %, в период доводки – 53 %. В период расплавления в составе пыли появляются оксиды марганца (11 %), а в период доводки – оксиды кальция (6 %) и магния (9 %). Высокая температура в зоне действия электрической дуги вызывает активное образование оксидов угле- рода и ряда других веществ. В их число входят азот, сера, цианиды, фториды, выбрасываемые из печного пространства вместе с отхо- дящими технологическими газами. Концентрация оксидов азота и цианидов зависит от количества подсасываемого с воздухом азота, мощности электрической дуги и степени диссоциации молекуляр- ного азота в рабочем пространстве печи. Количество оксидов серы в металле зависит от содержания ее в шлаке. Содержание вредных газообразных веществ в технологических парах при проведении процесса электроплавки приведено в табл. 4.3. Таблица 4.3 Вредные вещества Средняя концентрация, мг/м3 Удельные выбросы, г/т Оксид углерода Оксиды азота Оксид серы Цианиды Фториды 13500 550 5 60 1,2 1350 270 2 27 0,6 Следует отметить, что концентрация фторидов в технологических газах пропорциональна содержанию плавикового шпата в шлаке. Выбросы индукционных печей малы по сравнению с электроду- говыми печами (пыли образуется до 1,5 кг на 1 т металла, а вредных газов – незначительное количество). Имеющиеся в некоторых литейных цехах плавильные агрегаты для литья цветных металлов, как правило, имеют малую производи- тельность, и их выбросы по количеству в 2,5–3 раза меньше, чем у электродуговых печей (пыли до 2,5 кг/т, оксида углерода – до 25 кг/т, окислов азота – 0,2 кг/т, углеводородов – 0,2 кг/т). 38 Кроме плавильно-заливочных отделений, в которых сосредото- чено основное количество газопылевых выбросов, достаточно боль- шой вклад в газопылевыделение вносят и другие участки литейного цеха. Так, термообрубной участок – до 24 %, смесеприготовитель- ный – до 10 %, выбивной – до 9 %. Следует отметить, что высокая запыленность воздуха в зоне рабочих мест на данных участках при- водит к увеличению неорганизованного удаления пыли через свето- вые фонари (около 12 %). В ряде случаев в литейных цехах массо- вого производства на территории шихтовых дворов организуются участки по подготовке песка, глины. При эксплуатации этих участ- ков без установки достаточных систем очистки в окружающую сре- ду может выделяться до 80 % пыли, образующейся в процессе пе- реработки указанных материалов. Основными источниками выброса оксида углерода в литейных цехах являются вагранки, на долю которых приходится более 90 % выбросов плавильно-заливочных отделений. Следует отметить, что на долю этих же отделений приходится около 70 % выбросов окси- да углерода от всех источников литейных цехов. При этом характер производства цеха практически не оказывает влияния, влияет толь- ко тип используемых плавильных агрегатов. Также значительное количество выброса оксида углерода приходится на заливочные конвейеры и охладительные кожуха (46 %), а также на выбросы че- рез светоаэрационные фонари (31 %). Источниками выбросов диоксидов азота и серы в литейных це- хах в основном являются плавильные агрегаты, заливочные конвей- еры и охладительные кожуха. На долю плавильно-заливочных отде- лений приходится более 70 % выбрасываемых в атмосферу диоксида азота и 95 % диоксида серы. Также достаточно высокий процент выбросов этих веществ (11 %) отмечается на стержневых участках цехов массового и серийного производства, использующих стерж- невые автоматы с газовым нагревом оснастки. Выбросы фенола, формальдегида, фурфурола, фурилового и ме- тилового спирта и других веществ приходятся в основном на участки изготовления стержней (85–100 %). Основными источниками ука- занных выделений являются стержневые автоматы по нагреваемой оснастке. Незначительные количества этих веществ отмечаются в выбросах заливочных, выбивных и смесеприготовительных участков. Этот факт также необходимо иметь в виду при разработке мероприя- тий по снижению выбросов данных веществ. 39 Кроме вышерассмотренных вредных веществ в выбросах отдель- ных участков литейных цехов отмечены и другие вещества. Так, в выбросах плавильного отделения сталелитейного цеха от элек- тродуговых печей наблюдались цианиды и их соединения, а также фто-ристые соединения. На участках окраски термообрубных отде- лений литейных цехов массового производства выбрасывается в ат- мосферу значительное количество таких веществ, как этанол, бута- нол, толуол, бутилацетат, этилцеллозольв. Источниками этих ве- ществ являются окрасочные и сушильные камеры. Оценка долевого участия литейных цехов в загрязнении атмо- сферы показала, что они составляют по пыли 80–90 %, оксиду угле- рода 60–70 %, диоксиду серы 90–95 %, фенолу, формальдегиду, фур- фуролу и др. 95–100 % . Приведем таблицу распределения выбросов вредных веществ в атмосферу по литейным цехам с различным характером производ- ства (табл. 4.4). Таблица 4.4 Вредные вещества Валовые выбросы, % от цехов с характером производства массовым серийным мелко- серийным Пыль Оксид углерода Диоксид азота Диоксид серы Фенол, формальдегиды, фурфурол, аммиак, метанол Толуол, бутанол и др. 10,4 75,2 0,84 0,78 0,76 12,02 8,4 84,0 0,6 1,3 0,6 5,1 5,1 91,1 0,5 1,5 0,2 0,8 § 2. Методика оценки выбросов из агрегатов для плавки чугуна и стали Любой производственный участок литейного цеха является ис- точником выделения в атмосферу пыли и токсичных газов. Однако следует отметить, что наибольшую опасность для окружающей сре- ды и обслуживающего персонала как по объему выбросов, так и по 40 их токсичности представляют плавильные отделения. Например, на долю вагранок в настоящее время приходится около 80 % всех вы- бросов при производстве чугуна. Анализ развития зарубежной и отечественной технологии получения чугуна позволяет говорить о том, что данная тенденция будет сохраняться еще довольно долго. Выбросы из вагранок делят на технологические и неорганизован- ные. Технологические выбросы – это ваграночные газы и пыль, об- разующиеся в процессе плавки в вагранке и удаляемые через дымо- вую трубу в открытых вагранках или через газозаборные устрой- ства в закрытых. Источниками неорганизованных выбросов являются загрузочные устройства, открытые завалочные окна, весовые тележки, летки и желоба для выпуска металла и шлака, неплотности фурменного по- яса. Эти выбросы попадают непосредственно в атмосферу цеха, а последующее удаление их осуществляется системой вытяжной вен- тиляции или с помощью зонтов, установленных в местах наиболь- шего газовыделения. Пылеобразование при перегрузках обусловли- вается величиной реализуемых энергозатрат, прочностными свой- ствами материала, который подвергается механическим воздействиям, но не зависит от типа применяемого оборудования. В общем балансе выбросов вагранок на долю неорганизованных при- ходится не более 5 %. Такой параметр, как расход колошниковых газов зависит только от режима плавки и мощности печи. Как прави- ло, количество колошниковых газов в коксовых вагранках в 1,2–1,5 раза превышает расход дутья. Количество отходящих газов зависит от исходного расхода колошниковых газов, размеров завалочного окна, температуры, а также высоты труб. Последние параметры ха- рактеризуют геометрический напор и, следовательно, связанную с ними скорость движения подсасываемого воздуха в проеме зава- лочного окна. Для вагранок закрытого типа количество отходящих газов определяется производительностью установленных дымосо- сов. Расход колошниковых газов увеличивается при интенсифика- ции процесса плавки. В этом случае возрастает расход кокса и сни- жается полнота его горения. Количество оксида углерода в колош- никовых газах зависит от режимных параметров, в основном от расхода кокса и дутья. В зоне завалочного окна колошниковые газы разбавляются воздухом за счет разряжения, создаваемого дымовой трубой. Отходящие газы при этом, как правило, горят, т.е. происхо- 41 дит процесс самодожигания. Количество СО в них за счет этого про- цесса уменьшается до 1,5–2 %. Однако данный процесс не является стабильным. Для его стабилизации вагранки оборудуются горелка- ми-запальниками, работающими на природном газе или жидком топливе. Перспективность ваграночной плавки обусловлена, прежде все- го, непрерывностью процесса выдачи металла, что особенно важно при конвейерном производстве. В промышленности Республики довольно широко используются вагранки открытого или полуза- крытого типов с производительностью от 2 до 20 т/ч. Из данного типажа наибольшее распространение получили агрегаты с произво- дительностью 5–15 т/ч. В этих агрегатах загрузка шихты обычно производится скиповыми и бадьевыми подъемниками, иногда кра- нами. При этом бадья вводится внутрь шахты при центральной за- грузке или выгружается на специальный склиз при боковой загрузке. Затем по нему она поступает в вагранку. Для уменьшения пылевых выбросов в ряде случаев загрузочные окна снабжаются специаль- ными шторками. Газы из вагранок открытого типа выбрасываются в атмосферу за счет тяги, создаваемой трубой, а также перепадами температур между окружающей средой и отходящими газами. Вы- ходящие газы имеют температуру в пределах 370–750 ºС. Вместе с газами выносится значительное количество пыли, которая имеет раз- личную концентрацию, состав, фракцию. Концентрация самой пыли может изменяться в широких пределах, зависящих от расхода не- сущего газового потока, режима плавки, качества самих исходных материалов и способа их загрузки. В случае подачи в вагранку го- рячего дутья при использовании предварительного подогрева во встроенных или отдельно стоящих рекуператорах, нагреваемых от- дельным топливом, расход отходящих газов снижается, а их темпе- ратура несколько возрастает. Вагранки закрытого типа имеют устройства, которые позволяют забирать запыленный газовый поток ниже уровня завалочного окна. Такая система повышает технико-экономические показатели данных агрегатов. Однако следует отметить, что оборудование вагранок дан- ными системами усложняет их конструкции и повышает стоимость эксплуатации. Такие вагранки дополнительно должны быть оборудо- ваны автоматическими системами управления и безопасности. 42 В современных сталелитейных цехах малой и средней мощности широкое распространение получили такие плавильные агрегаты, как электродуговые печи типа ДС, ДСП, ДСН. Производительность от 0,5 до 100 т/ч. Эти печи в большинстве случаев не оборудованы устройствами очистки технологических газов, которые несут значи- тельное количество наиболее опасной высокодисперсной пыли и содержат вредные газообразные компоненты. Из-за повышенного давления под сводом печи газы во время плавки могут прорываться через неплотности в агрегате и попадать в атмосферу цеха. При рассмотрении пылегазовых выделений из плавильных агре- гатов следует обращать внимание на такие параметры, как количе- ство отходящих газов, их температура, химический состав, концен- трация газообразных и твердых составляющих, дисперсный состав последних, зависимость состава от режима плавки. В связи с этим для получения объективных данных по свойствам выбросов необ- ходимо проводить тщательное предварительное обследование пла- вильной печи и изучение режимов ее работы. При этом надо обра- щать внимание на состав и свойства шихтовых материалов и вы- плавленного металла, топливного и дутьевого режимов, методов завалки шихты. Для выбора и расчета аппаратов очистки составляются опросные карты или анкеты, в которых должны быть отражены необходимые исходные данные, а также характеристики плавильных агрегатов и выбросов из них. На основе длительного цикла работы и изучения качественных и количественных характеристик выбросов наиболее целесообразно проводить обследование установок в следующей по- следовательности. 1. Технологический режим плавки, который включает в себя сле- дующее: – длительность и ритмичность работы; – состав шихты и выплавляемый металл, в том числе наличие за- грязненного скрапа; – расход топлива, флюсов, дутья; – периодичность загрузки шихты. 2. Конструкция и технические характеристики плавильного агрегата: – мощность; – высота полезная и общая; – диаметры шахты, трубы, газоходов, размеры завалочного окна; 43 – способ загрузки; – применяемые очистные сооружения и параметры их работы. 3. Количественные параметры газовых выбросов: – расход и температура отходящих газов, причем необходимо отмечать как среднечасовые, так и мгновенные значения при изме- нении режимов; – запыленность мгновенная и общая, разбавление газов; – атмосферное давление, температура окружающей среды и влажность. 4. Физико-химические параметры газового потока: – состав и температура газов на выходе из печи и по тракту; – влажность, скорость и равномерность распределения потока по тракту; – давление или разряжение; – наличие масел в виде паров или аэрозолей в отходящих газах; – выбивание или подсос воздуха. 5. Физико-химические параметры дисперсной фазы (твердых ча- стиц): – дисперсность пыли, минералогический и химический состав по фракциям и общий, плотность; – удельное электрическое сопротивление и заряженность частиц аэрозоля; – геометрические параметры (форма частиц); – адгезионные свойства, смачиваемость, слипаемость; – взрывобезопасность. Большое значение имеет выбор и подготовка мест замера. Такие замеры должны находиться на прямолинейных участках газоходов, не имеющих местных сопротивлений (сужения, повороты). Участок должен иметь длину не менее трех диаметров до и одного-двух диаметров после точки замера. На вагранках рекомендуется выби- рать следующие зоны контроля: над слоем шихты на высоте от 1 до 3 м над завалочным окном. Причем данная высота зависит от габа- ритов агрегата. Чем больше габариты, тем больше высота. Затем непосредственно под искрогасителем и на выходе из него, а в слу- чае двухступенчатой системы – по тракту газоочистки. Теперь ис- пользуются различные методики и аппаратура измерения темпера- тур и скоростей потока расхода и давления пылегазовых выбросов. Эти методики довольно подробно изложены в справочной литературе. 44 При пользовании данными аппаратами необходимо учитывать спе- цифику плавильного аппарата. В ряде случаев колебания параметров в каждой из точек замера по сечению трубы вагранки значительно превышает величину погрешности, возникающей под действием аэродинамического эффекта. Чтобы получить точные данные заме- ров измерения, их необходимо производить в первой точке, распо- ложенной вблизи центра трубы, непрерывно в течение длительного времени. Продолжительность этих замеров обычно определяется опытным путем в каждом конкретном случае и должна охватывать весь диапазон колебаний режима плавки. Для повышения точности замеров необходимо одновременно производить измерения скоро- сти напора, температуры газов, а в системах отбора с помощью ды- мососов измерять давление или разряжение. Наиболее важным па- раметром выбросов является запыленность газопылевого потока, т.е. концентрация пыли в газах. Существует несколько методов определения запыленности газо- вого потока. К ним относятся прямой весовой, оптический по ин- фракрасному излучению, радиационный. Для ориентировочных дан- ных по запыленности может быть использована шкала Рингельмана для визуального определения оптической плотности потока. За ис- ключением первого метода, все остальные имеют ограниченное применение и требуют предварительной градуировки. Прямой весо- вой метод является наиболее простым и точным, однако имеет сле- дующие основные недостатки: значительная трудоемкость и необ- ходимость ручных замеров. Данный метод заключается в отборе мерной пробы газа, осаждении и взвешивании твердых частиц. За- тем расчетным путем определяется весовая концентрация пыли в газе, приведенная к нормальным условиям. На основании практиче- ских исследований было установлено, что при замерах запыленно- сти в турбулентном потоке, несущем полидисперсную пыль, боль- шое значение для точности замеров имеют диаметр трубы и ско- рость отбора. Пыль в таком потоке удерживается во взвешенном состоянии за счет турбулентных пульсаций, которые могут значи- тельно превышать основную несущую скорость потока. Поэтому соответственно масштабу турбулентности необходимо увеличивать и относительную скорость отбора пробы. Для газоходов плавильных агрегатов данное превышение должно составлять не менее 3–5 раз. В этом случае размер трубки при осуществлении замеров выбирается 45 с учетом размеров пылевых фракций. Например, для ваграночной крупнодисперсной пыли этот размер должен составлять 20–40 мм. Для высокодисперсной может быть уменьшен до 6–10 мм. При наличии в газовом потоке капельной влаги измерение концентрации пыли производится с использованием промежуточных конденсаци- онных сосудов или электрообогреваемых трубок. В первом случае часть отбираемой пыли осаждается в сосуде, поэтому после проведения замеров жидкость фильтруется, а осадок взвешивается. После этого к весу пыли, уловленной из потока, до- бавляется вес осадка. Обычно данный вес не превышает 10 % улов- ленной пыли. Дисперсный состав уловленной пыли определяется следующими методами: ситовым, воздушной и центробежной сепа- рацией, жидкостной седиментацией, микроскопическим анализом. Следует отметить, что в настоящее время разработаны и используют- ся автоматические приборы, определяющие дисперсный состав по удельной воздухопроницаемости, или фотометрии. При проведении анализа многокомпонентной пыли, имеющей сложный минералоги- ческий состав и разную плотность, используемые автоматические приборы необходимо промаркировать с помощью микроанализа. Ваграночные и электропечные газы имеют сложный химический состав, поэтому для контроля химического состава необходимо ис- пользовать различные приборы и методы контроля. В этот перечень входят химические, электрические, оптикоакустические, хромато- графические методы и приборы. Концентрация SO2 и других серо- содержащих газов может определяться методом титрирования с по- следующим измерением на фотоколориметре. Для стационарных измерений таких газов, как СО, СО2, О2, Н2 могут применяться оп- тико-акустические газоанализаторы с самопишущим механизмом. После осуществления процесса дожигания, когда концентрация ок- сида углерода резко уменьшается, применение химических анализа- торов нецелесообразно из-за их недостаточной чувствительности. В таких случаях лучше использовать хроматографы. § 3. Объемы и режимы газопылевых выбросов из формовочно-стержневых отделений Одной из важных проблем в литейных цехах является высокая степень загазованности как внутри цехов, так и за их пределами. Это 46 связано с расширением химизации литейного производства, широким внедрением песчано-смоляных смесей и технологии изготовления из них форм и стержней. Опыт работы формовочных и стержневых отделений литейных цехов показывает, что при производстве 1 т отливок из черных сплавов выделяется до 50 кг пыли, 250 кг оксида углерода, 2 кг оксида серы, 1 кг углеводородов. Установлено, что использование в качестве связующего различных синтетических смол может привести к превышению концентрации вредных ве- ществ на участках смесеприготовления, заливки и выбивки отливок из форм в 6–20 раз. Рассматривая те или иные формовочные и стерж- невые смеси, связующие материалы, необходимо учитывать эколо- гические показатели данных компонентов. Газовыделения при термодеструкции смесей зависят от природы связующего и отверждающего катализатора, соотношения металл- форма, вида сплава отливки и температуры заливки. Количественный и качественный состав выделяющихся из смесей газов необходим как для экологической оценки смесей, так и для проектирования систем газоочистки. В результате анализа различных факторов, оказывающих влияние на загазованность литейных цехов, было установлено, что удельное газовыделение зависит в основном от вида связующего ма- териала стержневой смеси и вида технологической операции изготов- ления отливок. Очень важным моментом, который необходимо учи- тывать при анализе экологической ситуации в литейном цехе является не только количественный, но и качественный состав выделяемых га- зов. Так, например, при использовании в качестве связующего фенол- содержащих смол одним из основных токсичных компонентов явля- ется фенол. В данном случае возникает необходимость снижения его выделений на всех стадиях технологического процесса. Для этого в смеси в качестве добавок вводят химические соединения различных классов. В качестве последних могут быть щелочи (30–40 % раствор), которые блокируя гидроксильную группу фенола, образуют соли- феноляты. Затем вводятся окислители такие, как перманганат и пер- сульфат калия, диоксид марганца и др., которые превращают фенол при неполном окислении в малотоксичные кислоты, а при полном – в диоксид углерода и воду. Оксиды металлов в различных сочетаниях выполняют роль окислителей и адсорбентов. Хлориды металлов в свою очередь образуют с фенолом комплексные соединения, и в этом случае прочность смесей возрастает на 40–45 %, что позволяет сни- 47 зить содержание связующего в смеси примерно в 1,5 раза и сократить выделение токсичных веществ в воздух в 2 раза. Применение некондиционных песков приводит к увеличению рас- хода смолы и катализаторов в 1,5–2 раза. Наиболее эффективным средством снижения газовыделения из песчано-смоляных смесей, позволяющим улучшить их технологические свойства, является в ос- нов-ном не связывание выделяющихся токсичных газов, а предотвра- щение причин их образования. В качестве примера можно привести новые технологии изготовления форм и стержней замораживанием. Однако, учитывая достаточно широкое применение песчано-смо- ляных смесей, становится актуальной проблема нейтрализации и обезвреживания выделяющихся токсичных газообразных веществ. Для этих целее применяются физические, химические и биологиче- ские методы очистки. Из физических методов наиболее характерным является глубо- кое каталитическое окисление, применяемое при сложном составе газовой смеси. Сущность метода состоит в хемосорбционном улав- ливании и каталитическом окислении органических веществ (фе- нола, формальдегида, метанола и др.) при температуре 200–345 оС до воды и оксида углерода. В качестве катализаторов использу- ются оксиды металлов переменной валентности – меди, хрома, ко- бальта, марганца, никеля и железа. Технологическая схема доста- точно проста, оборудование несложное, что обусловливает легкость обслуживания. К химическим относятся абсорбционные и адсорбционные мето- ды. В качестве абсорбентов в основном используют водные раство- ры едкого натра, смеси серной и фосфорной кислот, растворы со- держащие уротропин. Преимуществом данного метода является возможность очистки больших объемов газопылевых потоков при непрерывно протекающем технологическом процессе. Недостатком метода является необходимость наличия шламовой канализации. Адсорбционные методы позволяют производить очистку га- зопылевых потоков, в состав которых входят ядовитые, трудноуда- ляемые или ценные вещества. Ценные вещества после соответству- ющей переработки могут быть использованы в производстве, при- нося дополнительную прибыль. 48 Вопросы для самоконтроля 1. Способы уменьшения пылевых выбросов при плавке в вагранке. 2. Возможности уменьшения выбросов в вагранках полузакрыто- го типа. 3. Вагранки закрытого типа. Их преимущества и недостатки. 4. Основные параметры при пылегазовых выбросах из электро- печей. 5. Последовательность обследования плавильных установок. 6. Количественные и физико-химические параметры газового па- тока. 7. Влияние мест замера. 8. Методы определения запыленности газового патока. 49 ГЛАВА 5. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ. АППАРАТЫ ДЛЯ ГАЗОПЫЛЕОЧИСТКИ §1. Обзор и классификация существующих методов, устройств и аппаратов газопылеочистки Для предотвращения выбросов технологических газов и загряз- нения атмосферы цеха газы из плавильных печей отводятся в си- стемы очистки следующими методами. 1. Над печью устанавливаются зонты и колпаки, что позволяет в значительной мере локализовать источники пылегазовыделений. Такой способ нашел широкое применение в цехах сталелитейного производства. В этом случае вытяжные зонты должны располагаться в максимальной близости от места выхода газопылевых выбросов и не мешать обслуживанию соответствующего печного агрегата. Для отбора газов, выделяющихся в зоне рабочего окна, над ним обору- дуется отводной зонт, который должен быть соединен с системой газоотбора. С целью уменьшения подсоса атмосферного воздуха в систему между зонтом и плавильным агрегатом обычно устанавли- вают металлические шторки или асбестовую ткань. Однако эти ме- ры не позволяют полностью устранить выбивание газов и сократить разбавление их воздухом. Конструктивно в верхней части зонта необходимо предусмотреть отверстия для электродов. Основным недостатком данного метода является недостаточно высокая эффек- тивность отбора газов (до 80 %) и повышенный расход электроэнер- гии, уходящей на перемещение и очистку значительных объемов разбавленного газопылевого потока. 2. Секционный отсос, представляющий собой усовершенство- ванное укрытие, которое устанавливается непосредственно в местах выхода газов в области электродов, а также вблизи рабочего окна. В этом случае секции отсоса крепятся неподвижно относительно сво- да и соединяются с газоотводящим трактом с помощью шарнирных телескопических патрубков. Скорость отбора газов в этой системе должна быть не менее 2 м/c. Применение секционного отсоса поз- воляет в 1,5–2 раза сократить объем газопылевых выбросов, посту- пающих на очистку, по сравнению с системой отбора их через зонт. Недостатком данного метода является увеличенный расход элек- 50 тродов в связи с периодическим образованием окислительной атмо- сферы в зоне отвода газов. 3. Отвод газопылевого потока непосредственно из-под свода электродуговой печи может быть осуществлен через дополнитель- ное, четвертое, отверстие. Данный метод может осуществляться с разрывом или без разрыва газопылевого потока. При этом в отвер- стие свода устанавливают охлаждаемый водой патрубок, соединен- ный шарнирно либо с разрывом газовой струи с газоотводящим трак- том. В данном случае под сводом отмечается разряжение до 1,5 мм водяного столба. В случае плотного соединения газоходов дожигание оксида углерода (СО) происходит в газоотводящем тракте, вслед- ствие чего температура газов значительно повышается. Для устойчи- вого дожигания оксида углерода необходимо в различные периоды плавки разбавлять технологические газы определенным количеством воздуха и устанавливать по тракту движения газов специальные ка- меры дожигания. Данный способ конструктивно более сложен и тре- бует профессионального обслуживания. В случае несоблюдения пра- вил эксплуатации могут возникать так называемые «хлопки» и мик- ровзрывы газопылевого потока. При газоотборе с разрывом газового потока расход газа увеличивается по сравнению с применением гер- метичного газоотборного тракта, однако он остается в 3–5 раз мень- ше, чем при использовании зонта или колпака. Разрыв газового пото- ка позволяет конструктивно упростить узел отбора, т.к. достаточно сложно обеспечить надежное соединение частей газохода в условиях подвижности заборного патрубка. В месте разрыва происходит само- дожигание окиси углерода, а это делает систему очистки менее взры- воопасной и устраняет необходимость тщательной регулировки ско- рости газоотбора. Конструктивно газоотводящий патрубок распола- гается на расстоянии до 30 см от стационарно устанавливаемого приемного патрубка, снабженного входной воронкой. В ряде случаев при использовании печных агрегатов с поворотным сводом прием- ный газоход может быть установлен с возможностью поворота его колена, расположенного над печью. Отбор газов от дуговых печей небольшой емкости может осу- ществляться через бортовой отсос, т.е. через газоотводящее отвер- стие, расположенное между сводом и зеркалом металла. Как и в случае отвода газа через четвертое отверстие в своде газоотводящий патрубок должен быть водоохлаждаемым и может соединяться либо 51 с системами очистки с разрывом, либо с герметичными системами. Благодаря близкому расположению газоотводящего отверстия от зеркала металла данная система позволяет строго контролировать состав атмосферы в печном агрегате. Этот факт имеет большое зна- чение при плавке качественных сталей, технология изготовления которых предъявляет высокие требования к составу атмосферы. От- бор газов непосредственно из объема печи с помощью дополни- тельных отверстий в своде или стенке сокращает объем газопыле- вых выбросов, поступающих на очистку от 5 до 15 раз. Для улавливания из парообразных газовых и пылевых сред со- держащихся в них вредных компонентов используют разнообразные по конструкции и принципу действия очистные аппараты-пылеуло- вители, которые в отличие от воздушных фильтров, применяемых в приточных системах общеобменной вентиляции, предназначены для обработки воздуха со сравнительно высокими начальными концен- трациями пыли в очищаемом воздухе, достигающими нескольких десятков грамм в 1 м3 воздуха. Они могут осуществлять очистку су- хих или орошаемых жидкостью газовых потоков. Первые аппараты получили название «сухие», а вторые соответственно «мокрые». Пы- леуловители первого класса при работе не используют воду, позво- ляют выделить пыль в сухом виде и вернуть ее в технологические процессы без дополнительной переработки, не требуют создания сис- тем оборотного водоснабжения и шламопереработки. Они могут устанавливаться как в неотапливаемых помещениях, так и вне тако- вых. Мокрые аппараты потребляют воду или другую жидкость для осуществления процесса пылеулавливания. Эти же жидкости приме- няют и для регенерации фильтрующих элементов осадительных по- верхностей, т.е. для удаления из аппаратов уловленной пыли. Этот тип аппаратов не обладает рядом достоинств, характерных для сухих, однако в отличие от последних мокрые позволяют достичь более вы- сокой эффективности очистки при меньших габаритных размерах, успешно работают при улавливании налипающих пылей, позволяют совместить процессы обеспыливания газа с процессами очистки от нежелательных газообразных компонентов. При работе мокрых ап- паратов газопылевой поток смачивается орошающей его жидкостью, масса пыли становится большей, и вследствие этого значительно об- легчается процесс отделения пылеобразных компонентов газового потока с помощью гравитационных или инерционных сил. Затем эти компоненты вместе с жидкостью выводятся из аппарата. 52 Себестоимость очистки газов в мокрых пылеуловителях выше, чем в сухих, а проблемы, связанные с потребностью в системах обо- ротного водоснабжения и шламового хозяйства, ограничивают воз- можность применения мокрых пылеуловителей. Поэтому последние целесообразно применять в тех случаях, когда использование сухих пылеуловителей невозможно по техническим причинам, например при улавливании налипающих пылей. Аппараты очистки газопылевого потока можно классифициро- вать по принципу действия и по области применения. Классифика- ция по принципу действия следующая. 1. Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах пылеулавли- вающий эффект очистки газов достигается за счет использования инерционных и центробежных сил. К таким аппаратам относятся пы- леосаждающие камеры, жалюзийные пылеуловители, сухие и мокрые центробежные циклоны, центробежные пылеуловители машинного типа, статические с газопромывателями, барботажные и пенные ап- параты, скоростные пылеулавливатели с трубами Вентури. 2. Пористые фильтры. В данной группе аппаратов газовый по- ток пропускается через пористые материалы. К таким материалам относятся тканевые, волокнистые, кассетные, с насыпным слоем зернистого материла, пористая пластмасса, керамика. 3. Электрические фильтры. По данным аппаратам газопылевой поток пропускается через статическое поле высокого напряжения. Затем проходящий газовый поток ионизируется, и пылевые части- цы, получившие отрицательный заряд, оседают на электродах элек- трофильтра. Электрофильтры могут быть сухими и мокрыми. По области применения аппараты очистки можно разделить на пылеуловители грубой и тонкой очистки газопылевого потока. К пы- леуловителям грубой очистки относятся устройства, обеспечиваю- щие задержание пылевидных частиц, имеющих размер более 10 мкм. В эту группу входят все инерционные пылеуловители и ряд аппара- тов с пористыми фильтрами. К аппаратам тонкой очистки относятся фильтры, в которых за- держиваются пылевые частицы с размером менее 10 мкм. В данную группу входит большинство пористых фильтров, электроосаждаю- щие аппараты и скоростные пылеуловители с трубами Вентури. Для очистки газовых потоков необходимо принимать во внима- ние способ вывода уловленного продукта. В сухих аппаратах 53 очистка газопылевого потока происходит путем выделения пыли в сухом виде с последующим складированием в бункерах- накопителях, откуда вывозится на утилизацию. В аппаратах мокрого типа увлажненная пыль может выводиться в виде шлама, т.е. смеси пылевидных частиц с жидкостью. Поэтому необходимо учитывать, что мокрые способы очистки требуют до- полнительной установки достаточно дорогостоящей шламовой ка- нализации с отстойниками для пыли. Следует также иметь в виду тот факт, что в некоторых потоках, подвергаемых очистке, могут находиться в растворенном состоянии отдельные газообразные или пылевидные компоненты, образующие при определенных условиях кислоты. Поэтому необходимо предусматривать защиту от окисле- ния как самого аппарата, так и канализационной системы. Также следует предусмотреть нейтрализацию образующихся сточных вод. Для интенсификации процессов пылеулавливания создаются комбинированные пылеуловители, совмещающие несколько эффек- тов, влияющих на процесс выделения пылевых частиц. Например, в электроциклонах пылеулавливание осуществляется под действием электростатических и центробежных сил одновременно, в циклоно- пенных аппаратах совмещается фильтрация газа через пенный слой и пылеосаждение под действием центробежных сил и т.д. Эффективность пылеуловителя η (коэффициент полезного дей- ствия) характеризуется отношением количества уловленной в аппа- рате пыли к количеству поступающей пыли G1 с обеспыливаемым воздухом в единицу времени: ,1 11 22 11 221 1 21 ZQ ZQ ZQ ZQZQ G GG      где G2 – количество пыли, выносимой из аппарата (кг/с); Q1 и Q2 – объемные расходы воздуха (м3/с) соответственно на входе и выходе из аппарата, пересчитанные для нормальных физи- ческих условий (при температуре 0 оС и давлении 101,3 кПа); Z1 и Z2 – концентрации пыли в воздухе перед и после аппарата, кг/м3. Эффективность пылеуловителя может быть выражена величиной проскока К, дополняющей значение эффективности до единицы (или до 100 %): 54 .1 11 22 1 2  ZQ ZQ G G Более объективным критерием оценки эффективности пылеуло- вителя является фракционная эффективность ηфί – отношение мас- сового расхода пыли конкретной фракции Gфί2, улавливаемой в ап- парате, к массовому расходу пыли той же фракции, поступающей в аппарат Gфί1: . 1ф 2ф1ф ф ι ιι ι G GG   Общая эффективность пылеулавливания при известных фракци- онных эффективностях и фракционном составе Φί (%) определяется по формуле     n ι ιι 1 ф . 100 В отдельных случаях величина η может быть определена анали- тически. Так, если распределение частиц пыли в очищаемом газе является нормально логарифмическим и может быть описано инте- гралом вероятности .lg 2lg 100 )( ч lg lg2 )/(lg ч ч ч ч 2 ч 2 ddedD d dd m      (5.1) Или при подстановке величины ч ч lg )/lg(   m dd t уравнение (5,1) примет вид      t t tedD d 2 100 )( 2/ч 2 . 55 В тех случаях, когда кривая фракционной эффективности пыле- уловителя ηфί = f(dч), построенная в вероятностно-логарифмической системе координат, приобретает вид прямой, которой также будет соответствовать интеграл вероятности      ).lg( 50ч lg )/(lg ч ф 50ч 2 50ч 2 )]/[lg( 2lg 1 dd dd ι ddde . Значение полного коэффициента очистки определяется по формуле       x t xxe [ )2/( )(d 2 1 2 , где ч 2 ч 2 50ч lglg )/lg(   dd x . (5.2) В формулах (5.1), (5.2) входящими членами являются lg(dч/dm) – логарифм отношения размера частиц dч к медианному размеру dm при данном распределении; σч – стандартное (среднеквадратичное) отклонение логарифмов диаметров частиц от среднего их размера (дисперсия); lg σг = lg dm – lg d15,87 = lg d84,13 – lg dч, где d84,13 и d15,87 – значения абсцисс, ординаты которых на графике интегральной функции распределения равны 84,13 % и 15,87 %; e – основание натуральных логарифмов; lg ση – стандартное от- клонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки, определяемое из соотношения lg ση = lg d′50 – lg d′15,87 = lg d′84,13 – lg d′50, в котором d′50, d′15,87, d′84,13 – значения абсцисс, ординаты которых на графике кривой фракционной эффективности ηΦ = f (dч) равны 50; 15,87 и 84,73 % соответственно. 56 Значения нормальной функции распределения определяются по табл. 5.1 по расчетной величине х. Таблица 5.1 Χ Φ(х) Χ Φ(х) Χ Φ(х) Χ Φ(х) –2,70 0,0035 –1,06 0,1446 0,00 0,5000 1,08 0,8599 –2,50 0,0062 –1,02 0,1539 0,04 0,5160 1,12 0,8686 –2,30 0,0107 –0,98 0,1635 0,08 0,5319 1,16 0,8770 –2,10 0,0179 –0,94 0,1736 0,12 0,5478 1,20 0,8849 –1,98 0,0239 –0,90 0,1841 0,16 0,5636 1,24 0,8925 –1,94 0,0262 –0,86 0,1949 0,20 0,5793 1,28 0,8997 –1,90 0,288 –0,82 0,2061 0,24 0,5948 1,32 0,9066 –1,86 0,0314 –0,78 0,2177 0,28 0,6103 1,36 0,9131 –1,82 0,0344 –0,74 0,2297 0,32 0,6255 1,40 0,9192 –1,78 0,0375 –0,70 0,2420 0,36 0,6406 1,44 0,9251 –1,74 0,0409 –0,66 0,2546 0,40 0,6554 1,48 0,9306 –1,70 0,0446 –0,62 0,2676 0,44 0,6700 1,52 0,9357 –1,66 0,0485 –0,58 0,2810 0,48 0,6844 1,56 0,9406 –1,62 0,0526 –0,54 0,2946 0,52 0,6985 1,60 0,9452 –1,58 0,0671 –0,50 0,3085 0,56 0,7123 1,64 0,9495 –1,54 0,618 –0,46 0,3228 0,64 0,7329 1,72 0,9535 –1,50 0,0668 –0,42 0,3372 0,64 0,7389 1,72 0,9573 –1,46 0,072 –0,38 0,3520 0,68 0,7517 1,76 0,9608 –1,42 0,0778 –0,34 0,3669 0,72 0,7642 1,80 0,9641 –1,38 0,0838 –0,30 0,3821 0,76 0,7764 1,84 0,9671 –1,34 0,0901 –0,26 0,3974 0,80 0,7881 1,88 0,9699 –1,30 0,0968 –0,22 0,4129 0,84 0,7995 1,92 0,9726 –1,26 0,1038 –0,18 0,4268 0,88 0,8106 1,96 0,9750 –1,22 0,1112 –0,14 0,4443 0,92 0,8212 2,00 0,9772 –1,18 0,1190 –0,10 0,4602 0,96 0,8315 2,20 0,9861 –1,14 0,1271 –0,06 0,4761 1,00 0,8413 2,40 0,9918 –1,10 0,1357 –0,02 0,4920 1,04 0,8508 2,60 0,9953 Эффективность пылеулавливающей системы, включающей не- сколько последовательно установленных аппаратов, эффективность каждого из которых соответственно равна η1, η2,…, ηn, определяется по формуле 57 η = [ 1 – (1 – η1) (1 – η2)…(1 – ηn)]. Работа пылеуловителей характеризуется другим не менее важ- ным показателем – энергозатратами. Для сравнения величин энер- гозатрат различных типов пылеуловителей, рассчитанных на раз- ную производительность, энергозатраты пересчитывают на 1000 м3/ч очищенного газа и называют удельными энергозатратами. Энерго- затраты пылеулавливания ΔW включают энергию, которая тратится на преодоление гидравлического сопротивления аппарата ΔWр, и прочие виды дополнительной энергии ΔWп, расходуемой, например, на поддержание тока короны в электрофильтрах, на подачу и дис- пергирование жидкости в мокром аппарате и т.д.: ΔW = ΔWp + ΔWп. Удельные энергозатраты (кВт  ч/ 1000 м3), связанные с преодо- лением гидравлического сопротивления аппарата ΔWр, определяют- ся по формуле Q p W в p η3600   , где Q – объемный расход газа, проходящего через аппарат, тыс. м3/ч; Δp – гидравлическое сопротивление пылеуловителя, Па; ηв – коэффициент полезного действия воздуходувной машины. Величина Δр (Па) определяется по формуле 2 2 p , где ξ – приведенный коэффициент сопротивления аппарата к его характерному сечению, например площади поперечного сечения цилиндрической части циклона; ρ и υ – плотность и усредненная скорость газового потока в ха- рактерном сечении, кг/м3 и м/c соответственно. Величина ΔWп обычно составляет некоторую часть величины ΔWр, и ее численное значение зависит от типа аппарата. Например, 58 для противоточных циклонов величина ΔWп достаточно мала и учи- тывает только выгрузку пыли из бункера, для некоторых типов мок- рых аппаратов, в которых жидкость диспергируется сжатым возду- хом, величина ΔWп достигает существенного значения и должна учитываться при подборе пылеуловителя. § 2. Теоретические основы работы инерционных пылеуловителей Частицы пыли в любом пылеуловителе всегда отклоняются в той или иной степени от линии тока газа и тем самым обусловливается относительное движение частиц пыли и газа υо, при котором возни- кает сила сопротивления газовой среды, направленная в сторону, противоположную направлению движения данной частицы. Приро- да сил сопротивления зависит от размеров частиц и относительной скорости. Так, для частиц субмикронных размеров, сила сопротив- ления обусловлена большим количеством столкновений молекул газа с фронтальной поверхностью, чем с противоположной. В этом случае сила сопротивления носит молекулярно-кинетический ха- рактер. Выражение для ее определения будет следующее: i c lQA d F )(2 3 0 2 ч    , где А, Q – постоянные, определяемые экспериментально; lί – средняя длина свободного пробега молекул газа. Для частиц с размером более 1 мкм сила сопротивления газовой среды при прямолинейном равномерном движении частицы носит аэродинамический характер и в общем случае 242 2 0г 2 ч 2 0    d ccSFc , где с – аэродинамический коэффициент сопротивления газовой среды; S – площадь поперечного сечения частицы перпендикулярного направления движения; ρг – плотность газа. 59 Коэффициент сопротивления (с) зависит от характера обтекания частицы газом, который характеризуется числом Рейнольдса для частицы Re2: .Re 2020г2       dd (5.3) При ламинарном режиме обтекания (частицы с размером 1 < d2 < < 50 мкм) при числе Re < 1–2 . 24 Re 24 20г dv c    (5.4) Подставив формулу (5.3) в формулу (5.4), получим, что сила со- противления для ламинарного режима обтекания .3 4 24 0 2 0г 2 ч 20г dv vd dv Fc      (5.5) Последнее уравнение выражает закон Стокса сопротивления га- зовой среды движению шарообразной частицы. В «надстоковой» области (при числах Re < 4–5) целесообразно учитывать поправку, предложенную С. Озееном: Re), 16 3 1( Re 24 с а в «достоковой» области для частиц менее 1 мкм вводится поправ- ка Кеннингема–Милликена . ) 2 42,0246,1( 2 1 3 29,0 2 02 i i c l d e d l vd F    (5.6) С точностью, достаточной для инженерной практики, можно по- лагать, что закон Стокса сопротивления среды можно распространять 60 на частицы с размерами 1–70 мкм, т.е. на пыли, встречающейся в литейном производстве. В переходной области обтекания частицы газовым потоком, когда числа Re2 находятся в пределах 3 < Re2 < 400, аэродинамический ко- эффициент сопротивления определяется по формуле Клячко: , Re 4 Re 24 3 22 с а в модельной области, когда силы вязкого трения становятся не- значительными по сравнению с силами давления, величина стано- вится постоянной: c = 0,44 = const. (5.7) При переходе от частиц шарообразной формы, для которых спра- ведливы уравнения (5.5), (5.6), (5.7), к частицам нешарообразной формы вводится понятие динамического коэффициента формы , равного отношению сопротивления газовой среды к движению ча- стиц неправильной формы того же объема и плотности. Нетрудно показать, что динамический коэффициент формы будет определять- ся соотношением квадратов их диаметров: , 2 2 2 э2 d d  где d2э – эквивалентный диаметр частиц, равный диаметру шара, объем которого равен объему данной частицы с диаметром d2. Для округленной формы с неровной поверхностью значение коэффици- ента  может быть принято равным 2,5. При движении частицы в криволинейном потоке, например в центробежных пылеуловителях, симметричность обтекающего по- тока нарушается, обусловливая при этом градиент относительных скоростей газа на поверхности частицы и циркуляцию «Г» скорости по контуру поперечного сечения частицы, центростремительное движение объема газа, вытесняемого частицей при ее движении к 61 периферии пылеуловителя. Характер движения частиц усложняется различными нежелательными течениями газового потока. Приме- ром этого может служить радиальный сток в противоточных цикло- нах, а также наличие циркуляционных зон. Сложность картины движения частиц пыли также усугубляется стохастическими явле- ниями турбулентного переноса в потоке. Последнее объясняется развитой турбулентностью потока в инерционных пылеуловителях. Числа Re для таких потоков обычно соответствуют числам для по- токов газа в подводящих и отводящих газоходах и могут измеряться сотнями тысяч. Перечисленные факторы делают расчеты кинематики процессов пылеулавливания детерминированными методами прак- тически невозможными. К упрощенным моделям, позволяющим определить силу сопро- тивления газовой среды движению частицы в криволинейном потоке, относится модель c допущениями о ламинарности структуры потока в пылеуловителе. Сила сопротивления вращающегося потока движе- нию шарообразной частицы Fcв в соответствии с данной моделью  ][ 6 1 )]([ 6 1 3 c 2 2в 3 2вc2пцвcсв xdRddFFFF ,Г 6 1 6 1 3 с2в 2 3 2вc2    d R dd где Fцв и Fп – соответственно центростремительная сила вытесняе- мого частицей объема воздуха и подъемная сила, действующая на частицу, вызванная циркуляцией «Г» скорости  по контуру сред- него сечения частицы; μ – динамическая вязкость; c – относительная скорость движения газового потока и частицы; ω – угловая скорость потока; R – радиус искривления траектории потока; ρв – плотность воздуха. При неравномерном движении частицы относительно неподвиж- ной системы координат траектория движения частицы рассчитыва- ется по системе общих уравнений: 62 ;)(3 2 FWd dt d m   ),( 1 )( 18 )( 3 2 2 22         d m d dt dv где υ – абсолютная скорость движения частицы; ω – средняя скорость потока; τ – время релаксации частицы. Пылеулавливание за счет инерционного эффекта возможно при различных изменениях направления скорости газового потока. Од- нако эффективность пылеулавливания будет повышаться при более продолжительном во времени изменении направления потока газа, например при его вращении в центробежных аппаратах. Движение частицы в криволинейном потоке описывается уравнением в век- торной форме . 1 )( 1 c      dt d В подвижной системе координат скорость частицы ,c и с учетом теоремы Кориолиса уравнение действующих на частицу сил будет иметь вид ,cкτци FFFFF  где кτци и,, FFFF соответственно сила инерции, центробежная сила, сила торможения частицы при переходе ее во все более за- медленные слои потока, сила Кориолиса. Таким образом: .3)(2)()( 2 c cc dm dt d mRm dt d m     (5.9) Для грубых расчетов уравнения (5.8) и (5.9) можно упростить, оставив в левой части лишь центробежную силу: (5.8) 63 Fц = Fc ; ,3 c2 2  dRm откуда скорость осаждения взвешенной частицы , 18 2 2 2 с R d     где  окружная скорость частицы; .R Выражая параметр центробежного осаждения Пω как отношение центробежной силы, действующей на частицу, к силе сопротивле- ния среды, можно получить критерий Стокса Stk c линейным па- раметром R, равным радиусу вращения потока: . 18 3: 6 П 2 2 2 2 2 2 2 2 c и R d d R d F F         В этом случае коэффициент осаждения частиц пыли в центро- бежном поле в общем виде можно выразить функцией )., 18 (Re),( г2 2 ч       D D d fStkf § 3. Очистка газов в сухих инерционных пылеуловителях Пылеосаждающая камера В сухих инерционных пылеулавливающих устройствах очистка газового потока от пыли осуществляется за счет гравитационных, инерционных и центробежных сил. Под действием гравитационных сил пыль осаждается в пылеосадочных камерах (рис. 5.1). 64 Рис. 5.1. Схема пылеосаждающей камеры Принцип действия аппарата основан на следующем. Запыленный газ, движущийся с высокой скоростью по газоходу, входит в каме- ру, имеющую значительно большую площадь поперечного сечения, чем сам газоход. Вследствие этого скорость газового потока резко снижается. При таких условиях содержащаяся в газовом потоке пыль выпадает из него под действием гравитационных сил или сил тяжести. Условия осаждения пыли в инерционных камерах должны быть такими, чтобы частицы осели на дно камеры раньше, чем из нее выйдет газовый поток. Для сбора уловленной пыли дно камеры выполняют в виде бункеров, в которых происходит накопление пы- ли. Следует отметить, что чем меньше плотность газового потока, тем меньшее сопротивление он оказывает пылевым частицам при их осаждении. Плотность газа уменьшается при понижении темпе- ратуры, т.е. при более низкой температуре эффективность действия этих камер возрастает. Такие пылеосаждающие камеры строили обычно из кирпича, бетона или металла. В них происходит удовле- творительная очистка газопылевого потока от частиц пыли разме- ром более 40 мкм. Вследствие того, что пылеосадочные камеры имеют довольно значительные размеры, а эффективность их не столь велика, то применение их в основном ограничивается в каче- стве очистителей первой ступени перед аппаратами, предназначен- ными для очистки газового потока от мелкодисперсной пыли. 65 Жалюзийные пылеуловители Жалюзийные пылеуловители (рис. 5.2) состоят из жалюзийной решетки, в которой пыль частично отделяется от газа. Рис. 5.2. Схема жалюзийного пылеуловителя Для более полного отделения пыли они дополнительно снабжа- ются циклонами. Сама жалюзийная решетка изготавливается из ме- таллических пластин или уголков, закрепленных под углом к направлению движения газового потока. Назначение жалюзийной решетки – разделить газовый поток на две части: одну, в значитель- ной мере освобожденную от пыли и составляющую 80–90 % всего количества газа, и другую (10–20 %), в которой сосредоточена ос- новная масса содержащейся в газе пыли. Встречаясь с пластинами жалюзийной решетки и ударяясь о них, пыль отражается в сторону. При этом большая часть газового потока (до 90 %) огибает пласти- ны, резко изменяя направление своего движения. Вследствие этого газ, прошедший через такую конструкцию, освобождается от пыле- видных частиц и продолжает свое движение по газопроводу в пер- воначальном направлении. Остаток газа, обогащенный пылью, от- водится из аппарата в циклон, и после очистки в нем эта часть газа присоединяется к газовому потоку, прошедшему через жалюзийную решетку. В таких пылеуловителях газовый поток освобождается от 66 частиц пыли с размерами более 20 мкм. Эффективность работы та- ких пылеуловителей недостаточно велика вследствие низкого срока эксплуатационной службы. Основным их достоинством является то, что их можно встраивать в дымоходы. Из-за существенных недо- статков данные аппараты применяются в ограниченном количестве. Скрубберы Скрубберы – это пылеуловители инерционного типа, улавлива- ющие пыль за счет резкого изменения направления движения га- зопылевого потока на 90 или 180о. Данные аппараты используются для очистки газопылевого потока от достаточно крупных частиц пыли с размером 20–30 мкм и обычно устанавливают перед аппара- тами тонкой очистки. В скруббере, представленном на рис. 5.3, а, отделение частиц пыли из газового потока происходит при ударном контакте потока о перегородку и во время огибания самой перегородки. При ударе частицы пыли теряют начальную скорость и падают в бункер за счет сил гравитации, а пылевидные частицы выводятся из газопы- левого потока за счет инерционных сил. Рис. 5.3. Пылеуловители инерционного действия (скрубберы): а – с отражательной перегородкой; б – с центральным подводом газового потока б а 67 Очистка газопылевого потока в скруббере с центральной трубой (см. рис. 5.3, б) происходит за счет инерционных сил. В этом случае пыль отделяется от газового потока при его повороте после выхода из центральной трубы. При очистке газа от крупных пылевидных частиц эффективность таких пылеуловителей составляет 75–80 %. Сухие центробежные циклоны В зависимости от дисперсного состава пыли и требований, предъявляемых к очистке газа, циклоны могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве аппаратов для предварительной грубой очистки газопылевого потока в комплексе с аппаратами для тонкой очистки (рис. 5.4). Рис. 5.4. Циклон: 1 – выхлопная труба; 2 – входной патрубок; 3 – кольцевое пространство; 4 – коническая часть корпуса; 5 – пылевыпускное устройство; 6 – бункер; 7 – пылевой затвор; 8 – винтообразная лопасть 8 68 В циклонах используется центробежная сила, развивающаяся при вращательно-поступательном движении газового потока. Принцип действия аппаратов данного типа следующий. Запылен- ный газовый поток поступает в циклон через входной патрубок 2, который расположен в верхней части аппарата по касательной к цилиндрической части его корпуса. В результате такого расположе- ния патрубка газовый поток при входе в циклон приобретает вра- щательное движение. Он поступает сверху вниз в кольцевом про- странстве между внешней поверхностью выхлопной трубы 3 и внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса циклона. Для усиления эффективности вращения сразу за входным патруб- ком устроена винтообразная лопасть 8. При вращении вместе с га- зовым потоком частицы пыли подвергаются действию центробеж- ных сил, которые отбрасывают их к внутренней поверхности цик- лона. Поток газа вместе с пылью образует в циклоне нисходящий кольцевой вихрь. Для увеличения скорости газопылевого потока перед попаданием его в бункер 6 за цилиндрической частью корпу- са изготовлена коническая 4. Данное конструкторское решение необходимо для того, чтобы пылевидные частицы газопылевого потока приобретали более высокую скорость. За счет этого из него удаляются оставшиеся частицы пыли через пылевыпускное устройство 5 в бункер 6. В самом бункере газопылевой поток резко теряет скорость. Вследствие этого из него удаляются оставшиеся частицы пыли. Поток газа, освободившись от пыли, разворачивает- ся на 180о и за счет разряжения, возникающего в центральной части циклона, всасывается через пылевыпускное отверстие в выхлопную трубу 1, создавая внутренний вихрь (сплошная линия). Внизу, в бункере, установлен пылевой затвор 7, через который пыль удаля- ется из аппарата. Такие центробежные циклоны способны улавли- вать частицы пыли с размером менее 10 мкм. Рассматриваемые ап- параты рассчитаны на работу при давлении или разряжении поряд- ка 2500 Па, а также способны производительно работать при температуре газопылевого потока до 400 оС. Для очистки больших количеств запыленного газа могут быть установлены батарей из таких циклонов. Исходными данными для подбора циклонов и рас- чета их сопротивления и эффективности являются следующие фак- торы. Количество обеспыливаемого газа при рабочих условиях Qp (м3/ч), его динамическая вязкость при рабочей температуре μ (Па·с) 69 и плотность ρг (кг/м3), дисперсный состав пыли, выраженный через медианный диаметр d50 и среднее квадратичное отклонение в функ- ции данного распределения lg σч, начальная концентрация пыли Сн (г/м3); ее плотность ρч (кг/м3). Приняв тип циклона, задают оптимальную условную скорость газа в циклоне, затем определяется требуемая площадь поперечного сечения циклона: ,/ y pQF где F – площадь поперечного сечения, м2; ωy – оптимальная условная скорость газа в циклоне, м/c. Параметры, определяющие эффективность циклонов, представ- лены в табл. 5.2. Таблица 5.2 Параметры ЦН-11 ЦН-5 ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34 Dt50,мкм 3,65 4,50 8,50 2,31 1,95 1,13 lgσтη 0,352 0,352 0,308 0,364 0,308 0,340 vопт, м/с 3,5 3,5 4,5 2,0 1,7 2,0 Примечание. Значение dт50 получены при условной скорости газа в циклоне vопт = 3,5 м/c, диаметре циклона Dт = 0,6 м, плотности частиц ρч.т = = 1930 кг/м3, вязкости газов μт = 22,2  10–6 Па·с. При установке нескольких циклонов (батареи) вначале опреде- ляется их диаметр , 785,0 n F D  где D – диаметр циклонов, м; n – количество циклонов, шт. Полученное значение диаметров циклонов округляют до бли- жайшего значения нормализованного ряда диаметров и определяют расчетную условную скорость газа в аппарате: , 785,0 2 p y.p nD Q  70 где ωу.р – условная расчетная скорость газа в аппарате, м/с. В том случае, если скорость отличается от оптимальной скорости более, чем на 15 %, расчет необходимо повторить, внося при этом соответствующие корректировки. Гидравлическое сопротивление циклона рассчитываем по формуле , 2 2 у .рг  где  коэффициент гидравлического сопротивления циклона. Определяется по формуле ,з50021  где К1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона, определя- емый из табл. 5.3; К2 – поправочный коэффициент на запыленность газа, опреде- ляемый из табл. 5.4; ξ500 – коэффициент гидравлического сопротивления циклона с диаметром 0,5 м, зависящий от типа циклона, наличия дополни- тельных устройств в циклоне и способа подсоединения выхлопного патрубка к сети газоходов (табл. 5.5); К3 – коэффициент, учитывающий способ компоновки циклонов в группе, значения которого, приведены ниже. Таблица 5.3 Поправочный коэффициент К1 на влияние диаметра циклона D, мм Марка циклона ЦН-1 ЦН-15 ЦН-15у ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М 150 200 300 450 0,94 0,95 0,96 0,99 0,85 0,90 0,93 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 71 500 1,0 1,0 1,0 Таблица 5.4 Значения поправочных коэффициентов К2 на запыленность газов (D = 0,5 м) Марка циклона Запыленность, 103 кг/м3 0 10 20 40 80 120 150 ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М 1 1 1 1 1 1 1 0,96 0,93 0,93 0,95 0,81 0,98 0,99 0,94 0,92 0,92 0,93 0,785 0,947 0,97 0,92 0,91 0,91 0,92 0,78 0,93 0,95 0,90 0,90 0,89 0,90 0,77 0,915 – 0,87 0,97 0,88 0,87 0,76 0,91 – 0,85 0,86 0,87 0,86 0,745 0,90 – Таблица 5.5 Коэффициент ξ гидравлического сопротивления циклонов (D = 0,5 м) Марка циклона d/D Без допол- нительных устройств С выходной улиткой С отводом 90 % (R/d = 1,5) l/d = = 0–12ξc500 l/d > > 12ξc500 ЦН-11 ЦН-15 ЦН-24 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 0,59 – – 0,33 0,34 245 155 75 520 1050 235 150 73 500 – 245 155 15 – – 250 160 80 560 – Характеристика группового циклона К3 Круговая компоновка, нижний организованный подвод 60 Прямоугольная компоновка, циклонные элементы расположены в одной плоскости Отвод из общей камеры чистого газа 35 То же, но улиточный отвод из циклонных элементов 28 72 Прямоугольная компоновка. Свободный подвод потока в общую камеру 60 Примечание. Для одиночного циклона К3 = 0. По параметрам т50d и т тlg , характеризующим эффективность пылеулавливания в циклонах и определяемым по табл. 5.2, рассчи- тывают значения диаметра d50 частиц пыли (мкм) с плотностью ρч, улавливаемых в циклоне с эффективностью 50 %, при требуемых рабочих условиях в принятом типе циклона расчетного диаметра D: . у.р т гч ч.т Г т 5050        D D dd Далее определяют расчетный параметр х по формуле , lglg /lg ηч 2 50ч   dd x где lg σч – стандартное (среднее квадратичное) отклонение лога- рифмов диаметров частиц от их среднего размера (дисперсия); lg ση – cстандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки. Повышение эффективности пылеулавливания в противоточных циклонах за счет уменьшения диаметра корпуса аппаратов привело к созданию батарейных противоточных циклонов, в которых цик- лонные элементы с диаметром около 250 мм устанавливаются меж- ду двумя перегородками, разделяющими внутреннюю полость ап- парата на камеры запыленного и очищенного воздуха. Сам корпус пылеуловителя делится перегородками на секции, что позволяет осуществить более равномерное распределение потока газа по цик- лонным элементам, уменьшить возможность перетока газа между ними через пылевой бункер. Оптимальная условная скорость газа в элементах батарейных прямоточных циклонов – 3,5–4,5 м/с, значение коэффициента их со- противления находятся в пределах 70–150, температура очищаемых газов – до 400 ºС. 73 Расчет эффективности батарейных противоточных циклонов ана- логичен расчету эффективности одиночных противоточных циклонов. Схема батарейного циклона представлена на рис. 5.5. Рис. 5.5. Схема батарейного циклона К недостаткам батарейных циклонов относится ненадежность их работы при улавливании слипающихся пылей из-за интенсивного образования пылеотложений. В последние годы разработаны и по- лучают все большее применение перспективные вихревые пыле- уловители и созданные на их основе пылеуловители с встречными потоками. § 4. Очистка газов в мокрых инерционных пылеуловителях Мокрые пылеуловители обладают рядом важных преимуществ перед другими типами пылеуловителей. Так, мокрые аппараты яв- ляются высокоэффективными пылеуловителями, способными конку- 74 рировать с фильтрационными пылеуловителями и электрофильтрами; успешно применяются для обеспыливания высокотемпературных газов, взрыво- и пожароопасных сред, когда применение эффективных пылеуловителей другого типа невозможно или нецелесообразно. С помощью аппаратов мокрого действия можно одновременно ре- шать задачи пылеулавливания и чистки газового потока от газооб- разных компонентов, охлаждения и увлажнения газов. Многие типы мокрых пылеуловителей работают при высоких скоростях газа в проточной части аппарата, и данный фактор делает их малогаба- ритными, менее металлоемкими по сравнению с аппаратами других типов. Следует отметить, что в ряде случаев такие аппараты, обла- дающие высокими адгезионными свойствами, являются единствен- ным типом пылеуловителей. Однако мокрым аппаратам присущ ряд недостатков, которые ограничивают область их применения. Использование аппаратов данного типа требует наличия систем шламоудаления и оборотного водоснабжения, что, естественно, приводит к удорожанию процесса пылеулавливания. Работа этих аппаратов сопряжена с неизбежными потерями дефицитной в настоящее время воды. Процессы утилизации уловленной пыли в виде шлама в большинстве случаев значительно дороже процессов вторичного использования пыли в сухом виде. Мокрые аппараты и отводящие газоходы подвержены коррозии, осо- бенно при очистке агрессивных газов. Поэтому такие аппараты тре- буют дополнительных мероприятий по антикоррозионной защите. Можно считать, что экономическая целесообразность примене- ния мокрых пылеуловителей ограничивается следующими услови- ями их применимости. 1. Мокрые пылеуловители можно устанавливать тогда, когда су- хие аппараты оказываются неработоспособными. Также в том слу- чае, если требуемая эффективность пылеулавливания может быть достигнута только с применением аппарата мокрой очисти. 2. Применение мокрых пылеуловителей целесообразно в том случае, когда наряду с пылеулавливанием ставятся задачи улавли- вания газообразных компонентов и охлаждения газов. 3. Применение мокрых аппаратов на любом промышленном предприятии будет экономически целесообразно, если на данном предприятии имеется система оборотного водоснабжения и шламо- переработки. 75 Эффективность пылеулавливания в мокрых пылеуловителях за- висит от поверхности контакта газообразной и жидкой фаз, а также от вида поверхности контакта, способа ввода одной фазы в другую, способа диспергирования жидкости. По виду контактной поверхно- сти фаз различают поверхности капель, пленки и пузырьков. В ряде аппаратов могут иметь место одновременно два вида поверхности фаз. Например, в центробежных скрубберах жидкость в полости аппарата контактирует с газом в виде капель, диспергируемых фор- сунками, и также в виде пленки, стекающей по стенкам аппарата. Гидродинамика капель, пленки и пузырьков, а также механизмы захвата частиц пыли этими видами поверхностей фаз носят доста- точно сложный, разнообразный характер. Захват частиц пыли жид- кой фазой осуществляется инерционным механизмом, диффузией, механизмом касания, электростатическими силами. Важную роль в этих процессах играют термофорез, Стефановское течение молекул водяного пара, обусловленное разностью парциальных давлений в газе и у поверхности жидкой фазы. Следующими важными факто- рами являются смачиваемость пыли, поверхностное натяжение жидкости и т. д. В инерционных «мокрых» пылеуловителях очистка газопыле- вого потока происходит при соприкосновении его с жидкостью, чаще всего с водой. При этом находящиеся в газовом потоке пыле- видные частицы смачиваются, коагулируют, утяжеляются и выво- дятся из потока под действием гравитационных сил, сил инерции или центробежных сил. Также частицы пыли могут захватываться орошающей жидкостью и выводиться из аппарата в виде шлама. Следует отметить, что в данном случае очищенный газовый поток одновременно и охлаждается. Ввиду того, что масса частиц при смачивании увеличивается, эффект их улавливания из газопылевого потока возрастает по сравнению с однотипными сухими пылеуло- вителями. Для улучшения смачиваемости частиц пыли возникает необходимость создания условий разрушения газовой пленки, об- волакивающей частицы пыли. Для этого запыленному газовому по- току необходимо придать высокую турбулентность. Также суще- ствует необходимость введения в орошающую жидкость поверхно- стно активных добавок (ПАВ). Такое введение обычно осуществ- ляют при высокой турбулентности потока. В таких условиях газо- вая оболочка на пылевых частицах разрушается значительно быст- 76 рее, частицы пыли активно смачиваются, укрупняются и выводятся из пылевого потока. Полый скруббер Одним из аппаратов «мокрой» очистки является полый скруббер (рис. 5.6). 77 Рис. 5.6. Схема полого жидкостного скруббера: 1а–1г – ярусы орошения; 2 – подводы воды; 3 – гидрозатвор с высотой H запирающего столба воды; 4 – клапан; 5 – задвижка; 6 – канал шлаковой воды; 7 – задвижки; 8 – промывка; 9 – люк; 10 – свеча Конструктивно полый скруббер представляет собой башню ци- линдрического или прямоугольного типа. В верхней ее части распо- лагаются форсунки таким образом, чтобы все поперечное сечение аппарата перекрывалось жидкостной завесой. Таким образом, пыле- газовый поток движется в скруббере снизу вверх, встречаясь с раз- брызгиваемой жидкостью, движущейся навстречу потоку. Такие скрубберы называются противоточными. В случае расположения орошающих форсунок в несколько ярусов, верхний ряд обязательно должен быть направлен факелами вниз. В остальных рядах форсу- нок факелы выброса жидкости направлены вверх, т.е. по ходу дви- жения газового потока. Очищенный газ выводится из скруббера в верхней части. Выделившаяся из потока жидкость вместе с водой образует шлам, который скапливается в бункере-накопителе, откуда через гидравлический затвор выводится в шламовую канализацию. В данном противоточном полом скруббере осуществляется очистка газопылевого потока от пылевых частиц с крупностью 10 мкм и од- новременно происходит увлажнение и охлаждение газа. Эти аппа- раты применяются для грубой очистки. Они устанавливаются перед аппаратами тонкой очистки газопылевого потока. Для улучшения контакта газопылевого потока с жидкостью применяют дополни- тельную смачивающую насадку, которая в большинстве случаев состоит из керамических колец, втулок или других керамических элементов. Насадку засыпают на специальную решетку, состоящую из керамических элементов. При прохождении газопылевого потока через такую насадку газы меняют направление своего движения, и за счет этого очистка газопылевого потока происходит более эф- фективно. Недостатком такого способа очистки является трудоем- кость регенерации самой осадки. За мокрыми скрубберами необхо- димо предусмотреть установку каплеуловителей. Расчет полого скруббера производится в следующей последова- тельности. Определяется площадь сечения скруббера, м2: ,/ гг QS где Qг – расход очищаемых газов, м3/ч, 78 г скорость газа, м/с, причем скорость гω принимается около 1 м/с (при условии выхода из аппарата). При большей скорости га- зового потока наблюдается интенсивный брызгоунос. Высота противоточного скруббера H = 2,5D, м. Удельный расход жидкости выбирают в пределах от 8 до 10 л/м3 газов. Отсюда следует, что общий расход жидкости, подаваемой на орошение аппарата: .гmQQ  Барботажные аппараты В барботажных аппаратах газовый поток, содержащий во взве- шенном состоянии частицы пыли или капли жидкости, проходит в виде пузырьков через слой жидкости. При этом происходит образо- вание значительной поверхности соприкосновения газа с жидко- стью и за счет этого охлаждение газа и улучшение условий очистки газопылевого потока от взвешенных частиц. В ротоклонах газопы- левой поток проходит через щелевые каналы (импеллеры), образо- ванные изогнутыми лопатками, нижняя часть которых опущена в жидкость (рис. 5.7). 6 79 Рис. 5.7. Схема ротоклона: 1 – устройство для подвода газопылевого потока; 2 – направляющие лопатки; 3 – зона промывки; 4 – каплеотбойники; 5 – вентилятор для вывода газа; 6 – транспортер для удаления шлама Скорость газового потока в каналах импеллера составляет 16–18 м/c, в системе каплеотбойных устройств – до 15 м/c. Cопротивление ап- парата – до 2000 Па. Изменение расхода газа без снижения эффек- тивности пылеулавливания – %15 номинального расхода. Важную роль для нормальной эксплуатации ротоклона играет поддержание постоянного уровня жидкости в аппарате. Даже незначительное из- менение уровня жидкости может привести к резкому снижению эффективности или значительному увеличению гидравлического сопротивления. Удельный расход воды в данном ротоклоне не пре- вышает 0,03 л/м3. При прохождении газового потока через импел- леры за счет турбулентности создается завеса из разбрызгиваемой жидкости. В данной завесе и происходит очистка газа от содержа- щейся в нем пыли и его охлаждение. Осаждающийся при таком процессе и накапливающийся шлам по мере его сбора удаляется из аппарата с помощью специального транспортера. В аппаратах дан- ного типа производится улавливание пыли с размером 5 мкм и бо- лее. Большим эксплуатационным достоинством ротоклонов являет- ся возможность изменения их производительности в пределах 25 % от номинальной без заметного снижения эффективности. Гидравли- ческое сопротивление аппаратов составляет 1000–1500 Па. Пенные аппараты Для эффективной очистки газопылевого потока можно исполь- зовать пенные аппараты (рис. 5.8). Принцип действия данного аппарата основан на том, что вода или другая жидкость поступает на перфорированную поверхность решетки, вступая во взаимодействие с газопылевым потоком, иду- щим снизу вверх. При этом основным условием является превыше- ние скорости газового потока над скоростью свободного всплыва- ния пузырьков при барботаже. В этом случае над слоем воды будет образовываться пена, состоящая из пузырьков газа и капелек воды. В этой пене газопылевой поток будет интенсивно перемешиваться с частицами жидкости. Аппараты, в которых используется данный 80 принцип, называются пенными. При прохождении газопылевого потока через отверстия решетки слой жидкости, образующийся на решетке, делится на три части: – сплошной слой жидкости непосредственно на решетке; – слой пены; – слой брызг, расположенный выше. Рис. 5.8. Схема пенного аппарата: 1 – решетка с отверстиями диаметром 2–8 мм; 2 – входной патрубок; 3 – приемная коробка; 4 – пороги; 5 – корпус; 6 – выходное отверстие; 7 – сливная коробка; 8 – патрубок для выхода газа; 9 – бункер; 10 – затвор для удаления шлама В основном очистка и охлаждение газопылевого потока происхо- дят в слое пены. Частицы пыли оседают вначале на решетку, а затем вместе с водой удаляются в виде шлама через порог в сливную ко- робку. При работе такого пенного аппарата около 50 % жидкости сливается в бункер, а остальное количество удаляется через патруб- ки, которые снабжены гидрозатворами. Аппарат позволяет удержи- вать частицы пыли от 2 мкм и более. Эффективность пылеулавлива- ния в пенных аппаратах рассчитывается по следующей формуле: 81       )/lg( 50ч lg )/lg( ч ф 50ч 2 50/ч )/[lg( 2lg 1 dd dd dddе при мкм85,050 d и ,769,0lg  которые получены при скорости газа в аппаратах м/c0,2 , высоте слоя пены .мм90п При других режимах работы расчет эффективности аппарата проводится по формуле ,) 09,0 () 2 ( 032,0п036,0и0 Н  где 0 – эффективность пылеулавливания при м/c2г  и .м09,0п Н К недостаткам пенных аппаратов относится недопустимость ко- лебаний расхода очищаемого газа и трудности качественной очист- ки газов в аппаратах большой производительности из-за неодинако- вой толщины слоя пены по всей площади решетки. Скоростные пылеуловители с трубами Вентури (СПУ) (рис. 5.9) 82 Рис. 5.9. Схема пылеуловителя СПУ: 1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор; 4 – циклон; 5 – инерционный пылеуловитель; 6 – гидрозатвор для удаления шлама Если в газе содержатся частицы пыли с размером менее 5 мкм, то очистка его в инерционных и центробежных аппаратах будет не- достаточно эффективной. В этом случае применяется система аппа- ратов (например типа СПУ), в которых в качестве коагуляторов мелкой пыли устанавливается труба Вентури. Для очистки газопы- левого потока от крупных частиц пыли и капель жидкости обычно после трубы Вентури устанавливаются инерционные аппараты. В качестве последних используются циклоны или скрубберы. Турбулентный промыватель, основу которого составляет труба Вентури, состоящая из трех частей, работает следующим образом. В горловину аппарата подается вода. Поступающий газопылевой поток вводится в отверстие конфузора, в котором за счет конструк- тивных особенностей последнего происходит увеличение его ско- рости. В данных аппаратах осуществляется диспергирование жид- кости потоком газа в горловине трубы при скоростях 40–150 м/c. Тонкость диспергирования жидкости – 10 мкм. При этом получает- ся развитая поверхность контакта между жидкой и газовой фазой, а последнее в сочетании с интенсивной турбулизацией потока создает условия для эффективного захвата даже субмикронных частиц пы- ли каплями жидкости, которые укрупняясь в диффузоре трубы Вен- тури, отделяются от газа в каплеуловителе. Следует также отметить, что кроме высокой эффективности очистки газов, соизмеримой с эффективностью пылеулавливания в тонковолокнистых фильтрах и электрофильтрах, скоростные газопромыватели просты по устрой- ству и эксплуатации, компактны. За счет турбулентности потока происходит дробление водного потока на мельчайшие частицы, ко- торые способствуют разрушению газовой оболочки вокруг пыле- видных частиц. Чем выше скорость движения газопылевого потока, тем меньший размер имеют образующиеся капельки воды. Эти ка- пельки интенсивно перемешиваются в потоке с частицами пыли, укрупняя последние. Вследствие этого происходит процесс коагу- ляции пыли. Скоагулировавшая пыль через пыле- и брызгоулови- тель поступает в бункер для накопления шлама, а параллельно с этим более крупные частицы пыли вытягиваются в циклон, где и 83 происходит отделение частиц от газового потока. Затем увлажнен- ная пыль в виде шлама поступает в шламосборник циклона. Давление газа в промышленных трубах Вентури составляет 200–300 Кн/м2. Дан- ные аппараты позволяют удалять пыль с размером частиц до 1 мкм и более. Однако такие недостатки, как высокие энергозатраты на очистку, обусловленные сопротивлением аппаратов до 20 кПа, по- вышенные удельные расходы жидкости (0,7–0,8 л/м3) ограничивают область их применения. Обычно в аппаратах такого типа подвод жидкости осуществляется через центральный наконечник, причем количество отверстий в наконечнике, их диаметр и место положения в конфузоре трубы Вентури должны быть такими, чтобы струя выте- кающей жидкости не ударялась о стенки конфузора с излишней си- лой. При подаче орошения через один наконечник (при dг ≤ 300 мм) соблюдению этого требования приближенно отвечает условие ,6 3 о г ж m nd dx    где dx – диаметр конфузора в сечении слива жидкости из централь- ного наконечника, м; n – число отверстий в наконечнике; dо – диаметр отверстий в центральном наконечнике, м; m – удельный расход орошающей жидкости, м3/м2. Для подбора по данному условию величин dо и n предварительно задаются значением dx = (1,0–1,6)dг и m = 0,5–1,0 л/м3 газов. Рассто- яние от оси сливных отверстий в наконечнике до начала горловины находится из соотношения . 2/tg2 1 г    dd l xx Если диаметр горловины dг > 300 мм, равномерное распределе- ние воды по сечению трубы Вентури может быть обеспечено уста- новкой либо нескольких центральных наконечников, либо одного наконечника, имеющего два ряда отверстий. 84 Площадь поперечного сечения трубы, подводящей жидкость к наконечнику, должна быть в 4–5 раз больше общей площади отвер- стий в наконечнике. Давление воды перед отверстиями обычно не должно превышать 20–30 кПа. § 5. Электрические фильтры Основной принцип действия электрических фильтров заключа- ется в зарядке частиц пыли, находящейся в газопылевом потоке под воздействием электрического поля. Данные процессы могут проте- кать в электрических фильтрах как без пространственного разделе- ния (т.е. в одной зоне), так и в двух зонах. При двухзонной системе первая обычно служит для зарядки частиц и называется ионизатор. Вторая, которая служит для выделения пылевидных частиц – оса- дитель. Необходимый для придания частицам пыли заряд создается потоком ионов за счет коронирующего электрода в неоднородном электрическом поле. В электрических фильтрах применяются две схемы размещения электродов, с помощью которых происходит образование неодно- родного электрического поля (рис. 5.10). а б 1 2 85 Рис. 5.10. Схемы размещения электродов в электрофильтрах: а – коронирующий провод (электрод) в цилиндрической трубе или трубчатый электрический фильтр; б – ряд проводов между пластинами или пластинчатый электрический фильтр; 1 – коронирующий электрод; 2 – осадительный электрод Принципиальная схема аппарата для очистки газопылевого по- тока с применением электрофильтра представлена на рис. 5.11. Рис. 5.11. Схема установки электрофильтрования: 1 – груз; 2 – коронирующий электрод; 3 – осадительный электрод; 4 – изолятор; 5 – выпрямитель; 6 – повышающий трансформатор; 7 – регулятор напряжения; 8 – сеть; 9 – заземление Принцип действия такого фильтра следующий. После подачи напряжения на коронирующий электрод в фильтр подается запы- ленный газовый поток. Находящаяся в потоке пыль при соприкос- новении с коронирующим электродом ионизируется и затем выде- ляется из газопылевого потока на стенках сосуда, которые одновре- менно служат осадительными электродами. Очищенный газ подни- мается и выходит из аппарата через выходное отверстие. Выпавшая из газопылевого потока пыль накапливается внизу аппарата в бун- кере и затем удаляется из него через специальный затвор. 86 Теоретическое выражение для парциальной эффективности элек- трофильтра было предложено Дейчем: wR L е    2 п 1 – для трубчатого электрофильтра или wΗ L е    1п – для пластинчатого электрофильтра, где  cкорость дрейфа частиц, м/с; w – скорость газа в активном сечении, м/с; L – активная длина электрофильтра, м; R – радиус трубчатого осадительного электрода, м; H – расстояние между коронирующим электродом и пластинча- тым осадительным электродом, м. Данные формулы выведены исходя из предположений равно- мерного распределения концентрации пыли по сечению аппарата, скорости дрейфа частиц во всех точках электрофильтра, отсутствия вторичного уноса осажденной пыли. Они не учитывают некоторые другие явления в электрофильтре. Если ввести понятие удельной поверхности осаждения , V S f  где S – поверхность осаждения осадительных электродов, м2; V – объемный расход очищаемых газов, м3/c, то в общем виде для любого электрофильтра можно выразить .1п fе  87 Из данного выражения следует, что для определения эффектив- ности электрофильтра необходимо при известной удельной поверх- ности осаждения знать скорость дрейфа частиц. Сила воздействия коронирующего электрода регулируется с по- мощью регулятора напряжения. Применение данного аппарата позволяет удалять частицы пыли с размером до 1 мкм. Такие установки электрической очистки спо- собны работать с эффективностью 99 %, а для некоторых пылевидных частиц – 99,9 %. Причем данные фильтры способны улавливать ча- стицы практически всех размеров, включая и субмикронные при концентрациях этих частиц 50 г/м3 и выше. Промышленные элек- трические фильтры применяются в диапазоне температур 400–450 ºС, а в ряде случаев и выше. Данные аппараты можно применять и при наличии в газопылевом потоке коррозионных сред. Электрические фильтры могут работать как в условиях разряжения, так и под дав- лением очищаемых газов. Эти аппараты могут быть в «сухом» и «мокром» исполнении. Значительное влияние на работу электрофильтров оказывает со- стояние системы пылеудаления и шламоудаления. Переполнение бункеров пылью из-за плохой работы пылеудаляющих систем или их несвоевременного включения может привести к короткому за- мыканию в активной зоне и отключению электрофильтра. Если пыль имеет возможность слеживаться и схватываться, то электро- фильтр в этом случае надолго выходит из строя. Достаточно неприятные последствия вызывают подсосы атмо- сферного воздуха в камеру сухих электрофильтров, работающих под разряжением, через различного рода неплотности. Подсосы снижают эффективность работы фильтра за счет увеличения объема газа, проходящего через электрофильтр, понижения точки росы, выноса уловленной пыли из бункера (если подсос происходит в са- мом бункере). В результате подсоса происходит местное охлажде- ние газов, что приводит к интенсификации процессов коррозии и налипанию пыли из-за конденсации паров, содержащихся в газе. Важным условием надежной работы сухих электрофильтров, очищающих газопылевой поток с температурой выше 100 оС, явля- ется правильная теплоизоляция их корпусов. Некачественная теп- лоизоляция стенок корпуса приводит к местному охлаждению сте- нок, и как следствие, к их коррозии и налипанию пыли. 88 Вопросы для самоконтроля 1. Различие «сухих» пылеуловителей от «мокрых». 2. Классификация по принципу действия. 3. Классификация по области применения. 4. Какие факторы учитываются при выборе аппарата очистки? 5. Инерционный пылеуловитель, способ действия. 6. Жалюзийный пылеуловитель, способ действия. 7. Скруббер, существующие типы, способ действия. 8. Сухой центробежный циклон. Принцип действия, применение. 9. Механизм вывода пылевидных частиц из «мокрых» пылеуло- вителей. 10. «Мокрый» скруббер, принцип действия. 11. Барботажные аппараты, ротоклон. 12. Принцип действия ротоклона. 13. Схема и принцип действия пенного аппарата. 14. Скоростные пылеуловители с трубами Вентури (СПУ). Прин- цип действия. 15. Электрические фильтры. Схема, принцип действия. 89 ГЛАВА 6. ФИЛЬТРУЮЩИЕ АППАРАТЫ С ПРИМЕНЕНЕИМ ТКАНЕВЫХ, КЕРАМИЧЕСКИХ И ДРУГИХ ФИЛЬТРОВ § 1. Механизм фильтрования. Виды тканевых фильтров Процесс очистки газов от твердых или жидких частиц с помо- щью пористых сред называется фильтрацией. При фильтрации взвешенные в газовом потоке частицы осаждаются на поверхности или в объеме пористых сред за счет броуновской диффузии, эффек- та касания (зацепления), инерционных, электростатических и гра- витационных сил. Броуновская диффузия или тепловое движение частиц, вызван- ное столкновениями с газовыми молекулами, является преоблада- ющим механизмом осаждения частиц с диаметром менее 0,5 мкм. Эффективность диффузионного осаждения частиц может быть за- писана в виде следующей приближенной зависимости:   , 3/2 вч д dd А   где dв – диаметр волокна, зерна или другого элемента, образующего пористую перегородку, м; ω – скорость газа, м/c; dч – диаметр частицы, м; А – коэффициент пропорциональности. Эффект касания (зацепления) проявляется всякий раз, когда тра- ектории движения частиц проходят над поверхностью волокон, зе- рен или других элементов, образующих пористую перегородку, на расстоянии равном или меньшем радиусу частицы. Определяющим параметром процесса осаждения частиц за счет эффекта касания является отношение размеров частиц и элементов, образующих по- ристую перегородку: dч/dв для волокон и d2ч/d2з для зерен. Эффект осаждения частиц при этом не зависит от скорости потока. Механизм фильтрования условно можно разделить на две стадии. На первой стадии, которая носит название стационарной фильтрации, осаждаемые частицы накапливаются внутри пористой перегородки в 90 незначительном количестве. На второй стадии нестационарной фильт- рации вследствие большого количества осаждаемых частиц тканевые материалы претерпевают непрерывные изменения, в соответствии с которыми происходит накопление пылевидных частиц в структуре тка- ни, а это приводит к снижению эффективности работы фильтра за счет повышения гидравлического давления. Данное обстоятельство приво- дит к усложнению расчетов при проектировании таких фильтров. В эксплуатационных условиях промышленных фильтров определяющее значение имеет фактор нестационарной фильтрации. В обоих рассмот- ренных случаях скорость процесса фильтрации определяется перепа- дом давлений на пористой перегородке, создаваемых нагнетательными вентиляторами. По мере накопления уловленных частиц сопротивле- ние движению газопылевого потока возрастает. При сохранении отно- сительных перепадов давления на пористой перегородке объем филь- трации непрерывно уменьшается. Для поддержания постоянного ре- жима фильтрации необходимо постоянно увеличивать перерепад давле-ний на пористой перегородке в обоих случаях. В случае дости- жения некоторого предельного сопротивления пористую часть филь- тра необходимо регенерировать, т.е. освободить от уловленной пыли. Волокнистые фильтры являются пористыми перегородками, со- ставленными из беспорядочно расположенных, но более или менее равномерно распределенных по объему волокон, каждое из которых принимает активное участие в осаждении аэрозольных частиц. Реге- нерация отработанных волокнистых фильтровальных материалов за- труднена и в большинстве случаев нерентабельна. Поэтому по окон- чании срока службы отработавший фильтрующий материал заменяют на новый. В соответствии с этим волокнистые фильтры применяют в основном для фильтрации слабо запыленных потоков, имеющих концентрацию пылевидных частиц не более 5 мг/м3. Волокнистые фильтры широко применяются для очистки атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления. Также их можно использовать в некоторых установках специального назначения. Скорость фильтрации в таких установках 1–10 м/с. Волокна, используемые для этих фильтров, имеют толщину от 0,01 до 100 мкм. Материалом волокнистых фильтров обычно слу- жат отходы текстильного производства, шлаковаты, асбеста, стекло- волокна, полимерных волокон. Рассмотрим ряд материалов, приме- няемых для тканевых фильтров. 91 Хлопчатобумажные ткани, используемые в качестве фильтрую- щих элементов, обладают высокими фильтрующими свойствами и достаточно низкой стоимостью. Ограничения в применении данных тканей для фильтров обусловлены низкой термической стойкостью, горючестью и высоким влагонакоплением. Шерстяные ткани характеризуются высокой воздухопроницае- мостью, обеспечивают надежную очистку и легкость регенерации. Отрицательным фактором шерстяных фильтров является то, что эти ткани обладают низкой стойкостью к кислым газам, особенно к ок- сидам серы и туманам серной кислоты. Срок службы фильтров из шерстяных тканей на предприятиях машиностроения и цветной ме- таллургии составляет от 9 до 12 месяцев. При длительном воздей- ствии температуры от 100 ºС и выше волокна ткани становятся хрупкими и рукава из таких тканей будут пробиваться. Стоимость шерстяных тканей больше, чем хлопчатобумажных и синтетиче- ских. Шерсть является единственным материалом, из которого можно по-лучать фетры, обладающие высокой степенью очистки, и которые можно применять в рукавных фильтрах с обратной струй- ной продувкой и импульсной регенерацией. Синтетические ткани постепенно вытесняют натуральные за счет ряда своих достоинств. Они обладают более высокой прочностью, стойкостью к повышенным температурам и воздействиям агрессивных сред. Стоимость синтетических материалов в случае использования лавсановых и нейтроновых тканей ниже стоимости натуральных тка- ней. Рассмотрим несколько представителей такого рода тканей. Нейтроновые ткани обладают высокой механической прочностью и могут применяться в качестве фильтровальных элементов в тече- ние длительного времени при температурах до 130 С. Эти ткани могут также выдерживать кратковременные повышения температур до 180 С. Срок службы рукавов, изготовленных с применением та- ких тканей, может составить от 9 до 12 месяцев и более. Лавсановые ткани используются для очистки сухих горячих га- зов в литейном производстве, металлургии, цементной промышлен- ности. Их прочность в 3–5 раз больше, чем шерстяных. Однако во влажных горячих газовых средах и особенно в щелочных прочность лавсановых тканей резко снижается. В кислых средах стойкость тканей достаточно высокая, но концентрированная серная кислота 92 способна разрушать волокна. Износ этих тканей возрастает с повы- шением температуры газопылевого потока. Ткани из полиэфирных волокон устойчивы к износу, поэтому чаще всего их применяют в фильтрах для улавливания абразивных пылей. Например, при обработке керамических материалов. Кроме рассмотренных выше для рукавных фильтров можно применять ткани из капроновых, полипропиленовых и поливинилхлоридных волокон. Все эти ткани обладают высокой химической стойкостью в специфи- ческих средах и низкой влагоемкостью. Их отрицательным свой- ством является низкая термическая стойкость по сравнению с тка- нями из нейтрона и лавсана. Стеклоткани способны противостоять температурам в диапазоне 150–250 С. При данных температурах происходит разрушение натуральных и большинства синтетических тканей. Для улучшения стойкости данных тканей к изгибам их подвергают термохимиче- ской обработке, т.е. их аппретируют. Защитное покрытие наносится на суровую ткань после удаления с ее поверхности замаслителя. Затем осуществляют пропитку водной эмульсией кремнийоргани- ческих соединений с последующей полимеризацией образующейся пленки при температуре до 300 С. Пропитанная таким образом стеклоткань становится более эла- стичной, приобретает гладкую гидрофобную поверхность, с кото- рой легко можно удалить слой уловленной пыли. Срок службы этой ткани зависит от способности примененных кремнийорганических соединений противостоять действию температур. Начало разрушаю- щего воздействия отмечается при температуре 225 С. При даль- нейшем повышении температуры срок службы стеклотканевых ру- кавов снижается, но даже при достаточно длительных воздействиях температуры в 250 С срок службы стеклотканей выше, чем рас- смотренных ранее и может составлять 24 месяца. Несмотря на более высокую стойкость на изгиб регенерацию ру- кавов из аппретированных тканей производят в основном обратной продувкой, а в ряде случаев, несколько раз в сутки, осуществляют кратковременное покачивание рукавов. Рассмотрим несколько конструкций аппаратов, использующих в качестве фильтрующих элементов тканевые рукава. 93 Тканевые фильтры Наибольшее распространение из тканевых фильтров получили фильтры рукавного типа, в которых главным элементом является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани (рис. 6.1). Эти ап- параты работают в двух режимах – в режиме фильтрации и в режи- ме регенерации. Рассмотрим приведенные режимы работы. Рис. 6.1. Схема рукавного тканевого фильтра: 1 – патрубок загрязненного воздушного потока; 2 – рукава; 3 – корпус секции; 4 – воздуховод для продувки; 5 – газопровод очищенного газа; 6 – встряхивающий механизм; 7 – воздушный клапан; 8 – накопительный бункер Режим фильтрации. Корпус фильтра разделен на несколько герметичных камер или секций 3, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов 2. Запыленный газ из газопровода загрязнен- ного газа через отверстие 1 подводится в нижнюю часть секции и по- падает в рукава, которые открыты снизу и закрыты сверху. Газопы- левой поток фильтруется через ткань рукавов, проходит в камеру и через открытый клапан 7 выходит из нее, поступая затем в газопровод 94 очищенного газа 5. Частицы пыли, содержащиеся в газопылевом потоке, оседают на внутренней поверхности фильтрующего рукава (секции). В результате этого сопротивление рукавной ткани про- хождению газопылевого потока постепенно увеличивается. Когда такое сопротивление достигает предельного значения, фильтр пере- водится в режим регенерации. Режим регенерации. Его суть заключается в освобождении рука- вов от осевших на их фильтрующей поверхности частиц пыли. Наиболее простым способом регенерации является обратная про- дувка. Продувка проводится от воздухопровода 4. Воздух при этом направляется внутрь камеры через клапан 7. Выпускной клапан 5 в этой ситуации будет закрыт. Проходя через рукав в обратном направлении, воздух разрушает пылевой слой, образовавшийся на внутренней поверхности рукава. Затем эта пыль накапливается в бункере 8, откуда удаляется при помощи шнека или другого устройства. Очищенный воздух поступает в газопровод запыленно- го воздуха. В целях повышения эффективности регенерации одно- временно с продувкой производят встряхивание рукавов с помощью встряхивающего механизма 6. Скорость фильтрации в тканевых фильтрах находится в пределах 0,5–1 м/мин. Степень очистки – до 99 % для пыли практически любой дисперсности. Рукавные фильтры других типов В промышленном производстве применяются и другие фильтры, использующие механизм встряхивания с обратной продувкой. Они могут отличаться конструкцией отдельных узлов в зависимости от назначения фильтров. В качестве примера рассмотрим одну из та- ких конструкций (рис. 6.2). Фильтры с рукавами из стеклоткани имеют ряд особенностей, которые вызваны малой прочностью стеклотканей на изгиб и удар и низкой сопротивляемостью трению. В отличие от рукавов из шер- стяной и синтетической ткани рукава из стеклоткани располагают на больших расстояниях друг от друга. Каждый рукав имеет инди- видуальную пружину подвески, а регенерацию ткани осуществляют только обратной продувкой. Обычно такой фильтр состоит из свар- ного корпуса, комплектов рукавов диаметром 137 и длиной 3000 мм, коллекторов грязного и чистого воздуха, продувки, бункерной части, 95 решетки и рам подвеса для крепления рукавов. В нижней части корпуса рукава крепятся в литых чугунных решетках, составленных из отдельных элементов. Рис. 6.2. Схема рукавного фильтра с фильтрующими элементами из стеклоткани: 1 – пневматический управляющий клапан; 2 – раздаточные коллектора с соплами; 3 – корпус; 4 – циклон; 5 – ресивер (накопитель воздуха под давлением); 6 – рукавные фильтры; 7 – пылеприемные бункера В данной конструкции рукавный фильтр объединен в блок очистки воздуха, представляющий собой двухступенчатый аппарат, обе ступени которого объединены в конструкцию, но имеют инди- видуальные пылесборные бункера. В качестве первой ступени очистки используются циклоны, а в качестве второй – рукавные фильтры. Используемые в аппарате циклоны имеют объединенные вход- ные патрубки и увеличенные диаметры пылевыпускных отверстий для предотвращения забивания циклонов при высокой входной концентрации пыли в потоке и при попадании в систему случайных предметов. Сами рукавные фильтры с каркасными фильтрующими 96 элементами располагаются по концентрическим окружностям внутри корпуса аппарата. В блок входит система импульсной регенерации фильтрующих элементов сжатым воздухом высокого давления. Данная система включает следующие элементы: – ресивер; – пневматическое управление клапана; – раздаточные коллекторы с соплами, находящимися над филь- трующими элементами. Собираемая пыль накапливается в пылесборные бункера. При- менение импульсной системы регенерации позволило создать гер- метичную конструкцию блока очистки воздуха. Это же позволило увеличить нагрузку на фильтрующую ткань, в результате чего умень- шить габариты фильтров. При использовании таких аппаратов тем- пература очищаемого запыленного газового потока может дости- гать 250 С. § 2. Расчеты по выбору типоразмера и необходимого числа тканевых фильтров По технико-экономическим соображениям аэродинамическое со- противление фильтров не должно превышать 750–1500 Па, и только в особых случаях – до 2–2,5 кПа. При более высоком значении аэродинамического сопротивления резко увеличивается коэффици- ент проскока частиц и возможен срыв рукавов или их разрушение по шву в результате аэродинамических ударов при переключении секций на регенерацию. Эффективность очистки газов в тканевых фильтрах достаточно высока, но может снижаться при браке ткани, плохом прижиме на патрубках или гнездах, негерметичности трубных решеток, срыве, износе или вытяжке рукавов. Основным фактором, определяющим необходимую площадь фильтровальной ткани в установке, является перепад давлений на ткани, а не значение эффективности очистки газа, и только в отдельных случаях допустимая нагрузка на ткань может определяться ожидаемым значением остаточной концент- рации пыли. Для приближенного расчета необходимой площади фильтрации тканевого фильтра следует определить общий расход запыленных газов, поступающих на ткань (с учетом подсосов воздуха в газовом 97 тракте от источника пылевыделения до фильтровальной ткани), и расход продувочных газов или воздуха, поступающих из регенери- руемой секции. Кроме этого надо знать допустимую нагрузку по газу (скорость фильтрации), которую принимают на основании опыта эксплуатации в зависимости от применяемой ткани. Общая площадь фильтрования установки ,c 21 cp S QQ SSS     м2, где pS площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м 2; cS площадь ткани в регенерируемой секции, м 2; 1Q расход запыленных газов с учетом подсоса воздуха, м 3/мин; 2Q расход продувочных газов или воздуха, м 3/мин;  – скорость фильтрации (газовая нагрузка на ткань), м3/(м2·мин). Приведем рекомендуемые значения газовой нагрузки для раз- личных тканей. Ткань Шерстяная или хлопчатобумажная Синтетическая Стеклянные Нагрузка по газу, м3/(м2·мин) 0,6–1,2 0,5–1,0 0,3–0,9 Для легкоудаляемых пылей и малых концентраций пыли (менее 1 г/м2) нагрузка по газу при использовании шерстяных тканей мо- жет быть увеличена до 3,0 м3/(м2·мин). При использовании синте- тических тканей нагрузку принимают на 10–15 % ниже, чем шер- стяных, учитывая их меньшую удерживающую способность. По данным многочисленных испытаний остаточная концентрация пы- ли при этих условиях составляет 20–50 мг/м3, а при начальных кон- центрациях пыли – 5–50 г/м3. Практически установлено, что в большинстве случаев газовая нагрузка и износ рукавов в основном зависят от входной концентрации и дисперсности пыли, и обычно большая запыленность и высокая дисперсность вызывают необхо- 98 ди-мость увеличения размеров фильтра. Расход продувочного воз- духа на регенерацию обратной продувкой составляет 1,5–1,8 м3/(м2·мин), а в отношении расхода продувочного воздуха к расходу при фильтрации – от 1,5 до 2. Для синтетических и стеклотканей это отношение принимается меньшим, чтобы избежать слишком интенсивной очистки. Все вышеприведенное относится только к регенерируемой секции. Выше указывалось, что значение перепада давлений на фильтре в значительной степени определяется способом регенерации ткани. Если принятый способ регенерации малоэффективен, то для успеш- ного удаления пыли с ткани необходимо либо накапливать толстые слои пыли при соответствующем снижении скорости фильтрации, что, несомненно, приведет к увеличению габаритов фильтра, либо интенсифицировать процесс регенерации. § 3. Зернистые и металлокерамические фильтры В зернистых фильтрах фильтрация осуществляется через слой зер- нистого материала. В качестве последнего может применяться гравий, шлак, различные дробленые материалы. Эффективность осаждения определяется действием механизмов касания, инерции, диффузии и электростатики частиц пыли. Различают следующие типы зерни- стых фильтров. 1. Зернистые насадочные (насыпные), в которых улавливание происходит на элементах, не имеющих жесткой связи друг с дру- гом. К таким фильтрам относятся статические, или неподвижные, динамические, или подвижные слоевые фильтры с гравитационным перемешиванием сыпучей среды. 2. Жесткие пористые, в которых зерна прочно связаны друг с другом и образуют прочную неподвижную систему (керамика, пластмасса и другие аналогичные материалы). Зернистые фильтры обладают следующими преимуществами: - малая стоимость и доступность материалов; - возможность работы при достаточно высоких температурах и в условиях агрессивных сред; - способность выдерживать значительные механические нагрузки, перепады давления, а также резкие изменения температу- ры. 99 Улавливание аэрозольных частиц в зернистых фильтрах подчи- няется тем же законам, что и для волокнистых материалов. Зерни- стые насыпные фильтры в качестве насадки используют песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, отходы кокса, крошку резины и пластмассы, дробленый графит, а также стандартные керамические виды насадок (кольца, шары и т.п.). Вы- бор материала для насадок обусловливается требуемой термической и химической стойкостью, механической прочностью и доступно- стью самого материала. Широко применяются природные материа- лы, встречающиеся в готовом виде, и отходы производства. В неко- торых случаях готовят специальные насадки путем дробления и по- следующего прессования для получения необходимых насыпок. Рассмотрим принцип действия аппаратов с зернистыми фильтрами на следующей конструкции (рис. 6.3). Рис. 6.3. Схема конструкции очистного аппарата с зернистым фильтром: 1 – входной патрубок; 2 – люк; 3 – шнек; 4 – слой стружки; 5 – пружина; 6 – вибратор; 7 – слой гравия; 8 – электродвигатель; 9 – заслонка для очищенного газа; 10 – патрубок для очищенного газа; 11 – клапан продувочного воздуха 100 Принцип действия приведенного на схеме аппарата следующий: насыпной элемент находится в контейнере с сетчатым дном, пло- щадь которого 1,5 м2. Контейнер соединен с четырьмя пружинами и вибратором с помощью штока, расположенного в стальном или резиновом сифоне. Уплотнение зоны фильтрации осуществляется с помощью эластичной ткани. В качестве последней может быть ис- пользован асбест, обработанный силиконом. Такая ткань способна выдерживать температуру до 350 ºС. Фильтрующая среда состоит из двух слоев. Нижний представляет собой слой стальной токарной стружки или какого-либо иного волокнистого материала с невысо- ким сопротивлением прохождению газового потока. Выше распола- гается слой гравия или другого аналогичного материала толщиной 150 мм и размерами зерен 1–6 мм. Регенерация забитого пылью зернистого фильтра осуществляет- ся после закрытия заслонки для выхода очищенного газа и откры- тия клапана продувочного воздуха. Этот воздух засасывается в ап- парат вследствие наличия в нем разряжения. Затем в работу вклю- чается вибросистема, при воздействии которой пыль из контейнера выпадает в бункер-накопитель. Из бункера она удаляется с помо- щью шнека. Замена фильтровального контейнера происходит при выведении его из рабочей зоны аппарата с последующим возвраще- нием в исходное состояние. Вопросы для самоконтроля 1. Стадии механизма фильтрования. 2. Виды фильтров по типу тканей. 3. Рукавный тканевый фильтр. Принцип действия. 4. Фильтры из стеклоткани. Отличительные особенности. 5. Зернистые и жесткие пористые фильтры. Состав, принцип действия. 101 ГЛАВА 7. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА § 1. Способы очистки газов, образующихся при плавке чугуна и стали Для улавливания вредных веществ в настоящее время применяют разнообразные аппараты и системы, отличающиеся по конструкции, принципу действия, уровню энергозатрат. Выбор приемлемой схемы очистки газопылевых выбросов в каждом конкретном случае зави- сит от требуемой степени пылеулавливания, наличия свободных производственных площадей, эксплуатационной надежности и эко- номических показателей установок. Кроме этого, как показал ана- лиз исходных параметров и режимов пылегазовыделения, очистка ваграночных выбросов сопряжена с рядом трудностей. 1. В процессе плавки металла резко изменяются практически все параметры выбросов. 2. Выделяющаяся пыль содержит фракции различной дисперс- ности, а ее химический состав характеризуется наличием большого числа компонентов. 3. Из-за одновременного выделения пыли и вредных газов сложно выбрать способ очистки. 4. Газообразные компоненты содержат оксид углерода и при опре- деленных условиях могут представлять собой взрывоопасную смесь. Поэтому при выборе способа очистки должны приниматься во внима- ние не только технико-экономические показатели работы пылеочист- ных устройств, но и специфические условия процесса плавки, обу- словленные технологическим режимом работы плавильных агрегатов. Все пылеуловители, используемые для очистки газов, условно можно разделить на две группы: а) аппараты сухого действия; б) аппараты мокрого действия. Сухие пылеуловители (искрогасители) получили достаточно ши- рокое распространение на предприятиях литейного, машинострои- тельного и химического профиля. Осаждение пылевидных частиц в этих устройствах происходит вследствие снижения скорости газового 102 потока и изменения направления его движения. Степень пылеулав- ливания зависит от площади сечения искрогасителя и не превышает 45–60 %. Более эффективными аппаратами сухой очистки являются циклоны. Они позволяют улавливать до 80–90 % пыли. Данные ап- параты показали достаточную эффективность при использовании их на вагранках малой и средней мощности, работающих на холод- ном дутье. Но широкому применению центробежных пылеулавли- вающих устройств препятствует высокая температура отбираемых ваграночных газов. Такие аппараты, как циклоны требуют предвари- тельного охлаждения поступающих в них газов до 573 оК (300 оС). Для этого газ необходимо разбавлять холодным атмосферным воз- духом, что приводит к резкому возрастанию объемов выбросов и, как следствие, требует увеличения габаритных размеров соответ- ствующих установок. Поэтому использование таких установок даже в качестве аппаратов предварительной очистки является экономи- чески не целесообразным. Высокоэффективными очистными устройствами в данном случае будут являться тканевые и электро- фильтры. Тканевые фильтры показали наибольшую эффективность. Оста- точное содержание пыли после прохождения этих аппаратов со- ставляет 10-5 кг/м3. Данные фильтры могут выполняться в виде ру- кавов или рамок. В качестве фильтрующего материала обычно ис- пользуются ткани из синтетических волокон, в некоторых случаях покрытых силиконом. Такое покрытие позволяет повышать устой- чивость ткани к высоким температурам. Температуры, выдержива- емые этими тканями, могут достигать 400–550 оС. Регенерация рукавных фильтров производится за счет импульсов сжатого воздуха, подаваемого одновременно снизу и сверху. Одна- ко применение как тканевых фильтров, так и циклонов связано с проблемой предварительного охлаждения газопылевого потока, ко- торую можно решить за счет применения охлаждающей жидкости или атмосферного воздуха. Но охлаждение с применением жидко- сти приводит к забиванию фильтра смоченной влагой пылью и тре- бует дополнительной установки автоматического регулирования влажности. Вагранки средней и большой мощности с применением горячего дутья должны оснащаться электрофильтрами. В электро- фильтрах сухого типа улавливается до 99,5 % ваграночной пыли. Основным преимуществом таких фильтров является то, что фрак- 103 ционный состав пылегазовых выбросов не оказывает заметного влияния на степень очистки. Механический износ и степень паде- ния давления в аппаратах очистки не столь значительны. При про- фессиональном обслуживании электрические фильтры способны очищать ваграночные газы до пределов видимости. Однако при очистке данным способом, при недостаточно ответственном обслу- живании аппарата, не полностью сгоревшие углеродные частицы и масляные пары могут образовывать в электрофильтрах соответ- ствующий осадок, который приводит к короткому замыканию. Во избежание данного явления эти аппараты необходимо периодиче- ски очищать. Следует также отметить, что установка таких аппаратов требует значительных капитальных затрат и дополнительных произ- водственных площадей. Существенным обстоятельством при выборе установок очистки для вагранок является то, что их выбросы содер- жат окислы серы и азота. А выбросы данных элементов не улавлива- ются аппаратами сухого типа. Поэтому для комплексной системы очистки необходимо использовать аппараты мокрого типа, в состав которых входят трубы Вентури, искрогасители и дезинтеграторы. Основными достоинствами такого комплекса устройств являются простота изготовления, небольшие габаритные размеры, незначи- тельные капитальные затраты на изготовление, высокие показатели очистки. В трубах Вентури укрупнение частиц происходит вслед- ствие их осаждения на каплях жидкости в условиях высокой скоро- сти и интенсивной турбулентности потока. В качестве последних чаще всего применяются циклоны или другие инерционные осадите- ли. Удаление скоагулировавших частиц пыли происходит в капле- уловителеле, в качестве которого часто используются циклоны или другие инерционные пылеотделители. Присутствие в ваграночных газах высокодисперсных пылевых фракций приводит к необходимо- сти повышения скорости газопылевого потока до 100–150 м/с. При этом давление поднимается до 15–25 КПа. Для такого режима работы необходимо использовать мощные вентиляторы, которые работают с высокими скоростями. При работе с влажными и агрессивными газа- ми происходит интенсивная коррозия, отложение остатков пыли на лопатках транспортирующих устройств. Поэтому данные системы требуют высоких капитальных вложений, значительных эксплуата- ционных затрат, а также сложны в обслуживании. 104 Газоочистные устройства на базе дезинтеграторов также получи- ли широкое распространение в основном за рубежом. Эффективность очистки с применением дезинтеграторов составляет около 70 % при улавливании частиц с размером 0,5 × 10-6 м и возрастает до 95 % для фракций 10-6м. Наибольшее распространение среди аппаратов влажного типа очистки получили мокрые искрогасители. Принцип их действия аналогичен принципу действия сухих искрогасителей, а в качестве дополнительного фактора используют орошающую жидкость, при контакте с которой происходит улавливание мелких фракций вагра- ночной пыли. Такие аппараты просты и надежны в эксплуатации и позволяют довести степень пылеулавливания до 92 %. Широкое применение мокрых искрогасителей было вызвано не только их высокой эффективностью, но и низкими капитальными и эксплуатационными затратами, а также простотой обслуживания. Представим принципиальные схемы применяемых искрогасителей (рис. 7.1). а б в Рис. 7.1. Схемы искрогасителей, применяемых для вагранок республики: 1 – жалюзийный каплеотделитель; 2 – дымовая труба; 3 – корпус; 4 – механические форсунки; 5 – водоохлаждаемый зонт; 6 – обтекатель 3 1 2 5 4 6 105 Существующие конструкции мокрых искрогасителей довольно разнообразны. Их отличие состоит не только в геометрических па- раметрах, но и в технико-экономических показателях работы. На рис. 7.1, а приведена схема мокрого искрогасителя с двумя ярусами водяных прямоточных форсунок. Для устранения выбросов в атмо- сферу капельной влаги в данной конструкции предусмотрен жалю- зийный каплеотделитель, выполненный из стандартных уголков. Об- следование данного типа мокрого искрогасителя показало, что эф- фективность каплеулавливания составляет 98,5–99 %. Данный показ- атель обеспечивает остаточный выброс в атмосферу 70 × 10-6 кг/м3, при расходе воды на очистку 30–40 м3/ч. Увеличение расхода воды до 60 м3/ч практически не влияет на эффективность пылеулавливания. На рис. 7.1, б показана схема искрогасителя мокрого типа, разра- ботанного проектно-конструкторским институтом г. Одесса. Про- пускное сечение данного агрегата позволяет резко снизить скорость движения газопылевого потока в искрогасителе с 10–15 до 1–1,5 м/с. Это способствует удалению крупных фракций пылевидных частиц. Осаждение основной массы твердых частиц происходит под дей- ствием сил тяжести после контакта с орошающей жидкостью. В данной конструкции для лучшего диспергирующего воздействия служат форсунки ударного действия с коническими каплеотбойни- ками, которые обеспечивают устойчивую работу в условиях обо- ротного водоснабжения. Эффективность очистки таких аппаратов составляет 85–90 %, а расход охлаждающей жидкости на орошение определяется из расчета 1,8–2,7 м3/т выплавляемого чугуна. Прове- денное исследование аэродинамических свойств искрогасителей показало, что основной поток газа движется непосредственно у стенки аппарата. В центральной части, за зонтом отражателем, об- разуются обратные течения, или так называемые обратные вихри. Для устранения данного явления лабораторией «ОНИЛГАЗ» БНТУ была разработана и предложена усовершенствованная конструкция и создан типоразмерный ряд пылеуловителей «мокрого типа» для вагранок открытого типа с производительностью от 3 до 20 т (рис. 7.1, в). Работы по повышению эффективности «мокрых» искрогасителей в настоящее время направлены в основном на улучшение распреде- ления орошающей жидкости и газопылевого потока по внутреннему сечению аппарата очистки, а также использования энергии сжатого 106 воздуха, пара или воды. Одним из основных недостатков рассматри- ваемых выше искрогасителей является ухудшение процесса теплопе- редачи и режима работы установки вследствие осаждения и слипания частиц ваграночной пыли. Другим важным недостатком является необходимость использования химически очищенной воды. Для устранения этих недостатков в лаборатории «ОНИЛГАЗ» БНТУ была разработана более эффективная конструкция «мокрого» пыле- уловителя-искрогасителя. Его схема представлена на рис. 7.2. Рис. 7.2. Схема мокрого искрогасителя «НИЛОГАЗ» БНТУ: 1 – корпус; 2 – обтекатель; 3 – верхний конфузор; 4 – дымовая труба; 5 – водяные форсунки; 6 – корпус с завихрителями; 7 – жаростойкие пластины; 8 – сточная труба Данный искрогаситель обеспечивает более глубокую очистку ва- граночных газов от пыли, доводя уровень очистки до 0,35–0,55 г/м3 пыли и охлаждение газов до 100–150 ºС. В нижней части обтекателя установлен конус с закручивающими лопатками, что увеличивает путь прохождения газового потока и время его контакта с жидкостью, а также обеспечивает предварительную сепарацию твердых частиц. Для устранения местного перегрева корпуса пылеуловителя в зоне горячих газов предусмотрен сменный пояс из жаростойких пластин. 107 Однако следует отметить, что мокрые искрогасители даже усо- вершенствованной конструкции не соответствуют санитарным нормам по выбросам. Поэтому существует необходимость в применении более сложных устройств. Например двухступенчатой системы очистки и обезвреживания пылегазовых выбросов для вагранок от- крытого типа (рис. 7.3). Рис. 7.3. Схема двухступенчатой системы очистки и дожигания пылегазовых выбросов от вагранок открытого типа: 1 – дымосос; 2 – пульт управления; 3 – насосы для подачи воды (оборотной); 4 – бак-отстойник; 5 – труба Вентури с сепаратором; 6 – завалочное окно; 7 – мок- рый пылеуловитель; 8 – каплеуловитель; 9 – узел дожигания;10 – предохранительный клапан; 11 – дымовая труба Процесс очистки и обезвреживания газов протекает в два этапа. На первом осуществляется дожигание оксида углерода и предвари- тельная очистка от пыли с помощью мокрого искрогасителя. Узел дожигания состоит из двух инжекционных горелок среднего давле- ния с расходом природного газа 30–35 м3/ч каждая. Они снабжены футерованными тоннелями, горелкой-запальником и автоматикой, обеспечивающей безопасность эксплуатации. Горелки расположены над завалочным окном вагранки. После дожигания газы поступают в мокрый искрогаситель с по- лым охлаждаемым обтекателем. Достаточно узкий кольцевой про- 108 филь рабочей зоны аппарата создает возможность для интенсивного и равномерного орошения газового потока водой. Степень очистки и охлаждения повышается за счет вторичного дробления капель во- ды при ударе о стенки корпуса и обтекателя. На втором этапе очистки газы после искрогасителя поступают в кольцевую трубу Вентури, в которой установлен обтекатель с закручивающими лопат- ками. Труба Вентури оснащена первичным каплеуловителем колен- ного типа. В данном аппарате осуществляется разделение крупных капель воды. Для выделения из газового потока мелких капель жид- кости газовый поток подается в каплеотделитель жалюзийного типа. Шлам из системы удаляется по соответствующим трубопроводам с установленными на них гидрозатворами в бак-отстойник, а из него предусмотренными для этого системами водоочистки. В вагранке закрытого типа, схема которой представлена на рис. 7.4, приведена следующая возможность очистки газопылевого потока. В вагранке закрытого типа газы из вагранки поступают в камеру охлаждения. После данной камеры газовый поток направляется в эжекционную трубу Вентури. Затем очищенные газы проходят че- рез каплеуловитель циклонного типа, в котором происходит оса- ждение капель и дополнительная очистка газов. Из каплеуловителя газы с помощью дымососа направляются в рекуператор. В данном агрегате происходит дожигание и отдача образующейся теплоты дутьевому воздуху. После рекуператора очищенный газовый поток поступает в атмосферу. Из наиболее приемлемого типа зарубежных конструкций можно выделить вагранку закрытого типа фирмы производства Германии (рис. 7.5). Данный плавильный комплекс представляет собой вагранку с системой закрытой подачи шихтовых материалов, газоочистки и воздухоподогрева. Газовый поток, отобранный через кольцевое рас- ширение ниже завалочного окна, поступает по газоходу в охлади- тель, где происходит его охлаждение, а затем через дезинтегратор в систему отсоса газа. Для отсоса отходящих газов, независимо от из-менений, производимых в режиме плавки в вагранке, в агрегате предусмотрено вмонтированное в кольцевую камеру устройство, контролирующее давление отходящих газов в камере и управляю- щее механизмом поворота дроссельной заслонки на трубопроводе чистого газа. Дезинтегратор представляет собой центробежный вен- 109 тилятор, в котором лопасти заменены прутами, установленными на роторе. На боковых стенках корпуса укреплены неподвижные стерж- ни. В центр аппарата подается вода, которая при вращении ротора распыляется коническими разбрызгивателями. Центробежной силой смесь газопылевого потока с водой ударяется о неподвижные стерж- ни. Это приводит к диспергации потока и способствует расшире- нию области смачивания частиц пыли. Данный процесс повторяется многократно, и после этого капельки воды с поглощенной пылью по стенкам камеры стекают в отстойник. Затем газы попадают в капле- уловитель, выполняющий роль осушителя, который представляет собой полый скруббер или циклон. Далее очищенный газ дожигает- ся в рекуператоре и удаляется в атмосферу. Отработавшая жидкость собирается в отстойник, из которого по мере накопления произво- дится откачка шлама. Удаляемые в атмосферу газы содержат не бо- лее 100 мг/м3 пыли и почти не содержат СО. Рис. 7.4. Схема установки очистки вагранки закрытого типа: 1 – нагнетатель холодного воздуха; 2 – рекуператор; 3 – фурменная коробка; 4 – узел отбора пылегазовых выбросов; 5 – узел герметизации загрузки шихты; 6 – мокрый пылеуловитель; 7 – труба Вентури; 8 – каплеотделитель; 9 – вентилятор 110 Рис. 7.5. Схема очистки пылегазовых выбросов от коксовой вагранки фирмы «GHW»: 1 – каплеуловитель; 2 – дезинтегратор; 3 – охлаждающий скруббер; 4 – нагнетатель холодного воздуха; 5 – рекуператор подогрева воздушного дутья; 6 – фурменная коробка; 7 – отбор газов, осуществляемый ниже завалочного окна под запорным слоем шихты; 8 – загрузочное окно § 2. Методы и устройства отвода технологических газов от электрических печей Плавка чугуна в электрических печах (дуговых и индукционных) сопровождается образованием и выделением высокодисперсной пы- ли. Интенсивность пылегазовыделений зависит от режима плавки, состава и качества применяемых шихтовых материалов. Конденса- ционный механизм образования пыли создает предпосылки для воз- никновения частиц сферической формы. Пыль имеет следующий фракционный состав: 80–82 % – фракции 0–2 мкм; 10–12 % – фрак- ции 2–5 мкм и остальное – частицы большего размера. Химический состав пыли характерен многокомпонентностью и представлен глав- ным образом оксидами кремния, железа, кальция, марганца (табл. 7.1). Таблица 7.1 Химический состав Fe2O3 FeO О2 СаО МnO MgO Содержание, % 30,7 25,5 25,7 7,8 6,9 3,4 111 Кроме высокодисперсной пыли в электрических печах образу- ются токсичные газы такие как, СО, SO2 и ряд других. Объем и со- став выбросов, поступающих в системы очистки, зависят от состава и свойств исходных материалов, от способа отбора газов и от вме- стимости печного агрегата. Удельные выбросы некоторых газооб- разных компонентов при плавке в электрических печах представле- ны в табл. 7.2. Таблица 7.2 Компонент Масса выделяемых газов в электропечах, кг/ч дуговых индукционных Оксид углерода Оксид азота Оксид серы 80–100 0,7–1,9 0,25–0,7 10–17 Следы 0,03–0,08 Традиционную вентиляционную технику, которая включает в себя местные отсосы и циклоны, применяют в основном для отбора и очистки газов индукционных печей. Для предотвращения выброса технологических газов и загрязне- ния атмосферы цеха при плавке в электропечах газопылевые состав- ляющие выводятся следующими методами. 1. Над печным агрегатом устанавливаются зонты или колпаки. Это позволяет в значительной мере локализировать источники пы- ле-газовыделений. Такой способ нашел достаточно широкое приме- нение в цехах сталелитейного производства. В этом случае вытяж- ные зонты должны располагаться в максимальной близости от места выхода газопылевого потока и не мешать обслуживанию печного агрегата. Над ним можно установить отводной зонт, который должен быть соединен с системой газоотбора. С целью уменьшения подсоса атмосферного воздуха в системе между зонтом и печью необходимо установить шторки или асбестовую ткань. Однако следует отме- тить, что эти меры не позволяют полностью исключить подсос ат- мосферного воздуха и выбивание газов из печного агрегата. Поэто- му конструктивно в верхней части зонта необходимо предусмотреть отверстия для ввода электродов. Недостатком данного метода явля- ется невысокая эффективность отбора газопылевого потока (до 80 %) и повышенный расход электроэнергии на перемещение и очистку масс разбавленного потока. 112 2. Применение секционного отсоса. В этом случае над печью в местах выхода газов в области электродов и рабочего окна устанав- ливается усовершенствованное укрытие. При этом секции отсоса крепятся неподвижно относительно свода. Скорость отбора газов в такой системе должна быть не менее 2 м/c. Применение отсоса поз- воляет в 1,5−2 раза сократить объем газа, поступающего на очистку, по сравнению с системой отбора через зонты. Недостатком данного метода является увеличение расхода электродов. 3. Отвод газопылевого потока непосредственно из под свода пе- чей (в случае электродуговых – через дополнительное четвертое отверстие). Этот метод может быть осуществлен с разрывом или без разрыва газопылевого потока. Метод с разрывом более предпочти- телен, так как газ, подсасываемый через рабочее окно, распростра- няется по всему объему печи. В этом случае в отверстие свода уста- навливается водоохлаждаемый патрубок, соединенный шарнирно с газоотводящим трактом. Под сводом устанавливается разряжение до 45 мм водяного столба. Для устойчивого дожигания оксида угле- рода необходимо во время плавки разбавлять технологические газы воздухом и устанавливать по тракту движения газа специальные камеры дожигания. Применение метода без разрыва газопылевого потока преду- сматривает отбор через центральное отверстие в своде. В этом слу- чае можно сократить почти в 4 раза количество газов, поступающих на очистку. Данный метод конструктивно более сложен и требует тщательного выполнения инструкций по эксплуатации, поскольку могут наблюдаться такие явления, как «проскок пламени», или микровзрывы газов. Метод разрыва газового потока позволяет кон- структивно упростить узел отбора. В месте разрыва происходит процесс самодожигания оксида углерода, а это делает систему ме- нее взрывоопасной и устраняет необходимость регулирования ско- рости газопылевого потока. Отводящий патрубок располагается на расстоянии до 30 см от стационарно устанавливаемого приемного патрубка, снабженного входящей воронкой. В ряде случаев при ис- пользовании электропечей с поворачивающимся сводом принима- ющий газоход может быть установлен с дополнительной возможно- стью поворота его колена, расположенного над печью. 4. От дуговых печей отбор газов может осуществляться через бор- товой отсос, т.е. через газоотводящее отверстие, расположенное меж- 113 ду сводом и зеркалом расплавленного металла в стенке печи. Как и в случае отвода газа через четвертое отверстие в своде газоотводящий патрубок должен быть водоохлаждаемым и может соединяться с си- стемой вытяжки либо с разрывом газопылевого потока, либо гермети- чески. Благодаря близкому расположению от уровня расплавленного металла данная схема позволяет контролировать состав атмосферы в печном пространстве. Данный фактор имеет преобладающее значение при плавке качественных сталей, технология изготовления которых предъявляет особые требования к составу печной атмосферы. Следует отметить, что отбор газов как из объема печи с помощью дополни- тельного отверстия в своде или же через бортовой отсос приводит к значительному сокращению объема выбросов за счет уменьшения степени разбавления газов атмосферным воздухом. Отбор газов из электродуговых печей с помощью зонтов, секци- онных отсосов, а также непосредственно из-под свода печи через дополнительное четвертое отверстие приводит к снижению затрат на очистные мероприятия. При этом внутри печного агрегата созда- ется разряжение, что приводит к дожиганию оксида углерода внут- ри рабочего пространства печи и выделению вследствие этого до- полнительного количества теплоты. Температура газов достигает значительных значений, что в свою очередь приводит к повышению угара компонентов шихты. В связи с этим перед очисткой газы необходимо охладить в предназначенных для этого установках, например в сухих теплообменниках, работающих по принципу из- лучения. Однако, если не удается достичь необходимого перепада температур, используются дополнительно аппараты «мокрого» типа такие, как скрубберы, ротоклоны или орошаемые газоходы. В настоящее время для очистки газопылевых потоков из электроста- леплавильных печей часто используют очистные агрегаты с ткане- выми фильтрами, высокоскоростные пылеуловители с трубами Вентури (СПВ) или электрофильтры. Принципиальная схема уста- новки очистки газопылевых выбросов представлена на рис. 7.6. 114 Рис. 7.6. Схема очистки выбросов от дуговой электропечи с применением тканевых фильтров: 1 – электропечь; 2 – охлаждаемый патрубок; 3 – охлаждаемый газоход; 4 – оросительный скруббер; 5 – тканевый фильтр; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба Согласно представленной схеме дымовые газы принудительно отсасываются от плавильного агрегата через охлаждаемый патру- бок, который соединен с четвертым отверстием. Затем через по- движную охлаждаемую трубу поступают в «мокрый» скруббер, где и охлаждаются. Из скруббера газы направляются в пылеуловитель с тканевыми рукавными фильтрами и с помощью вентилятора выбра- сываются в дымовую трубу. Вопросы для самоконтроля 1. Трудности при очистке газопылевых выбросов. 2. Аппараты «сухого действия». 3. Аппараты «мокрого действия». 4. Область применения аппаратов «сухого» действия. 5. Область применения аппаратов «мокрого» действия. 6. Преимущества и недостатки аппаратов «сухого» и «мокрого» действия. 7. Факторы, влияющие на выбор фильтров для ваграночной плавки. 8. Принципиальные схемы искрогасителей-пылеуловителей. 9. Преимущества и недостатки искрогасителей «мокрого» и «су- хого типа. 115 ГЛАВА 8. ОСНОВЫ ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СИСТМАМ ПЫЛЕГАЗОУЛАВЛИВАНИЯ §1. Основы выбора проектных решений При выборе газопылеулавливающих устройств для того или ино- го промышленного устройства необходимо учитывать множество факторов. Требования к полноте улавливания пыли могут опреде- ляться санитарно-гигиеническими условиями обеспечения чистоты атмосферного воздуха или требованиями самой технологии. В ряде случаев эффективность очистных устройств обеспечивается степе- нью улавливания и обусловливается высокой стоимостью осаждае- мого продукта, находящегося в пылевидном или газообразном со- стоянии. Борьба с загрязнением атмосферного воздуха должна про- водиться по трем основным направлениям: − путем конструктивного совершенствования технологических установок и оптимизации режимов их работы; − путем правильного выбора пылеулавливающих устройств; − путем установки высоких дымовых труб для рассеивания га- зопылевых выбросов на значительные расстояния и площади и ослабления вследствие этого их вредного действия. В зависимости от происхождения взвешенные в газовом потоке частицы могут иметь различные размеры и свойства. Так, при плавке, дроблении, измельчении, взрыве или механической обработке твер- дых тел могут образовываться частицы с размерами от долей мик- рона до 100 мкм и более. В результате процессов сублимации, горения, конденсации и ря- да химических реакций, протекающих в газовой фазе, образуются частицы, основная масса которых имеет размеры меньше 5 мкм. При выборе способов и оборудования для очистки газопылевого потока кроме размеров частиц, зависящих от условий образования, необходимо также учитывать их физико-химические свойства. В це- лом следует иметь в виду, что в зависимости от требуемой степени очистки газопылевого потока чем мельче подлежащие улавливанию частицы, тем больше оказываются капитальные затраты на соору- жение установок пылеулавливания и соответственно расходы на их эксплуатацию. Прежде, чем приступить к проектированию системы пылегазоочистки, необходимо хорошо изучить конструктивные и эксплуатационные особенности имеющихся пылеуловителей. 116 Следует отметить, что каждый агрегат пылеулавливания рассчи- тан на определенные условия эксплуатации. Поэтому при проведе- нии работ, связанных с выбором аппаратов, необходимо учитывать эксплуатационные характеристики тех или иных пылеулавливаю- щих аппаратов. И в данном случае следует ориентироваться на ап- параты, предназначенные для работы в одинаковых эксплуатацион- ных и технологических условиях. При компоновке пылеулавливающей аппаратуры необходимо руководствоваться следующими положениями: − пылеуловители обычно устанавливаются на всасывающей сто- роне дымососов или вентиляторов; − для удобства обслуживания и ремонта пылеуловителей необ- ходимо предусмотреть подбор однотипного оборудования; − установка пылеочистной аппаратуры может производиться как внутри зданий, так и на открытом воздухе. Однако при этом необ- ходимо учитывать климатические условия района, периодичность работы, типы применяемой аппаратуры, объемы очищаемого га- зопылевого потока. Следует отметить, что большинство пылеулав- ливающих аппаратов может работать вне производственных поме- щений. Так, например, наиболее эффективные, но и наиболее слож- ные по конструктивному исполнению электрофильтры устанавливаются в основном вне помещений. Однако для защиты изоляторных коробок от атмосферных осадков и облегчения условий их обслуживания верхняя часть электрофильтров закрывается специ- альной кровлей или закрывается легкими стеновыми панелями. Тка- невые фильтры, пенные аппараты, как правило, размещаются внут- ри обогреваемого производственного помещения. § 2. Выбор схем и аппаратов для улавливания пылегазовых выбросов литейных производств К выбору схем пылеулавливания в большинстве случаев прихо- дится подходить индивидуально. Улавливание грубодисперсной пыли при умеренных требованиях к степени очистки газа в боль- шинстве случаев целесообразно осуществлять в таких широко рас- пространенных и дешевых аппаратах, как различные виды цикло- нов или низконапорных «мокрых» аппаратах таких, как циклоны с водяной пленкой, ротоклоны, пенные аппараты и другие. 117 При необходимости добиться высокой эффективности газопыле- улавливающей установки, в особенности при улавливании тонко- дисперсной пыли, следует иметь в виду, что обеспечить заданную конечную запыленность можно различными путями, за счет приме- нения различных способов очистки. Поэтому выбор аппаратуры для улавливания является важнейшим фактором проектирования уста- новки газоочистки. Основным критерием для правильного выбора способа улавливания пыли является технико-экономическое срав- нение вариантов. Однако в ряде случаев проведение такого сравне- ния на начальной стадии проектирования бывает затруднительно из-за отсутствия достаточно полных или достоверных данных. И в этих случаях приходится полагаться на некоторые общие сообра- жения, которые приведем ниже. При возникающей необходимости выбора между сухими и мок- рыми способами пылеулавливания необходимо иметь в виду, что с применением мокрых способов можно проще добиться эффектив- ной и желаемой степени очистки. Также аппараты мокрой очистки значительно меньше по объему, чем сухие. Но энергозатраты в мокрых аппаратах для осуществления высокоэффективного пыле- улавливания значительно выше, чем в сухих аппаратах. К общим недостаткам мокрых пылеулавливающих устройств от- носятся следующие: необходимость создания шламовой канализа- ционной системы. Данная система необходима для обработки и утилизации шламов, отводимых от аппаратов мокрой очистки, а также должна обеспечивать возвращение воды в оборот промыш- ленного предприятия. И поэтому, если предполагать создание таких систем только для обслуживания установок пылегазоочистки, то в этом случае по общим капитальным затратам они будут превосхо- дить сухие установки аналогичного типа. При эксплуатации систем шламовой канализации неизбежно возникают проблемы зарастания их трудноудаляемыми отложениями. Последнее особенно суще- ственно для тех случаев, когда пыль обладает склонностью к це- ментации при обработке водой, например, при содержании СаО в отходах выше 15 %; при коррозионном воздействия среды в случае наличия в газопылевом потоке агрессивных составляющих; ухудше- ние условий рассеивания при выбросе очищенных газов из трубы за счет низких температур газового потока, а также конденсации во- дяных паров в нем, так как газы после прохождения мокрых систем имеют, как правило, температуру точки росы. 118 Исходя из вышесказанного, при проектировании систем очистки предпочтительнее использовать конструкции сухого типа, если они позволяют добиться требуемой эффективности. В качестве аппара- тов высокоэффективного сухого пылеулавливания могут быть ис- пользованы рукавные фильтры или электрофильтры. Рукавные фильтры могут обеспечить надежную и устойчивую очистку по сравнению с электрофильтрами (при одинаковых параметрах улав- ливаемой пыли). Однако они дороже и занимают больше места. Есть еще ряд причин, по которым применение рукавных фильтров не имеет достаточно широкого примения. И главной из них являет- ся невысокая температуростойкость тканей. Сухие электрофильтры являются наиболее удобным аппаратом для проведения процесса очистки невзрывоопасных газопылевых потоков в диапазоне температур 425–450оС при требовании к запы- ленности газа на выходе не ниже 50–100 мг/м3, а объем очищаемого газа – свыше 50000 м3/ч. Если объем очищаемого потока меньше или требуется более высокая эффективность очистки, то выбор между рукавным и электрофильтром может быть сделан только по- сле тщательного анализа. Данные о происхождении выбросов, количестве одновременно работающих аппаратов позволяют грубо оценить возможные изме- нения дисперсности частиц и запыленности направляемых на очист- ку газов. Так, сведения о составе используемой шихты позволяют уточнить метод очистки. Например, наличие в шихте извести заранее исключает возможность мокрого пылеулавливания. Присутствие значительного количества абразивного материала требует примене- ния центробежных аппаратов с повышенной толщиной стенок или специальной защитой и, естественно, затрудняет применение ткане- вых фильтров из-за быстрого износа фильтровальных тканей. Сведе- ния о наличии в шихте химически активных, горючих или взрыво- опасных веществ позволяют предусмотреть необходимые меры по защите системы пылеулавливания от коррозии, пожаров и взрывов. 119 ЛИТЕРАТУРА 1. Охрана окружающей среды: учебное пособие / под ред. Бело- ва. – 1983. 2. Иванов, В.А. Инженерная экология / В.А. Иванов. – СПб., 1985. 3. Бусел, А.В. Инженерная экология. Дорожно-строительные ма- териалы / А.В. Бусел. – Минск: Университет, 1999. 4. Справочник по пыле-золоулавливанию / под общ. ред. А.А. Руса- нова. – М.: Энергия, 1975. – 296 с. 5. Очистка технологических и неорганизованных выбросов от пыли в черной металлургии / А.И. Толочко [и др.]. – М.: Металлургия, 1986. – 208 с. 6. Обеспыливание в литейных цехах машиностроительных пред- приятий / В.А. Минко [и др.]. − М.: Машиностроение, 1987. – 224 с. 7. Лазаренков, А.М. Проблема экологии в литейном производстве / А.М. Лазаренков. – М., 1987. – 8 с. – Деп. в ВНИИТЭМР, № 421-мш 87. 8. Бахиров, В.Н. Загрязнение выбросами литейных цехов / В.Н. Ба- хиров, Д.М. Кукуй, А.М. Лазаренков // Экология: стандарты, нормы и правила: тез. док. Междунар. конф, г. Минск, 1992 г. – с. 49, 50. 120 СОДЕРЖАНИЕ Предисловие ............................................................................................ 3 Введение .................................................................................................. 4 ГЛАВА 1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ .............................................................. 11 ГЛАВА 2. ПИТЬЕВАЯ ВОДА, ЕЕ КАЧЕСТВО И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ...................................... 16 § 1. Получение питьевой воды и ее очистка ................................. 16 § 2. Методы борьбы с загрязнением питьевой воды .................... 19 ГЛАВА 3. ГАЗООБРАЗНЫЕ И ПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, СВОЙСТВА .................................................. 24 § 1. Вредные факторы промышленных выбросов и их воздействие на окружающую среду и человека ....................... 24 § 2. Характеристики газообразных и пылевых выбросов ............ 27 § 3. Требования, предъявляемые к очистке газопылевых выбросов ........................................................................ 29 § 4. Основные физико-химические свойства газопылевых выбросов ........................................................................................................ 32 ГЛАВА 4. ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ ЛИТЕЙНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ........................................................... 35 § 1. Объемы, состав и режимы выбросов плавильных отделений литейных цехов ................................................................. 35 § 2. Методика оценки выбросов из агрегатов для плавки чугуна и стали ...................................................................................... 39 § 3. Объемы и режимы пылегазовых выбросов из формовочно-стержневых отделений ............................................. 45 ГЛАВА 5. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ. АППАРАТЫ ДЛЯ ГАЗОПЫЛЕОЧИСТКИ ...................................... 49 § 1. Обзор и классификация существующих методов, устройств и аппаратов газопылеочистки .......................................... 49 § 2. Теоретические основы работы инерционных пылеуловителей ................................................................................... 58 § 3. Очистка газов в сухих инерционных пылеуловителях .............. 63 § 4. Очистка газов в мокрых инерционных пылеуловителях ...... 73 § 5. Электрические фильтры........................................................... 84 121 ГЛАВА 6. ФИЛЬТРУЮЩИЕ АППАРАТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТКАНЕВЫХ, КЕРАМИЧЕСКИХ И ДРУГИХ ФИЛЬТРОВ ........... 89 § 1. Механизм фильтрования. Виды тканевых фильтров ............ 89 § 2. Расчеты по выбору типоразмера и необходимого числа тканевых фильтров .............................................................................. 96 § 3. Зернистые и металлокерамические фильтры ......................... 98 ГЛАВА 7. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА . 101 § 1. Способы очистки газов, образующихся при плавке чугуна и стали ..................................................................................... 101 § 2. Методы и устройства отвода технологических газов от электрических печей ...................................................................... 110 ГЛАВА 8. ОСНОВЫ ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СИСТЕМАМ ПЫЛЕГАЗОУЛАВЛИВАНИЯ ........................... 115 § 1. Основы выбора проектных решений ..................................... 115 § 2. Выбор схем и аппаратов для улавливания пылегазовых выбросов литейных производств ...................................................... 116 Литература .......................................................................................... 119 122 Учебное издание НЕВАР Николай Федорович ОТРАСЛЕВАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций для студентов специальности 1-36 02 01 «Машины и технология литейного производства» Редактор И.Ю. Никитенко Компьютерная верстка Д.К. Измайлович Подписано в печать 20.08.2010. Формат 60841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 7,09. Уч.-изд. л. 5,55. Тираж 100. Заказ 1166. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.