Современные системы очистки воздуха на производстве

В сфере экологической безопасности и предотвращения выбросов в атмосферный воздух вредных побочных продуктов деятельности предприятий постоянно проводятся исследования, разрабатываются современные системы очистки и обеззараживания воздуха. Новые технологии позволяют снижать концентрацию загрязнений в выбросах производств до значений предельно-допустимых концентраций.

Максимальное внимание составу вытяжного воздуха необходимо уделять в таких сферах как металлургия, химическая промышленность, и, в особенности, — производство нефтехимической продукции. Среди опасных выбросов таких предприятий могут быть помимо неприятных запахов:

• Пары битума и асфальта;
• Углеводороды: бензотиофен, аценафтен, нафталин, фенантрен, и т.д.;
• Креозот;
• Дым.

Методов и подходов к удалению пылевых, газовых и комплексных химических включений, в зависимости от расположения оборудования и особенностей производства, может быть множество.

В большинстве случаев при проектировании промышленных предприятий методы очистки газа и улучшения рассеивания применяют комплексно. При этом, как показала практика, применения только одного метода (например, увеличение высоты труб) в ряде случаев недостаточно для соблюдения требований законодательства к качеству атмосферного воздуха или экономически нецелесообразно.

Важнейшим критерием в достижении высокой эффективности работы очистных систем является правильный выбор метода очистки, а также расчет ключевого аппарата, на который ляжет основная нагрузка по обеспечению чистоты газовой фазы.

Для очистки содержащих парообразные и газообразные загрязнители промышленных выбросов в атмосферу используются следующие методы:

• Адсорбция на активированном угле. Это универсальный метод с широким спектром применения. Метод адсорбции предназначен для очистки отработанных газов от органических растворителей с относительно низкими или переменными во времени концентрациями. Установки, реализующие этот метод, разработаны и изготавливаются в широком диапазоне мощностей — от 100 до 100 000 м3/ч при концентрации органических соединений от 0,5 до 100 мг/м3. Эффективность очистки высокая — 90%-98 % в зависимости от типа загрязняющих веществ. Проблема применения этого метода для экологии заключается в дальнейшей утилизации отработанного активированного угля.
• Сжигание в каталитическом слое. Очистка газовых промышленных выбросов сжиганием в каталитическом слое применима к отработанным газам, не содержащим хлористых соединений. Благодаря низкому энергопотреблению технология, основанная на этом методе, особенно подходит для обеззараживания загрязнителей, выбрасываемых промышленностью в воздух. Установки данного типа предназначены для очистки газов, образующихся при работе таких производств, как, например, мебельные, химические, пищевые, фармацевтические предприятия и другие аналогичные промышленные объекты. При концентрациях загрязняющих веществ превышающих заданный стандарт, установка работает автотермически (без подачи энергии на нагрев реактора).
• Адсорбция и десорбция теплого воздуха и каталитическое сгорание. Газоочистные установки, использующие адсорбционный метод с десорбцией и окислением газов на каталитическом слое, предназначены для очистки отходящих газов от примесей с относительно низкими или переменными во времени концентрациями. Установки этого типа используются в широком диапазоне мощностей от 2000 до 100000 м3/ч при концентрациях соединений от 30 мг/м3 до 500 мг/м3. Этот метод аналогичен по своему принципу методу адсорбции на активированном угле с той разницей, что десорбированная смесь конденсируется, и затем из нее отделяется растворитель, который возвращается в рабочий процесс. Эффективность метода зависит от параметров оборудования и составляет около 95 %.
• Термическое сгорание. Этот метод очистки промышленных выбросов в атмосферу включает различные процедуры. При использовании метода термического сгорания газы направляются в трехкамерный реактор (дожигатель). В нем происходит процесс термического разложения паров растворителя, и тепло, выделяемое во время этой реакции, используется для нагрева входных газов, а его избыток — для технологических целей. Благодаря трехступенчатому процессу дожигания эффективность снижения загрязнения составляет 99 %. При низких концентрациях органических соединений в отходящем газе необходимо обеспечить энергию, которая используется для сжигания природного газа в газовой горелке. Дымовая составляющая может подаваться в форсажную камеру с содержанием выбросов в пределах 2-5 г/м3.
• Биофильтрация. Такая очистка выбросов на предприятии — эффективный способ для нейтрализации запахов и удаления органических соединений. Условием применения служит подходящая температура (выше +5°C) и влажность (от 40 до 70%) выбросов. Основным элементом биофильтра выступает слой пористого фильтрующего материала, заселенного микроорганизмами, способными к биологическому разложению загрязняющих воздух веществ. Во время медленной продувки газа, через слой фильтрующего материала загрязняющие вещества поглощаются, а затем разрушаются микроорганизмами.

В настоящее время все больше проектировщиков и специалистов в сфере вентиляции при выборе очистного оборудования свое предпочтение отдают газоочистному оборудованию.

Что такое газоочистные установки: понятие и конструкция

Под термином «газоочистные установки» понимают промышленное фильтрационное оборудование, позволяющее минимизировать содержание нежелательных примесей в составе воздуха. Зачастую это многоступенчатые системы обработки газовоздушных сред, базирующиеся на задействовании тех или иных разновидностей газовых фильтров большой мощности.

Конструкция ГОУ предполагает наличие:

• Собственно, промышленного фильтра;
• Газоходов для перемещения воздушных масс;
• Вентиляторов;
• Бункеров и отстойников;
• Насосного оборудования;
• Теплообменных механизмов;
• Систем автоматики, управления и контроля.

Свое применение воздухоочистные системы промышленного образца находят во многих отраслях, где технологический процесс предполагает выполнение направленной обработки газовоздушных потоков.

В зависимости от задачи, которая стоит перед ГОУ конкретного класса, такие установки могут очищать воздух, пурифицировать движущиеся воздушные массы, улавливать нежелательные включения (например, дым, сторонний газ, пар, аэрозоль, эмульсию, туман, механические частицы и пыль).

Давайте рассмотрим конструктив оборудования и обсудим, от чего зависит его эффективность.

Есть несколько факторов, от которых зависит эффективность газоочистной установки, выбираемой с учетом типа загрязнителя и площади очистки. Также необходимо учитывать следующие параметры:

1. Фактические показатели работы газоочистных и пылеулавливающих установок должны соответствовать проектным. Часто, чтобы «быстро» повысить эффективность газоочистного оборудования, его собственники самостоятельно меняют один или несколько конструктивных элементов. В большинстве случаев это приводит к тому, что производительность оборудования падает. Поэтому для замены лучше использовать запасные части с характеристиками, которые соответствуют проектным. А еще лучше обратиться за помощью к специалистам.
2. Оптимальную скорость воздушного потока. Каждая система газоочистки рассчитана на определенные показатели скорости прохождения воздушного потока. От них зависит сопротивляемость элементов газоочистки и ее качество. Если в ходе эксплуатации обнаружено, что фактическая скорость не соответствует проектной, следует нормализовать первую. Для этого необходимо заменить вентилятор или электродвигатель.
3. Скорость движения воздушного потока может снижаться из-за негерметичности воздуховодов, а также мест их стыков с вентилятором и системой газоочистки. Самым простым решением при несоответствии диаметров воздуховода и входного патрубка вентилятора будет герметизация мест стыка с помощью обычной ткани. Ей просто обматывают стык. Составные элементы воздуховода также могут быть соединены между собой негерметично. Необходимо проверить герметичность всех стыков и исправить все недочеты для нормализации скорости потока.
4. Особое внимание стоит уделить характеристикам вентилятора. Если агрегат производителя будет заменен на вентилятор меньшей мощности, то воздух не сможет удаляться из системы с нужной скоростью, а слишком мощный будет удалять из производственной зоны больше воздуха, чем требуется, что нарушает микроклимат.
5. Газоочистная пылеулавливающая установка работает с меньшей эффективностью, если газоход загрязняется пылью. Это часто наблюдается, если газоход слишком длинный и загрязнитель успевает в нем оседать, или чрезмерно широкий, из-за чего скорость движения воздушного потока в воздуховоде падает. Чтобы оборудование работало эффективно, газоходы оснащаются герметично закрывающимися люками. Их количество должно позволять проводить периодическую чистку.

Таким образом от правильного подбора и расчета установки во многом зависит эффективность очистной системы в целом. Крупнейшие предприятия с особо опасными выбросами проходят экспертизу и предоставляют все расчеты на эффективность очистки отработанного воздуха. Давайте на примере одного такого крупного предприятия рассмотрим принципы подбора и особенности эксплуатации очистных установок.

На битумном заводе «Биотум» под городом Владимир, построенном в 2018 году, инженерно-строительная компания под руководством Смирновой Е.С., разработала и реализовала проект системы очистки воздуха.

Завод располагается вблизи жилого поселка, поэтому требования к очистке удаляемого воздуха были даже более жесткими, чем предписаны стандартными природоохранными регламентами. При этом очистка воздуха от битумных соединений, пожалуй, является одной из самых сложных. Для эффективной переработки битумной смеси вещество должно быть разогрето до установленных высоких температур. В этом состоянии битум выделяет резкий запах и вредные летучие углеводородные соединения и происходит выброс в воздух различных вредных веществ в виде дыма, пыли, паров и газов с характерными запахами.

Схожие по технологии процессы происходят при пропитке шпал, которая осуществляется при высокой температуре с использованием различных продуктов нефтепереработки и сопровождается выделением в воздух опасных веществ.

Смирнова Е.С. предложила проектное решение, при котором все выбросы были сведены в единую вытяжную систему. После этого руководимой ей инженерной группой был произведен расчет и подбор газоконвертора.

В результате было использовано оборудование на основе плазменно-каталитической технологии, предназначенное для очистки воздуха от опасных газов, вредных органических соединений: фенола, формальдегида стирола, различных аэрозолей, паров кислот и неприятных запахов. Предложенное решение обеспечивало степень очистки до 99,9 %.

Смирнова Е.С.

Установка состоит из следующих секций:

• Защитного фильтра, который отвечает за пылеудаление.
• Электростатического блока, который осуществляет ионизацию дыма и аэрозолей, после чего частички прилипают ко внутренней стенке осадительной трубы. Таким образом, из проходящего дыма извлекаются твердые полимеризованные вещества.
• Плазменный модуль устраняет вредные газы; благодаря его работе происходит разложение вредных органических соединений на воду и углекислый газ и, в том числе, устраняются неприятные запахи.
• Каталитический модуль обеспечивает финальную доочистку воздушного потока путем глубокого окисления остаточных частиц загрязнителя.

Разработанный под руководством Смирновой Е.С. проект был успешно реализован в 2019 г. Регулярные заборы воздуха, осуществляемые на постоянной основе независимой лабораторией и контролирующими органами, никаких превышений предельно допустимых значений ни разу не зафиксировали. Это свидетельствует о правильном выборе инженерами метода очистки воздуха и точном расчете систем вентиляции.

Предложенная и реализованная под руководством Смирновой Е.С. на заводе «Биотум» концепция очистки выбросов битумного производства представляет большой интерес для предприятий отрасли. Изучение и широкое внедрение этого опыта позволит сделать производство безопаснее, а воздух нашей планеты – чище.