ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПРЕДЛАГАЕМЫМ СКРУББЕРОМ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проблема загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами и предлагается использование усовершенствованного горизонтального роторного скруббера для очистки отходящих газов. Особое внимание уделено удалению угольной золы, образующейся при сжигании угля. Проведены экспериментальные исследования, направленные на изучение влияния конструктивных и технологических параметров скруббера, таких как длина и угол установки планок-лопаточек, а также скорость вращения ротора, на эффективность очистки. Работа посвящена совершенствованию технологии мокрой очистки газов. Обоснованы оптимальные конструктивные и режимные параметры роторного скруббера (геометрия лопатки, угол наклона, частота вращения), обеспечивающие степень очистки на уровне 94,55%.

ABSTRACT

The article discusses the problem of atmospheric air pollution by industrial emissions and proposes the use of an improved horizontal rotary scrubber for waste gas treatment. Particular attention is paid to the removal of coal ash formed during coal combustion. Experimental studies were conducted to investigate the effect of the scrubber's design and technological parameters, such as the length and angle of the blade strips, as well as the rotor speed, on the cleaning efficiency. The work is devoted to improving wet gas cleaning technology. The optimal design and operating parameters of the rotary scrubber (blade geometry, angle of inclination, rotation speed) are justified, ensuring a cleaning efficiency of 94.55%.

Ключевые слова: отходящие газы, горизонтальный роторный скруббер, очистка воздуха, угольная зола, загрязняющие вещества, промышленный выброс, планки-лопаточки, скорость вращения ротора, экологическая безопасность.

Keywords: exhaust gases, horizontal rotary scrubber, air purification, coal ash, pollutants, industrial emissions, blade plates, rotor speed, environmental safety.

Введение. Во всем мире, а также и в нашей стране уделяется большое внимание рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды. При этом одним из приоритетных направлений научных изысканий является проблема загрязнения воздушного бассейна [1-4].

Стремительное развитие промышленности и транспорта во всем мире в настоящее время остро ставит проблему защиты среды обитания человека от вредных отходов его же практической деятельности. К числу таких последствий стремительного роста индустрии, теплоэнергетики, транспорта относится возрастающее загрязнение атмосферного воздуха [5].

Научные исследования в области охраны атмосферного воздуха направлены на разработку и внедрение современных методов очистки промышленных выбросов, а также технологических процессов, при внедрении которых исключаются или резко сокращаются вредные выбросы в атмосферу.

Для решения проблемы уменьшения выбросов загрязняющих веществ необходимы исследования, обеспечивающие научно обоснованное планирование мероприятий по сокращению промышленных выбросов.

В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:

а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ - пыль, дым; жидкостей – туман.

б) газообразные и парообразные вещества.

К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицы неорганического и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана).

Пыль - это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных частиц, чем дымы и туманы. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др.  промышленная пыль органического происхождения,

К дымам относятся аэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Размеры частиц в дымах намного меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. менее 0,1 мкм.

Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислот: серной, фосфорной и др.

Газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выхлопах, гораздо более многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены и галогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов.

Взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ - пыль, дым; жидкостей – туман, в свою очередь требуют особого внимания при их образовании и выделения в атмосферный воздух.

Пыль делится на органические и неорганические, например, при производстве строительных материалов, в частности производства жженого кирпича в качестве топлива используется природный уголь. При сгорании, которого в атмосферный воздух выделяются следующие загрязняющие вещества: твердые вещества (твердые частицы золы и недогоревшего топлива), оксиды серы, оксиды азота, окись углерода [6].

Экспериментальная часть. Качественные показатели работы горизонтального роторного скруббера, оснащенного планками-лопаточками в зависимости от его основных показателей, изучались как в лабораторных условиях, так и на источниках выбросов предприятия по производству жженого кирпича.

Зависимость концентрации угольной золы после очистки от длины планки-лопаточки представлены графически на рис. 1.

Рисунок 1. Зависимость концентрации угольной золы от длины планки-лопаточки

Как видно из результатов исследований, изменение длины планки-лопаточки существенно влияет на процесс очистки. С увеличением длины планки-лопаточки до 750 мм концентрация угольной сажи в составе очищенной газовоздушной среды снижается до определенных значений и составляет в суммарных значениях РМ до 0,0477 мг/м³. Дальнейшее увеличение длины планки-лопаточки приводит к увеличению концентрация угольной сажи в составе очищенной газовоздушной среды. При этом в процессе исследований выявлена наименьшая концентрация угольной золы, которая достигается при длине планки-лопаточки равной 750 мм. Результаты замеров динамики изменения концентрации угольной золы при использовании различных значений длины планки-лопаточки представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Концентрация угольной золы после очистки при разной длине планки-лопаточки

На процесс качественной очистки отходящих газов в свою очереди влияет и угол установки планки-лопаточки относительно плоскости вращения.

Входе проведенных экспериментальных исследований выявлена зависимость качества очистки отходящих газов (угольной сажи) от угла установки планки-лопаточки относительно плоскости вращения и представлена графически на рис. 2.

Рисунок 2. Зависимость концентрации от угла установки

Результаты экспериментальных исследований показывает динамику изменения концентрации угольной золы в составе отходящих газов после очистки. С увеличением угла установки планки-лопаточки до 45 градусов концентрации угольной золы в составе отходящих газов после очистки уменьшается и достигает определенных значений в суммации РМ равной
0,1044 мг/м³. Дальнейшее увеличение угла установки планки-лопаточки относительно плоскости вращения ведет к постепенному увеличению концентрации угольной сажи в составе отходящих газов, т.е. снижается степень улавливания скруббера. Как видно из результатов проведенных экспериментов наибольшее улавливание загрязняющих веществ происходит при установке планки-лопаточки под углом 45° относительно плоскости вращения. Более наглядно результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Концентрация угольной золы после очистки при разном угле установки планки-лопаточки

По результатам теоретических и литературных исследований на качественные показатели работы горизонтального роторного скруббера существенное влияние оказывает скорость вращения ротора V_ротора, об/мин.

В связи с этим при проведении экспериментальных исследований значения скорости вращения ротора и уровни его варьирования принимались согласно методике проведения экспериментальных исследований.

Результаты проведенных экспериментальных исследований зависимости изменения концентрации загрязняющих веществ в составе отходящих газов после очистки от скорости вращения ротора представлены на графике 3.

Рисунок 3. Зависимость концентрации от скорости вращения

Большая интенсивность снижения концентрации угольной золы при очистки отходящих газов наблюдается при увеличении скорости вращения ротора до 120 об/мин. Дальнейшее увеличении скорости вращения ротора приводить к постепенному увеличению концентрации угольной золы.

Наиболее высокое качество очистки отходящих газов при сжигании угля от угольной золы по данным экспериментальных исследований наблюдается при скорости вращения ротора в пределах 120 об/мин.

При работе горизонтального роторного скруббера с использованием ротора, снабженного планками-лопаточками, которые установлены под углом 45º относительно плоскости вращения, экспериментально определен более оптимальный режим работы.

Основным показателем при этом являлось скорость вращения ротора. Данный параметр технологического регламента является доминирующим при оценке качественных показателей работы пылегазоочестительного устройства в целом. В вязи с этим определение и анализ значений данного технологического параметра работы оборудования по очистки отходящих газов при сжигании угля является приоритетным. При этом значении скорости вращения ротора суммарное значение концентрации угольной золы в отходящих газах после очистки составляет 0,1173 мг/м³.

Результаты замеров динамики изменения [7, 8, 9] концентрации угольной золы при использовании различных значений скорости вращения ротора представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Концентрация угольной золы после очистки при разной скорости вращения ротора

На данном этапе экспериментальных исследований процесса очистки отходящих газов при сжигании Ангренского угля в промышленности уделено внимание сравнительному эксперименту, который заключается в следующих представленных материалах.

При проведении исследований как в лабораторных, так и в промышленных экспериментов были определены качественные характеристики работы предлагаемого горизонтального роторного скруббера, снабженного планками-лопаточками в сравнении со стандартным скруббером, который снабжен вращающимися перфорированными дисками.

В производственном процессе очистки отходящих газов при сжигании угля, для улавливания угольной золы в практике используется горизонтальный роторный скруббер, который снабжен перфорированными дисками. Описание принципа работы, качественных показателей и имеющихся недостатков которого представлен материал выше. 

По результатам сравнительных экспериментальных исследований проделана работа по анализу качественных и количественных показателей работы данных устройств.

Результаты научно-экспериментальных исследований представлены графически на рис. 4.

Рисунок 4. Зависимость концентрации от скорости вращения:

Динамика изменения концентрации угольной золы в отходящих газах после очистки при различных скоростях вращения ротора предлагаемого скруббера представлена в сравнении со скруббером, оснащенным перфорированными дисками.

По результатам анализа работы предлагаемого скруббера в сравнении со скруббером, оснащенным перфорированными дисками видно [9, 10], что наибольшее улавливание загрязняющих веществ наблюдается при скорости вращения ротора 120 об/мин. При этом концентрация загрязняющих веществ при использовании горизонтального роторного скруббера, оснащенного перфорированными дисками и планками-лопаточками составляет 0,164 мг/м³ и 0,1273 мг/м³ соответственно. Результаты проведенных исследований приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Суммарная концентрация угольной золы до и после очистки

При номинальной скорости вращения ротора (120 об/мин) степень улавливания составляет:

- у скруббера с перфорированными дисками – 90,52%.

- у скруббера с планками-лопаточками – 94,55%.

Экспериментальные исследования позволили определить близкие к оптимальности значения скорости вращения ротора горизонтального роторного скруббера обеспечивающий наибольшую степень улавливания загрязняющих веществ – угольной сажи при очитки отходящих газов при сжигании угля.

Вывод. В результате работы научно обоснована целесообразность изменения геометрии контактных элементов роторного скруббера. Переход от перфорированных дисков к лопаточной системе с выверенными углами установки позволил существенно интенсифицировать процесс мокрой очистки. Полученные данные могут служить базой для проектирования новых и модернизации существующих газоочистных установок, обеспечивая соответствие современным экологическим стандартам по выбросам твердых частиц.

Список литературы:

1. Указ Президента Республики Узбекистан № УП 4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии действий по приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан»
2. Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан».
3. Указ Президента №5863 от 30 октября 2019 года «Об утверждении концепции охраны окружающей среды Республики Узбекистан до 2030 года».
4. Вальдберг А.Ю., Исянов Л.М., Яламов Ю.И. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями. Санкт-Петербург, МП "НИИО-ГАЗ-Фильтр", 1993 г. -235 с.
5. Ф.Т. Маматалиева. Пути снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Электронный научно-практический журнал «Синергия» Синергия. 2015. № 1. С. 79-84
6. Гетенев В.В., Денисов В.В., Денисова И.А., Камышев А.П. и др. Промышленная экология: учебное пособие. Ростов н/Д, Феникс; М: ИКЦ «МарТ», 2019. -720 с.
7. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. Издание восьмое, переработанное и дополненное. Санкт-Петербург, НИИ Атмосфера, 2010.
8. Елькин А.Б., Маслеева О.В. Выбор и расчет средств очистки газов: Методические указания для практических работ по дисциплине "Экология". - Н. Новгород: НГТУ, 2005. -11с.
9. Панов С.Ю., Химвинга М., Зинковский А.В. Повышение эффективности аппарата распылительного типа при решении проблем промышленной экологии // Вестник ВГУИТ. 2014. №1. С. 160-164.
10. Постановление Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 14.05.2007 N 60 "Об утверждении Правил эксплуатации газоочистных установок».